Влияние физико-механических свойств материалов на качество готовых изделий

ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ  НА КАЧЕСТВО

ГОТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

 

Изучение,  исследование факторов,  определяющих качество готовой  продукции,  является важной

задачей товароведения  и крайне необходимо для подготовки квалифицированных специалистов – товароведов-экспертов.

Качество товаров зависит  от многих факторов:

– факторов, непосредственно  влияющих на качество товаров;

– факторов, стимулирующих  качество;

– факторов, способствующих сохранению качества товаров при  доведении его от производителя до

потребителя.

Все эти факторы либо взаимодействуют, либо действуют изолированно.

К факторам, формирующим  качество товаров,  относятся качество исходного сырья,  материалов,

комплектующих изделий, конструкция, качество технологических  процессов.

От природы, состава и качества сырья во многом зависят свойства и качество готовой продукции.

Знание природы, строения, свойств исходного сырья дает возможность предопределить свойства и особенности готовой продукции, расширить сырьевую базу для производства товаров за счет использования новых видов сырья, позволяющих получать изделия с более высокими потребительскими свойства-

ми при меньших затратах труда, времени и материалов, а  также расширять и обновлять  ассортимент.

Изучая свойства и  их показатели, необходимо уяснить их весомость и значимость при оценке при

оценке качества готовых  изделий с учетом назначения и  условий службы этих изделий, а также терминологию, размерность, числовые значения и методику их определения и расчета.

Физические свойства имеют важное значение для оценки качества большинства товаров: 

ƒ масса материалов и изделий

ƒ механические свойства

ƒ термические свойства

ƒ оптические свойства

ƒ акустические свойства

ƒ электрические свойства

ƒ свойства, характеризующие водо-, газо- и воздухопроницаемость.

При характеристике и  оценке качества материалов или изделий,  из группы физических свойств

важное значение имеют  механические – способность различных  материалов к различным воздействиям

(сжимающим, растягивающим,  изгибающим и др.) На материалы при механической обработке или изделия при эксплуатации действуют различные внешние силы-нагрузки. Нагрузки различают: 

ƒ по площади приложения (распределенные или сосредоточенные); 

ƒ по времени действия (периодические или постоянные). В свою очередь периодические нагрузки подразделяются на однократные и многократные (асимметричные или симметричные);

ƒ по характеру воздействия (статические или динамические).

Прочность – одно из основных механических свойств. Как известно, под действием в материале

возникают внутренние напряжения,  значения которых являются мерой  сил упругости материалов и

численно равны отношению  нагрузки к единице площади. Показателем,  характеризующим прочность

материала, является разрушающее  напряжение (предел прочности) Прочность зависит от структуры и

пористости материалов.

Материалы,  имеющие  линейное расположение частиц и меньшую  пористость,  более прочные – 

полимеры, и наоборот – силикаты. 

Материалы под действием  нагрузок претерпевают изменения – деформируются. Величина и характер деформации материалов зависят от соотношения внешних сил и сил упругости. Если внешние силы

превосходят силы упругости, то связь между отдельными элементами ослабляется и материал разрушается. 

Деформация общая складывается из двух деформаций – обратимой и необратимой (пластической)

Е общ = Е обр + Е пл

Обратимая деформация бывает упругой и эластичной. При упругой  деформации исходные размеры

тела восстанавливаются  после снятия нагрузки мгновенно, со скоростью звука. Эластическая деформация исчезает медленнее: она устанавливается в течение определенного времени и считается условно-упругой. Эластическая деформация характеризуется распрямлением длинных

молекул, их размером и  расположением в сырьевом материале.

Эластическая деформация чаще всего проявляется у высокомолекулярных органических материалов (ткани, кожа, каучук и др.), состоящих из молекул с большим числом звеньев,  способных менять

форму без значительного  изменения расстояния между частицами. Величина этой деформации имеет

значение для эксплуатации одежды,  с ней связаны эксплуатационные показатели потребительских

свойств тканей – сминаемость, распрямление. Ткани с высокой  эластической деформацией характеризуются повышенной носкостью.

В каждом материале проявляются  различные виды деформации – в одном случае больше проявляются упругие и эластические (резина),  в другом – пластические (глина). Так, при удлинении волокна

шерсти после снятия нагрузки наблюдаются все виды деформации, причем вначале только упругая, а

затем эластическая.

Материалы, в которых проявляется в основном упругая деформация и малы другие виды деформации, называются упругими. Материал, который характеризуется малыми упругими деформациями, называется пластическим.

Показателем,  характеризующим  способность материала упруго сопротивляться нагрузке,  служит

модуль упругости –  напряжение, возникающее в материале  при удлинении его в 2 раза. 

Модуль упругости характеризует  жесткость материала: чем она  больше, тем меньше деформация

материала при одной  и той же длине.

Показателями механических свойств являются также прочность на сжатие, на растяжение, изгиб,

сдвиг,  кручение и т.д. Деформация растяжения имеет большое значение при оценке качества многих

материалов и изделий – тканей, одежды, обуви, строительных материалов и др.

