Общие свойства промышленных материалов и изделий
Использование того либо иного материала, срок работы, поведение при хранении и транспортировании зависят от его фундаментальных особенностей. Фундаментальные особенности изделий и материалов — это объективные изюминки, свойственные им от природы и проявляющиеся при эксплуатации. Они делятся на химические, физические и биологические. Время от времени свойства материалов зависят от того, какую из сторон материала они характеризуют. Наряду с этим они делятся на функциональные, эстетические, эргономические и гигиенические.
Свойства, характеризующие поведение материала при его обработке, именуются технологическими.
Многие свойства материалов взаимосвязаны между собой. Изменение одних приводит к изменению вторых. Так, к примеру, с увеличением пористости материала возрастает водопоглощение и значительно уменьшается прочность его.
Химические особенности характеризуют отношение материала к действию разных сред. Они зависят от строения и состава материала и воздействуют на срок применения и условия материалов их работы. К ним относятся: влагостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость, стойкость к светопогоде и др.
Влагостойкость характеризует отношение материала к действию жидкости при давлении и различных температурах. Она имеет значение как для определения условий эксплуатации, так и условий и транспортирования и сроков хранения. Водостойкими материалами являются природные и неестественные каменные материалы (за исключением гипсовых). Для одних материалов малая влагостойкость есть хорошим свойством (моющие вещества), для других — отрицательным (пленочные покрытия).
Для увеличения влагостойкости кое-какие материалы покрывают особыми пленками.
Кислотостойкость характеризует реакцию материалов на воздействие кислот. Показатель кислотостойкости имеет серьёзное значение при оценке изделий и качества материалов, подвергающихся в ходе производства и эксплуатации действию органических и минеральных кислот. К примеру, котлы для варки целлюлозы нужно покрывать в кислотоупорными плитками.
Щелочестойкость, так же как и кислотостойкость, имеет значение при оценке и выборе качества многих материалов.
Стойкость материалов к действию светопогоды имеет ответственное значение для материалов, используемых на открытом воздухе и подвергающихся осадками солнечной инсаляции.
Химические особенности нужно учитывать при изготовлении изделий санитарно-технического назначения, материалов для полов, кровельных и др. Химически стойки вещества, которые содержат в собственном составе кремнезем (керамика, стекло), и кое-какие виды пластических весов. Большая часть железных материалов подвергается коррозии и разрушается.
Для защиты от коррозии их покрывают химически стойкими веществами либо вводят в их состав особые (легирующие) добавки. Химическую стойкость материалов определяют в лабораториях на особых примерах.
физические особенности воображают самая обширную группу показателей и свойств, имеющих серьёзное значение для изделий и большинства материалов, используемых в строительстве и промышленности. К ним относятся: масса, механические, термические, оптические, электрические особенности, и свойства, характеризующие водо-, воздухо- и паропроницаемость изделий и материалов. Для изделий и большинства материалов показатели физических особенностей регламентируются техническими условиями и Гостами и активно применяются при оценке их качества.
Масса изделий и материалов разрешает делать выводы о природе материала, пористости, водопоглощении, прочности и теплопроводности. Показатели массы учитывают при упаковке, хранении и транспортировании материалов. Наиболее значимыми из них являются плотность, объемная масса, масса и масса изделия 1 м2.
Плотность имеется масса единицы количества. Она зависит от природы материала, наличия в нем пустот и примесей. Вычисляется она по формуле p = m/v, где р — плотность тела, г/см3; m — масса тела, г; v — количество тела, см3.
Объемная масса (ро) — это масса единицы количества материала пористых тел. Вычисляется она по той же формуле, что и плотность. Объемная масса пористых материалов зависит от их влажности. Для сыпучих материалов объемная масса именуется насыпной. Насыпной массой пользуются при дозировке и отпуске сыпучих материалов, определении загрузки транспорта, заполнении хранилищ. Объемная масса пористых тел неизменно меньше их плотности. Для непористых материалов они равны между собой.
