Соединение матового стекла
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Соединения из матового стекла используются в лабораториях для быстрого и легкого соединения герметичных приборов из взаимозаменяемых общедоступных частей. Например, круглодонную колбу , конденсатор Либиха и масляный барботер с притертыми соединениями можно быстро соединить вместе для кипячения реакционной смеси с обратным холодильником. Это значительное улучшение по сравнению со старыми методами изготовления стеклянной посуды на заказ, которые требовали много времени и денег, или с использованием менее химически стойких и термостойких пробок или резиновых пробок и стеклянных трубок в качестве соединений, подготовка которых также требовала времени. .
Один из соединяемых изделий из стекла будет иметь внутренний (или охватываемый) стык с поверхностью матового стекла, обращенной наружу, а другой будет иметь внешний (или охватывающий) стык соответствующего конуса с поверхностью матового стекла, обращенной внутрь. Для соединения полых внутренних пространств деталей стеклянной посуды стыки матового стекла делают полыми внутри и открытыми на концах, за исключением пробок.
История
[ редактировать ]Грубые версии конически сужающихся соединений матового стекла производятся уже довольно давно. [1] особенно для пробок для стеклянных бутылок и реторт . [2] Соединения сырого стекла все еще можно было обеспечить хорошей герметизацией, шлифовав две части соединения друг о друга с использованием абразивного песка, но это приводило к различиям между соединениями, и они не могли хорошо герметизироваться, если соединить их с другим соединением. [1]
В 1920-х годах начались попытки стандартизировать соединения, и некоторые производители начали производить стандартизированные соединения, но только в рамках своих собственных продуктовых линеек. Коммерческие стандарты на соединения начали появляться примерно в 1930 году, что позволило обеспечить взаимозаменяемость деталей разных производителей. Известным сторонником этой стандартизации был Фриц Фридрихс . [3] [4] В наши дни стыки матового стекла можно точно отшлифовать до воспроизводимой конусности или формы, а соединения одной и той же спецификации надежно взаимозаменяемы.
Типы соединений
[ редактировать ]Довольно часто используются два основных типа соединений матового стекла: соединения слегка конической формы и шаровые соединения (иногда называемые сферическими соединениями).
Конические конические соединения
[ редактировать ]
Соединения матового стекла конической формы обычно имеют конус 1:10 и часто маркируются символом ST . , состоящим из заглавной буквы T, наложенной на заглавную S, что означает «стандартный конус» За этим символом следует число, косая черта и еще одно число. Первое число представляет внешний диаметр (НД) в миллиметрах в самом широком месте внутреннего (охватываемого) соединения. Второе число представляет длину шва матового стекла в миллиметрах. [5] Международные размеры ISO [6] используются с 14/23, 19/26 и 24/29, которые очень распространены в исследовательских лабораториях, причем наиболее распространены 24/29. В США размеры ASTM [7] (равный ныне устаревшему коммерческому стандарту 21) используются с распространенными размерами 14/20, 19/22, 24/40 и отчасти 29/42. В США наиболее распространен вариант 24/40.
| Полная длина | Средней длины | Короткая длина | Международная длина |
|---|---|---|---|
| ASTM E 676-02 (устаревший CS 21) | ISO 383 (серия ISO K-6) | ||
| 5/12 | 5/8 | 5/13 | |
| 7/25 | 7/15 | 7/10 | 7/16 |
| 10/30 | 10/18 | 7.10 и 10.10. | 10/19 |
| 12/30 | 12/18 | 12/10 | 12/21 |
| 14/35 | 14/20 | 14/10 | 14/23 |
| 19/38 | 19/22 | 19/10 | 19/26 |
| 21/28 | |||
| 24/40 | 24/25 | 24/12 | 24/29 |
| 29/42 | 29/26 | 29/12 | 29/32 |
| 34/45 | 34/28 | 34/12 | 34/35 |
| 40/50 | 40/35 | 40/12 | 40/38 |
| 45/50 | 45/12 | 45/40 | |
| 50/50 | 50/12 | 50/42 | |
| 55/50 | 55/12 | ||
| 60/50 | 60/12 | 60/46 | |
| 71/60 | 71/15 | 71/51 | |
| 85/55 | |||
| 100/60 | |||
| 103/60 | |||
Шаровые шарниры
[ редактировать ]В шаровых соединениях (также известных как сферические соединения) внутреннее соединение представляет собой шар, а внешнее соединение представляет собой раструб, причем оба имеют отверстия, ведущие внутрь соответствующих концов трубок, к которым они привариваются. Шаровой наконечник представляет собой полусферу с матовой поверхностью снаружи, которая входит в гнездо, где матовая поверхность находится внутри. Этот тип соединения свободно разъединяется и должен скрепляться зажимом. Шаровые шарниры маркируются кодом размера, состоящим из цифры, косой черты и еще одной цифры. Первое число представляет собой внешний диаметр шара в миллиметрах у его основания или внутренний диаметр в миллиметрах на кончике гнезда, в обоих случаях диаметры максимальны в соединениях.
