Материал: 5288

51

ну, ацетону, четыреххлористому углероду, дихлорэтану) являются стекло, керамика. Пластические массы (к примеру, полистирол, полиметилметакрилат) растворяются в собственном мономере, в ароматических и хлорированных углеводородах, что необходимо учитывать при производстве и ремонте изделий из них.

 Стойкость материалов к действию светопогоды имеет важное значение для материалов, применяемых на открытом воздухе и подвергающихся атмосферным осадкам и солнечной инсоляции (кровельные материалы, оконное стекло, древесина, каучук, резина и др.). Под влиянием ультрафиолетовой части солнечного спектра происходит деструкция материалов, изменяется их цвет. При действии атмосферных осадков и света материал подвергается комплексному воздействию, результатом которого являются химические, физические и другие изменения. Для определения стойкости материалов и изделий к действию светопогоды в лабораториях используют везерометры и камеры искусственной погоды, позволяющие создавать условия, близкие к естественным. Кроме лабораторных, проводят испытания в естественных условиях на открытом воздухе.

Наиболее стойкими к действию светопогоды являются силикатные изделия и некоторые виды пластических масс.

Отношение материалов и изделий к действию светопогоды имеет важное значение при оценке их качества и учитывается при определении сроков их службы, а также условий транспортирования и хранения.

Химические свойства необходимо учитывать при изготовлении изделий санитарнотехнического назначения, материалов для полов, кровельных и др. Химически стойки вещества, содержащие в своем составе кремнезем (керамика, стекло), а также некоторые виды пластических масс (политетрафторэтилен-фторопласт-4 и др.). Большинство металлических материалов подвергаются коррозии и разрушаются. Для защиты от коррозии их покрывают стойкими веществами или вводят в их состав специальные (легирующие) добавки.

Физические свойства представляют наиболее обширную группу свойств и показателей, имеющих важное значение для большинства материалов и изделий. К физиче-

ским свойствам, имеющим важное значение для оценки качества товаров, относятся: масса материалов и изделий, механические, термические, оптические, акустические и электрические свойства. Для большинства материалов и изделий показатели физических свойств регламентируются нормативно-технической документацией (стандартами, техническими условиями и др.).

Масса материалов и изделий позволяет судить о приро-

де материала, пористости, водопоглощении, теплопроводности, прочности и других свойствах. Показатели массы (веса) материалов и готовых изделий широко используют при ха-

рактеристике таких товаров, как ткани, бумага, обои, картон, строительные и др. Показатели массы учитывают при упаковке, транспортировании и хранении материалов и изделий. Важнейшими показателями массы являются: плотность, объемная масса, масса 1 м2, насыпная масса, масса изделия, удельный вес.

 Плотность – это масса единицы объема. Рассчитывается плотность ( , кг/м3, г/см3) по формуле:

m

= --------- , V

где m – масса тела, г (кг);

52

V – объем тела, см3 (м3).

Плотность зависит от химического состава, степени чистоты, наличия тех или иных примесей.

 Объемная масса ( 0 ) есть масса объема материала пористых тел, вычисляется по формуле

V

Объемная масса различных материалов неодинакова (в г/см3): древесина – 0,12 – 1, 42; поролон – 0,01 – 0,03; фарфор – 2,4 – 2,5; ткани хлопчатобумажные – 0,25 – 0,5. Она зависит не только от природы и характера строения вещества, но и от его влажности. Величина объемной массы влияет на пористость, прочность, теплопроводность, водопоглощение и другие показатели.

Объемная масса пористых тел всегда меньше их плотности. Для непористых материалов они равны между собой. С повышением пористости объемная масса уменьшается. Из отношения плотности и объемной массы определяют пористость материала по формуле

0

где П – пористость, %; 0 – объемная масса, г/см3; - плотность, г/см3.

Для сыпучих материалов вместо объемной массы используют показатель насыпной массы, например, при дозировке и отпуске материалов, определении загруженности транспорта и заполнении объема хранилищ.

Масса 1 м2 применяется для характеристики рулонных и листовых материалов:

ткани, кожи, бумаги, картона, обоев и др. По данному показателю отличают, например, картон от бумаги. Бумажная продукция с массой 1 м2 до 250 г относится к бумаге, а более 250 г – к картону. Ткани в зависимости от массы 1 м2 имеют различное назначение.

Бельевые ткани имеют массу от 70 до 190 г, костюмные – от 220 до 400 г.

