§ 1. СТЕКЛО ХИМИКО-ЛАБОРАТОРНОЕ
Основные требования, предъявляемые к химико-лабораторному стеклу, — химическая и термическая стойкость. Химической стойкостью стекла называют способность его противостоять действию различных химических реагентов, термической стойкостью — способность выдерживать колебания температуры. Максимальная разность температур, которую выдерживает, не растрескиваясь, стекло, является мерой его термической устойчивости. По ГОСТ 21400—75 стекло в зависимости от химической и термической стойкости подразделяют на шесть групп: ХС1, ХС2, ХСЗ — химически стойкое 1-го, 2-го и 3-го классов соответственно; ТХС1, ТХС2 — термически и химически стойкое 1-го и 2-го классов соответственно; ТС — термически стойкое (стекло боросиликатное 3,3).
Этот стандарт соответствует рекомендациям по стандартизации СТ СЭВ 825—77. Химическая устойчивость стекла к воздействию дистиллированной воды, кислот и щелочей должна соответствовать техническим требованиям, указанным в табл. 1.
Термическая устойчивость и средний коэффициент линейного теплового расширения стекла должны соответствовать техническим требованиям, указанным ниже (значение коэффициента термического расширения характеризует только состав стекла):
Группа стекла .... ХС1; ХС2; ХСЗ ТХС1; ТХС2 ТС
Термостойкость, °С . . 120 190 250
Средний коэффициент
теплового линейного
расширения при 20—
300 °С, d-Ю-7 град-1 < 94 <55 33±1
Водостойкость стекла. Водостойкость стекла (х, в мл/г) вычисляют по формуле
x = (V-V1)/m
где V —объем раствора хлороводородной кислоты, израсходованной на титрование, мл; V, — объем раствора хлороводородной кислоты, израсходованной на титрование дистиллированной воды в контрольном опыте, мл; m — масса пробы стекла, г.
Для испытания изготавливают пробу из кусочков неотожженного стекла с толщиной стенки не менее 1,5 мм, длиной 10—30 мм и массой не менее 30 г. Пробу измельчают, просеивают и промывают. Отбирают три навески по 2 г и помещают их в мерные колбы вместимостью 50 мл, наливают дистиллиро-
Таблица 1. Показатели химической стойкости стекла
XI. I XL _ А -" . . j !ХС1 . ,ХС. | ГС
Водо- Дистиллирован- Расход (',01 Л1 0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 0-0,1 0,1-0,- 0-0,1
стой- ная вода при 95± х.юроводород-
кость ±0,5 CC ней )^;слоты на
титрование,
мл/г
Кпсло- 20,4 сл-ная хлоро- Потери массы 0-0,001 о-о, Он: 0-0.00!- 0-0, СиГ> d — ri,u;:7iO — 0,00^
ТООТОЙ- водородная кис- образца стекла,
КОСТЬ лота при кнпиче- ! мг/см^ }
ПИИ 6 Ч
Щело- Смесь 0,5 М рост- Потери массы ?^0,75 ^1,0 5^1,1 ^0,9 <": ,- 1,5(150;
че стой- вера карбоната образца c'i скла,
кость натрия и 1 ,М ра- мг/с.м^
створа гндроксп-
да натрия при
кипячении 3 ч
ванную воду до метки, устанавливают в водяную баню при 98 ri 0,5 °С и выдерживают 1 ч. После этого колбы вынимают из бани и охлаждают проточной водой до 20 + 5°С. Из каждой колбы отбирают по 25 мл раствора и титруют 0,01 М раствором хлороводородной кислоты до перехода окраски индикатора (метиловый красный). По трем опытам определяют среднее арифметическое значение и отклонение от среднего его значения. В зависимости от расхода 0,01 М кислоты на титрование устанавливают класс водостойкости стекла:
Ктасс водостомкости ... 1 2 3 4 5
Расход 0.01 .11 раствора НС1
на титрование, мл/г . . . . <0,1 0,1—0,20 0,20—0,85 0,85—2,00 2,00—3,50
Кислотостойкость стекла. Кислотостойкость (*i) — потеря массы испытываемой пробы стекла при обработке кипящим 20,4 %-ным раствором хлороводородной кислоты в течение б ч — выражается отношением потери массы к единице пло-шадн пробы:
где Д//г — разница в массе между испытываемым и контрольным образцами до испытания, мг; Ami — разница в массе между испытываемым и контрольным образцами после испытания, мг; S — общая поверхность образца, см2.
Для испытания отбирают образцы отожженных стеклянных трубок с внутренним диаметром не менее 5 мм или другие изделия с общей поверхностью 400 ± 40 см2. Образцы не должны иметь дефектов и острых кромок. Исследуют два образца, один из них контрольный. Образцы промывают, сушат, взвешивают и помещают в стакан с кипящим 20,4 %-ным раствором хлороводородной кислоты, в котором выдерживают их 6 ч.
