2.2.3. Механические свойства стекла

Прочность стекла мало зависит от его химического состава, и разные виды стекла в этом отношении весьма сходны, но большое влияние на прочность оказывает тип поверхности стекла. Теоретически предел прочности стекла при растяжении превы­шает 137 900 МПа. Реальная прочность стекла, прошедшего отжиг, со­ставляет от 20,7 до 55,2 МПа. Стекло типа «сталинит» (используется в автомобиле­строении) переносит сильное сжимающее напряжение наружного слоя, имеет высокую упругость внутреннего слоя и прочность от 82,74 до 275,8 МПа, а новые химиче­ские технологии обработки позволяют добиться прочности до 1379 МПа. Гладкая поверхность бутылки непосредственно после извлечения из формы выдерживает напряжение от 689,5 МПа и более, однако при появлении на поверхности малей­ших царапин или выбоин прочность снижается более чем вдвое. К моменту достав­ки в магазины сосуд уже имеет очень низкую прочность — до 20,7 МПа.

Объяснить такое резкое снижение прочности хрупких материалов помогает поня­тие «концентрации напряжений». Заостренный конец трещины любого материала подвергается наибольшему напряжению, но если материал пластичный, то острие трещины расширяется, она как бы притупляется, напряжение тем самым снижается, и дальнейшего разрушения материала не происходит. У большинства пластичных материалов на вершине надреза происходит «деформационное упрочнение», доста­точное для того, чтобы компенсировать возрастание напряжения в этой точке. В случае с хрупкими материалами, такими, как стекло, прочность материала у начала тре­щины зачастую не выдерживает напряжения. Трещина расширяется, что весьма быс­тро приводит к разрушению материала.

Известно, что на любой стеклянной поверхности имеются микротрещины, по­явившиеся в результате хранения и транспортирования товара, и их число составля­ет от 1000 на см² на тонком листовом стекле до более чем 50 000 на см² для стекла товарных сортов. Микротрещины могут быть очень маленькими, но если они доста­точно узкие, то происходит довольно значительная концентрация напряжения. Этот эффект пропорционален квадратному корню от отношения глубины зазубрины тре­щины к радиусу ее основания. Таким образом, узкая трещина глубиной всего в 1 мкм может привести к порче материала.

До того как сосуд окажется в печи для отжига и/или после извлечения оттуда на него можно нанести различные виды покрытий, защищающих поверхность и по воз­можности сохраняющих первоначальную прочность изделия. Покрытие не может непосредственно увеличить прочность, но в основном действует как смазка, благода­ря которой снижается вероятность повреждения поверхности при соприкосновении сосудов друг с другом или с машиной (табл. 8 и 9)

Таблица 8. Характеристики покрытий стеклянных сосудов

Свойства	Силикон	Оксид металла	Воск	Смола	Сера
Нерастворимость в воде	Да	Да	Да	Да	Нет
Смачиваемость	Нет	Да	Да	Да	Да
Высокая прочность покрытия	Нет	Да	Да	Да	Нет
Простота нанесения	Да	Нет	Да	Да	Да
Заметность на поверхности	Да	Иридизация	Да	Да	Нет
Трудность этикетирования	Да	Нет	Нет	Нет	Нет
Сохраняет защитную функцию во влажном состоянии	Да	Да	Да	Да	Нет
Нетоксичность	Да	Да	Да	Да	Да

Вода может быть горячей или холодной.

Таблица 9. Смазывающая способность покрытий стекла

Вид покрытия	Максимальный коэффициент трения	Угол предельного равновесия
Силиконовое масло	0,26	14
Полиэтилен	0,27	15
Глицерид	0,28	16
Полиоксиэтилен	0,29	17
Стеарат	0,30	18
Оксид металла	0,40	24
Стекло без покрытия	0,84	40