第八章 玻璃包装材料
概述
一 玻璃的组成
二 玻璃的性能
三 玻璃瓶罐的强度要求
概 述
玻璃在包装工业中，主要是制成玻璃瓶罐等制品。
由于玻璃瓶罐具有保证食物饮料纯度和卫生、透明、美
观、良好的化学稳定性、不透气、易于密封、造型灵活、
可多次周转使用，多彩晶莹的装饰效果、原料丰富、价
格低廉等一系列优点，成为食品、医药、化学工业广泛
采用的包装材料。
一 玻璃的组成
1,玻璃的化学组成
所谓玻璃的化学组成，指该玻璃由何种氧化物和其他
辅助原料所组成。
2,玻璃的组成氧化物
按玻璃组成氧化物在玻璃结构中的作用，可分为玻璃
形成氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物三大类。
1）玻璃形成氧化物
玻璃形成氧化物为二氧化硅 （ SiO2） 和氧化硼
（ B2O3）。
① 二氧化硅（ SiO2）
单独的二氧化硅可以形成石英玻璃，在一般玻璃中，
二氧化硅以硅氧四面体结构单元形成结构网络。
（ a）硅氧四面体示意图 （ b）硅氧四面体模型的照片。
浅色圆点原子表示未被其他离
子或分子连接的不饱和氧
二氧化硅二维网络结构示意图
（ a）晶体（ b）低序玻璃结构
二氧化硅作用,
降低玻璃的热膨胀系数、密度，提高玻璃的热稳定
性、化学稳定性、粘度、机械强度等；但含量高，需要
较高的熔融温度。一般瓶罐玻璃二氧化硅含量约为 73%
左右。
② 氧化硼（ B2O3）
氧化硼也可以单独形成玻璃，它以硼氧三角体 [BO3]
和硼氧四面体 [BO4]为结构单元。在硼硅酸盐玻璃中与硅
氧四面体共同组成结构网络。
作用：
? 能降低玻璃的热膨胀系数（硼的加入量应适当，过量
时玻璃的热膨胀系数等反而增大，热稳定性差）；
? 提高玻璃的化学稳定性和热稳定性；
? 改善玻璃的光泽、提高玻璃的机械强度；
? 少量的氧化硼有助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻
璃的结晶能力。
2）中间体氧化物
中间体氧化物自身不能形成玻璃，但可以连接二氧
化硅（玻璃）链使其保持玻璃态。它既是玻璃网络结构
的一部分，又可以改进结构内部的位置。
中间体氧化物主要有氧化铝（ Al2O3），氧化铅
（ PbO），氧化锌（ ZnO）等。
作为中间体氧化物的氧化铅，其离子既出现于网络上（如
Pb ），作为改性剂也出现于网络内部（如 Pb ）2++
中间体氧化物作用：
? 降低玻璃的热膨胀系数；
? 提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、机械强度
和粘度；
? 用量不宜过多，要适当。
3）网络外体氧化物 — 改性剂
网络外体氧化物不参加玻璃的结构网络，居于网络之
外，但能促使玻璃网络破裂而改变玻璃的性质。
主要有：氧化锂（ Li2O）、氧化钠（ Na2O）、氧化钾
（ K2O）、氧化镁（ MgO）、氧化钙（ CaO）、氧化钡
（ BaO）等。
作用：降低熔点和简化工艺。
改性剂（ Na+）对二氧化硅玻璃网络结构的影响
下表列出了几种商业玻璃的组成。
下表列出了几种瓶罐玻璃的组成。
二 玻璃的性能
1.化学稳定性
玻璃具有较高的化学稳定性，只有氢氟酸除外，其
他酸都不能使玻璃发生腐蚀。玻璃对碱抗力较差。高温
受热，水也可以侵蚀玻璃，加压可使腐蚀加剧。如硅酸
盐类玻璃长期受水汽作用，能水解生成碱和硅酸。
Na2O·2SiO2+(n+1)H2O→2NaOH+2SiO 2·nH2O
玻璃中氧化物耐水侵蚀的顺序为：
ZrO＞ Al2O3＞ SnO＞ ZnO＞ PbO＞ MgO＞ CaO＞ Li2O
＞ K2O＞ Na2O
2,强度和硬度
1）强度,玻璃的强度决定于化学组成、制品形状、表
面性质和加工方法。玻璃的理论强度很高，约为
10000MPa，而实际强度为理论强度的 1%以下。
原因：
① 玻璃制品内存在未熔夹杂物、结石、节瘤；
② 表面具有微细裂纹，造成应力集中，从而急剧降低
其机械强度。
2）硬度,玻璃的硬度取决于其组成成分。玻璃的硬度
比较大，用普通的刀、锯等不能切割。
各种氧化物对硬度的影响是：
SiO2＞ B2O3＞（ MgO,ZnO,BaO）＞ Al2O3 ＞
Fe2O3＞ K2O＞ Na2O＞ PbO
3,不渗透性