Затем образцы вынимают, ополаскивают, сушат и взвешивают (погрешность не должна превышать ±0,1 мг). Испытания повторяют на второй паре образцов. Из двух опытов определяют среднее арифметическое значение и отклонение от него. Для каждого опыта отклонение от среднего значения не должно превышать ±10 %•
В зависимости от потери массы образца устанавливают класс кислотостойкости:
Класс кислотостойкое™ ... 1 2 3
Потеря массы, мг/см2 . , . < 0,007 0,007—0,015 0,015
Щелочестой кость стекла. Щелочестойкость (х2) определяется потерей массы образца стекла при действии на него кипящей смеси равных объемов 0,5 М раствора карбоната натрия (Na2CO3) и 1 М раствора гидроксида натрия (NaOH) в течение 3 ч и выражается отношением потери массы к единице площади образца:
л:2 = (т —
где т — масса образца до испытания, мг; mi — масса образца после испытания, мг; 5 — поверхность образца, см2.
Для проведения испытания берут неотожженные стеклянные образцы (трубки, стержни, листы) с общей поверхностью 10 — 15 см2. Образцы должны иметь правильную геометрическую форму, концы и края ровно обрезанные и отшлифованные. Образец тщательно промывают, высушивают, взвешивают и погружают в кипящую смесь 0,5 М растворов Na2CO3 (400 мл) и 1 Л1 раствора NaOH (400 мл). Кипятят 3 ч, затем образец вынимают, тщательно ополаскивают, сушат и взвешивают с погрешностью ±0,1 мг. Другой образец испытывают таким же образом. Из двух опытов определяют среднее арифметическое значение и отклонение от него. Отклонение результатов в каждом опыте от среднего значения не должно превышать ±5%. В зависимости от потери массы образца устанавливают класс щелочестойкости:
Класс щелочестойкости ... 1 2 3
Потери массы, мг/см3 , , , < 0,75 0,75—1,50 1,50
Термостойкость стекла. Термостойкость определяется разностью температур, при которой разрушается нагретый образец стекла при быстром его охлаждении в воде. Термостойкость стекла (ДТ, °С) вычисляют по формуле
ДГ = («[ДГ, + «2ДГ2 + . . . + nm&Tm)/(nt + п2+ ... +пт)
где ДГЬ ДГ2, ..., ДГШ — термостойкость образца, °С; п\, п2, ..., пт — число треснувших образцов.
Образцы для испытаний берут в виде стеклянных стержней (штабиков) диаметром 4 ±0,1 и длиной 30 ± 5 мм, без дефектов, концы их должны быть оплавлены и отожжены. Образцы помещают в электропечь, нагревают до температуры, равной нижнему пределу термостойкости испытываемого стекла, и выдерживают 15 мин. Затем их вынимают из печи и погружают в сосуд с в о дсм, температура которой должна быть 15—20 °С. Вынутые из воды образцы проверяют, треснувшие отбрасывают. Неповрежденные образцы вновь загружают в печь, температуру в которой повышают на 10 °С, и повторяют испытания до тех пор, пока все образцы не разрушатся. Испытания повторяют на двух партиях образцов с одной датой изготовления стекла.
В табл. 2 и 3 приведены составы в % (масс.) некоторых химико-лабораторных стекол, выпускаемых отечественной промышленностью и за рубежом, в табл. 4 — перечень изделий из химико-лабораторного стекла, в табл. 5 — свойства химико-лабораторных стекол, выпускаемых в СССР.
Таблица 4. Виды химико-лабораторного стекла и изделия из него (ГОСТ 21400—75)
Групп:!
лавод-изготовитель
Наименование изделий
ТХС1
хсз
хсз тс
ТХС2
ТХС1
ТХС1 Л-80
№ 29 № 29
Л-80К *
AM Пирекс
Л-50
ПО «Химлаборприбор»,
г. Клин, Московск. обл.
«Дружная горка», Ленин-градск. обл.
ПО «Химлаборприбор»,
г. Клин, Московск. обл.
«Стеклоприбор», пос. Голын-ки, Смоленск, обл. Лохвицкий приборостроительный завод, пос. Черноза-водской, Лохвицкий р-п, Полтавск. обл.
«Дружная горка», Лепии-градск. обл.
«Стеклоприбор», пос. Голын-ки, Смоленск, обл. «Победа труда», ст. Ва-сильево, Тат. АССР ПО «Химлаборприбор»,
г. Клин, Московск. обл. «Стеклоприбор», пос. Щи-рец, Львовск. обл.