По соотношению объёмной массы и плотности определяют пористость материала по формуле: П=(1—p0)/p-100, где П — пористость, %’ ро — объемная масса, г/см3.
От пористости материала зависят его прочность, водопоглоще-ние морозоустойчивость, другие свойства и теплопроводность. Материалы, имеющие высокую пористость, характеризуются малой теплопроводностью и прочностью. Они имеют громадное водопогло-щение и низкую морозоустойчивость.
Серьёзное значение имеют форма и размер пор. Поры бывают сквозные, замкнутые, полузамкнутые и поверхностные (рис. 1). В случае если в материале больше замкнутых пор, то теплопроводность и водопоглощение его ниже, и напротив.
Для’конструкций, каковые не должны пропускать воду и быть прочными, нужно брать материал с малой пористостью.
Масса некоторых изделий (молотки и др.) есть строго нормируемым показателем. Она, как и другие показатели, определяется с учетом относительной влажности воздуха, влажности и температуры самого материала.
Рис.1. Виды пор: 1 — сквозные; 2 — поверхностные; 3 — замкнутые; 4 — полузамкнутые
Масса 1 м2 — масса материала, отнесенная к 1 м2; используется она для чёрта рулонных и листовых материалов: тканей, кожи, бумаги, картона, обоев. По этому показателю, к примеру, отличают картон от бумаги. Продукция с массой 1 м2 до 250 г относится к бумаге, а больше — к картону.
Для некоторых неметаллических материалов время от времени нормируется масса одного метра.
Масса 1 м2 материала определяется при постоянной относительной влажности воздуха и температуре.
Механические особенности имеют серьёзное значение при оценке качества материалов, подвергающихся в ходе эксплуатации сжатию, растяжению, изгибу, кручению, другим воздействиям и удару. К ним относятся кроме этого сопротивление истиранию и твердость. От изделий свойств и механических материалов зависят их назначение и надёжность. Они активно применяются для чёрта металлов, каменных, стеклянных, древесных и других материалов.
Фундаментальными показателями механических особенностей являются прочность (предел прочности), хрупкость, модуль упругости, твёрдость и разрывная длина.
Прочность — свойство материала сопротивляться действию нагрузок без разрушения. Показателем ее есть предел прочности, воображающий собой отношение разрушающей нагрузки к начальной площади поперечного сечения примера, aB = F/S, где F — нагрузка, Н; S — площадь, м2, ств — предел прочности, МПа.
Предел прочности различают при сжатии, изгибе, растяжении, кручении и т. д. В зависимости от предела прочности при сжатии либо изгибе кое-какие материалы (камень, кирпич, бетон, цемент и др.) подразделяются на марки. Под маркой в этом случае понимается предел прочности при сжатии, выраженный в МПа.
Хрупкость материала характеризует его свойство сопротивляться ударам. По этому показателю многие материалы делятся на хрупкие и пластичные. Хрупкие материалы слабо сопротивляются ударам, изгибу и растяжению, но прекрасно сопротивляются сжатию.
К ним относятся стекло, керамика и другие природные (каменные) материалы. Пластичные материалы легко изменяют собственную форму, но не разрушаются. Сталь, древесина и другие волокнистые материалы прекрасно сопротивляются изгибу и растяжению.
Модуль упругости характеризует свойство материала к деформации и равен отношению напряжения к упругой деформации. Он характеризует эластичность материала. Данный показатель активно используется для чёрта железных материалов.
Разрывная протяженность — это минимальная протяженность при которой материал разрушается под действием собственной массы. Данный показатель есть комплексным и учитывается при оценке качества тканей, верёвок, тросов, других материалов и проволоки. Разрывная протяженность (км) зависит от прочности на плотности и растяжение материала и вычисляется по формуле L=aB/p.
Разрывная протяженность материалов не однообразна: алюминия — 4— 6 км, меди — 2—5, стали — 5—20, капрона — 60—65 км.
