国家标准教学仪器设备安全要求.doc

国家标准《教学仪器设备安全要求
玻璃仪器及连接部件（征求意见稿）》编制说明

1 制定简要过程
1.1 任务的提出
玻璃仪器在课堂教学中也是必不可少的。从狭义上说，玻璃仪器指主要在化学实验室用的玻璃仪器，而广义上讲，玻璃仪器还应包括非化学实验室用的、以玻璃为材质的仪器或零部件。
随着教育改革的不断深化，为了培养理论知识高和动手能力强的经济建设人才，伴随教育改革中最重要的教材改革，增加了许多课堂实验教学的内容和学生实际操作实验的课程，这就提高了对玻璃仪器的安全要求。而目前在学校和培训中使用的玻璃仪器来看，是用社会上的实验室玻璃仪器品种，但又有相当一部分存在质量问题。安全隐患问题也较多。然而玻璃仪器至今没有任何安全质量要求的国家标准。为了保证学校师生的教学安全，全国教学仪器标准化技术委员会提出由力学、热学分技术委员会负责制定《教学仪器设备安全要求 玻璃仪器及连接部件》强制性国家标准。经教育部报国家标准化管理委员会批准，将该强制性国家标准列入《2003年制修订国家标准项目计划》（国标委计划[2003]37号），项目号为：20030308－Q－360。
1.2 教学仪器设备的安全问题现状
2004年教育部委托全国教学仪器标准化技术委员会组织有教育部基础教育司、教育部职业教育与成人教育司、教育部教学仪器研究所和部分省市的教育装备主管部门参加的国家标准起草小组。2004年上半年起草小组对全国37所大、中、小学校和职业技术学校的教学仪器设备现状进行了广泛的调研，并就教学仪器设备的生产、销售、使用、管理等问题召开了36场专项座谈会，参加座谈会的有学校领导、各学科负责人和教师、各管理部门的负责人和专职人员以及有关省市教育部门的领导共计380多人。国标起草小组的一些成员还利用教学仪器设备展示会及其它机会，调查了解了一些产品的现状和问题。
通过这次调研，我们深感教学器具从产品、原材料、设计、工艺等在考虑教学安全的意识普遍淡薄，问题是带有普遍性的和比较严重的。略举一些常见的事例有：
a) 调研中当向学校询问玻璃仪器存在哪些危险因素时，回答是：“玻璃仪器破了就有危险”。围绕玻璃仪器破碎的问题，存在很多因素。
b）内应力。不少玻璃仪器内应力未消除，存在冷爆现象，或两种玻璃封接时未考虑膨账系数的差别。
c) 用材不当，或选用不当。例如有的“学具”中随便用玻璃瓶加热。
d) 有的玻璃仪器质量太差，壁太薄，有的口厚底薄等等，玻璃仪器或零部件抗冲击强度不够，总之是机械强度不够，例如静电起电棒用玻棒，有的产品为玻璃管，摩擦时用力很容易破碎。
e) 使用问题。一是使用中不注意，玻璃仪器或零部件因表面划伤而破裂；二是使用时违反操作规定，这类规定在使用玻璃仪器（主要是化学实验时的玻璃仪器）中相当多，但都是停留在规章制度的方式上，各校并不统一。
f) 在供儿童用的教具中随意用玻璃材料或部件。而有些是不必要的，例如有的“学具”中配了平面镜，有的虽必要，但没有任何保护措施。
g) 玻璃仪器的连接方面也存在不少问题。玻璃阀、玻璃导管、橡胶管或乳胶管、橡胶塞、联接器等均无国家或行业标准，所有这类产品都执行企业标准，因此无法统一。而经试验，橡胶管或乳胶管与玻璃管联接时，如果橡胶管或乳胶管的内径比玻璃管的外径小约1mm是较合适的，如果橡胶管内径太大，则管路密封不好，而如果橡胶管内径太小，则套上较困难，容易折断玻璃管。
与此类似的还有橡胶塞。橡胶塞上孔的直径也应比玻璃管外径小一点。而决定橡胶塞孔直径的是打孔器，如果打孔器管刀外径不对，则打出的孔直径也不合适。现在很多打孔器生产企业为图方便，管刀斜面磨在管外，用这样的打孔器打孔，打出的孔直径小于管刀外径，不容易掌握。
