Non-Newtonian flow behaviour of a soda-lime silicate glass at high deformation rates

Abstract

Modelling a simplified forming process, flow behaviour of soda-lime silicate glass (float glass) was studied at high deformation rates in a parallel-plate plastometer. Measurements were conducted under isothermal conditions in the temperature range 580 to 660 °C which corresponds to Newtonian viscosities of 10^8 to 10^11 Pa s. Uniaxial deformation was carried out at various constant pressing rates until brittle fracture occurred in the high-viscosity melt. At high pressing rates, viz. at initial compression stresses of more than 50 to 100 MPa, the observed stress-strain curves exhibit a pronounced temporary stress maximum. Measured data reveal a continuous decrease in glass viscosity during pressing at high pressing rates of more than a factor of 10 compared with the Newtonian values. These data agree quantitatively very well with data on non-Newtonian behaviour from fibre elongation measurements. The enhanced fluidity of the glass melt is explained partly by a heating effect due to dissipation of work of deformation and partly by structure-viscous flow behaviour. A temperature increase within the glass specimens was detected experimentally, but was less than that calculated from total dissipation of deformation work. Mit Hilfe eines Parallelplatten-Plastometers wurde ein einfacher Verformungsvorgang modelliert und das Fließverhalten eines Kalk-Natronsilicatglases (Floatglas) bei hohen Deformationsgeschwindigkeiten untersucht. Die Messungen wurden unter isothermen Bedingungen im Temperaturbereich 580 bis 660 °C entsprechend Newtonscher Zähigkeiten von 10^8 bis 10^11 Pa s durchgeführt. Einachsige Verformungen wurden bei unterschiedhchen konstanten Preßgeschwindigkeiten bis zum Sprödbruch der hochviskosen Schmelze angewandt. Bei hohen Preßgeschwindigkeiten, d.h. bei Anfangsdruckspannungen von mehr als 50 bis 100MPa, zeigen die Spannungsdeformationskurven ein ausgeprägtes Spannungsmaximum. Die ausgewerteten Meßdaten ergeben eine kontinuierliche Abnahme der Viskosität während des Preßvorganges, die bei hohen Preßgeschwindigkeiten mehr als eine Größenordnung beträgt im Vergleich zur Newtonschen Viskosität. Die Ergebnisse stimmen sehr gut mit solchen überein, die mit der Fadenziehmethode erhalten wurden. Die erhöhte Fluidität der Glasschmelze wird zum Teil mit einem Erwärmungseffekt gedeutet, der sich aus der Dissipation der Deformationsarbeit ergibt, z. T. mit einem struktur-viskosen Fließverhalten. Ein Temperaturanstieg in den Glasproben, geringer als der aus der Gesamtdissipation berechnete, wurde experimentell nachgewiesen.