Функціональні та ергономічні властивості товарів

          Мікротвердість скла знаходять за формулою:

      ,                                                         (3.2)

де Р — навантаження на піраміду, Мн;

    — діагональ одержаного на поверхні скла відбитка, м.

     Термічні властивості скла мають визначальне значення для оцінки якості жаростійкого посуду та інших виробів, які піддаються впливу перепаду температур. Вони включають в себе теплоємність, теплопровідність, термічне розширення, термостійкість [4].

     Теплоємність скла залежить від хімічного складу і природи молекулярних зв'язків. Теплоємність збільшується з введенням в скло ZnО, Li₂0 і В₂О₃ і зменшується при введенні РЬО і ВаO. Величина теплоємності скла знаходиться в межах 0,3—1,05 КДж (кг*°С).

     Теплопровідність  скла становить 0,7—1,34 Вт (м*°С), що в 400 разів менше цього показника для міді. Вона залежить від хімічного складу скла. Найнижчу теплопровідність має скло свинцеве, а найвищу — кварцове і боросилікатне скло. З підвищенням температури теплопровідність скла збільшується, вона прямо пропорційна теплоємності. Теплопровідність скла позитивно впливає на його термічну стійкість, яка з підвищенням теплопровідності зростає. При різких перепадах температури виникає велике напруження скла, яке має малу теплопровідність.

     Термічне  розширення твердого скла характеризується коефіцієнтами його лінійного (а), об'ємного (b) розширення, які показують зміну довжини чи об'єму зразка скла при нагріванні на 1°С. Термічне розширення визначає термічну стійкість скла і враховується при його декоруванні склотканинами, склонитками, емалюванні, одержанні кольорових 2—3 шарових виробів, електроламп, спіканні скла з керамікою, металами та ін. В усіх цих випадках коефіцієнт термічного розширення скла (КТР) та інших матеріалів повинен бути однаковим за абсолютною величиною, а також за характером змін при різних температурах. КТР скла залежить від його хімічного складу і температури. Лужні оксиди різко збільшують його, а Sі0₂,MgО — зменшують. Величина термічного розширення скла знаходиться в межах від (кварцове скло) до (скло звичайне).

     Термічна  стійкість — це здатність скловиробів витримувати різкі коливання температури і при цьому не руйнуватись. Побутовий посуд та технічні вироби зі скла в процесі експлуатації постійно відчувають різкі перепади температури, тому ця властивість скла в значній мірі визначає довговічність виробів з нього. Термостійкість залежить від багатьох факторів та властивостей скла: теплопровідності, температурного коефіцієнта розширення, міцності скла при розтягуванні, модуля пружності, теплоємності, товщини та форм виробів, ступеня однорідності скла тощо. Тому термостійкість виробів визначають при перепадах температур, відповідних реальним умовам їх експлуатації, а характеризують їх кількістю теплозмін, що витримує виріб і при цьому не руйнується. Термостійкість виражають також різницею температур до руйнування виробів та ін.

     Для порівняльної оцінки термостійкості скловиробів  використовується іноді коефіцієнт термостійкості Т, який обчислюють за формулою:

де — руйнівна напруга при розтягуванні скла, МПа;

     Е— модуль пружності, МПа;

     — коефіцієнт лінійного розширення;

     — коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м*°С);

     с — питома теплоємність, кДж/(кг*°С);

     — густина, кг/см³.

     Як  видно з формули термостійкість скла прямо пропорційна міцності при розтягуванні і теплопровідності і обернено пропорційна термічному розширенню і модулю пружності. Найбільшою термостійкістю характеризується кварцове скло з малим термічним розширенням, яке витримує значні перепади температури (20—900°С); в той же час термостійкість звичайного посудного скла знаходиться в межах 20—150°С. Із збільшенням модуля пружності, неоднорідності скла за складом і товщини виробів термостійкість знижується. Високу термостійкість мають вироби з малим вмістом оксидів бору, оксидів титану та ін. На термостійкість скловиробів впливає також стан їхньої поверхні: при наявності подряпин, тріщин та інших дефектів вона знижується. Для усунення дефектів і, як результат, підвищення термостійкості, вироби піддають термічній обробці з подальшим травленням плавиковою кислотою. Вироби з потовщеними стінками та дном, з гострими гранями і виступами мають меншу термостійкість, ніж тонкостінні та округлі, овальні скловироби. Скло значно краще чинить опір швидкому нагріванню, ніж різкому охолодженню. Це пояснюється тим, що в зовнішніх шарах виникає напруга розтягування, яка не може протистояти більш високій напрузі при стискуванні у внутрішніх шарах, і скло руйнується. Чим більше перепад температур при охолодженні, тим вище ці напруги. І, навпаки, при швидкому нагріванні в поверхневих шарах скла виникає напруга стискування, а у внутрішніх — напруга розтягування. В цьому випадку напруга стискування легко протистоїть малій напрузі розтягування внутрішніх шарів, тому скловироби не руйнуються. Таким чином, термостійкість скла при швидкому нагріванні вища, ніж при швидкому охолодженні.