h) 非标准磨砂接头好用得较少。不仅使用麻烦，而且不经济，如果换错，影响密封性。
i) 有的玻璃导管切割后未进行圆口处理，使用时学生的手被扎破。
j) 承受压力的玻璃仪器表面有缺陷，易发生破碎甚至爆炸。
1.3 起草中收集相关资料
1.3.1 国内资料
起草小组曾先后查阅了通用玻璃仪器和玻璃量器的有关标准、有关玻璃内应力和抗冲击检验、有关玻璃的化学稳定性、热稳定性、承受压力的玻璃容器要求、电真空器件玻璃、电子玻璃直流击穿强度测试、标准磨砂接头标准、玻璃平均线热膨胀系数的测定、绝缘子用玻璃材料性能及测试、金属封接用玻璃、玻璃生产工艺、各种玻璃仪器和玻璃连接部件规格、影响玻璃机械强度和稳定性的因素、玻璃材质和理化性能、硼硅酸盐玻璃允许使用压强、3.3硼硅酸盐玻璃等资料。
1.3.2 国外资料
起草小组查阅了许多国家的标准资料，针对教学器具安全要求的标准，有德国的DIN 58121－1993 教学器材 实验室玻璃仪器和连接件。我们共收集国内外标准、资料近百本。
1.4 国内外情况对比
通过对各种资料的整理统计，就玻璃仪器和连接件的现状，国内外差异还是较大的。
国外，特别是发达国家非常重视学校在教学中对师生的健康安全，对在学校教学和培训中使用的各种产品，包括玻璃仪器，在设计技术、原材料的使用、工艺加工、外观结构和表面着色等，都有较详细的规范要求，而且形成系列化。
国内，我国学校有教师100多万，在校学生约2亿，教学器具的使用对象是个庞大的特殊群体，学校因在课堂教学实验中的玻璃仪器发生的人身事故很多（媒体报道的也较多），然而我国在对教学器具的安全质量整体管理和要求是不严的，目前，找不到一个这方面的要求、标准、规范或规则等，只有教育部颁布的JY 0001 教学仪器设备产品一般质量要求。这个行业标准适用范围窄，要求不完整，在玻璃仪器方面涉及较少。另外，由于玻璃仪器是社会通用产品，对某些普遍存在的问题，并非教育行业标准能够规范的。所以，综合国内外情况，我们认为《教学仪器设备安全要求 玻璃仪器及连接部件仪器》这个标准修改采用德国标准《DIN 58121－1993 教学器材 实验室玻璃仪器和连接件》。
2 制定原则
以上问题是带有普遍性的，这充分说明了制订本标准的必要性和重要性。本标准的制定应主要从当前突出的，带有普遍性的问题入手，对没有统一标准的零部件规定安全要求，同时考虑通用性。采用国外标准先进条文，来提高玻璃仪器和连接部件的安全性。
2.1 贯彻执行国家有关法令、法规和相关标准
本标准的内容应根据教学用玻璃仪器和使用者的特点，尽量采用国家已有的法令、法规及相关标准来和国外已有的标准、规范或规则。
2.2 根据教学器具使用者的特点（年龄跨度大，既有未成年人，又有14岁以下儿童），保证安全为第一原则
a) 已有国家标准的玻璃仪器，本标准不在产品的具体性能、尺存等方面作规定。
b) 规定玻璃仪器的机械强度、热稳定性、化学稳定性、电绝缘性和连接部件。在连接部件中，规定所有的接口都应采用标准磨砂，废除非标准磨砂；玻璃阀等采用国际先进的3.3硼硅酸盐玻璃为原采料；规定了玻璃管外径的尺寸数系（最大到40mm）；规定了玻璃管和橡胶管、橡胶塞的连接配合。
c) 对打孔器作规定。
d) 还规定了玻璃仪器的使用安全事项。
e) 本标准不适用于学校卫生室玻璃仪器，也不适用于化工用玻璃仪器。
3 标准内容的说明
3.1 本标准修改采用《DIN 58121－1993 教学器材 实验室玻璃仪器和连接件》具体条款说明如下：
表1 本标准修改采用章条编号与DIN 58121－1993章条编号对照
本标准章条编号
对应的国外标准DIN 58121－1993章条号
备 注
7.1.2 （锥度1∶10）
3.1
与我国QB 1504－1992 一致。
7.2.1.2
2、3

