热熔装饰玻璃生产工艺控制研究与实践

李小娟 周美茹 安晓燕 赵金柱 武丽华 孟秀华

（河北建材职业技术学院 秦皇岛 066004）

0 引言

热熔玻璃又称水晶立体艺术玻璃或熔模玻璃，是采用特定的热熔炉，以平板玻璃作基本材料，将玻璃加热到玻璃软化点以上，使玻璃软化或熔融后，通过模具经塌陷成型、退火冷却后，成为具有一定平面、立体形态的装饰材料。经过热熔成型后的玻璃凹凸有致、立体效果强烈，具有很强的装饰效果和艺术效果，成为家庭高档装修的重要材料［1］。

热熔玻璃产品有门窗用热熔玻璃、墙壁装饰用热熔玻璃、隔断用热熔玻璃、玻璃艺术品等，其典型产品为热熔叠纹玻璃。要想使热熔玻璃呈现完美的装饰效果，达到较高的艺术价值，生产过程中的质量控制是关键。要达到设定的艺术设计要求和质量要求，必须对玻璃加工过程的温度进行科学、精确的控制。

1 生产设备

制造热熔玻璃主要设备为热熔炉。热熔炉的结构包括炉体、顶盖及温控系统。炉体从外到内依次为外框钢结构壳体、陶瓷纤维保温棉、耐火砖；炉体从下至上依次为支撑架、冷却风机、钢结构壳体、耐火砖及石英砂，炉体上留有观察孔；炉体顶盖从上到下依次为炉盖固定架、冷却风机、壳体、保温棉、保温棉防护网和红外电热管；附属结构包括固定铁丝或螺杆用以固定耐火砖，液压升降机、红外电加热管连接线及数显温度控制仪、轨道。

目前国内热熔炉有一对一和一拖二两种结构形式。一对一是一个炉体一个顶盖配套使用；一拖二即一个顶盖两个炉体配套使用，当一个炉体生产时，另一个炉体工作，当第一个炉体完成一个工作周期即退火结束后，第一个炉体上的顶盖通过轨道及电葫芦或电机移至第二个炉体，如此反复，循环使用。

2 热熔玻璃加工生产过程中存在的主要问题

由于模具材料或保温材料潮湿，加热过程中水蒸气或有害成分溢出，会侵蚀玻璃表面，影响玻璃透光度。

板面受热不均匀，局部温度过高或过低，引起玻璃过度软化或软化程度不够，产品凹凸度不能满足设计要求，立体效果差。

温度控制过分依赖人工观察，产品的质量完全依赖于操作者的经验、工作态度，批量生产质量难以保证。

温度控制不合理，玻璃表面光亮度变差。在加热过程中，特别是烧制成型的最高温度、保温时间控制不合理，影响玻璃产品的表面质量，造成玻璃表面缺陷，外在表现为表面光亮度变差，产品“发乌”。

3 解决措施

3.1 热熔炉及模具的预干燥

热熔玻璃在加热过程中，如果炉内保温材料、模具材料含有水分，生产过程中这些水分就会逸出，水分及逸出的物质可能造成玻璃表面的侵蚀，在玻璃表面形成缺陷，严重影响玻璃表面质量，影响美观。

热熔炉使用的保温材料一般为玻璃纤维棉，热熔玻璃生产常用的模具材料有：石英砂模、陶瓷纤维纸（板）模、石膏模等。对于首次使用的热熔炉，在熔制玻璃之前，应该在105～110 ℃烘烤2～3 h，使炉内的玻璃纤维棉充分干燥，烘烤期间炉体留出相应缝隙，以保证水蒸气的排除，该过程也称为“烘炉”。

石英砂及陶瓷纤维板模具的干燥。生产普通纹理玻璃，使用石英砂，在砂上直接作画。由于石英砂吸水性差，含水率低，一般在烘炉是已经干燥，无需再次烘干；如果使用较厚的陶瓷纤维板做模具，在放置玻璃前，需要在105～110 ℃温度下，烘烤1.5 h左右。

