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 возрастает 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 материала 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.
Таблица
| Наименование минерала | Единица твердости | Наименование минерала | Единица твердости
|
| Тальк | 1 | Полевой шпат (ортоклаз) | 6 |
| Каменная соль или гипс | 2 | Кварц | 7 |
| Кальцит | 3 | Топаз | 8 |
| Плавиковый шпат | 4 | Корунд | 9 |
| Апатит | 5 | Алмаз | 10 |
Твердость испытуемого материала в пределах единицы оценивается как средняя между двумя порядковыми минералами.
Механические свойства и их показатели учитываются при характеристике и оценке качества материалов 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.
МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ТОВАРОВ
Структурно-механические свойства (СМС) проявляются при подводе механической энергии к обрабатываемому продукту и характеризуют его сопротивляемость приложенным извне механическим воздействиям. Эта группа физических свойств дает наиболее полное представление о некоторых существенных аспектах качества продукции. CMC часто предопределяет поведение продуктов в самых разнообразных процессах и энергетических полях, являются внешним выражением внутренней сущности объектов, т.е. характеризуют агрегатное состояние, дисперсность, строение структруры и вид взаимодействия внутри продукта.
CMC не являются "чистыми" константами, а существенно зависят от формы и размеров продукта, температуры и др. факторов.
Вязкость является наиболее важной величиной определяющей различное состояние вещества. Вязкость характеризует сопротивление, оказываемое при перемещении одних слоев относительно других.
Вязкость - показатель качества многих пищевых продуктов (сироп, майонез и др.). Она играет важную роль в производстве многих продуктов, т.к. активно влияет на технологические процессы - перемешивание, фильтрование и др. Вязкость характеризуется коэффициентом динамической вязкости и коэффициентом кинематической вязкости. Значения динамических и кинематических коэффициентов вязкости для каждого продукта индивидуальны и зависят от температуры, давления, влажности или жирности, концентрации сухих веществ. Вязкость пищевых продуктов уменьшается при повышении влажности, температуры жирности и возрастает с увеличением концентрации растворов, степени их дисперсности. Величина, обратная вязкости, называется текучестью.
Не менее важными структурно-механическими свойствами являются пластичность, прочность, упругость, эластичность и др.
Пластичность — способность продукта к формоизменению или течению, вызываемым остаточными или необратимыми деформациями.
Прочность — способность продукта сопротивляться формоизменению под действием внешних сил. Это один из показателей качества макаронных изделий, сахара-рафинада.
Упругость — способность продуктов мгновенно восстанавливать первоначальную форму или объем после прекращения действия сил.
Эластичность — способность продуктов постепенно восстанавливать форму или объем после прекращения действия сил.
Напряжение сдвига — сопротивление продукта действию касательной составляющей приложенной силы. Оно равно отношению этой силы к поверхности сдвига. Минимальная сила, необходимая для осуществления сдвига (перемещение слоев на площади сдвига), определяется величиной предельного напряжения сдвига.
Релаксацией напряжения называется его уменьшение при постоянной фиксированной деформации тела. Релаксация протекает во времени. Под периодом релаксации понимают время, в течение которого напряжение при постоянной деформации падает в е раз (е — основание натурального логарифма).
Период релаксации — это важнейший критерий при формировании хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий. Например, при нанесении штампом какого-либо рисунка на тесто он будет сохранен, а не затянется, при условии, что продолжительность воздействия штампа будет не меньше периода релаксации.