Плотность стекла: данные со справочника

Как определить плотность стекла – проверенные методы + полезные таблицы

У большинства людей стекло почему-то ассоциируется с чем-то очень постоянным, стабильным. Чаще всего такое представление основывается на личных впечатлениях – за время существования ни оптические параметры, ни плотность стекла почти не поменялись – хотя бы геометрические параметры и плотность оконного стекла за множество десятков лет эксплуатации в рамах окна остаются такими же, как и множество лет назад.

Какая плотность стеклянной массы – реальные данные? При производстве стекла есть множество марок (десятки) стекла, у каждой из которых особенная плотность.

По сути, параметр удельного веса применяется в роли одной из основных характеристик, которые позволяют отличать одним заготовки из стекла от остальных.

Теплопроводность стекла при различных температурах

В таблице представлены значения коэффициента теплопроводности стекол различной плотности в зависимости от температуры. Теплопроводность стекла приведена при отрицательной и положительной температуре — в интервале от 4 до 1140 К (-269…867°С).

Рассмотрены такие типы стекол, как: кварцевое стекло (плавленый кварц), крон (легкий ЛК5 и баритовой серии 100БК110), стекло боросиликатное (С38-1, С39-1, С47-1, пирекс), известково-натриевое, свинцово-тугоплавкое, фарфор, фаянс, флинт (тяжелый ТФ1 и баритовый БФ8), хрусталь с плотность 2600…2850 кг/м

3

.

Теплопроводность стекол различных типов при комнатной температуре лежит в диапазоне от 0,7 до 1,6 Вт/(м·град). Например, теплопроводность кварцевого стекла при комнатной температуре составляет величину 1,36 Вт/(м·град); теплопроводность хрусталя находится в пределах 0,88-0,91 Вт/(м·град); теплопроводность фарфора имеет величину 1,68 Вт/(м·град).

При низких отрицательных температурах стекло обладает теплопроводностью 0,13-0,4 Вт/(м·град). При увеличении температуры стекла его теплопроводность возрастает. При высоких температурах теплопроводность стекла увеличивается до значения 2-2,25 Вт/(м·град).

Примечание: Размерность теплопроводности в таблице Вт/(м·град), все образцы отожженые, теплопроводность стекол соответствует указанным в таблице температурам, возможна интерполяция данных.

Реальная величина плотности стеклянной массы

В стекольном производстве существует несколько десятков марок стекла, у каждой из которых своя плотность. По сути, величина удельного веса используется в качестве одной из главных характеристик, позволяющих отличать одни стеклянные заготовки от других. Коэффициент преломления у стеклянной заготовки не измеришь, а зная, какая плотность у стекла, можно легко отличить качественный материал от проблемного.

Согласно справочнику, плотность стекла равна 2,2-7,5 г/см3. Разница более чем в три раза. Для примера можно привести несколько наиболее известных марок стеклянной массы и сравнить их плотность:

• Кварцевый монолит, плотность стекла 2,2 г/см3;
• Для оконного стекла этот показатель равен 2,56 г/см3;
• Оптические марки выпускаются как средней плотности, 3-3,5 г/см3, так и тяжелые флинты с удельным весом 4,5 г/см3.

К сведению! Особо малыми партиями изготавливают тяжелое стекло с плотностью до 7000 кг/м3.

Такие стекла практически не пропускают видимый диапазон света, но обладают прекрасным светопропусканием в ультрафиолете и инфракрасном диапазоне. Для обычного человека стекло с высоким удельным весом будет выглядеть, как камень, абсолютно непрозрачный, со стеклянным блеском.

Наиболее интересная категория оконных стекол на самом может отличаться по величине удельного веса, более точный показатель, согласно технологическим картам, составляет 2,45-2,56 г/см

3

. Это значит, что для наиболее распространенной толщины 4 мм плотность стекла составляет 2,5 г/см

3

. Но даже эти сведения не дают полного представления о свойствах стеклянной массы.

Удельная теплоемкость стекла

В таблице представлена удельная теплоемкость стекла различных видов и плотности в зависимости от температуры. Теплоемкость стекол дана в интервале температуры от 173 до 1473 К (-100…1200 °С). Размерность теплоемкости в таблице кДж/(кг·град).

Приведена удельная теплоемкость следующих стекол: стекло кварцевое, крон, натриевое, оконное, пирекс, термометрическое стекло, стекло флинт, стекла из природных силикатов: анорит, альбит, волластонит, диопсид, микроклин.