石膏模具的干燥。石膏与水以一定比例混合，注入塑胶胎体硬化成型。硬化成型过程中会放出热量，可以使部分水以水蒸气形式排出，但不能完全干燥，在模具使用之前还应该自然干燥5～7 d，或在40～50 ℃条件下干燥3～4 d。

3.2 板面受热不均匀问题

热熔炉一般采用箱式结构。从炉体的结构看，炉体边缘部分由于与外界接触，保温效果不理想及炉体观察口的存在，往往比炉体内部温度低，造成玻璃板面受热不均，形成横向温度梯度，特别是生产的玻璃产品尺寸较大时，不均匀性明显，产品图案发生变形。

为了保证加热的均匀性，可以采用以下三种措施。

①加热管采用横纵向布置。加热管主要采用横向布置，加热管长度小于炉体内腔长度，在炉体周边布置一定数量的纵向加热管，保证边部与中间温度的均匀；

②将加热管加长。使加热管长度大于加热炉总宽度，加热管伸出炉体外，边缘部位纵向布置小功率的加热管；

③加大炉体尺寸。加工玻璃置于炉内时，距离炉体边部留有一定距离，炉体采用优质保温材料，炉体上下盖之间紧密填充陶瓷纤维保温棉。对于超大规格玻璃热熔炉可以采用分组控制、间隔加热的方式。

3.3 最高温度和保温时间的设定与控制

热熔玻璃成型时，观察炉内玻璃烧制情况，当玻璃的锋利断口开始变圆滑时，记下温度值T℃，再利用炉内余温或开启少量加热管使炉内温度再冲高至（T＋10）℃左右，并保持此温度5～10 min，继续使玻璃充分塌陷成型，保温完成后，玻璃即可进入退火阶段［2］。如果温度超过（T＋10）℃时，可开启冷却风机，避免温升过高，保温时间也不宜过长，否则将造成玻璃表面缺陷。

由于采用的玻璃原片不同，玻璃成分有一定差异时，熔制的最高温度会有一定差异，因此尽量使用同一厂家的玻璃原片。表1为某企业生产不同厚度、不同图案热熔玻璃的最高加热温度。

表1 某企业生产不同厚度、不同图案热熔玻璃的最高加热温度

确定了加热应达到的最高温度后，进行自动控制设计，减少对人工观察的依赖。其方法是在炉盖上开设横纵两条窄缝，即纵向热电偶滑道和横向热电偶滑道。根据玻璃在炉内的位置及断面的位置，将热电偶工作端底部放置在距离玻璃板面高度10 mm，距离玻璃断面5 mm处，通过数显温控仪设置温度和保温时间，实现温度和时间的自动控制。纵向及横向热电偶滑道如图1所示。

图1 纵向及横向热电偶轨道

由于热熔炉大多为厂家自行制造，保温状况会稍有差异，因此在实际生产中，热熔炉不同，最高温度测定值与实际温度值之间会存在一定差异，应针对不同的加热炉，分别找出最高加热温度。

4 结语

热熔玻璃在生产过程中，会由于炉内保温材料、模具等含有水分，在加工过程中侵蚀玻璃表面，造成玻璃缺陷。生产前通过炉体预烘烤、模具预干燥，可有效防止玻璃表面损伤，提高产品质量。

最高加热温度过高或过低会造成产品质量变差，影响美观，同时加工时所需达到的最高温度往往需要人工观察和操作，产品质量过分依赖观察和经验，为解决上述不足，生产中统计不同厚度、不同图案产品的最高温度以及保温时间，形成不同的温度制度，通过在设备顶盖开槽设置热电偶轨道，根据玻璃在炉内的位置滑动热电偶，并准确放置，利用温控仪控制最高加热温度及保温时间，实现自动控制，减少对人工依赖性和随意性，提高生产效率和产品质量。