对于所有的气体、溶液或溶剂，玻璃是完全不渗透
的。经常把玻璃作为气体的理想包装材料。玻璃作为包
装容器，其气密性能是无与伦比的。
4,玻璃的热性能
玻璃的导热性很小，导热系数一般为 0.004～
0.012J/(cm·s·℃ )。所以一般玻璃不耐温度急剧变化。玻
璃的热膨胀系数较小，一般在 5.8× 10-7～ 150× 10-7之
间。玻璃的热膨胀性决定于化学组成及其纯度，纯度越
高热膨胀系数越小。
5.玻璃的光学性质
玻璃既能透过光线，还有反射光线和吸收光线的能力，
所以厚玻璃和重叠多层的玻璃，往往是不易透光的。
玻璃对光线的吸收能力随着化学组成和颜色而异。无
色玻璃可透过各种颜色的光线。各种颜色的玻璃能透过
同色光线而吸收其它颜色的光线。
三 玻璃瓶罐的强度要求
1.内压强度
我国规定，充气酒瓶内压强度不低于 1.0MPa，不充
气酒瓶不低于 0.5MPa，啤酒瓶大于 1.2MPa。
内压强度与瓶罐形状有关，形状越复杂，内压强度
越低。
若圆形截面的瓶子的内压强度为 1的话，则长短轴为
2,1的椭圆形截面瓶子的内压强度仅为 0.5，正方形截面
的瓶子内压强度仅有 0.1～ 0.25。
圆柱形瓶子其瓶表面应力 S与受内压力的关系为：
式中 S— 瓶子表面圆周方向应力；
P— 瓶内压力,MPa；
D— 瓶体直径,cm；
t— 瓶壁厚度,cm；
由上式可知，壁厚对瓶表面应力有一定的影响。
2
DSp
t?
2,热冲击强度
温度变化时，玻璃瓶所受张应力大致可用下式计算：
式中,S为张应力,kg/cm ；
ΔT为温差,℃ ；
t为瓶壁厚,cm。
由上式可知，壁厚越大，其受急冷急热时产生的张
应力越大，因而也越易破碎，其热冲击强度就越低。
3,5S T t??
2
3,机械冲击强度
在玻璃瓶生产中，一般采用适当地增加瓶子壁厚的
方法来提高机械冲击强度。
4,翻倒强度
与瓶子质量、重心位置和瓶子形状关系很大，设计
瓶形时应使之稳定性高，即使其瓶底加大，重心降低以
提高翻倒强度。
5,垂直荷重强度
一般瓶子受垂直荷重时，瓶肩处产生一个最大的张
应力，因而瓶肩的形状不同，其垂直荷重强度也不同。
另外垂直荷重强度也与瓶身和瓶底直径有关 。
概述
一 玻璃的组成
二 玻璃的性能
三 玻璃瓶罐的强度要求
概 述
玻璃在包装工业中，主要是制成玻璃瓶罐等制品。
由于玻璃瓶罐具有保证食物饮料纯度和卫生、透明、美
观、良好的化学稳定性、不透气、易于密封、造型灵活、
可多次周转使用，多彩晶莹的装饰效果、原料丰富、价
格低廉等一系列优点，成为食品、医药、化学工业广泛
采用的包装材料。
一 玻璃的组成
1,玻璃的化学组成
所谓玻璃的化学组成，指该玻璃由何种氧化物和其他
辅助原料所组成。
2,玻璃的组成氧化物
按玻璃组成氧化物在玻璃结构中的作用，可分为玻璃
形成氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物三大类。
1）玻璃形成氧化物
玻璃形成氧化物为二氧化硅 （ SiO2） 和氧化硼
（ B2O3）。
① 二氧化硅（ SiO2）
单独的二氧化硅可以形成石英玻璃，在一般玻璃中，
二氧化硅以硅氧四面体结构单元形成结构网络。
（ a）硅氧四面体示意图 （ b）硅氧四面体模型的照片。
浅色圆点原子表示未被其他离
子或分子连接的不饱和氧
二氧化硅二维网络结构示意图
（ a）晶体（ b）低序玻璃结构
二氧化硅作用,
降低玻璃的热膨胀系数、密度，提高玻璃的热稳定
性、化学稳定性、粘度、机械强度等；但含量高，需要
较高的熔融温度。一般瓶罐玻璃二氧化硅含量约为 73%
左右。
② 氧化硼（ B2O3）
氧化硼也可以单独形成玻璃，它以硼氧三角体 [BO3]
和硼氧四面体 [BO4]为结构单元。在硼硅酸盐玻璃中与硅
氧四面体共同组成结构网络。
作用：
? 能降低玻璃的热膨胀系数（硼的加入量应适当，过量
时玻璃的热膨胀系数等反而增大，热稳定性差）；
? 提高玻璃的化学稳定性和热稳定性；
? 改善玻璃的光泽、提高玻璃的机械强度；
? 少量的氧化硼有助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻
璃的结晶能力。
2）中间体氧化物
中间体氧化物自身不能形成玻璃，但可以连接二氧