Удельная теплоемкость стекла основных типов находится в диапазоне 490…1125 Дж/(кг·град). К примеру, удельная теплоемкость силикатных стекол находится в диапазоне от 300 до 1050 Дж/(кг·град) и зависит от состава стекла. Низкая теплоемкость характерна для стекол с высоким содержанием тяжелых элементов — таких, как барий или свинец — это относится в первую очередь к тяжелым кронам и флинтам. К стеклам с высокой теплоемкостью при обычных температурах можно отнести такие, как: пирекс, натриевое стекло, термометрическое.

Следует отметить, что удельная теплоемкость стекла зависит от температуры — при нагревании стекла ее значение увеличивается. Например, удельная теплоемкость кварцевого стекла при температуре 1200°С на 25-30% выше этой величины при 20°С.

Теплоемкость, состав и другие физические свойства фарфора

В таблице представлен состав, тепловые и физические свойства фарфора при комнатной температуре.
Свойства фарфора указаны для следующих типов: установочный, низковольтный фарфор, высоковольтный и химически стойкий.

Представлены следующие свойства фарфора:

• состав фарфора;
• твердость по Моосу;
• удельная теплоемкость фарфора, кДж/(кг·град);
• теплопроводность стекла, Вт/(м·град);
• удельное электрическое сопротивление Ом·м;
• пробивное напряжение, кВ/мм;
• граница огнеупорности, К.

Следует особо отметить такое свойство фарфора, как теплоемкость. Удельная теплоемкость фарфора составляет от 750 до 925 Дж/(кг·град). Наибольшим значением теплоемкости обладает установочный фарфор, наименьшим — химически стойкий.

Состав, свойства разных видов материала

Стекло представляет собой аморфный неорганический материал. Существует множество его модификаций, имеющих различные физико-химические свойства, различный состав.

Стекло производится путем плавления стеклообразующих веществ:

• Оксидов. Например: кварцевое стекло, германатное или привычное оконное (силикатное) стекло.
• Фторидов.

В зависимости от потребностей эксплуатации стекла в той или иной сфере используют различные компоненты, придающие нужные характеристики. Среди них такие:

• твердость (измеряется по шкале Мооса и составляет в среднем 6 ед, зависит от дополнительных примесей, наиболее твердое стекло кварцевое, а самое мягкое – свинцовое);
• теплопроводность (0,7 Вт/м*К – 13,4 Вт/м*К);
• стойкость к высоким температурам;
• электропроводность;
• плотность (удельный вес зависит от вида, самая низкая плотность у кварцевого стекла – 2200 кг/м3, силикатное – 2500 – 2600 кг/м3, на оксиде свинца – до 7500кг/м3);
• прозрачность;
• ударная вязкость (оконного стекла 1,5 – 2 кН/м, увеличивается относительно количеству содержания брома в материале);
• отражающая способность и др.

Выбирая материал, следует руководствоваться в первую очередь требованиями к физическим характеристикам стекла, необходимо точно знать, какие свойства важны.

На что указывает удельный вес стекла

Для того чтобы изменить плотность и структуру стеклянного листа, установленного в оконный проем или используемого в биокамине, необходимо два основных условия:

• Высокая температура, выше температуры плавления стеклянной массы на 150-200

  о

  С. Только в таких условиях стекло начинает существенно менять свои основные свойства, в том числе плотность;

• В стеклянную массу должны быть добавлены особого рода присадки, чаще всего это окислы металлов. Чтобы увеличить плотность стекла, добавляют оксиды свинца, магния, бария, железа и тяжелых металлов.

Чем выше плотность стекла, тем больше его светопропускание и оптическая плотность. Оконное стекло со стандартной величиной удельного веса способно выдерживать нагрев без последствий до 90

о

С, более легкие кварцевые могут нагреваться до 600

о

С, закаленное тяжелое стекло выдерживает до 250- 300

о

С.

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом «Институт стекла», Техническим комитетом по стандартизации ТК 41 «Стекло»

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 сентября 2017 г. N 103-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Россия	RU	Росстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 марта 2018 г. N 149-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 9553-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 марта 2019 г.

Специальные виды стекол

Добиться высокого уровня теплоизоляции с помощью стекла с пониженным удельным весом практически очень сложно, мало того, такое стекло в большей части непригодно для изготовления стеклопакетов, считающихся на сегодня наилучшим способом сохранить тепло. Из-за многочисленных дефектов стекла газ, закачанный в полость между листами, быстро набирает стандартную влажность уличного воздуха. В результате стеклопакет из стекла с низким удельным весом оказывается на 30-35% холоднее обычного.

