Основные свойства исходных материалов и их влияние на качество готовых изделий

Химические свойства характеризуют отношение материалов и готовых изделий к воздействию различных химических веществ и сред (кислотная, щелочная, водная). Химические свойства зависят от состава и строения химического вещества или группы веществ, из которых состоит материал или готовое изделие. Наиболее важными из химических свойств являются: водостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость, отношение к воздействию окислителей, восстановителей и растворителей, также к действию светопогоды.

Водостойкость

Водостойкость характеризует отношение материала к действию воды при различной температуре в течение того или иного времени. При этом имеются в виду растворимость и набухание (впитывание воды). Для одних материалов растворимость является положительным показателем (моющие вещества, пищевые продукты, например яичный порошок, соевый белок), для других - отрицательным (пленочные покрытия, клеи, лаки после высыхания). От водостойкости также могут зависеть такие показатели, как прочность, сопротивляемость к истиранию, защитная способность. Так, прочность вискозных нитей и тканей при влажнении снижается вдвое.

Металлические изделия под действием влаги подвергаются коррозии, в результате снижается прочность и худшается внешний вид. Некоторые металлы поддаются коррозии быстрее в месте стыков с другими металлами. Этот процесс называется электрохимической коррозией в результате возникновения гальванической пары, и его надо учитывать при прокладке труб, проводов. Так, например, стык меди с нелегированной сталью недопустим. Добавление в состав стали никеля, титана, алюминия повышают коррозионную стойкость готовых изделий.

Водостойкими являются силикатные товары (содержащие SiO₂): стеклянные, фаянсовые, фарфоровые, большинство пластических масс, нержавеющая сталь, большинство пластических масс. Для повышения водостойкости некоторые изделия покрывают специальными пленками, пастами, красками и другими составами.

Кислотостойкость

Для изготовления изделий, которые в процессе эксплуатации соприкасаются с кислыми средами, используется кислотостойкое сырье. Высокую кислотостойкость имеют стекло, керамические изделия, каучук, резина. Все металлы без исключения под воздействием кислот разрушаются с различной скоростью, в зависимости от концентрации кислоты и активности металла. Царская водка, смесь концентрированных азотной и соляной кислот, растворяет золото и платину, не растворимые в каждой из этих кислот. На поверхности серебра царская водка образует защитную пленку, однако этот металл растворяется в концентрированной серной кислоте.

Некоторые материалы и изделия обладают стойкостью к одним кислотам и нестойкостью к другим. Так, например, соляная кислот меньше разрушает древесину, чем серная. Благодаря этому можно распознавать природу материалов и определять их составные части. Например, шерстяные волокна хорошо сопротивляются действию слабых растворов серной кислоты, растительные волокна при этом разрушаются, что позволяет определить шерсть в составе смеси с хлопком, льном и другими растительными волокнами.

Отношение к действию светопогоды

Многие материалы и готовые изделия (одежда, обувь, кровельные материалы) в процессе эксплуатации подвергаются воздействию солнечного света (инсоляции) и атмосферных осадков. Под влиянием ультрафиолетовой части солнечного спектра происходит разрушение материалов, изменяется их цвет. Для определения стойкости готовых изделий к действию светопогоды в лабораторных словиях используют или камеры или аппараты искусственной погоды (везерометры), позволяющие создавать словия, близкие к естественным. Кроме лабораторных испытаний, проводят испытания в естественных словиях на открытом воздухе.

Наиболее стойки к действию светопогоды силикатные товары и некоторые виды пластических масс.

Физические свойства

К физическим свойствам относятся: масса материалов и изделий, механические, термические, акустические и электрические свойства, а также свойства, характеризующие водо-, газо-, пыле- и воздухопроницаемость. Показатели массы и механические свойства иногда объединяют в подгруппу физико-механических, а проницаемость -- в подгруппу физико-химических.