化硅（玻璃）链使其保持玻璃态。它既是玻璃网络结构
的一部分，又可以改进结构内部的位置。
中间体氧化物主要有氧化铝（ Al2O3），氧化铅
（ PbO），氧化锌（ ZnO）等。
作为中间体氧化物的氧化铅，其离子既出现于网络上（如
Pb ），作为改性剂也出现于网络内部（如 Pb ）2++
中间体氧化物作用：
? 降低玻璃的热膨胀系数；
? 提高玻璃的热稳定性、化学稳定性、机械强度
和粘度；
? 用量不宜过多，要适当。
3）网络外体氧化物 — 改性剂
网络外体氧化物不参加玻璃的结构网络，居于网络之
外，但能促使玻璃网络破裂而改变玻璃的性质。
主要有：氧化锂（ Li2O）、氧化钠（ Na2O）、氧化钾
（ K2O）、氧化镁（ MgO）、氧化钙（ CaO）、氧化钡
（ BaO）等。
作用：降低熔点和简化工艺。
改性剂（ Na+）对二氧化硅玻璃网络结构的影响
下表列出了几种商业玻璃的组成。
下表列出了几种瓶罐玻璃的组成。
二 玻璃的性能
1.化学稳定性
玻璃具有较高的化学稳定性，只有氢氟酸除外，其
他酸都不能使玻璃发生腐蚀。玻璃对碱抗力较差。高温
受热，水也可以侵蚀玻璃，加压可使腐蚀加剧。如硅酸
盐类玻璃长期受水汽作用，能水解生成碱和硅酸。
Na2O·2SiO2+(n+1)H2O→2NaOH+2SiO 2·nH2O
玻璃中氧化物耐水侵蚀的顺序为：
ZrO＞ Al2O3＞ SnO＞ ZnO＞ PbO＞ MgO＞ CaO＞ Li2O
＞ K2O＞ Na2O
2,强度和硬度
1）强度,玻璃的强度决定于化学组成、制品形状、表
面性质和加工方法。玻璃的理论强度很高，约为
10000MPa，而实际强度为理论强度的 1%以下。
原因：
① 玻璃制品内存在未熔夹杂物、结石、节瘤；
② 表面具有微细裂纹，造成应力集中，从而急剧降低
其机械强度。
2）硬度,玻璃的硬度取决于其组成成分。玻璃的硬度
比较大，用普通的刀、锯等不能切割。
各种氧化物对硬度的影响是：
SiO2＞ B2O3＞（ MgO,ZnO,BaO）＞ Al2O3 ＞
Fe2O3＞ K2O＞ Na2O＞ PbO
3,不渗透性
对于所有的气体、溶液或溶剂，玻璃是完全不渗透
的。经常把玻璃作为气体的理想包装材料。玻璃作为包
装容器，其气密性能是无与伦比的。
4,玻璃的热性能
玻璃的导热性很小，导热系数一般为 0.004～
0.012J/(cm·s·℃ )。所以一般玻璃不耐温度急剧变化。玻
璃的热膨胀系数较小，一般在 5.8× 10-7～ 150× 10-7之
间。玻璃的热膨胀性决定于化学组成及其纯度，纯度越
高热膨胀系数越小。
5.玻璃的光学性质
玻璃既能透过光线，还有反射光线和吸收光线的能力，
所以厚玻璃和重叠多层的玻璃，往往是不易透光的。
玻璃对光线的吸收能力随着化学组成和颜色而异。无
色玻璃可透过各种颜色的光线。各种颜色的玻璃能透过
同色光线而吸收其它颜色的光线。
三 玻璃瓶罐的强度要求
1.内压强度
我国规定，充气酒瓶内压强度不低于 1.0MPa，不充
气酒瓶不低于 0.5MPa，啤酒瓶大于 1.2MPa。
内压强度与瓶罐形状有关，形状越复杂，内压强度
越低。
若圆形截面的瓶子的内压强度为 1的话，则长短轴为
2,1的椭圆形截面瓶子的内压强度仅为 0.5，正方形截面
的瓶子内压强度仅有 0.1～ 0.25。
圆柱形瓶子其瓶表面应力 S与受内压力的关系为：
式中 S— 瓶子表面圆周方向应力；
P— 瓶内压力,MPa；
D— 瓶体直径,cm；
t— 瓶壁厚度,cm；
由上式可知，壁厚对瓶表面应力有一定的影响。
2
DSp
t?
2,热冲击强度
温度变化时，玻璃瓶所受张应力大致可用下式计算：
式中,S为张应力,kg/cm ；
ΔT为温差,℃ ；
t为瓶壁厚,cm。
由上式可知，壁厚越大，其受急冷急热时产生的张
应力越大，因而也越易破碎，其热冲击强度就越低。
3,5S T t??
2
3,机械冲击强度
在玻璃瓶生产中，一般采用适当地增加瓶子壁厚的
方法来提高机械冲击强度。
4,翻倒强度
与瓶子质量、重心位置和瓶子形状关系很大，设计
瓶形时应使之稳定性高，即使其瓶底加大，重心降低以
提高翻倒强度。
5,垂直荷重强度
一般瓶子受垂直荷重时，瓶肩处产生一个最大的张
应力，因而瓶肩的形状不同，其垂直荷重强度也不同。
另外垂直荷重强度也与瓶身和瓶底直径有关 。
