熱熔裝飾玻璃生產(chǎn)工藝控制研究與實踐

李小娟 周美茹 安曉燕 趙金柱 武麗華 孟秀華

（河北建材職業(yè)技術學院 秦皇島 066004）

0 引言

熱熔玻璃又稱水晶立體藝術玻璃或熔模玻璃，是采用特定的熱熔爐，以平板玻璃作基本材料，將玻璃加熱到玻璃軟化點以上，使玻璃軟化或熔融后，通過模具經(jīng)塌陷成型、退火冷卻后，成為具有一定平面、立體形態(tài)的裝飾材料。經(jīng)過熱熔成型后的玻璃凹凸有致、立體效果強烈，具有很強的裝飾效果和藝術效果，成為家庭高檔裝修的重要材料［1］。

熱熔玻璃產(chǎn)品有門窗用熱熔玻璃、墻壁裝飾用熱熔玻璃、隔斷用熱熔玻璃、玻璃藝術品等，其典型產(chǎn)品為熱熔疊紋玻璃。要想使熱熔玻璃呈現(xiàn)完美的裝飾效果，達到較高的藝術價值，生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制是關鍵。要達到設定的藝術設計要求和質(zhì)量要求，必須對玻璃加工過程的溫度進行科學、精確的控制。

1 生產(chǎn)設備

制造熱熔玻璃主要設備為熱熔爐。熱熔爐的結構包括爐體、頂蓋及溫控系統(tǒng)。爐體從外到內(nèi)依次為外框鋼結構殼體、陶瓷纖維保溫棉、耐火磚；爐體從下至上依次為支撐架、冷卻風機、鋼結構殼體、耐火磚及石英砂，爐體上留有觀察孔；爐體頂蓋從上到下依次為爐蓋固定架、冷卻風機、殼體、保溫棉、保溫棉防護網(wǎng)和紅外電熱管；附屬結構包括固定鐵絲或螺桿用以固定耐火磚，液壓升降機、紅外電加熱管連接線及數(shù)顯溫度控制儀、軌道。

目前國內(nèi)熱熔爐有一對一和一拖二兩種結構形式。一對一是一個爐體一個頂蓋配套使用；一拖二即一個頂蓋兩個爐體配套使用，當一個爐體生產(chǎn)時，另一個爐體工作，當?shù)谝粋€爐體完成一個工作周期即退火結束后，第一個爐體上的頂蓋通過軌道及電葫蘆或電機移至第二個爐體，如此反復，循環(huán)使用。

2 熱熔玻璃加工生產(chǎn)過程中存在的主要問題

由于模具材料或保溫材料潮濕，加熱過程中水蒸氣或有害成分溢出，會侵蝕玻璃表面，影響玻璃透光度。

板面受熱不均勻，局部溫度過高或過低，引起玻璃過度軟化或軟化程度不夠，產(chǎn)品凹凸度不能滿足設計要求，立體效果差。

溫度控制過分依賴人工觀察，產(chǎn)品的質(zhì)量完全依賴于操作者的經(jīng)驗、工作態(tài)度，批量生產(chǎn)質(zhì)量難以保證。

溫度控制不合理，玻璃表面光亮度變差。在加熱過程中，特別是燒制成型的最高溫度、保溫時間控制不合理，影響玻璃產(chǎn)品的表面質(zhì)量，造成玻璃表面缺陷，外在表現(xiàn)為表面光亮度變差，產(chǎn)品“發(fā)烏”。

3 解決措施

3.1 熱熔爐及模具的預干燥

熱熔玻璃在加熱過程中，如果爐內(nèi)保溫材料、模具材料含有水分，生產(chǎn)過程中這些水分就會逸出，水分及逸出的物質(zhì)可能造成玻璃表面的侵蝕，在玻璃表面形成缺陷，嚴重影響玻璃表面質(zhì)量，影響美觀。

熱熔爐使用的保溫材料一般為玻璃纖維棉，熱熔玻璃生產(chǎn)常用的模具材料有：石英砂模、陶瓷纖維紙（板）模、石膏模等。對于首次使用的熱熔爐，在熔制玻璃之前，應該在105～110 ℃烘烤2～3 h，使爐內(nèi)的玻璃纖維棉充分干燥，烘烤期間爐體留出相應縫隙，以保證水蒸氣的排除，該過程也稱為“烘爐”。

石英砂及陶瓷纖維板模具的干燥。生產(chǎn)普通紋理玻璃，使用石英砂，在砂上直接作畫。由于石英砂吸水性差，含水率低，一般在烘爐是已經(jīng)干燥，無需再次烘干；如果使用較厚的陶瓷纖維板做模具，在放置玻璃前，需要在105～110 ℃溫度下，烘烤1.5 h左右。