Второе число представляет собой внутренний диаметр отверстия в середине шара или гнезда, что соответствует внутреннему диаметру трубки, приваренной к соединению. [5]
Если стандартные угловые конические фитинги, изготовленные из стеклянной посуды, не установлены идеально, стекло становится чрезвычайно жестким и хрупким, что в некоторых случаях представляет риск разрушения. Метод соединения шаром и гнездом обеспечивает некоторую гибкость в углах сочленения соединяемых частей, что может быть особенно важно для тяжелых колб или длинных кусков стеклянной посуды, которые в противном случае было бы трудно поддерживать и которые потенциально могут сломаться под изгибающими нагрузками. Типичным примером этого является колба-сборник на роторном испарителе , вес которой значительно увеличивается по мере ее наполнения. Шарик и гнездо позволяют опоке устанавливаться по вертикали, не создавая изгибающей нагрузки на соединение. Такой патрубок также можно использовать в более крупной, но более типичной дистилляционной установке в головке и перед конденсатором. Это позволяет легче поддерживать большой пролет конденсатора, неидеальный угол приемного колена и наполнительную колбу, поскольку их угол с перегонной головкой имеет несколько степеней свободы позиционирования.
Их также можно встретить в качестве горлышек на колбах опытного производства, где присутствуют большие объемы и массы, а также на некоторых линиях Schlenk , где длинные пролеты тонкого стекла выигрывают от небольшой гибкости между частями. Как правило, при рассмотрении стеклянной посуды меньшего размера шарики и розетки намного превосходят стандартные конусы.
Плоские соединения
[ редактировать ]
Для плоских соединений край трубы шлифуется перпендикулярно трубе и прижимается к такой же плоской поверхности, при этом сопрягающее усилие прикладывается внешним зажимом. Край соединения расширяется, иногда образуя широкий фланец, чтобы обеспечить большую поверхность для герметизации соединения. Помимо соединений с использованием прокладки или уплотнительного кольца , это единственный тип соединения по матовому стеклу, используемый для очень больших диаметров, поскольку при таких масштабах конические соединения становятся непрактичными в изготовлении и склонны к заеданию. Плоские соединения чаще всего встречаются на больших колонках и реакционных сосудах, хотя они используются и в некоторых небольших устройствах, таких как колбы со съемными крышками. В стеклянных вакуумных эксикаторах для герметизации широких крышек используется плоское притертое стекло.
Соединения
[ редактировать ]Резьбовые соединения
[ редактировать ]На трубчатых концах стеклянных изделий возможны круглые слегка спиральные резьбовые соединения. Такую стеклянную резьбу легче и чаще всего использовать снаружи, но она также может быть обращена внутрь. При использовании стеклянная резьба ввинчивается в материал, не имеющий стеклянной резьбы, например пластик, или на него. Нити обычно создаются путем формирования стекла в горячем состоянии, что приводит к гладкой поверхности. Стеклянные флаконы обычно имеют стеклянные отверстия с внешней резьбой, на которые можно навинчивать крышки. Бутылки и банки, в которых продаются, транспортируются и хранятся химикаты, обычно имеют резьбовые отверстия, обращенные наружу, и соответствующие нестеклянные колпачки или крышки. Конические соединения могут включать внешнюю резьбу для пластиковой гайки с уплотнительным кольцом для уплотнения соединения. В соединениях Rodaviss также имеется разрезное кольцо, которое позволяет использовать гайку для разделения соединения. [8]
Шланговые соединения
[ редактировать ]
Лабораторная стеклянная посуда , такая как колбы Бюхнера и конденсаторы Либиха, может иметь трубчатые стеклянные наконечники, предназначенные для вставки в шланг, часто с зазубринами для удержания шланга, и может иметь коническую форму для более широкого диапазона диаметров шлангов. Они типичны для подключения охлаждающей воды, вакуумных линий, транспортировки газа или дренажа. Вокруг сопряженного шланга можно надеть специальный зажим, чтобы предотвратить его соскальзывание с разъема.
Ряд брендов, в том числе Quickfit , начали использовать резьбовые соединения для заусенцев шлангов. Это позволяет отвинтить зазубрину от стеклянной посуды, надеть шланг и снова собрать конструкцию. Это помогает избежать случайного разбивания стекла и потенциального нанесения серьезного вреда химику, что иногда случается, когда шланги надеваются прямо на стекло.