При испытании на растяжение,  помимо разрушающего напряжения  (предела  прочности), можно

определить ряд других показателей,  имеющих важное практическое значение:  относительное и абсолютное удлинение и сужение; предел текучести; предел пропорциональности и др. Значения некоторых

из них регламентируются ГОСТами. По этим показателям можно  судить о режиме изготовления изделий и их поведении при эксплуатации – долговечности, надежности, ресурсе и др. Материалы с большим обратимым удлинением более долговечны.

Различные материалы  неодинаково ведут себя при растяжении, что позволяет судить о специфике

их свойств.

При большей длине  образцов заметнее влияние неравномерности  материала и его релаксационные

особенности, поэтому  показатели механических свойств могут  искажаться.

Под релаксацией понимается снижение напряжения и деформации, связанное с переходом частиц в

равновесное состояние. Так, пряжа, скрученная из отдельных  волокон, стремится принять первоначальное состояние, напряжения, вызванные круткой, со временем уменьшаются. Скорость релаксации воз-

растает с увеличением  температуры. Явление релаксации необходимо учитывать при технологической

обработке материалов и  изучении внутренних напряжений в изделиях. Желательно, чтобы процесс релаксации прошел до поступления товара в эксплуатацию, т.к. в процессе службы изделия возможна его

деформация. 

С явлением релаксации тесно  связано явление гистерезиса  или запаздывания, что учитывается  при

выборе материала для изготовления изделий. 

У гигроскопичных материалов удлинение возрастает с увеличением  их влажности.  Влажность

влияет и на ориентацию волокон материала, изменение взаимосвязи между ними, что вызывает увеличение или снижение прочности. Поэтому условия стандартных испытаний материалов и изделий должны быть обязательными и постоянными во всех случаях.

Деформация сдвига проявляется  в местах соединения деталей, когда  две равные силы действуют в

противоположном направлении. Это явление учитывается при соединении (креплении) деталей различных конструкций, пошиве изделий из тканей, кожи и т. д.

Деформация кручения наблюдается в текстильных волокнах, при производстве пряжи, ниток, канатов, при ввинчивании винтов и т.п. Напряжение на поверхности стержня зависит от расстояния точки

до центра и радиуса  поперечного сечения образца. Если тело состоит из множества отдельных  волокон,

нитей или проволок  (пряжа,  тросы,  канаты),  то деформации при кручении имеют сложный характер.

Наибольшие напряжения при этом испытывают поверхностные слои материала и меньшие – внутренние.

Усталостная прочность  имеет важное значение при выборе материалов для производства изделий, которые подвергаются многократным нагрузкам, а также при определении сроков службы тканей,

одежды, обуви. Под действием  этих нагрузок вначале увеличивается  удлинение, постепенно снижается прочность,  а затем материал разрушается. Нередко появляются трещины, проникающие в глубь изделия, и другие повреждения.

Показателем предела  усталости является то напряжение, при котором материал выдерживает достаточно большое число циклов нагрузок без разрушения. При увеличении нагрузки разрушение мате-

риала наступает при  меньшем числе циклов нагружения. 

При оценке качества изделий  из металлов,  керамики, дерева,  камня,  пластмасс имеет значение

твердость –  способность материала  сопротивляться проникновению в  него другого,  более твердого

тела (местная прочность на вдавливание). Твердость зависит от природы и строения материала, геометрической формы,  размеров и расположения атомов,  а также от сил межмолекулярного сцепления. На

твердость кристаллических тел  оказывает влияние кристаллизационная вода,  которая,  ослабляя внутренние связи, способствует уменьшению твердости. От твердости зависит назначение изделий, поведение их в процессе службы и сохраняемость внешнего вида. Например, твердость определяет функциональные свойства инструментов для обработки металлов (напильников, стамесок, пил и др.). Показатель

твердости этих изделий регламентируется ГОСТами, при отклонении его от нормы изделия теряют полезность. 

Твердость глазури фарфора и  фаянса обусловливает их санитарно-гигиенические  свойства.  От

твердости в определенной степени  зависит сопротивление материала истиранию, а также режим технологической обработки.

Твердость в зависимости от исходного  сырья, определяется методом царапания, вдавливания, отскакивания бойка, затухания колебаний маятника,  прокола стандартной иглой.  Все они основаны на

проникновении в испытуемый образец  другого тела.

Метод царапания основан на использовании десяти минералов с соответствующей твердостью, которые в порядке возрастания объединены в минералогическую шкалу.

Твердость испытуемого материала  в пределах единицы оценивается  как средняя между двумя по-

рядковыми минералами. 

Механические свойства и их показатели учитываются при характеристике и оценке качества мате-

риалов или изделий,  которые  подвергаются в процессе производства или эксплуатации сжимающим,

растягивающим, изгибающим или другим воздействиям.

Изучение факторов, определяющих качество – основная задача товароведения. Специалист, разбирающийся в вопросах формирования качества, зависимости свойств сырьевых материалов и готовой

продукции, может глубже понять особенности  свойств товара, его положительные  стороны и недостатки, обоснованно подойти к разработке требований к товару, формированию оптимального ассортимента

и предъявлению претензий к производителю  недоброкачественной продукции.