Масса материалов и изделий

Показатели массы (веса) материалов и готовых изделий широко используют при характеристике и оценке качества таких товаров, как ткани, бумага, обои, картон, спортивные, строительные. По массе одного квадратного метра ткани можно определить расход сырья и назначение ткани. Если масса выше нормы, то допущен перерасход сырья, если ниже - ткань не соответствует требованиям, предъявляемым к качеству, в частности по теплозащитным свойствам. По массе квадратного метра также отличают картон от бумаги: продукция с массой до 250г относится к бумаге, более 250г - к картону.

Очень важна плотность бумаги при использовании в канцелярском деле. Так, например, при использовании в игольчатых (матричных) принтерах с ручной и рулонной подачей, плотность бумаги, как правило, должна быть от 50г до 85г при печати в один слой и от 40г до 60г в многослойной печати. У лазерных и струйных принтеров с автоматической подачей бумаги, плотность должна быть не менее 75г.

Механические свойства

Механические свойства важно учитывать для материалов и изделий, которые подвергаются сжимающим, растягивающим, изгибающим или другим воздействиями, как при производстве, так и во время эксплуатации. От механических свойств зависит назначение материала, его надежность.

На материал в процессе обработки или эксплуатации действуют различные силы - нагрузки. Нагрузки по площади приложения бывают распределенные, которые действуют на всю поверхность образца, или сосредоточенные, которые действуют на ограниченный часток, создавая при этом высокое давление, что часто приводит к разрушению материала или изделия (прокол иглой, вбивание гвоздя). Давление, которое материал или изделие способно вынести без разрушения, называется номинальным давлением, оно обычно выше фактического, которые реально испытывает материал или изделие в словиях эксплуатации без разрушения материала. По времени действия нагрузки бывают периодические и постоянные. Различают однократные и многократные периодические нагрузки, наиболее опасными из которых являются знакопеременные, то есть те, которые изменяют свое направление. Многократные нагрузки испытывает, например, обувь при ходьбе. По характеру воздействия нагрузки делятся на статические, которые действуют постоянно, без толчков и даров, и динамические, которые чаще всего приводят к разрушению. Нагрузка, при которой материал или изделие разрушается, называется разрушающей нагрузкой.

Прочность - одно из основных механических свойств. Прочность материала зависит от его структуры, пористости. Материалы, имеющие линейное расположение частиц и меньшую пористость, более прочные.

Деформация

Когда на металлический образец действует сила или система сил, он реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Если напряжение, приложенное к образцу, не слишком велико, то его деформация оказывается пругой - стоит снять напряжение, как его форма восстанавливается. Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, не превышающие его предел тягучести, они вызывают пластическую обратимую (упругую) деформацию. При дальнейшем величении напряжения деформация материала становиться нелинейной и происходят необратимые изменения формы образца. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала.

Деформация - это изменение формы материала или изделия под действием нагрузок. Деформации бывают обратимые, когда первоначальное состояние и размеры тела полностью восстанавливаются после снятия нагрузки, и необратимые (пластические), когда тело не восстанавливается. Обратимая деформация бывает упругой, когда размеры и форма тела восстанавливается мгновенно, со скоростью звука, и эластической, которая исчезает медленнее, она станавливается в течение определенного времени и считается словно-упругой. Эластическая деформация характеризуется распрямлением длинных молекул, пругая - пругими изменениями кристаллической решетки.

Для стеклообразных полимеров (оргстекло) характерны относительно небольшие пругие (обратимые) деформации (1-10%). Причем полимерные стекла отличаются повышенной прочностью от низкомолекулярных стеклообразных тел (обычное силикатное стекло), которые разрушаются при деформировании же на 0,1-1%. Полимеры в стеклообразном состоянии применяются в производстве пластмасс.

Высокоэластические полимеры способны обратимо деформироваться на сотни процентов. В высокоэластическом состоянии в словиях эксплуатации находятся все каучуки. Это состояние характерно лишь для полимеров.