7.2.2.1（壁厚）
2
外径为8mm以上时
7.2.2.2（橡胶管壁厚）
6

7.2.2.3.2
3.2.2

3.2 为了阅读方便，本标准摘录了GB/T 14149－1993 《实验室玻璃仪器 互换球形磨砂接头》
QB 1504－1992 《实验室玻璃仪器 互换锥形磨砂接头》了有关内容。
4 关于标准内容的说明
4.1 关于本标准规定的范围
本标准主要是对实验室玻璃仪器进行规定，已给出定义：实验室玻璃仪器“主要在化学实验中使用的常用玻璃仪器和精细玻璃仪器”，同时也包括教学仪器上的玻璃零部件，定义为“在机械、电子等其它教学仪器上的以玻璃为材质的零部件。”
4.2 标准各部分内容
4.2.1 机械安全
机械安全是避免玻璃仪器破碎。根据引起玻璃仪器破碎的原因，确定本标准机械安全部分的内容。
4.2.1.1 实验室玻璃仪器规定了：
a) 按GB/T 6552－1986 的抗机械冲击试验，抗冲击能量参照啤酒瓶的合格品。
b) 规定了玻璃容器的最小壁厚，在附录B中提供了一张玻璃容器内径、允许使用压强和壁厚计算图，根据《玻璃灯工实践》。
4.2.1.2教学仪器上的玻璃零部件规定了：
a) 应对玻璃所受荷载进行综合分析，对长期负荷，应使设计应力为实际应力的6～10倍。根据《玻璃仪器灯工实践》。
参照啤酒瓶的情况，啤酒瓶性能要求为内压力：优等品≥1.6MPa，一等品≥1.4MPa，合格品≥1.2MPa。而啤酒灌装时送酒压力0.18～0.20MPa，缸顶压力0.15MPa，罐升降空气压力0.36 MPa～ 0.38MPa。按合格品计算，瓶的允许内压力至少为瓶内灌装时压力的6倍。
根据实践证明，潮湿的玻璃要比已去除潮气的玻璃的强度弱3～4倍。承受压力的玻璃仪器应避免潮湿。这是因为潮湿以后玻璃的机械强度急剧降低，划玻璃时就是利用玻璃的这个性质。本标准要求在使用时无法避免潮湿时，设计的强度应提高3～4倍。以确保安全。
“复用承受压力的玻璃仪器以七次为限”是因为玻璃瓶虽可复用，但复用次数不是无限的。现行有关标准（GB 4544-1996《啤酒瓶》和QB 2142－1995《碳酸饮料玻璃瓶》）都没有对复用次数加以限制。复用七次是参照国际上惯例。
b) 玻璃材料的抗张强度、抗弯强度、抗压强度和抗冲击强度（钢化玻璃）试验方法参照《玻璃测试技术》（南京玻璃纤维研究设计院《玻璃测试技术》编写组，中国建筑工业出版社1987年6月第一版），放在附录A中。
c) 根据玻璃的物理特性，规定了固定玻璃时应采用面接触，并应使玻璃零部件均匀受力，安装时应保护玻璃的边缘不受损。叠放玻璃时应避面吸合，并防止进水。
d) 要求教学仪器上的玻璃零部件安装完毕后应贴上保护薄膜。
4.2.1.3 对玻璃仪器内应力的规定，分为实验室玻璃仪器和教学仪器中各种玻璃。部分玻璃仪器的材质和理化性能见表2。