Для повышения энергоэффективности используются стекломатериалы особой структуры. Простейший вариант – теплозащитное стекло с увеличенным содержанием окислов металлов. Такой материал приобретает сероватый оттенок и увеличенную плотность матрицы, что обеспечивает снижение количества тепла, проникающего с солнечными лучами, на 10-15%. Более сложные по структуре и плотности виолевые марки стекла используются для увеличения количества ультрафиолета, проникающего с солнечным светом в помещение.

Современные способы борьбы с потерями тепла заключаются в использовании так называемого I — стекла. Такой материал изготавливается из двух стекол, с разными значениями удельного веса и разной пропускной способностью. Внутренний слой с высокой плотностью выпускает коротковолновое излучение, теплые длинные лучи отражаются внутрь помещения. Наружный дополнительно покрывают полимером с высоким удельным весом. Помимо того, что появляется возможность регулировать степень отражения излучения низкой плотности, уменьшаются теплопотери за счет снижения конвективной теплоотдачи.

Более современная версия теплосберегающего К-стекла изготавливается из двух слоев с пониженным удельным весом, между которыми находится слой металлизированного покрытия. Стекло в большей мере выполняет функцию теплоизолятора, внутреннее напыление отражает тепловые лучи, при этом направленность зависит от температуры воздуха.

При низких температурах наружная поверхность низкой плотности пропускает тепло вовнутрь помещения, второй слой отражает инфракрасное излучение обратно в дом. В жаркое время направление перепуска меняется на противоположное. В этой ситуации главным фильтром работают внутренние слои К-стекла.

Самыми легкими считаются глухие стекла с минимальным удельным весом с наполнителем из оксида титана. В данном случае плотность снижается не за счет внутренних дефектов, а за счет легкого окисла металла. В результате удается получить хороший уровень затенения без снижения прочности стеклянного листа.

Вес стекла

Наиболее востребованным в повседневной жизни является обычное силикатное или оконное стекло. Его вес играет важную роль, и учитывать эти значения необходимо при:

• монтаже зеркальных поверхностей на стенах и потолках, стеклянных перегородок, устройстве душевых кабин, производстве окон и пр.;
• необходимости подбора фурнитуры, креплений, просчетах нагрузки на конструкции;
• транспортировке.

Рассчитать массу изделия М (кг) можно исходя из формулы: M(кг)=S(м2)*t(мм)*2.5, где S – площадь поверхности вымеренная в м2, t – толщина материала в мм, коэффициент 2.5 означает среднее значение веса м2 для силикатного стекла толщиной 1 мм.

Вес м2 стекла (оконного) зависит от его толщины. Для удобства проведения последующих расчетов, значения веса стекол различной толщины приведены в таблице.

Таблица значений веса 1 м2 при различной толщине стекла

Толщина стекла (мм)	Вес м2 стекла (кг)
3	7.5
4	10
5	12,5
6	15
8	20
10	25
12	30
15	37,5
19	47,5

Для примера приведем расчет веса стандартного однокамерного стеклопакета одной половины двухстворчатого окна.

При размере 650 мм * 1400 мм, его площадь составит 0,91 м2. Если вес стекла 4 мм – 10 кг/м2, то одно стекло весит 9,1 кг, а два стекла – 18,2 кг.

В двухкамерном стеклопакете балконного блока размером 800 мм х 1450 мм используются стекла 6 мм и два по 4 мм. Его площадь 1,16 м2. Вес стекла 6 мм такой площади – 17,4 кг, плюс 18,2 кг двух других.

В устройстве перегородок для душевых кабин используется листовое стекло толщиной 8 мм. При стандартном размере кабинки 90 * 90 см и высоте перегородки 2 м, площадь стеклянной поверхности составит 3,6 м2. Вес стекла 8 мм – 20 кг/м2, а масса всей перегородки – 72 кг.

Большой аквариум собирается из стекла толщиной более 10 мм. При этом масса его будет внушительной. Так при размерах 1300 мм * 600 мм * 600 мм понадобится 2,28 м2 стекла 10 мм и 0,78 м2 стекла 15 мм. В этом случае вес стекла 10 мм составит 57 кг, дно 15 мм – 29 кг.

Общие сведения

Коэффициент преломления у заготовки из стекла никак не измерить, а зная, какова плотность такого материала, как стекло, получается с легкостью отличать материал высокого качества от проблемного. По справочнику, стеклянная плотность будет составлять до 2.2 до 7.5 грамм на кубический сантиметр. Разница получается больше, чем в 3 раза.