Если тело при растяжении получает пластические деформации, то потеря энергии необратима, при этом повышается жесткость и меньшается пластичность материала. Заметное влияние на пластические свойства оказывает температура. Например, при повышении температуры понижается модуль пругости металлов.

Твердость

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Твердость имеет практическое значение при оценке качества металлических, фарфоровых, фаянсовых, каменных, деревянных, пластмассовых изделий. От твердости глазури фарфоровых и фаянсовых изделий зависят санитарно-гигиенические свойства этих изделий. От твердости в определенной степени зависит сопротивляемость материала к истиранию. Твердость в некоторых случаях позволяет судить о прочности материала, его природе и однородность. Твердость образцов и готовых изделий определяют, как правило, без их разрушения. Единого метода определения твердости всех материалов нет. Применяют несколько методов: царапания, вдавливания, отскакивания бойка, затухания колебаний маятника, прокола стандартной иглой. Все они основаны на проникновения в материал другого тела.

Метод царапания позволяет определить поверхностную твердость. Этот метод основан на использовании десяти минералов с соответствующей твердостью, которые в порядке возрастания твердости объединены в шкалу, называемой также шкалой Мооса, т.к. была предложена немецким чёным Ф. Моосом (Ф. Мос; F. Mohs) в 1811.

Наименование минерал Единица твердости

Тальк 1

Каменная соль или гипс 2

Кальцит 3

Плавиковый шпат (флюорит) 4

патит 5

Полевой шпат (ортоклаз) 6

Кварц 7

Топаз 8

Корунд 9

лмаз 10

Так, например, по норме EN 176 глазурованная керамическая плитка должна иметь поверхностную твердость не ниже 5.

Метод вдавливания широко применяется для металлов, древесины и пластических масс. Этим методом твердость определяют в зависимости от вида материала путем вдавливания в него стального шарика, алмазного конуса или алмазной пирамиды.

Твердость мягких материалов определяют по величине силия, которое затрачивается для прокола материала иглой или другими материалами.

Термические свойства

К термическим свойствам относятся свойства, характеризующие поведение материала при действии на него тепловой энергии: теплоемкость, теплопроводность, термическое расширение, термическая стойкость, теплозащитная способность, огнестойкость и изменение агрегатного состояния.

Теплоемкость - это количество теплоты, необходимое для повышения температуры тела на 1 градус C.

Термическое расширение характеризует способность материала изменять размеры при изменении температуры. Если изделие состоит из нескольких материалов с разным коэффициентом термического расширения, то при резких колебаниях температуры изделие может разрушаться. Это необходимо учитывать в производстве глазурованных изделий, стеклоизделий с нацветом.

Термическая стойкость определяет способность материала или изделия сохранять свойства при резких колебаниях температуры. Низкой термостойкостью характеризуются силикатные изделия, так как их объем резко изменяется вследствие перехода кремнезема при колебаниях температуры из одной модификации в другую с изменением объема.

Огнестойкость характеризует способность материалов и изделий воспламеняться или сгорать с большей или меньшей интенсивностью. По степени огнестойкости все материалы делят на несгораемые, трудносгораемые и легкосгораемые. К несгораемым относятся материалы, которые не горят открытым пламенем, не тлеют и не обугливаются. Это металлические и силикатные материалы, некоторые виды пластических масс. Материалы, которые при действии огня воспламеняются с трудом, тлеют и обугливаются, относятся к трудносгораемые (шерсть, кожа и т.д.). Материалы и изделия, которые горят открытым пламенем, относятся к последней группе (древесина, бумага, и т.д.)

Теплопроводность

Теплопроводность характеризует способность материала проводить тепло при разности температур между отдельными частками тела. Она зависит от мимического состава, пористости, температуры и влажности материала и обусловлена количеством молекул в единице объема вещества. Чем меньше молекул - тем ниже теплопроводность. Соответственно, из того, что нас окружает, самой низкой теплопроводностью обладает обыкновенный воздух.