表2 玻璃仪器材质与理化性能
名 称
材质
耐水性
耐酸
耐碱
内 应 力
热 膨 胀
系 数
容量瓶
硼硅玻璃
≤3级

≤ 80nm/cm
5.5×10－6/℃
滴定管、气体取样量管、氧气量管、氮素测定器、血液气体量管、氨基酸氮测定器、挥发油测定管、何氏气体分析器

≤3级

≤ 120nm/cm
2.5×10－6/℃
分度吸管、单标线吸管、牛奶吸管

≤3级

≤ 100nm/cm

量瓶
量筒

≤3级

瓶≤100nm/cm
瓶≤120nm/cm

量杯

≤3级

≤ 100nm/cm

刻度离心管、水分测定仪
硼硅玻璃
≤1级
≤1级
≤2级
≤ 100nm/cm

刻度试管

≤1级
≤1级
≤2级
≤ 100nm/cm

比色管
钠钙玻璃
≤2级
≤1级
≤1级
≤ 80nm/cm

硼硅玻璃
≤1级
≤1级
≤2级
≤ 100nm/cm

奥氏气体量管、合成率滴定器量管
硼硅玻璃
≤3级

≤ 100nm/cm

固体比重管

≤3级

≤ 100nm/cm

给氏比重瓶
硼硅玻璃
≤3级

≤ 100nm/cm

粘度计用瓶
硬质玻璃
≤1级
≤1级
≤2级
≤ 100nm/cm

加液器
硼硅玻璃
≤2级

≤ 100nm/cm

微量进量器
硬质玻璃
≤2级

≤ 100nm/cm

分液漏斗
普通玻璃
≤3级

≤ 100nm/cm

微量吸管

≤3级
≤2级
≤2级
≤ 80nm/cm

奥氏吸管
钠钙玻璃
≤2级
≤1级
≤1级
≤ 80nm/cm

硼硅玻璃
≤1级
≤1级
≤2级
≤ 100nm/cm

血糖管、钢铁量瓶
硬质玻璃
≤1级
≤1级
≤2级
≤ 100nm/cm

海水氯度滴定管、海水移液管
硼硅玻璃
≤1级
≤1级
≤2级
≤ 120nm/cm
5.5×10－6/℃
牛奶试验瓶、乳脂试验瓶
硬质玻璃
≤3级

≤ 100nm/cm

玻璃注射器
硬质玻璃
≤2级

≤ 100nm/cm

烧瓶（各种）
硼硅玻璃或硼硅酸盐玻璃
≤1级
≤1级
≤A2级
≤ 180nm/cm
5.5×10－6/℃
烧杯（各种）
硼硅玻璃或硼硅酸盐玻璃
≤1级
≤1级
≤A2级
≤ 180nm/cm
5.6×10－6/℃
冷凝管
钠钙玻璃或硼硅玻璃
≤3级

≤ 120nm/cm

分液漏斗、滴液漏斗
钠钙玻璃或硼硅玻璃
≤3级

≤ 180nm/cm

其中实验室玻璃仪器要求一般不大于120nm/cm，参照相关国标，凡是标准允许的，不应大于180nm/cm。教学仪器中各种玻璃根据各种玻璃的数据制订的。
按GB 4544-1996《啤酒瓶》规定，啤酒瓶内应力应≤4级。内应力试验按GB 4545-1984,内应力4级为检片镜旋转角度25.5～29.9，每旋转1°相当于光程差3.14nm，4级相当于光程差80.07nm～93.87nm。
对不同玻璃的封接和退火也作了规定。内应力测试按GB/T 15726－1995、GB 4545－1984和GB/ T 18144—2000。
标准要求当两种膨胀系数相差较大（一般在℃以上时）的玻璃进行封接时，应考虑采用一种和几种过渡封接玻璃。℃相当于比烧瓶烧杯的线膨胀系数大。过渡封接玻璃线膨胀系数的步进值一般都小于℃。
4.2.1.4 关于线热膨胀系数
标准规定的线热膨胀系数大于/ ℃的玻璃器皿不能在火焰上直接加热，是指相当于石英玻璃、特硬玻璃和硬质玻璃以外的其它玻璃制的器皿不能加热。
常用玻璃的线胀系数见表3
表3 常用玻璃的线胀系数
玻璃种类
线胀系数
/℃
玻璃种类
线胀系数
/℃
特硬玻璃
32
高铝硅玻璃
42
硬质玻璃（九五料）
41～42
热水瓶玻璃
60
一般仪器玻璃（管料）
71
瓶罐玻璃
87
量器玻璃（白料）
73
水杯玻璃
88～90
石英玻璃
5
窗玻璃
85
铝硼硅仪器玻璃
49