Сопротивление истиранию (истираемость) характеризует свойство материала сопротивляться истирающим действиям. Истираемость материала зависит от его плотности и твёрдости. Чем выше плотность и твёрдость материала, тем выше, в большинстве случаев, его сопротивление истиранию, тем более долог срок его работы без труда и дополнительных затрат. Данный показатель имеет ответственное значение при выборе материала для пола (для паркета, линолеума, плиток и др.).
Истираемость определяется утратой массы материала (г) на единицу площади.
Твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более жёсткого тела. Она зависит от строения и состава материала и оказывает заметное влияние на его истираемость. Более жёсткие материалы имеют более высокое сопротивление истиранию.
От твердости зависит область применения материалов, поведение их в ходе эксплуатации и сохранение внешнего вида. Практическое значение она имеет для оценки качества металлов, пластических весов, керамики, других материалов и древесины.
Для определения твердости материалов существует пара способов: царапание, вдавливание, отскакивание бойка, прокол колебаний и затухание маятника стандартной иглой. Все они основаны на внедрении в испытуемый пример минерала, шарика, пирамиды, пуансона под определенным давлением. Чем меньше упрочнение и больше глубина проникновения в пример, тем ниже твердость материала- самые простым и обширно используемым способом определения твердости каменных материалов есть способ царапания минералами, которым присвоена соответствующая единица твердости от 1 до 10 (тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, бриллиант), а для определения твердости металлов — способ вдавливания.
Термические особенности характеризуют поведение материала при действии на него тепловой энергии. Главными из них являются: теплоемкость, теплопроводность, термическое расширение, термическая стойкость, огнестойкость, изменение агрегатного состояния. Термические особенности имеют практическое значение при оценке качества материалов, подвергающихся в ходе эксплуатации охлаждению и нагреванию.
Теплоемкость характеризует количество теплоты, которое нужно для нагревания тела на 1 °С в определенном промежутке температур. По величине теплоемкости материала делают выводы о затратах тепловой энергии при его нагревании. Выражается теплоемкость в в Дж/град.
Теплопроводность — это свойство материала проводить теплоту при разности температур между отдельными участками тела. Теплопроводность материала зависит от его состава, структуры (строения), пористости, влажности и температуры. Мельчайшую теплопроводность имеют материалы с малой влажностью и высокой пористостью. С увеличением количества замкнутых пор в материале теплопроводность значительно уменьшается. Плотные материалы имеют громадную теплопроводность.
Металлы прекрасно выполняют теплоту, древесина — не хорошо. При увлажнении материала теплопроводность возрастает, поскольку теплопроводность воды в 24 раза выше, чем воздуха. Теплопроводность имеет практическое значение при выборе материалов для стенку, перекрытий, теплоизоляции полов, трубопроводов и холодильников.
Показателем теплопроводности есть коэффициент теплопроводности, высказываемый в Вт/(м • К).
Термическое расширение характеризует свойство материала изменять собственные размеры при увеличении температуры. Оно имеет ответственное значение при оценке качества фарфоро-фаянсовых, стеклянных, огнеупорных и других материалов, подвергающихся при эксплуатации охлаждению и нагреванию. В случае если материал будет очень сильно изменять собственные размеры при колебаниях температуры, то может случиться его разрушение.
Термическое расширение зависит от наличия примесей и природы материала. Громадным расширением владеют силикатные материалы, исходя из этого стекло при охлаждении и резком нагревании разрушается. Показателем термического расширения есть температурный коэффициент, что не редкость объемным и линейным.
Объемный коэффициент термического расширения показывает отношение повышения количества материала при нагревании на 1°С к начальному количеству, а линейный коэффициент термического расширения характеризует отношение повышения длины материала при нагревании к начальной длине. Коэффициент термического расширения оказывает отрицательное влияние на термическую стойкость.
Термическая стойкость — это свойство материала сохранять собственные свойства при резких колебаниях температуры. Она имеет серьёзное значение при оценке качества огнеупорных материалов, керамики и стекла, оказывает громадное влияние на их долговечность. Термическая стойкость зависит от состава, степени однородности, прочности, модуля упругости, теплопроводности материала и термического расширения.
