Внешние характеристики материалов и изделий
Геометрические свойства, массу, объемную массу, насыпную массу, массу 1 м2, удельный вес, плотность относят к внешним характеристикам материалов и изделий. Геометрическими свойствами называют линейные размеры материалов и изделий. Структурные характеристики часто получают, сочетая геометрические свойства и массу.
Например, основными характеристиками структуры нитей является линейная плотность нитей (толщина). Для тканей большое значение имеют показатели заполнения: линейное, поверхностное, объемное (пористость). Основными характеристиками размеров являются длина, толщина, ширина, высота и глубина.
Масса — одна из основных физических характеристик товаров. Показатели массы материалов и готовых изделий широко используют при характеристике и оценке качества многих товаров. Для некоторых товаров эти показатели регламентируются нормативными и техническими документами. Например, масса спортивных товаров является строго нормируемым показателем. Так, масса спортивной гранаты должна быть 300, 500 и 750 г, диска — 500, 750, 1000, 1500 и 2000 г, копья — 500,
600 и 800 г.
По показателям массы можно судить о природе материала, особенностях его строения (плотности, пористости), а также о таких свойствах материалов и готовых изделий, как водопоглощение, теплопроводность, прочность и др.
Показатели массы учитывают при разработке конструкций изделий, при упаковке, транспортировании и хранении товаров. Например товары, имеющие большую массу, необходимо располагать внизу контейнера. Массу гигроскопических изделий определяют с учетом относительной влажности и температуры воздуха, а также влажности самого материала. Для этих материалов принято нормировать кондиционную массу, которую обязательно указывают на упаковке.
Объемная масса (ρ0, г/см3) есть масса единицы объема пористых тел, она вычисляется по формуле
ρ0 = m / V,
где m — масса материала или изделия, г;
V — объем пористого материала или изделия, см3.
Объемная масса различных материалов не одинакова и зависит от природы и характера строения вещества. Величина объемной массы часто определяет прочность, теплопроводность, водопоглощение и другие показатели. С повышением пористости объемная масса уменьшается. Минимальной объемной массой обладают теплоизоляционные материалы — пенополистирол, пенопласт, синтепон и др.
Свойства материала, учитывающие его плотность, размеры и форму частиц, можно характеризовать показателем насыпной массы. Его можно рассматривать, как комплексный показатель, так как он будет определяться как собственно массой, плотностью, так и размером. Например, одно и то же вещество с уменьшением размера частиц даст увеличение показателя насыпной массы. Этот показатель учитывают при дозировке и отпуске сыпучих веществ, определении загруженности транспорта и заполнении объема хранилища.
По массе 1 м2 характеризуют рулонные и листовые материалы — ткани, кожу, пленки, бумагу, картон, обои. По этому показателю отличают, например, картон от бумаги: продукция массой 1 м2 до 250 г относится к бумаге, а более 250 г — к картону. Ткани в зависимости от массы 1 м2 (поверхностная плотность) имеют разное назначение. Так, масса 1 м2 бельевых тканей от 70 до 190 г, а костюмных — от 220 до 400 г. Масса 1 м2 материала должна определяться при постоянной относительной влажности и температуре воздуха.
Плотность — это физическая величина, определяемая отношением массы материала (изделия) к занимаемому им объему.
Рассчитывают плотность (ρ, г/см3) по формуле
ρ = m / V,
где m — масса тела, г;
V — объем тела, см3.
Плотность является показателем, характеризующим определенный материал, и зависит от химического состава, степени чистоты, наличия тех или иных примесей, а также от температуры и давления.
Плотность материала, как правило, уменьшается с возрастанием температуры (вследствие теплового расширения) и увеличивается с повышением давления. Исключение составляет вода, ее плотность имеет максимум при 3,98 °С (4 °С) и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.
Величину плотности используют для определения пористости (П,%) материалов, рассчитывая пористость по формуле
П = (1 – ρ0 / ρ) • 100,
где ρ0 — объемная масса, г/см3, (m — масса, г; V — объем, см3);
ρ — истинная плотность, г/см3.
Очень часто в качестве характеристики изделия используют понятие относительной плотности, которая представляет собой отношение плотности рассматриваемого материала или изделия к плотности другого (условного) вещества при определенных условиях.
В качестве условного вещества обычно принимают дистиллированную воду. Относительную плотность газов выражают по отношению к сухому воздуху, кислороду или водороду, взятым при тех же условиях, что и рассматриваемый газ, или в так называемом нормальном состоянии.
Относительную плотность можно также рассматривать как отношение массы данного материала к массе условного вещества, взятого в том же объеме при определенных условиях. Относительная плотность одного и того же материала имеет различные числовые значения в зависимости от того, при какой температуре плотность воды принята за условную единицу.
Относительную плотность жидких и твердых материалов принято выражать отношением плотности материала при нормальной температуре (20 °С) к плотности дистиллированной воды при температуре 4 °С. С достаточной точностью плотность воды при 4 °С можно принять равной 1 г/см3, т. е. относительная плотность материала численно совпадает с его плотностью при 20 °С, выраженной в граммах на кубический сантиметр (г/см3).
