Parameters affecting the workability of container glass : Part 1. Description of the problem - Melting history, rheology and influence of microstructure

Abstract

Poor workability designates sporadic cases in which the forming behaviour of container glass varies unpredictably, impairing quality, productivity and sometimes strength. The literature offers several plausible suggestions to explain such a poor reproducibility of the rheological behaviour, generally associated with physicochemical parameters of the glass which are not routinely analyzed and which are supposed to vary with "melting history" (temperatures, raw materials, melting atmospheres) and to influence viscosity by altering the structure of "flow units", while the analytical composition remains unchanged. Alternative hypotheses are based on various not properly controlled process parameters, such as gob temperature distribution or plunger and mould condition including lubrication. Moreover, recent advances in rheology show that during the most critical stages of the forming process viscosity may change drastically with the deformation rate, providing a further plausible explanation for the observed irregular forming behaviour. One of the most promising physicochemical parameters is the possible presence of microstructure (phase separation, clustering, microcrystals). While in model glasses the correlation between microstructure and rheology is well-established, both at equilibrium and at high shear rates, there is still a lack of conclusive evidence about the presence of microstructure in industrial multicomponent glass. Der Begriff „schlechte Verarbeitbarkeit" bezeichnet die gelegentlich auftretenden Fälle, in denen das Formgebungsverhalten von Behälterglas unberechenbar schwankt, was sich auf Qualität, Packleistung und manchmal auch die mechanische Festigkeit nachteilig auswirkt. Die Literatur bietet verschiedene plausibel erscheinende Erklärungen für solch eine schlechte Reproduzierbarkeit des rheologischen Verhaltens an. Diese steht im allgemeinen in Zusammenhang mit physikochemischen Parametern des Glases, die nicht routinemäßig bestimmt werden, und von denen man annimmt, daß sie mit der Schmelzvergangenheit (Temperaturen, Rohstoffe, Schmelzatmosphären) schwanken und die darüber hinaus die Viskosität durch Veränderung der Struktur der „Fließeinheiten" beeinflussen, während die analytische Zusammensetzung unverändert bleibt. Alternative Theorien stützen sich auf verschiedene, schlecht kontrollierbare Herstellungsparameter, wie z. B. die Temperaturverteilung im Tropfen oder den Zustand und die Schmierung des Stempels und der Form. Neuere Theologische Untersuchungen zeigen, daß sich in den kritischsten Abschnitten des Formgebungsvorganges die Viskosität in Abhängigkeit von der Verformungsgeschwindigkeit drastisch verändern kann. Auch dieser Umstand könnte prinzipiell die beobachtete Unregelmäßigkeit des Formgebungsverhaltens erklären. Einer der interessantesten physikochemischen Parameter ist das Vorliegen einer Mikrostruktur (Phasentrennung, Clusterbildung, Mikrokristallinität). Während bei Modellgläsern der Zusammenhang zwischen Mikrostruktur und Rheologie als gesichert gilt, sowohl im Gleichgewichtszustand als auch bei hoher Verformungsgeschwindigkeit, ist für industriell hergestellte Vielkomponentengläser das Auftreten der Mikrostruktur eher postuliert als nachgewiesen.