1. Исследование механизмов растяжения стеклянной пластины под действием собственного веса.

При нагреве твёрдый хрупкий материал размягчается, постепенно переходя в пластичное состояние. Степень приобретения стеклом пластичности характеризуется вязкостью /11/.

η= F_r/S(dx/dv), где:

η –вязкость; S – площадь соприкосновения слоев стекла; dx – расстояние между соприкасающимися слоями; dv – скорость смещения одного слоя относительно другого.

Если S, dx и dv принять равными единице, то вязкость будет равна силе которую нужно приложить, для перемещения одного слоя стекла площадью единица (1 см²) относительно другого такого же слоя стекла, расположенного от него на расстоянии единица (1 см) со скоростью единица (1 см/сек). Вязкость стекла обратно пропорциональна температуре. Это значит, что чем ниже температура, тем выше вязкость и тем большую силу нужно приложить, чтобы сместить один слой стекла относительно другого.

Это физическое свойство имеет особое значение для процесса моллирования изделий со сложной геометрией поверхности. Обычно область пластичного состояния используемого для производства ИКО находится в интервале температур (500-700⁰С). Но этот интервал имеет лишь теоретическое значение, так как на практике доказано, что температура перехода не постоянна для одного и того же состава стекла, в зависимости от условий эксперимента температура перехода может смещаться. Следовательно, кривая зависимости вязкости определённой марки используемого стекла от температуры зависит также от приложенной силы.

Это означает, что конкретный вывод о зависимости температуры и пластичного состояния может быть получен только эмпирическим (экспериментальным) путём для конкретного размера испытываемых образцов, так на образец действует сила тяжести прямо пропорциональная размеру образца и расстоянию между опорами при моллировании.

С этой целью были проведены эксперименты по определению деформации (прогибов) стеклянных пластин при свободном моллировании с закрепленными краями, а также определение скорости деформации под воздействием дополнительно прилагаемой нагрузки, в виде груза (пуансона).

Цель эксперимента заключалась в исследовании одновременного изменения геометрии пластин стекла (деформации) в нескольких координатных плоскостях, при фиксированных температурах, а также проверке расчётных данных скоростей растяжения в результате приложения дополнительной весовой нагрузки.

Рисунок 24

Исследование изменения формы и линейных размеров стеклянных пластин в процессе моллирования при различных температурах и времени выдержки при фиксированных температурах проводились в печи ECO-220, температура в которой поддерживалась нагревательными элементами, расположенными в верхней части печи. Управление печью и поддержание режима моллирования осуществлялось при помощи компьютера по заданной программе.

В печи моллирования была установлена опорная форма, снабжённая керамическими штырями ø7.0 мм для предотвращения сползания стеклянных пластин с опор формы и для определения изменения формы пластин вследствие деформации. Схема проведения экспериментов представлена на рисунке 24.

Исследование проводили на стекле фирмы Pilkington марки Optifloat Rm1.

Образцы были изготовлены в виде стеклянных пластин с размером 500×210×5мм для определения деформации в ходе свободного моллирования без прилагаемых нагрузок, и 385×140×5мм для определения скорости деформации под воздействием прилагаемой нагрузки, в виде изменяющегося груза, оказывающего воздействие на центральную линию испытываемого образца. Для крепления образцов по коротким торцам в них было просверлено 6 отверстий ø7.5мм. Для предотвращения сползания стеклянных пластин с опор и получения истинного значения деформации полученной в результате растяжки, а не в результате сползания с опор, при установке на опоры формы стеклянная пластина отверстиями одевалась на керамические штыри.

Исследования деформации проводили в интервале температур 600-660⁰С с шагом 10⁰С. Выбор температурного интервала исследования был сделан с учётом отработки температурного режима второго этапа моллирования (ОЧФ).

На стеклопластинах исследовались:

1. Удлинение пластин L (деформация по оси X).

2. Изменение ширины b (деформация по оси Y).

3. Прогиб пластин от исходного положения h₁ (деформация по оси Z).

4. Поперечный прогиб h₂ (деформация по оси Z).

5. Утонение пластин h₃ (деформация по оси Z).

Для замера деформации был выбран способ непосредственного измерения изменения линейных размеров, который заключался в замере размеров стеклопластин в трёх координатных плоскостях до и после проведения эксперимента.

Схема проведения измерений деформации стеклопластин представлена на рис 25, а результаты экспериментов – в таблицах 16-18 и на рисунках 26-28 и фото 5-7.

Фото. 5.

Рисунок 25

Таблица № 16

Деформация стеклянных пластин в зависимости от температуры и времени выдержки.

№ образца	Время выдержки τ	Температура выдержки,	Линейный размер образца	Удлинение L по оси X с учетом прогиба		Прогиб h1 по оси Z	Поперечный прогиб h2 по оси Z
	час.	^0С	мм	мм	%	мм	мм
1	1	620	500	2.9	0.7	30	-1.4
2		630	500	4.5	1.1	35	-1.5
3		640	500	10	2.4	41	-1.6
4		650	500	15	3.6	50	-2.0
5		660	500	24	5.8	60	-2.2
6	2	620	500	3.5	0.8	38	-1.5
7		630	500	7.8	1.9	44	-1.7
8		640	500	16	3.8	53	-2.1
9		650	500	25.5	6.1	65	-2.3
10		660	500	38	9.2	83	-2.5

Примечание: Δ l – удлинение в % считалось не от общей длины образца, а на базе 420 мм между отверстиями в образце.