Также, на нее влияет пористость, толщина и форма стенок изделия.
Термическая стойкость материала тем выше, чем больше теплопроводность и прочность и чем меньше модуль упругости и термическое расширение. Показателем термической стойкости есть количество теплосмен, которое выдерживает материал без разрушения. Теплосменой считается один цикл нагрева материала до охлаждения и определённой температуры.
Малую термическую стойкость имеют силикатные материалы, что направляться учитывать при их применении.
Огнестойкость характеризует свойство материала сопротивляться действию огня. Все материалы по огнестойкости делятся на несгораемые, трудносгора,емые и легкосгораемые. К несгораемым относятся материалы, каковые не горят и не тлеют в огне (кирпич, сталь и др.); к сгораемым — каковые легко горят в огне и по окончании вынесения из пламени (древесина, бумага и др.); материалы каковые при действии огня еле загораются , а при вынесении из огня меркнут, относятся к трудносгораемым.
Огнестойкость есть серьёзным показателем качества стеновых, кровельные и других материалов.
Изменение агрегатного состояния вещества имеет значение для распознавания природы веществ (к примеру, смазочных материалов и горючих). \
Главными показателями трансформации агрегатного состояния ве^ щества являются температуры плавления, кипения, размягчения, обугливания, полимеризации и др., каковые для материала и конкретного вещества являются строго определенными.
Оптические особенности характеризуют изюминке зри: тельного восприятия материалов либо изделий. Главными из них являются цвет, блеск, светопропускание и др. Они являются ответственными для изделий и характеристики стекла на его базе. К примеру, для оконного стекла светопропускание должно быть не меньше 84%’-
Электрические особенности характеризуют отношение материалов к пропусканию электрического тока. Фундаментальными показателями этих особенностей являются электропроводность, электрическое сопротивление и др. Под электропроводностью понимается свойство материала проводить электрический ток. Электропроводность (Ом/м) зависит от удельного электрического сопротивления. Чем меньше удельное электрическое сопротивление материала, тем лучше он проводит электрический ток.
По этому показателю все материалы подразделяются на проводники, изоляторы и полупроводники.
Проводники имеют малое электрическое сопротивление и высокую электропроводность. К ним относятся серебро, ее сплавы и медь, алюминий, сталь и др.
Изоляторы имеют высокое удельное электрическое сопротивление и низкую электропроводность. Хорошими изоляторами являются резина, фарфор, стекло, пластические веса, асбест и др.
Промежуточное положение между изоляторами и проводниками занимают полупроводники, каковые в простых условиях слабо выполняют электрический ток. К ним относятся: Si, Se, As, Cu20 и другие вещества. Они находят широкое использование в разных отраслях народного хозяйства, к примеру для преобразования одного вида энергии в второй, напряжения силы и регулирования тока и т. д.
Электрические особенности применяют для назначения шнуров и оценки качества, проводов, кабелей, электроустановочных и других изделий, используемых для внутренней проводки и линий связи.
Свойства, характеризующие проницаемость изделий и материалов. Это свойства, проявление которых наровне с физическими явлениями, сопровождается и химическими процессами. К ним относятся водо-, паро-, воздухо- и пылепрони-цаемость, влажность и др.
Знание этих их показателей и свойств нужно для верного назначения, оценки качества и условий эксплуатации кровельных, водоизоляционных и других материалов и изделий.
Водопроницаемость характеризует свойство материала либо изделия пропускать воду при определенном давлении. Зависит она от наличия и природы материала в нем сообщающихся и сквозных пор. Чем их больше, тем больше воды пропускает материал.
Характеризуется водопроницаемость числом воды (мл), которое пропускает материал в единицу времени (ч) через площадь 1 см2 и выражается в мл/(см2-ч).