Теплопроводность - самый важный фактор, характеризующий утеплители домов, одежды, обуви.

Для тепления домов применяется такие теплители, как минеральная вата, пенополистирол, пенополиуретан. Иногда пространство между двумя стенками заливается полиуретаном, ячеистым бетоном или полистиролбетоном.

Большой интерес представляют также керамические теплоизоляционные краски. Слой такой краски толщиной всего лишь 0,2 миллиметра по своим теплотехническим свойствам соответствует 18-сантиметровой пенополистирольной плите. И если вы нанесете термокраску в два слоя, то теплоизоляционный эффект двоится и станет в 5-7 раз выше по сравнению с обычными видами тепления. На сегодняшний день - это самая передовая технология теплозащиты. Разработана она была более десяти лет назад, но использовалась в первую очередь для покрытия космических кораблей "Шаттл", также промышленных и офисных зданий.

Весьма важна для свойств теплителя структура волокон в материале. В обычном синтепоне волокна имеют форму прямых нитей, которые лежат сплошными слоями. Слои находятся довольно близко друг к другу. Это зачастую приводит к слипанию волокон, образованию плотнений, худшению теплосохраняющих свойств материала. У современных теплоизоляционных материалов для одежды, таких как Теплин каждая нить волокна закручена в мельчайшую пружину. Она сохраняет свою форму при взаимодействии с другими волокнами и обеспечивает присутствие дополнительного объема воздуха.

Оптические свойства

Особенности предметов, которые определяются зрительно, относятся к оптическим свойствам. Основными из них являются цвет, блеск и преломляемость цвета. Все они имеют большое значение при эстетической оценке качества товаров. Некоторые из этих свойств являются решающими при оценке качества, например, бумаги, оптической техники, и т. д.

К оптическим свойствам бумаги относится также ее лоск или глянец. Лоск, или глянец, - это результат зеркального отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с микрогеометрией поверхности, то есть с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости лоск тоже величивается. Однако, эта связь неоднозначна. Следует помнить, что гладкость определяется механическим способом, лоск - это оптическая характеристика. Глянец глазированной бумаги может составлять 75-80%, матовой - до 30%.

Любой цвет характеризуется длиной волны, цветовым тоном, яркостью и насыщенностью.

Цветовой тон зависит от спектрального состав света, попадающего в глаз, по нему мы определяем цвет (красный, синий, желтый.

Яркость и светлот - показатели количества световой энергии, отражаемой, пропускаемой или излучаемой телом. Яркость характерна для источников света, светлот - для тел, отражающих свет. Чем цвет светлее, тем он одновременно и ярче.

В зависимости от характера и величины отражения света тела могут приобретать ахроматические или хроматические цвета. Тело, отражающее лучи этих длин спектра одинаково, окрашено в ахроматический цвет - от белого до черного. При избирательном отражении лучей разных длин волн тело приобретает хроматический цвет.

За эталон, отражающий 98% падающего света, принимают пластинку BaSO₄, которую используют для определения степени белизны фарфора, бумаги, тканей. Идеально черное тело поглощает практически все падающие лучи (99,5%), к нему приближается цвет черного бархата.

Все цвета по зрительному восприятию человеком делятся на теплые и холодные. Теплые цвета - наиболее яркие, бодрящие, возбуждающие, оживляющие (красные, оранжевые, желтые и др.). Холодные цвета менее заметные, более спокойные (синий, фиолетовый, голубой). Предметы теплых и насыщенных цветов кажутся более тяжелыми по сравнению с предметами холодных цветов.

Восприятие цвета зависит от спектрального состава падающего света. Красная поверхность при освещении красными или белыми лучами воспринимается зрительно как красная. Но если эту поверхность осветить зелеными лучами, то она будет казаться черной. Известно, что в спектре ламп накаливания по сравнению с дневным светом больше желтых и меньше синих и голубых лучей. Поэтому при освещении лампами накаливания цвета будут восприниматься несколько иными, чем при дневном свете. При электрическом освещении желтые цвета становятся более насыщенными; красные - более светлыми, приобретая оранжевый оттенок; оранжевые, наоборот, желтеют; сильно темнеет синий цвет; темно синий воспринимается почти черным. Для правильной оценки цвета по отношению к дневному свету используют люминесцентные лампы дневного света.