Масса 1 м2 материала должна определяться при постоянной относительной влажности и температуре воздуха.

Масса изделия является строго нормируемым показателем для некоторых товаров, например спортивных. Так, масса гранаты должна быть 300, 500 и 750 г, диска – 500, 600 и 800 г. Массу гигроскопичных изделий определяют с учетом относительной влажности и температуры воздуха, а также влажности самого материала. Показатель массы изделия учитывают при разработке конструкции изделий, упаковке, транспортировании, хранении и т.д.

Удельный вес – это вес единицы объема тела. Он равен отношению веса (силы

тяжести) тела к его объему вычисляется удельный вес ( , Н/м3) по формуле

G

= ------ ,

V

где G – вес (сила тяжести) тела, Н; V – объем тела, м3.

Удельный вес – это величина переменная и зависит от ускорения силы тяжести. Применяется, например, для определения давления столба жидкости на дно или стенки сосуда.

53

Механические свойства и их показатели учитывают при характеристике и оценке качества материалов или изделий, которые подвергаются в процессе эксплуатации

сжимающим, растягивающим, изгибающим и другим воздействиям. От механических свойств зависят назначение материала и изделий, их надежность. Они широко используются для характеристики металлов и металлоизделий, каменных, древесных и других материалов.

При механической обработке материалов или при эксплуатации изделий на них действуют различные внешние силы – нагрузки.

Нагрузки по: площади приложения бывают распределенные и сосредоточенные. Распределенные нагрузки действуют на всю поверхность изделия, сосредоточенные – на ограниченный участок, создавая при этом высокое давление, что часто приводит к разрушению материала или изделия, например, вбивание гвоздя в изделие из древесины.

Каждый материал способен выдерживать без разрушения определенное (номинальное) давление. Давление, которое материал испытывает при эксплуатации, называется фактическим; оно в несколько раз меньше номинального. Нагрузки, которые действуют на материал, характеризуются силой, приходящейся на единицу площади и выражаются в паскалях (Па).

По времени действия нагрузки бывают периодические и постоянные. Так, подвесное устройство люстры испытывает постоянную нагрузку, а на образец металла при испытании на изгиб действует периодическая нагрузка. Различают также однократные и многократные периодические нагрузки. Более опасными являются нагрузки многократные и особенно знакопеременные, т.е. изменяющие свое направление. Многократные нагрузки, например, испытывает обувь при ходьбе.

По характеру воздействия нагрузки делятся на статические и динамические. Статистические нагрузки действуют постепенно, без толчков и ударов. Нагрузка, которая действует мгновенно на материал, толчками, сообщая заметные ускорения частицам тела, называется динамической. Такие нагрузки чаще приводят к преждевременному разрушению изделия. При изучении вида нагрузок, поведения материалов и изделий руководствуются природой, назначением и условиями службы изделия.

Механические свойства материалов и изделий характеризуются прочностью, твердостью, упругостью, пластичностью и др.

 Прочность – это одно из основных механических свойств. При действии нагрузки, как известно, в материале возникают внутренние напряжения, величина которых является мерой сил упругости на единицу площади. Нагрузка, при которой материал разрушается, называется разрушающей. Показателем прочности материалов является разрушающее напряжение (предел прочности). Предел прочности – это отношение максимальной нагрузки (разрушающей нагрузки) к первоначальной площади поперечного сечения образца:

S 0

где Р В – нагрузка, Н, кг с; S 0 - площадь, м2, см2;

G В - предел прочности, Н/м2, кг с/см2.

54

Прочность материала зависит от его структуры и пористости. Материалы, имеющие линейное расположение частиц и меньшую пористость, более прочны.

Предел прочности различают при сжатии, изгибе, растяжении и т.д. В зависимости от предела прочности при сжатии или изгибе некоторые материалы (камень, кирпич, бетон, цемент и др.) подразделяются на марки. Под маркой в этом случае понимается предел прочности при сжатии, выраженной в МПа.

Хрупкость материала характеризует его способность сопротивляться ударам. По этому показателю многие материалы делятся на хрупкие и пластичные. Хрупкие материалы слабо сопротивляются ударам, растяжению и изгибу, но хорошо сопротивляются сжатию. К ним относятся стекло, керамика и другие природные (каменные) материалы. Пластичные материалы легко изменяют свою форму, но не разрушаются. Сталь, древесина и другие материалы хорошо сопротивляются растяжению и изгибу.

Деформация – это изменение размеров и формы тела под действием нагрузки. Структура, размеры и форма тела изменяются вследствие изменения расстояния между отдельными точками или частицами.