Практическое значение водопроницаемость имеет при оценке качества брезентов, палаточной ткани, кожи, пленок, кровельных и других материалов. Для изделий водопроницаемости и снижения материалов их обрабатывают водоотталкивающими веществами либо пропитывают особыми составами.
Паропроницаемость характеризует свойство материала пропускать пар из среды с меньшей в среду с большей влажностью. Паропроницаемость имеет серьёзное значение при оценке качества тканей, кожи, одежды, обуви и других материалов и изделий из них. Выражается она числом пара (мг), которое проходит в единицу времени (ч) через материал площадью в 1 см2. Она зависит от пористости и природы материала.
Материалы с высокой пористостью имеют, в большинстве случаев, и высокую паропроницаемость.
Воздухопроницаемость — это свойство материала пропускать воздушное пространство при разном давлении по обе стороны. Она характеризуется числом воздуха (мл), прошедшего в единицу времени (с) через материал площадью в 1 см2 при определенном давлении, и выражается в мл/(см2/с). Воздухопроницаемость зависит от величины и влажности материала и характера пор. С повышением больших, сообщающихся пор воздухопроницаемость увеличивается, а при увлажнении понижается.
Громадное значение она имеет для парашютных тканей.
Пылепроницаемость характеризует свойство материала пропускать частицы пыли. Она зависит от пористости и природы материала, и от природы пыли, их количества и размера частиц. Материалы с небольшими извилистыми порами владеют меньшей пылепроницаемостью.
Она зависит кроме этого от характера поверхности материала. Так, к примеру, шерстяные, ткани благодаря чешуйчатой поверхности владеют большей пылеемкостью если сравнивать с льняными. Пылепроницаемость материала определяется по привесу примера (г), через что пропускали пыль.
Она имеет ответственное значение при выборе фильтрующих материалов.
При оценке водо-, воздухо-, пыле- и паропроницаемости изделий и материалов нужно иметь в виду их влажность и водо-поглощение.
Влажность характеризуется числом воды, содержащейся в материале, и выражается в процентах. Определяют его по разности в весе примера материала мокрого и высушенного до постоянного веса. Влажность материала зависит от его пористости.
Ее нужно учитывать при транспортировании, приёмке и хранении материалов по весу. От влажности материала зависит его устойчивость и теплопроводность к гниению.
Водопоглощение характеризует свойство изделий и материалов впитывать и удерживать воду. Оно характеризует степень заполнения количества пор водой и выражается в процентах. Водопоглощение возможно весовым и объемным.
Объемное водопоглощение равняется количеству пор в материале, дешёвых для воды.
Водопоглощение материала зависит от характера и количества пор. С увеличением пористости водопоглощение возрастает. Оно выше при открытых и ниже при замкнутых либо полузамкнутых порах.
Водопоглощение различных материалов не одинаково. Так, к примеру, глиняный кирпич имеет водопоглощение не меньше 8%, керамические плитки для полов — не более 4%, гранит — 0,5%, фарфор — не более 0,2%.
По водопоглощению возможно делать выводы о морозостойкости и прочности материала. Материалы с повышенным водопоглощением! имеют, в большинстве случаев, прочность и пониженную морозостойкость. Водопоглощение имеет серьёзное значение при оценке качества керамических материалов.
Для последовательности из них показатель водопоглощения нормируется ГОСТами.
Влагостойкость — свойство материала не изменять собственную прочность при насыщении водой. Показателем влагостойкости есть коэффициент размягчения, что является отношениемпрочности материала, насыщенного водой, к прочности его в сухом состоянии. Материалы с коэффициентом размягчения меньше 0,8 являются водостойкими.
Водостойкими являются и каменные материалы. Влагостойкость имеет серьёзное значение при оценке несущих конструкций, стен и перекрытий, и вторых материалов, предназначенных для эксплуатации во мокрых условиях.
Морозоустойчивость характеризует свойство материала, насыщенного водой, сохранять собственные свойства без показателей разрушения при оттаивании и попеременном замораживании.