Зависимость восприятия цвета от фона может быть проиллюстрирована следующими примерами. Известно, что загрязнения хорошо проявляются на белом фоне и незаметны на черном фоне. Серые цвета на темном фоне кажутся более светлыми. На красном фоне желтый и синий цвета приобретают зеленоватый оттенок, на зеленом форе красный изменяется в сторону фиолетового, желтый приближается к оранжевому, оранжевый - к красноватому.

Акустические свойства

Свойства материалов излучать, проводить и поглощать звук называются акустическими, их оценивают при определении качества музыкальных инструментов, звукоизоляции или звукопроводящих особенностей строительных материалов, распознавании фарфоровых, фаянсовых и хрустальных изделий, в дефектоскопии.

Показатели, характеризующие звук, можно разделить на две группы: показатели, характеризующие звук как физическое явление (частота, период, спектр, интенсивность), и показатели, характеризующие звук как психофизическое явление воздействия звукового ощущения на орган слуха человека (уровень громкости, частотный интервал, ровень звукового давления).

Для некоторых материалов, например древесины, чрезвычайно важна способность силивать звука без искажения тона - резонирующая способность.

Высокими звукоизоляционными свойствами характеризуются волокнистые и пористые материалы (войлок, асбест, вата). Эти свойства зависят от природы и структуры материала.

Звукоизоляционные свойства окон зависят от многих факторов, основными из которых являются:

Электрически свойства

Электрические свойства характеризуют отношение материалов и изделий к проходящему через них электрическому току. Основными показателями являются электропроводность, дельное электрическое сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, диэлектрическая проницаемость, механическая и электрическая прочность, и др.

Физико-химические свойства

Физико-химические свойств учитывают при оценке качества тканей, кожи, древесины, строительных материалов и других изделий. Важнейшими физико-химическими свойствами являются сорбционные свойства, характеризующие водопроницаемость, паропроницаемость, воздухопроницаемость, пылепроницаемость, и другие.

Сорбционные свойства

Поглощение материалом газов, воды, и также растворенных в нем веществ называется сорбцией. Тело, способное поглощать другие вещества, называется адсорбентом, поглощаемое вещество называется адсорбатом. Процесс, обратный сорбции - десорбция. Существуют два вида сорбций: адсорбция (поглощение вещества поверхностью, включая поры и трещины) и абсорбция (поглощение за счет диффузии).

Для таких изделий, как фильтры, ткани, бумага, сорбционные свойства являются одними из самых важных.

Впитывающая способность бумаги, в первую очередь зависит от ее структуры, так как процессы взаимодействия бумаги с печатной краской принципиально различны. Прежде чем говорить об особенностях этого взаимодействия в тех или иных случаях, необходимо еще раз вспомнить основные типы структур современных печатных бумаг. Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, то на одном из ее концов разместятся макропористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы, например, газетные. Другой конец шкалы, соответственно, займут чистоцеллюлозные микропористые бумаги, например, мелованные. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные микропористые бумаги, например, мелованные. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные немелованные бумаги, тоже микропористые. А все остальные займут оставшийся промежуток.

Макропористые бумаги хорошо воспринимают краску, впитывая ее как единое целое. Краски здесь маловязкие. Жидкая краска быстро заполняет крупные поры, впитываясь на достаточно большую глубину. Причем чрезмерное ее впитывание может даже вызвать "пробивание" оттиска, то есть изображение становится видным с обороной стороны листа. Повышенная макропористость бумаги нежелательна, например, при иллюстрационной печати, когда чрезмерная впитываемость приводит к потере насыщенности и глянцевитости краски. Для микропористых (каппилярных) бумаг характерен механизм так называемого "избирательного впитывания", когда под действием сил капиллярного давления в микропоры поверхностного слоя бумаги впитывается, преимущественно, маловязкий компонент краски (растворитель), пигмент и пленкообразователь остаются на поверхности бумаги. Именно это и требуется для получения четкого изображения. Так как механизм взаимодействия бумага-краска в этих случаях различен, для мелованных и немелованных бумаг готовят различные краски.