4.2.1.5 关于玻璃仪器的表面缺陷
玻璃仪器的表面缺陷不仅影响玻璃仪器的性能和美观，而且会降低玻璃的强度。要保持玻璃的固有强度，必须使玻璃的表面和整个玻璃制品的表面不损伤。本标准主要从安全的角度，对玻璃仪器的表面缺陷作了规定。这些规定基本与某些玻璃仪器的标准一致。
承受压力或需直接在火焰上加热的玻璃仪器应单独包装，有柔软材料衬垫，运输时要轻拿轻放；使用时应避免造成表面划伤等缺陷，也是为了不降低玻璃的强度，避免使用时破碎。
4.2.1.6 根据教学仪器的使用场所和对象，本标准规定了教学仪器上线尺寸在100mm以上的玻璃面板、窗口玻璃、玻璃管等零部件，应考虑即使破裂对人体也不造成伤害。
4.2.1.7 根据存在的实际情况，本标准规定了儿童玩教具中应尽量不使用玻璃为材料的器件，必须使用以玻璃为材料的器件时，应有可靠的防护措施。防护措施主要是防止玻璃破碎，以及破碎后不会对使用者造成伤害。首先是防止玻璃破碎，包括有柔软材料作缓冲，以及增大玻璃零件的机械强度。当有这样的零件时，要求在说明书中说明。
4.2.1.8 标准规定了以钠钙玻璃和低硼硅玻璃为材料的玻璃仪器应进行热冲击试验。试验方法按GB/ T 4547 —1991，预定在试验中破碎的百分数由产品标准确定。
4.2.2 化学稳定性是耐水性、耐酸性和耐碱性，按GB/ T 6582－1997、SJ/ T 11035—1996 、GB/ T 15728－1995和GB/ T 6580—1997。
4.2.3 电绝缘性
绝缘性能要好，这一点对制造电真空器件特别重要。这里是对承受 10kv 以上高压的玻璃仪器或部件的要求。对非均匀电场，考虑了50%冲击的余度。
4.2.4 连接部件
4.2.4.1 历来都存在着标准磨砂接头和非标准磨砂接头。非标准磨砂接头没有互换性，使用麻烦。当接头数量较多时万一调错，将很难再复原，调错后影响接头的密封性。现在，非标准磨砂接头已趋于淘汰，但是还有。
DIN 58121－1993标准规定，接头全部用统一标准的，锥度为1∶10。经查，与我国QB 1504－1992一致。本标准强制淘汰了非标准磨砂接头，规定了锥形和球形两种标准磨砂接头，按QB 1504－1992和GB/T 14149－1993。为了阅读方便，本标准摘录了二张表格，放在附录中。
4.2.4.2 连接部件
4.2.4.2.1规定了玻璃阀活塞全部用锥度为1∶10的标准磨砂。
4.2.4.2.2采用DIN 58121－1993，规定了玻璃阀的材料全部采用3.3硼硅酸盐玻璃
这种玻璃的线膨胀系数是3.3×10－6K-1，故简称这种玻璃为“3.3玻璃”，其特点是，在玻璃中引入了三氧化二硼(B2O3)改进了玻璃的热稳定性和机械性能。当今，全世界都用3.3硼硅酸盐玻璃制造化工防腐蚀设备与管件、实验室用玻璃仪器，至今还没有超过这种玻璃性能的其它玻璃。这种玻璃有国际标准ISO3585《硼硅酸盐玻璃3.3的性能》。这种玻璃的专利失效以后，已被各国广泛采用。
4.2.4.2.3 关于管路零件的配接尺寸
实验室用玻璃仪器的管路零件有玻璃阀的支管、变径接头、联接器和玻璃导管，以及橡胶管（含普通橡胶管和医用乳胶管）、橡胶塞。经了解，这些零件至今全部没有国标或行标，都是执行企业标准。尺寸不统一，规格繁多。然而，管路配接直接影响安全、卫生。经试验，当玻璃导管与橡胶管对接时，如果橡胶管内径比玻璃管的外径小1mm，则是比较合适的。如果橡胶管的内径过小，则套上较困难，不小心会折断玻璃管；而如果橡胶管的内径过大，虽然很容易套上，但密封不好，容易漏气。在实验中可能造成有害气体泄漏或造成其它危险。因此，本标准对配接尺寸作了统一要求。因为本标准不是具体的产品标准，因此没有具体规定格零件的外形尺寸。本标准是从以下二个方面作规定的：
a）规定了制造玻璃阀的支管、变径接头、联接器和玻璃导管，外径应按照给出的数系（至40mm）。数系采用了GB 321－1980优先数系的R40基本系列。
b) 规定了玻璃阀的支管、变径接头、联接器和玻璃导管与橡胶管的配接尺寸，应使玻璃阀的支管、变径接头、玻璃导管的外径比橡胶管的内径大1mm。
4.2.2.2.4 采用DIN 58121－1993，还对玻璃导管的避厚作了调整。据实测，目前国内市场上的小尺寸玻璃导管，壁厚一般为1mm，而DIN 58121－1993规定为1.5mm（外径8mm以上）。本标准规定外径为8mm以上时，管壁厚度不小于1.5mm，而外径为8mm以下时，壁厚仍为1mm（否则内径太小）。
DIN 58121－1993规定，用在压强超过Pa系统内的橡胶管内径为7mm时，壁厚不应小于2mm；内径为12mm时，壁厚不应小于3mm。这也比目前国我国市场上的橡胶管管壁厚。目前，市场上的橡胶管尺寸见表3。
表3 普通橡胶管和医用乳胶管规格 单位：mm
类 别
外 径
壁 厚
壁厚允差
内 径
内径允差