石膏模具的干燥。石膏與水以一定比例混合，注入塑膠胎體硬化成型。硬化成型過程中會放出熱量，可以使部分水以水蒸氣形式排出，但不能完全干燥，在模具使用之前還應該自然干燥5～7 d，或在40～50 ℃條件下干燥3～4 d。

3.2 板面受熱不均勻問題

熱熔爐一般采用箱式結構。從爐體的結構看，爐體邊緣部分由于與外界接觸，保溫效果不理想及爐體觀察口的存在，往往比爐體內(nèi)部溫度低，造成玻璃板面受熱不均，形成橫向溫度梯度，特別是生產(chǎn)的玻璃產(chǎn)品尺寸較大時，不均勻性明顯，產(chǎn)品圖案發(fā)生變形。

為了保證加熱的均勻性，可以采用以下三種措施。

①加熱管采用橫縱向布置。加熱管主要采用橫向布置，加熱管長度小于爐體內(nèi)腔長度，在爐體周邊布置一定數(shù)量的縱向加熱管，保證邊部與中間溫度的均勻；

②將加熱管加長。使加熱管長度大于加熱爐總寬度，加熱管伸出爐體外，邊緣部位縱向布置小功率的加熱管；

③加大爐體尺寸。加工玻璃置于爐內(nèi)時，距離爐體邊部留有一定距離，爐體采用優(yōu)質(zhì)保溫材料，爐體上下蓋之間緊密填充陶瓷纖維保溫棉。對于超大規(guī)格玻璃熱熔爐可以采用分組控制、間隔加熱的方式。

3.3 最高溫度和保溫時間的設定與控制

熱熔玻璃成型時，觀察爐內(nèi)玻璃燒制情況，當玻璃的鋒利斷口開始變圓滑時，記下溫度值T℃，再利用爐內(nèi)余溫或開啟少量加熱管使爐內(nèi)溫度再沖高至（T＋10）℃左右，并保持此溫度5～10 min，繼續(xù)使玻璃充分塌陷成型，保溫完成后，玻璃即可進入退火階段［2］。如果溫度超過（T＋10）℃時，可開啟冷卻風機，避免溫升過高，保溫時間也不宜過長，否則將造成玻璃表面缺陷。

由于采用的玻璃原片不同，玻璃成分有一定差異時，熔制的最高溫度會有一定差異，因此盡量使用同一廠家的玻璃原片。表1為某企業(yè)生產(chǎn)不同厚度、不同圖案熱熔玻璃的最高加熱溫度。

表1 某企業(yè)生產(chǎn)不同厚度、不同圖案熱熔玻璃的最高加熱溫度

確定了加熱應達到的最高溫度后，進行自動控制設計，減少對人工觀察的依賴。其方法是在爐蓋上開設橫縱兩條窄縫，即縱向熱電偶滑道和橫向熱電偶滑道。根據(jù)玻璃在爐內(nèi)的位置及斷面的位置，將熱電偶工作端底部放置在距離玻璃板面高度10 mm，距離玻璃斷面5 mm處，通過數(shù)顯溫控儀設置溫度和保溫時間，實現(xiàn)溫度和時間的自動控制。縱向及橫向熱電偶滑道如圖1所示。

圖1 縱向及橫向熱電偶軌道

由于熱熔爐大多為廠家自行制造，保溫狀況會稍有差異，因此在實際生產(chǎn)中，熱熔爐不同，最高溫度測定值與實際溫度值之間會存在一定差異，應針對不同的加熱爐，分別找出最高加熱溫度。

4 結語

熱熔玻璃在生產(chǎn)過程中，會由于爐內(nèi)保溫材料、模具等含有水分，在加工過程中侵蝕玻璃表面，造成玻璃缺陷。生產(chǎn)前通過爐體預烘烤、模具預干燥，可有效防止玻璃表面損傷，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

最高加熱溫度過高或過低會造成產(chǎn)品質(zhì)量變差，影響美觀，同時加工時所需達到的最高溫度往往需要人工觀察和操作，產(chǎn)品質(zhì)量過分依賴觀察和經(jīng)驗，為解決上述不足，生產(chǎn)中統(tǒng)計不同厚度、不同圖案產(chǎn)品的最高溫度以及保溫時間，形成不同的溫度制度，通過在設備頂蓋開槽設置熱電偶軌道，根據(jù)玻璃在爐內(nèi)的位置滑動熱電偶，并準確放置，利用溫控儀控制最高加熱溫度及保溫時間，實現(xiàn)自動控制，減少對人工依賴性和隨意性，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。