Адаптеры
[ редактировать ]Как для стандартных конических, так и для шаровых соединений внутренние и внешние соединения с одинаковыми номерами выполнены так, чтобы подходить друг другу. Если размеры соединений различаются, могут быть доступны (или изготовлены) переходники для матового стекла , которые можно разместить между ними и соединить. Вокруг соединений можно разместить специальные зажимы или зажимы, чтобы удерживать их на месте.
Круглодонные колбы часто имеют одно или несколько конических конических отверстий из матового стекла или горлышек . Условно эти соединения на горловинах опоок являются наружными. Другие адаптеры, такие как дистилляционные головки и вакуумные адаптеры, имеют соединения, соответствующие этому соглашению. Если на колбе или другом контейнере есть дополнительный внешний шов из матового стекла, который необходимо закрыть для проведения эксперимента, для этой цели часто используются конические конические внутренние пробки из матового стекла. В некоторых случаях небольшие крючкообразные стеклянные выступы могут быть приварены к остальной части стеклянного изделия рядом со стыком, чтобы можно было прикрепить концевую петлю небольшой пружины, поэтому пружина помогает временно удерживать соединения вместе. использование специального конического конического фитинга очень маленького размера для стеклянных, пластиковых или металлических деталей, называемого фитингом или адаптером Люэра Все более широкое распространение получило . Первоначально фитинги Люэра использовались для соединения наконечника иглы со шприцем . Если использование молотого стекла представляет проблему, например, при производстве или перегонке диазометана (который может взорваться при контакте с более шероховатыми поверхностями), можно использовать оборудование с гладкими стеклянными соединениями.
Совместные зажимы
[ редактировать ]
Чтобы предотвратить разделение соединения во время процесса реакции, для скрепления двух сторон вместе можно использовать различные типы пластиковых или металлических зажимов или пружин. Они доступны в различных материалах для различных температур и химических сред.
Запатентован в 1984 году Германом Кеком . [9] Пластиковые зажимы для швов обычно изготавливаются из полиацеталя и окрашиваются в зависимости от размеров швов. Полиацеталь плавится при достаточно низкой температуре (около 175 °C) и начинает размягчаться около 140 °C. Поскольку рекомендуется температура стеклянной посуды до 250 °C, необходимо следить за тем, чтобы зажимы из этого материала не использовались для скрепления стекла, которое может сильно нагреться. Типичные проблемные области включают колбу над тарелкой (которая может упасть с конца колонны при нагревании) и соединение конденсатора с перегонной головкой (которая нагревается до высоких температур и может привести к падению конденсатора). Таким образом, в этих точках следует использовать разные зажимы или закрепить стеклянную посуду так, чтобы эти элементы не могли разъединиться или не нуждались в зажимах. У полиацеталевых зажимов есть еще одна проблема: материал сильно подвержен воздействию агрессивных газов. Этот эффект может быть настолько значительным, что зажим развалится за считанные минуты под воздействием незначительного количества жидкости, просачивающейся через смазанные и отшлифованные конусы. Важно отметить, что этот режим отказа возникает внезапно и без предупреждения.
Иногда используются соединительные зажимы из ПТФЭ, поскольку его рекомендуемый температурный пик соответствует температуре большинства практических химических работ. Его высокая инертность также делает его невосприимчивым к разложению в присутствии агрессивных газов. Однако он дорог и начнет производить перфторизобутилен , если нагреть его выше указанной температуры. Необходимо принять меры предосторожности, чтобы избежать этого, учитывая уровень риска, который представляет результат. То же самое относится и к использованию Krytox и химически стойких Molykote масел и смазок (загущенный ПТФЭ, на основе фтора) для уплотнений стеклянной посуды . из высококачественной нержавеющей стали Последний вариант — соединительный зажим . Естественно, он выдерживает весь температурный диапазон боросиликатного стекла и достаточно инертен. Низкие сорта нержавеющей стали по-прежнему быстро разрушаются в присутствии агрессивных газов, а сами зажимы зачастую столь же дороги, как и ПТФЭ.
Некоторые стеклянные изделия имеют зазубрины (рога дьявола, шлем викинга), торчащие по бокам конусов. Для скрепления соединений в них используются небольшие пружины из нержавеющей стали. Использование пружин полезно при работе с положительным давлением, поскольку они прикладывают достаточную силу для срабатывания стекла, но открывают конус, если произойдет неожиданное отклонение. Этот метод считается довольно старомодным, но до сих пор используется для изготовления самой известной и высококачественной стеклянной посуды.