     Враховуючи  вищезазначене, розроблені стандартні методики визначення термостійкості скляних виробів[4].

     Оптичні властивості скла — це заломлення, поглинання, відбиття і світлопропускання світлового потоку, який падає на скло.

     Заломлення  проміння світла характеризується показником (n), який визначається за формулою:

де — кут падіння проміння

    — кут заломлення променя.

     При переході проміння світла з одного середовища в інше змінюється його напрямок.

     Показник заломлення залежить від середовища, довжини хвилі світла і температури; з підвищенням останньої він зростає. Цей показник значно залежить від хімічного складу скла. Так, для натрій-кальцій-силікатного скла він знаходиться в межах 1,48—1,52, а для кришталевого 1,57—1,75. Гра світла кришталевого скла пояснюється саме високим показником заломлення. З цією метою вироби роблять більш товстостінними і прикрашають глибоким алмазним грануванням.

     Поглинання  світла склом є суттєвим його недоліком. Віконне скло, яке пропускає менше 84% падаючого світлового потоку, неможливо використовувати для заскління житлових приміщень. Віконне скло поглинає до 2% світлового потоку, який проходить через нього, і перш за все — його ультрафіолетову частину. Найкраще пропускають світло, в тому числі ультрафіолетові промені, кварцове скло та увіолеве скло.

     Відбиття  світла скла залежить від його природи, характеру, поверхні. Великий світловий потік відбивається від рівної блискучої поверхні і менший — від матової.

     Відношення  відбитого світла і до падаючого світлового потоку, виражене у відсотках, називається коефіцієнтом відбиття R, який визначають за формулою:

     Чим більший кут падіння, тим більше коефіцієнт відбиття. Метод просвітлювання, який заключається в покритті скла тонкою плівкою з меншим показником заломлення, зменшує коефіцієнт відбиття скла з 4—6 до 0,7—0,3%.

     Нанесення шарів з різних оксидів використовують в скловиробах при їх декоруванні — надання ефекту іризації та отримання люстрових шарів з підвищеним коефіцієнтом відбиття.

     Хімічні властивості скла – це здатність скла протистояти руйнівній дії різних хімічних реагентів характеризує його хімічну стійкість [22].

     Механізм  процесу, який протікає при хімічній взаємодії скла з різними хімічними реагентами (атмосферна волога, розчини солей), був вивчений акад. І.В. Гребенщиковим. Суть цього процесу у гідролітичних та іонообмінних реакціях агресивних середовищ зі склом. Продуктами цієї взаємодії є вільні їдкі луги і плівка з гелю кремнієвої кислоти. Луговий розчин з поверхні скла в подальшому вимивається і видаляється, плівка ж геля кремнієвої кислоти з часом зміцнюється, і незважаючи на мізерну товщину (1—7 мкм), захищає скло від подальшого руйнування.

     За  такою схемою проходить взаємодія  скла з такими реагентами, як вода, волога атмосфера, розчини солей, кислот (крім плавильної, фосфорної). Інший вплив на скло мають луги, фосфорна та плавильна кислоти. Вони діють не лише на силікати, але й на вільний кремнезем, який утворює каркас скла. Захисна плівка в цьому випадку не утворюється, і скло руйнується з постійною та помітною швидкістю. Процес руйнування скла проявляється в утворенні на його поверхні іризуючої плівки, а при більш глибокому руйнуванні — в порушенні гладкої поверхні, втратах міцності, появі сіруватих незмиваних напилів. Ці властивості скла мають величезне значення в процесі експлуатації, транспортування та зберігання скляних виробів.