Свойства, характеризующие проницаемость материалов и изделий

Под проницаемостью понимается способность материала или изделия пропускать воду, пар, воздух, газ, пыль.

Водопроницаемость оценивается при оценке качества водозащитных тканей и изделий из них, брезентов и палаток, обуви, посуды, различных емкостей, наручных часов, бетона. Для повышения водонепронецаемость материалы или изделия обрабатывают водоотталкивающими составами или покрывают пленками.

Паропроницаемость - способность материала пропускать частицы пара из среды с большей влажности в среду с меньшей влажностью. Паропроницаемость имеет важное значение при оценке качеств тканей, одежды, обуви. Паропроницаемость зависит от пористости материала и его абсорбционных свойств, так как пары воды абсорбируются одной стороной материала, из среды с повышенной влажностью воздух диффундируют в его толщу и десорбируются с другой стороны в среду с пониженной влажностью воздуха.

Биологические свойства

Устойчивость товаров, особенно органического происхождения, к действию микроорганизмов имеет большое значение при оценке их качества. Плесневые грибки и гнилостные бактерии разрушающе действуют на органические материалы, за исключением некоторых видов пластических масс. Степень активности этих микроорганизмов зависит от словий окружающей среды: влажности, температуры, значения pH. С повышением влажности и температуры гнилостные процессы скоряются.

Для повышения стойчивости материалов их обрабатывают специальными антисептическими средствами.

У древесины гниением называют процесс разрушения под действием грибов. Грибы делятся на деревоокрашивающие (не вызывающие понижения прочности древесины) и дереворазрушающие (плесени, лесные, складские и домовые грибы, из которых только плесени практически не снижают механические свойства древесины. Антисептирование не является постоянной мерой защиты древесины, защищает древесину от гниения лишь определенное время (2-3 мес.).

Металлическая застежка-молния как пример того, как исходный материал влияет на качество готового изделия

Металлическую застежку-молнию не рекомендуется применять на изделиях из легких тканей, т. к. тяжелая звеньевая цепочка деформирует ткань, ухудшая внешний вид изделия.

Большой вес металлической застежки-молнии ограничивает ее использование для снаряжения, которое требуется часто переносить на большие расстояния (палатки, спальные мешки, рюкзаки и т. п.).

Отрицательная, в более сложных случаях и разрушительная реакция металла на воздействие атмосферных и химических факторов позволяет безоговорочно рекомендовать металлическую застежку-молнию для пошива одежды и обуви только для служащих, рабочее место которых ограничено сухими закрытыми помещениями.

Относительно низкая долговечность металлической застежки-молнии объясняется тем, что ее звено держивается на месте только за счет деформации, сжатия его лапок, при многократном приложении знакопеременных нагрузок звено на текстильной ленте расшатывается, сила сцепления звена с лентой ослабевает. Этому явлению способствует и быстрый износ замка, т. к. материал его корпуса в большинстве случаев гораздо мягче материала звена. При износе замка величиваются зазоры между корпусом и звеном, на застежке-молнии возникает "елочка" и металлическая застежка-молния резко теряет прочность, выходит из строя быстрее, чем застежки других типов.

Большая цена металлической застежки-молнии обусловлена тем, что звено застежки изготавливается из сплавов металлов с высоким содержанием меди или никеля.

Основное назначение металлической застежки-молнии: джинсы, обувь, куртки, сумки, чемоданы, одежда и аксессуары для молодежи, рокеров и "металлистов".

Использованная литература

1.