Рисунок 26.

Таблица № 17

Деформация по толщине h₃ (утонение) стеклянных пластин в зависимости от температуры и времени выдержки (ось Z).

№ образца	Время τ выдержки час.	Темпера-тура выдерж-ки, ^0С	Изменение толщины (утонение) пластин, h3 мм
			В центре	По линии перегиба на опоре	По средней линии между центром и перегибом на опоре
1	1	620	0.01	-	-
2		630	0.03	-	0.01
3		640	0.05	0.02	0.03
4		650	0.08	0.03	0.04
5		660	0.12	0.08	0.09
6	2	620	0.06	0.02	0.03
		630	0.08	0.06	0.05
7		640	0.105	0.1	0.1
		650	0.14	0.12	0.12
8		660	0.19	0.25	0.19

Рисунок. 27.

Таблица № 18

Деформация пластин по ширине b стеклозаготовки в зависимости

от температуры и времени выдержки.

№ образ-ца	Время τ выдерж-ки, час.	Темпера-тура выдержки, ^0С	Изменение ширины пластин, b мм
			В центре Δ, мм	По линии перегиба на опоре Δ, мм
1	1	620	0.5	0.1
2		630	1.2	0.45
3		640	2.2	0.5
4		650	4.4	0.5
5		660	5.6	0.5
6	2	620	1.1	0.8
7		630	2.37	-
8		640	4.2	2.0
9		650	6.38	-
10		660	9.0	3.6

Фото 6.

Рисунок 28.

Результатат эксперимента показал, что стеклозаготовка уложенная на опоры имеющая длину L = 500 мм в ходе проведения эксперимента при повышении температуры под собственным весом начинала деформироваться, приобретая прогиб. С ростом температуры прогиб увеличивался. Замер линейного размера длины стеклозаготовки после проведения эксперимента показал, что длина стеклозаготовки осталась прежней и равнялась 500 мм, см таблицу № 16. Но образование прогиба свидетельствует о том, что произошло перемещение стекломассы, вследствие которого имела место деформация. Сохранение линейного размера длины стеклозаготовки показывало на то, что образование прогиба произошло за счет изменения других геометрических параметров. При замере ширины b и толщины h стеклозаготовки, было установлено, что данные габариты изменились. При оценке изменения этих параметров было отмечено, что существенное изменение претерпел габарит b (ширина стеклозаготовки) см. таблицу №18, габарит h (утонение стеклозаготовки) изменился незначительно см. таблицу №17. Незначительное изменение толщины стеклопластины является неоспоримо положительным фактором, так как утонение стекла может отрицательно повлиять на оптические и прочностные характеристики моллируемых изделий.

Дальнейшее изучение изменения геометрии стеклопластины показало, что помимо изменения ширины b и толщины h, произошла деформация в поперечном сечении стеклопластины. Деформация представляла собой поперечный прогиб, вершина которого была обращена вверх моллируемой стеклопластины см. таблицу №16. Т.е. фактически наметилась тенденция к образованию складки.

Результаты проведённых экспериментов помогли качественно оценить процесс деформации стекла, для дальнейшего применения полученных результатов при моллировании изделий со сложной геометрией поверхности формы.

В результате проделанной работы, на основании полученных результатов был сделан анализ деформации стеклопластин. Можно отметить, что в результате увеличения температуры деформация стеклопластин происходит одновременно в трёх координатных плоскостях. У стеклопластины, опирающейся на опоры прогиб увеличивается в зависимости от времени выдержки в пределах исследованных температур, в то время как удлинение пластины в большей степени зависит от температуры, чем прогиб.

Известно, что при заданных условиях деформация вязкопластического материала пропорциональна нагрузке (напряжению), времени и обратно пропорциональна вязкости (), а так как между ln и обратной температурой 1000/T⁰C существует линейная зависимость, то аналогичная зависимость должна иметь место и для деформации. Это подтверждается графиком (рис.29).

Зависимость логарифма прогиба от обратной температуры.

Рисунок 29

Зависимость логарифма прогиба от обратной температуры.

Аналогичные результаты были получены и для других видов деформации. В принципе полученные результаты достаточны для моделирования процесса моллирования с другими размерами пластин, нагрузками и т. п. в пределах принятой схемы, но при условии, что все параметры в процессе выдержки в данной серии экспериментов должны быть постоянны, однако эти условия в реальности невозможны.

Таким образом, такие результаты могут быть полезны с точки зрения оценки качественных характеристик процессов, т.к. получены для одинарных пластин и при указанных выдержках и температурах.

Свободное моллирование пакета с зажатыми краями также показало, что для достижения требуемого прогиба в нижней части необходимо значительное время выдержки (около 6 часов) при температуре 620^оС или для сокращения времени процесса - существенное увеличение температуры (до 660^оС).

На практике для пакета стекол такие условия неприемлемы, поэтому необходимо было исследовать принудительную растяжку пакета методом прессования, т.е. под нагрузкой.