Для примера предлагаем привести несколько самых популярных марок стеклянной массы и произвести сравнение их плотности:

• Оптические марки выпускают и со средней плотностью, т.е. от 3 до 3.5 грамм на кубический сантиметр, а также тяжелые флинты, у которых удельный вес составляет 4.5 грамм.
• Для стекол, которые применяют в окнах, такой показатель составляет 2.56 грамм на кубический сантиметр.
• Кварцевый монолит, причем плотность стекла 2.2 грамма на кубический сантиметр.

Обратите внимание, что очень маленькими партиями делают очень тяжелое стекло, у которого плотность составляет до 7 тонн на кубический метр. Такие стекла почти не пропускают заметный световой диапазон, но имеют отлично пропускание света в ультрафиолете и инфракрасном диапазоне. Для простого человека стекло, у которого высокий удельный вес будет выглядеть, словно камень, полностью непрозрачный и имеющий стеклянный блеск.

Самой интересной оконной категорией стекол присуще то, что она отличается по параметру удельного веса, и крайне точный показатель по картам с технологиями бывает от 2.45 до 2.56 грамм. Это означает, что для самой популярной толщины в 0.4 см плотность стекла будет 2.5 грамма на кубический сантиметр. Но даже такие сведения не дадут полного представления про качества стеклянной массы.

Подробности

На что указывает удельная масса стекла

Для изменения структуры и плотности стеклянного листа, который монтирован в оконный проем или применяется для биокамина, требуется два главные условия:

• Высокий уровень температуры, который будет выше температуры плавления масса стекла на 170-200 градусов. Лишь при таких условиях стекло начнет существенно изменяться, что повлечет изменение основных свойств, в том числе и плотность.
• В стеклянную массу должна быть добавления особенного рода присадки, обычно это оксиды металла. Чтобы увеличивать стеклянную плотность, обычно добавляют оксиды бария, магния, свинца, железа и тяжелых металлов.

Чем больше будет стеклянная плотность, тем выше получится его светопропускная способность и оптическая плотность. Стекло окна со стандартным показателем удельного веса может выдерживать нагревание без последствий до +95 градусов, более легкие (кварцевые) способны нагреваться до +600 градусов, а закаленное и достаточно тяжелое стекло может выдерживать до +260…+300 градусов.

Плотность как параметр качества

Алгоритм создания стекла был очень сложным во все времена, а стекломассу, до того, как она будет залита внутрь формы, проваривается и перемешивается при высокой температуре. Делается это для того, чтобы убрать по максимуму воздушные пузырьки и газы, которые растворены в лаве. Если варить стекло по ускоренной технологии, то его плотность бывает даже меньше показателей, которые приведены в справочниках. Легкое китайское стекло отличается от стандартного, и плотность такого стекла равна от 2.33 до 2.38 г/см

3

. Если лист стекла отечественного производства с толщиной в 0.4 см весит 10 кг, то китайский вариант с толщиной 0.4 см может быть на 70 грамм легче.

С одной стороны, как может показаться, легкий вариант стекла имеет ценные достоинства:

• Ниже нагрузка на раму окна или стеклопакет.
• Меньше тепловая проводимость стекла, а значит, при удельном пониженном весе тепловые потери через поверхность стекла тоже будут меньше.

Обратите внимание, что тепловая проводимость стекла со стандартной плотностью составляет от 0.86 до 0.88 Вт/м*Со. Для листа кварцевого стекла такой показатель приблизительно в 2 раза больше.

Более низкий уровень плотности оконного легкого стекла обусловлена не применением особенных добавок или технологий, а простым изъяном – наличие большого числа микроскопических пузырьков воздуха в стеклянной массе. Из-за маленьких размеров их почти не заметно, и определить наличие можно лишь по специальному прибору или по плотности материала. Единственный реальный плюс материала, у которого низкий удельный вес, более высокая степень шумовой изоляции, приблизительно на 10% выше, нежели у стекла со стандартной плотностью.

Уменьшение удельного веса – не одно следствие появления дефектов. Этот материал обладает весьма низкой степенью механической прочности, и главное, его довольно сложно обрабатывать резанием, потому что линия реза из-за плотности материала и неоднородности начинает «вилять» на разные участки листового стекла. Спустя 5 лет испорченное стекло, которое установлено в стеклопакете, может стать причиной того, что целое окно выйдет из строя. Вторая проблема стекол с малым удельным весом – снижение пропускания света. Для обычного оконного материала с толщиной в 0.4 см коэффициент световой потери составляет лишь 9%, а для премиум-марок с плотностью в 2.56 грамм/см

3

, пропускание света на уровне материала с толщиной 0.6 см.