普通橡胶管
8
1.5

（5）

12
2

（8）

14
2.25

（9.5）

17.5
2.25

（13）

21
2.5

（16）

25
3

（19）

29
3.5

（22）

32
3.5

（25）

40
4

（32）

48
5

（38）

医用乳胶管
6
（1）
±0.2
4
±0.3
7
（1）
±0.25
5
±0.4
9
（1.5）
±0.25
6
±0.4
本标准对橡胶管的壁厚参照DIN 58121－1993，作了调整（普遍加厚）。
4.2.5 与橡胶塞的连接
参照采用了DIN 58121－1993，尺寸配接同上。
橡胶塞塞入玻璃仪器时的塞入部分要求按DIN 58121－1993。
4.2.6 因为对橡胶塞的孔有要求，因此必然对打孔器也需要作规定。除了管刀外径尺寸，还有管刀刀口斜面。目前有的企业图加工方便，把打孔器刃口斜面磨在管外是有问题的，这样使打出的孔的直径不易掌握。当斜面在管内时，橡胶塞上切割出的孔直径等于管刀外径，而当管刀刃口斜面在管外时，打出的孔的直径并不等于管刀内径，而是要大一些，因为打孔时橡胶塞还要被切碎一部分。
4.2.7 实验室玻璃仪器的使用安全
本标准包括实验室玻璃仪器的使用安全。分两部分，一是实验室玻璃仪器一般使用的安全事项，主要是通用的操作安全。第二部分是实验室玻璃仪器的使用具体安全事项，包括试管、烧杯等52种玻璃仪器的使用安全事项。由于篇幅较长，放在附录中了。
4.2.8 本标准的附录，除了附录B《硼硅酸盐玻璃允许使用压强》、附录C《过渡封接玻璃在 20℃～200℃范围内的线膨胀系数》和附录D《玻璃阀形式图》是资料性附录外，其余四个附录（附录A《玻璃材料的抗张强度、抗弯强度和抗压强度试验方法》、附录D《标准磨砂接头的系列和数据》、附录F《玻璃仪器一般使用的安全事项》和附录G《某些玻璃仪器的使用安全事项》）都应为规范性附录。本标准除了资料性附录外，都是强制性条文。
4.2.9 使用安全
5 关于标准的适用范围
标准规定：本标准适用于一般各级各类学校用的以玻璃为材料教学仪器设备和零部件。本标准仅涉及玻璃仪器及连接部件的安全而不涉及其它特性，如式样和安全以外的其它特性。本标准不适用于学校卫生室玻璃仪器，也不适用于化工用玻璃仪器。
6 本标准涉及的统一玻璃仪器连接部件尺寸涉及社会产品，因此建议广泛宣传和加强检查。并建议对教学仪器生产厂举办培训班宣贯。
7 因为时间较紧以及掌握各方面的情况不够，在本标准的这一稿中必然有很多不恰当之处。因此请各方面多提宝贵意见。

《教学仪器设备安全要求 玻璃仪器及连接部件》
起草小组
2005年8月
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