Деформация материала зависит от величины и вида нагрузки, внутреннего строения, формы и характера расположения отдельных частиц, сил межмолекулярного и межатомного сцепления. Она обусловлена изменениями в строении и расположении молекул, происходящими под действием внешних сил.

Действию внешних сил на материал противодействуют внутренние силы, которые называют силами упругости. От соотношения внешних сил и сил упругости зависят величина и характер деформации материала. Если внешние силы превосходят силы упругости, то связь между отдельными элементами ослабляется и материал разрушается.

Деформация может быть обратимой и необратимой (пластической). При обратимой деформации тело после снятия нагрузки полностью восстанавливает первоначальную форму и размеры, а при необратимой – не восстанавливает.

Обратимая деформация бывает упругой и эластичной. При упругой деформации размеры тела восстанавливаются мгновенно (высокоуглеродистая сталь), а при эластичной – постепенно (полиэтилен, каучук).

Необратимая – пластическая деформация сохраняется после снятия нагрузки, поскольку вызывается перегруппировкой ионов, атомов, молекул (глина, свинец).

При нагружении в материалах возникают все три деформации (упругая, эластичная, пластическая), однако соотношение их неодинаково.

Показателями деформации служат абсолютное изменение размеров образцов (при растяжении – абсолютное удлинение в мм, см) и относительное изменение по сравнению с исходным размером (например, относительное удлинение в процентах). Показатель относительного удлинения служит для характеристики пластичности материалов и определяется по формуле

l 1 – l 0

Е = ------------ 100 % ,

l 0

где l 0 - длина образца до испытания, мм;

l 1 – длина образца после испытания, мм.

Пластические деформации позволяют формировать из материалов изделия (из отходов производства стальных листовых материалов – стальную черепицу и др.). Благодаря обратимым деформациям сохраняется приданная изделию форма, увеличивается его долговечность.

 Модуль упругости характеризует способность материала к деформации и равен отношению напряжения к упругой деформации. Он характеризует эластичность мате-

55

риала. Этот показатель широко применяется для характеристики металлических материалов.

 Разрывная длина – это минимальная длина, при которой материал разрушается под действием собственной массы. Этот показатель является комплексным и учитывается при оценке качества тканей, канатов, тросов, проволоки и других материалов. Разрывная длина (км) зависит от прочности на растяжение и плотности материала и вычисляется по формуле

где G В – прочность на растяжение; - плотность материала.

Разрывная длина материалов неодинакова: алюминия – 4 – 6 км, меди – 2 – 5 км, капрона – 60 – 65 км.

Сопротивление истиранию характеризует способность материала сопротивляться истирающим воздействиям. Истираемость материала зависит от его твердости и плотности. Чем выше плотность и твердость материала, тем выше, как правило, его сопротивление истиранию, тем более длителен срок его службы без дополнительных затрат труда. Этот показатель имеет важное значение при выборе материала для пола (паркета, линолеума, плиток и др.). Истираемость определяется потерей массы материала (г) на единицу площади.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Она зависит от состава и строения материала и оказывает заметное влияние на его истираемость. Более твердые материалы имеют более высокое сопротивление истиранию. От твердости зависит область применения материалов, поведение их в процессе эксплуатации и сохранение внешнего вида. Практическое значение твердость имеет для оценки качества металлов, пластических масс, керамики, древесины и других материалов.

Для определения твердости существует несколько методов: царапание, вдавливание, отскакивание бойка, затухание колебаний маятника, прокол стандартной иглой. Все они основаны на внедрении в испытуемый образец минерала, шарика, пирамиды, пуансона под определенным давлением. Чем меньше усилие и больше глубина проникновения в образец, тем ниже твердость материала. Наиболее простым и широко применяемым методом определения твердости каменных материалов является метод царапания минералами, которым присвоена соответствующая единица твердости от 1 до 10 (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз), а для определения твердости металлов – метод вдавливания.

ческое расширение, термическая стойкость, огнестойкость. Термические свойства имеют практическое значение при оценке качества материалов, подвергающихся в процессе эксплуатации нагреванию и охлаждению.

Теплоемкость характеризует количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела на 10С в определенном интервале температур. По величине теплоемкости материала судят о затратах тепловой энергии при его нагревании. Выражается теплоемкость в Дж/град. Тела с низкой теплоемкостью быстрее нагреваются, с высокой – дольше сохраняют тепло.