В ситуациях, когда простая пружина металлической проволоки или пластика недостаточно сильна или неудобна по другим причинам, для скрепления соединений можно использовать винтовые зажимы. Пластиковые ошейники [10] часто используются в микромасштабном оборудовании.
Герметизация
[ редактировать ]На соединяемые матовые поверхности обычно наносится тонкий слой ПТФЭ или смазки , а внутреннее соединение вставляется во внешнее соединение так, чтобы матовые поверхности каждого из них находились рядом друг с другом. Это помогает обеспечить хорошее уплотнение и предотвращает заедание соединения, что позволяет легко разбирать детали. Хотя силиконовая смазка, используемая в качестве герметика и смазки для соединения соединений матового стекла, обычно считается химически инертной, некоторые соединения образовались в результате непреднамеренных реакций с силиконами. [11] [12]
Замороженные суставы
[ редактировать ]Иногда конические соединения матового стекла могут сцепляться друг с другом, не позволяя пользователю поворачивать их. Это называется зависанием или блокировкой и может произойти по разным причинам:
- Отсутствие смазки между двумя стеклянными поверхностями. [13] При попадании на соединение органических растворителей они могут медленно растворять жир, оставляя сухую поверхность стекла. [14]
- Воздействие сильного основания (гидроксида, фосфата и т. д.) может растворить часть поверхности SiO 2 с образованием кремниевой кислоты (H 4 SiO 4 / Si(OH) 4 ).
- Твердые вещества из реакционных смесей [14]
- Дать герметичным сосудам остыть, что создаст вакуум внутри сустава.
- Сильный дифференциальный нагрев или охлаждение компонентов соединения, что может привести к усадке.
Замерзшие швы можно удалить, втирая в шов растворитель, покачивая стопор, нагревая внешний шов. [14] [15] или охлаждение внутренней пробки. Последние два метода используют свойство теплового расширения для создания небольшого пространства между двумя поверхностями. Существуют также специализированные стеклодувные инструменты для разморозки шва. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Шекелфорд, Джеймс Ф.; Шекелфорд, Пенелопа Л. (2018). Бокал вина: наука, технология и искусство изготовления стеклянной посуды для транспортировки и наслаждения вином . Хобокен, Нью-Джерси. п. 149. ИСБН 978-1-119-22346-7 . OCLC 1004770161 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Брук, Т. (1912). Современные реторты: их конструкция и работа . Соединенное Королевство: Дж. Аллен. п. 163.
- ^ Селла2020-01-06T12:05:00+00:00, Андреа. «История Quickfit, часть первая: суставы Фридриха» . Химический мир . Проверено 28 февраля 2024 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «История Quickfit, часть вторая: суставы Флайга» . Химический мир . Проверено 28 февраля 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Компоненты стеклодува: соединения и краны» . Университет Восточной Каролины . Архивировано из оригинала 7 июня 2008 г. Проверено 14 июля 2008 г.
- ^ «ISO 383:1976(ru): Посуда лабораторная стеклянная. Сменные конические шлифованные соединения» . Проверено 5 сентября 2017 г.
- ^ Стандартные спецификации для сменных конических шлифованных соединений (Технический отчет). АСТМ. 2019. Е676-02 . Проверено 20 февраля 2023 г.
- ^ «Учебное пособие по резьбовому соединению матового стекла» . Сигма Олдрич . 27 февраля 2024 г. Проверено 27 февраля 2024 г.
- ^ Патент США 4442572 , Герман Кек, «Зажим для фиксации охватывающих и охватывающих частей притертых стеклянных соединений», выдан 17 апреля 1984 г.
- ^ «Учебное пособие по резьбовому соединению матового стекла» . Сигма-Олдрич . Проверено 8 января 2012 г.
- ^ Хайдук И., «Силиконовая смазка: удачный реагент для синтеза экзотических молекулярных и супрамолекулярных соединений», Organometallics 2004, том 23, стр. 3-8. дои : 10.1021/om034176w
- ^ Люциан К. Поп и М. Сайто (2015). «Случайные реакции с участием силиконовой смазки». Обзоры координационной химии . 314 : 64–70. дои : 10.1016/j.ccr.2015.07.005 .
- ^ Тореки, Роб (30 декабря 2006 г.). «Соединения стеклянной посуды» . Интерактивное обучение Paradigms Inc.
- ^ Перейти обратно: а б с Тореки, Роб (27 июня 2006 г.). «Стеклодувка» . Интерактивные парадигмы обучения.
- ^ Перейти обратно: а б «Застрявшие/замерзшие стеклянные стыки» . Научный учебный центр стеклодувного дела . Университет Восточной Каролины (бывший хозяин этого сайта).