Приборы, аппараты, оборудование, тонкостенная посуда, стеклотрубка Тонкостенная посуда
Приборы, аппараты, оборудование, тонкостенная посуда, стеклотрубка
Приборы, аппараты, оборудование, тонкостенная посуда Приборы, тонкостенная посуда
Приборы, аппараты, оборудование, толстостенная посуда, выдувные и прессованные изделия
Толстостенная посуда, оборудование
Приборы, аппараты, оборудование, стеклотрубка Приборы, аппараты, установки, оборудование Тонкостепная посуда, оборудование
Стекло марки Л-8Ж незначительно отличается по составу от стекла марки Л-8>
Таблица 2. Состав [в % (масс.)] химико-лабораторных стекол, выпускаемых в СССР
^ > '
с:'ск лл .-.ар:-;а ; с.о . ! п .,-, 1 . , .,-, стекло -"•-'' ! "-'-'• --^z^J; Cu! i | .MS о BaO ! X-avt • K-O >-eaO:.. ZrO2
I
хсз № 29 68,8 - i 3,7 7,5 | 35 3,5 10 3,0 0,2 —
хсз Л-80 71,5 2,0 2.5 6,5 2,5 — 14.5 0,5 — __
хсз AM 72,0 - 1,5 10,0 2,5 — 14.0 — — ! —
ТХС2 Л-50 74,5 6,6 5,5 0,7 — 4,5 4,2 4,0 — —
тс Пирекс 80,6- 12,0 2,0 0,35 - — 4,0 1,0 — —
ТХС1 ТХС1 72,4 8,4 3,6 2,0 - 4,5 5,1 1,8 — 1,9
Таблица 3. Состав [в % (масс.)] некоторых стекол,
выпускаемых за рубежом
I в,о,
Т; п. '.ггок а стек л л 5Ю2 А!203 CaO M go BaO N'a20 K20 Fe203
i !
Troi';i;;:'ei; ское GS.74 3 — 4 — 6.2—8 — 12— 18| 0—8.5 —
(ФРГ) i I
Унпхиет ( ЧССР) 68,9 3.9 — ! 5.5 2 9 — 17,8 ! 1,3 —
,чг! (LK-^P} /0.7 4,2 2.3 1 7.0 — i — 3,9 1.9 __
Х8 (Англ 1я) 69,2 3,5 1 2 5.3 3 ,6 — 16,0 0,9 —
\*--~> -- -; -> ~' * (Птг,- \ G7.0 6,7 3,0 •',0 ___ 1 0 ^ _ __ _ __
Содгпзве 2ТКОЕОО 71,0 0,85 - 77 3 , t> 0,5 15,5
(ЧССР)
Спал 1.ЧССР) 75,0 6,0 7,0 1.7 4,3 — 6,5 —
Спмакс ( -ICCP) 79.0 3,0 11,0 __ __ __ 5,5 —
Палекс (ЧССР)* 70.84 4,48 6,31 4,17 2 ,02 — 8,37 0,99 0,36
Лабораторное | 690 4,30 4,3 4,50 3,5 8,6 — —
(ГДР)** '
Вотхай а .1 Майн 69,25 5,96 8,56 0,99 0.45 3,63 8,57 2,25 0,33
(ГДР) i
1447111 (ГДР) *.** •34,3 — 4—7 8,7 — 0,1-0,0 __ 7-9,7 — —
64,7 12
С20 (ФРГ) 74,7— 4,3- 7,0— 0,75—1 3,5— 6,5— — 0,1 —
75,7 6,2 8,7 4,2 7,5 0,3
52 (ГДР) * * # * 76,6 3 6 . _ 3 8 — —
Корнпнг (США) 80,0 2,71 11,31 0,75 __ . — 4,74 0,35 —
Совирель (Фран- 80,0 2,25 13,0 — — 3,50 1,15 0,05
ЦП Я)
Разотерм (ГДР) 78,25 2,74 12.18 0,85 __ ' — 5,39 0,41 —
Дюран 50 (ФРГ) 79,69 3,10 10,29 0,77 0,87 — 5,20 — —
Гнзиль ( \нглия) 80,6 2,70 12,20 0,12 — — 4.15 — —
Монако (Англия) 74,66 3,89 13,44 0,75 0,49 — 5,89 0,79 —
Таблица 5 Свойства химико-лабораторных стекол, выпускаемых в СССР
•2Э
AM I Пнрекс
- 50
ТХС1
Температура отжига, 565 550±10 585 578 530 625
°С
Температура размягче- 590 576 585 640 540±10 650
ния до вязкости
10" Па-с, °С
Коэффициент линейно- 86—89 87-89 33-35 53—56 88—90 48±2
го теплового расшире-
ния d- 10~7, град"1
Показатель преломле- 1,5145 1,5145 1,4675 — 1,5154 1,5004
ния
Плотность, кг/м3 2,4 • 103 2,49- 103 2,25- 103 — 2,48- 103 2,45 • 103
Интервал кристаллиза- 850—950 680-930 680— 769— 680—950 1060—
ции Т, °С 1020 1163 1080
Водостойкость:
расход 0,01 М рас- 0,16 — — — 0,39 0,009
твора НС1 на титро-
вание дистиллиро-
ванной воды при
98 ± 0,5 °С, мл/г
Кислотостойкость:
потери массы образ- 0,0035 — 0,0015 0,0019 0,0035 0,003
на стекла в 20,4 %-
ном растворе НС),
мг/см2
Щелочестойкость:
потери массы образ- 0,85 — 1,34 1,10 0,98 0,70
ца стекла в смеси
0,5 М раствора
Na2CO3 и 1 М рас-
твора NaOH, мг/см2
Гидролитический класс II I I III I
Класс кислотостойкости I I I I I
Класс щелочестойкости III II II II I
Термостойкость, °С 155 130 265 225 135 250