По внешнему виду может быть зеленый оттенок, а если посмотреть под углом к стеклу, то структура изнутри начнет опалесцировать как опал.

Специализированные разновидности стекол

Добиваться высокой степени тепловой изоляции посредством стекла с уменьшенным удельным весом на практике крайне трудно, и мало того, подобное стекло в большей части не является пригодным для создания стеклопакетов, которые на сегодня считаются самым лучшим методом сохранения тепла. Из-за множества дефектов стекла газ, который закачан в полость двух листов, быстро наберет стандартную влажность воздуха на улице. Как результат, стеклопакет из материала с низкой удельной массой всегда будет на 35% холоднее обычного. Чтобы повышать энергоэффективность, применяют строительные материалы с особой структурой. Самым простым вариантом будет теплозащитное стекло с повышенным содержанием окисла металлов. Этот материал приобретет сероватый оттенок и увеличенную матричную плотность, что обеспечивает уменьшение количества тепла, которое проникает с лучами солнца, на 15%. Более сложные по плотности и структуре виолевые стеклянные марки применяются для того, чтобы увеличивать количество ультрафиолета, который попадает с солнечным светом в комнату.

Современные методы борьбы с тепловыми потерями заключается в применении так называемого I-стекла. Этот материал изготавливают из пары стекол, с различными показателями удельного веса и отличающимися пропускными способностями. Слой внутри с высокой степенью плотности выпускает излучение короткими волнами, длинные теплые лучи отражаются в помещение. Слой снаружи дополнительно покрывают полимерами с высоким удельным весом. Кроме того, что образуется возможность отрегулировать степень отражения излучений с малой плотностью, уменьшаются тепловые потери за счет того, что уменьшается конвективная тепловая отдача. Более современная версия К-стекла с тепловым сбережением изготавливается из пару слоев с пониженной степенью удельного веса, между которыми есть слой покрытия с напылением из металла. Стекло по большей части будет выполнять функцию теплового изолятора, а внутреннее напыление будет отражать тепловые лучи, причем направленность будет зависеть от температуры воздуха.

Плотность стекла важна, так как при низкой температуре наружная поверхность будет пропускать тепло в помещение, а новый слой будет отражать инфракрасное излучение в дом. В летнее время года направление перепуска будет меняться на противоположное. В такой ситуации основным фильтром работают слои К-стекла внутри. Наиболее легкими можно считать глухие стекла с небольшим удельным весом, у которых наполнитель из титанового оксида. В таком случае плотность снизится не за счет внутренних изъянов, а из-за легкого окисла металла. Как результат, есть возможность получить отличный уровень затенения без уменьшения прочности листа стекла.

Теплофизические свойства фаянса

В таблице представлены теплофизические свойства фаянса при комнатной температуре.
Свойства фаянса даны для следующих типов: глинистый, известковый фаянс, полевошпатовый фаянс: хозяйственный, санитарно-технический.

В таблице приведены следующие свойства фаянса:

• плотность фаянса, кг/м

  3

  ;

• пористость, %;
• коэффициент теплового расширения (КТР), 1/град;
• предел прочности на сжатие, кГ/см

  2

  ;

• предел прочности на изгиб, кГ/см

  2

  ;

• теплопроводность фаянса, Вт/(м·град).

• Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др. Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
• Стекло: Справочник. Под ред. Н. М. Павлушкина. М.: Стройиздат, 1973.
• Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
• Сентюрин Г. Г., Павлушкин Н. М. и др. Практикум по технологии стекла и ситаллов — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1970.
• ГОСТ 13569-78 Стекло оптическое бесцветное Физико-химические характеристики. Основные параметры

Библиография

	ГСССД 2-77	Таблицы стандартных справочных данных. Вода. Плотность при атмосферном давлении и температурах от 0 до 100°С
	ГСССД 8-79	Таблицы стандартных справочных данных. Плотность, энтальпия, энтропия и изобарная теплоемкость жидкого и газообразного воздуха при температурах 70-1500 К и давлениях 0,1-100 МПа

УДК 666.151:006.354		МКС 81.040.01
Ключевые слова: стекло, стеклокристаллические материалы, метод определения плотности

Электронный текст документа
подготовлен АО «Кодекс» и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2018

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...