Она имеет серьёзное значение для оценки качества материалов (кирпич, камень, бетон и др.), используемых для наружных конструкций гидротехнических и других сооружений. Эти материалы при попеременном увлажнении, оттаивании и замерзании в осенне-зимнее время неспешно разрушаются, поскольку вода, находящаяся в порах материала, мёрзнет с повышением в количестве на 9—10%.
Морозоустойчивость зависит от характера и величины пор, и от прочности. Материалы плотные, с замкнутыми порами, более морозостойки, чем пористые материалы. Морозоустойчивость характеризуется числом циклов попеременного замораживания в течение пяти часов при —15°С и оттаивания кроме этого в течение пяти часов при +15°С без понижения признаков прочности и появления разрушения.
К материалам, разным по назначению, предъявляются и разные требования по морозоустойчивости (от 10 до 200 циклов). Кирпич, к примеру, по морозоустойчивости выпускается четырех марок: Мр315, 25, 35, 50. Определяют морозоустойчивость в особых камерах.
Два оттаивания и цикла замораживания равнозначны разрушениям, каковые испытывает материал- в условиях эксплуатации в течение одного года.
Биологические особенности характеризуют устойчивость изделий и материалов к действию разных микроорганизмов: плесеней, бактерий и грибков. Материалы органического происхождения под влиянием микроорганизмов разрушаются (древесина, бумага, ткани, кое-какие виды пластических весов). Это может происходить при заготовке, производстве, транспортировании, эксплуатации и хранении материалов.
Трансформации сопровождаются понижением прочности, ухудшением внешнего вида и другими показателями. Неорганические материалы к действию микроорганизмов стойки, разрушению фактически не подвергаются либо подвергаются в малой степени. Степень разрушения материалов сильно зависит от влажности, значения и температуры рН среды.
С увеличением температуры и влажности гнилостные процессы ускоряются.
Для увеличения биостойкости кое-какие изделия и материалы обрабатывают особыми дезинфицирующими средствами в виде легкорастворимых и нерастворимых в воде веществ. В качестве легкорастворимых антисептиков применяют фтористый натрий, кремнефтористый натрий и др. Из нерастворимых используют антраценовое, креозотовое и другие масла.
Используют кроме этого и порошкообразные вещества (нафталин и др.).
Антисептики должны владеть высокой токсичностью к разным микробам в течение долгого времени, быть недорогими и несложными в применении. Они не должны оказывать вредного влияния на человека и материал.
Биологические особенности материалов нужно учитывать при определении видов упаковки, хранения и условий транспортирования, и условий их применения, что разрешит удлинить срок работы материалов, а следовательно, сберечь средства и труд, затраченные на их производство.
Потребительные особенности. При оценке изделий и качества материалов не считая природных, химических, физических и биологических особенностей различают так именуемые потребительные особенности. Эти свойства в зависимости от того, какую из сторон они удовлетворяют в ходе эксплуатации, дробят , на функциональные, гигиенические, эргономические, эстетические и экономические.
Функциональные особенности характеризуют соответствие материала собственному назначению. Номенклатура их зависит от назначения материала.
Гигиенические особенности определяют возможность применения материала с учетом обеспечения обычных работоспособности человека и условий жизнедеятельности.
Эргономические особенности выявляют оптимальные условия изделий и эксплуатации материалов для высокопроизводительного труда при минимальной утомляемости и затрате энергии человека.
Эстетические особенности подчеркивают изюминке изделий и материалов, принимаемые зрительными ощущениями. Эстетические свойстве материала должны соответствовать функциональным, гигиеническим и эргономическим особенностям. внешнее оформление и Форма изделий и материалов должны органически соответствовать их назначению.
Экономические особенности обусловливают затраты на эксплуатацию и приобретение изделий и “материалов при получении громаднейшего экономического результата. Эти затраты зависят от качества изготовления с учетом стандартизованных и унифицированных подробностей, ремонтопригодности и безотказности изделий. С повышением ремонтопригодности и безотказности затраты уменьшаются, а экономическая эффективность увеличивается.
