 |
Измельчение, распыливание и шлифование.
|
|
|
|
Механические процессы
Виды измельчения реологических материалов.
Кривые растяжения и сжатия
Измельчение (механическое)- разделение твердых тел на части под действием механических сил. Если образующиеся в процессе измельчения части имеют случайную форму, то такой процесс называют дроблением, если им придается определенная форма- резанием.
В основу представлений о разрешении материалов обычно кладут эмпирические зависимости их деформации ε от напряжений σ. Их получают, подвергая образцы материалов растяжению или сжатию, а выявленные свойства относят и к другим деформациям – кручению, изгибу, истиранию, раскалыванию, раздавливанию, удару и др. Полученные зависимости называют кривыми растяжения или сжатия. На кривых растяжения проявляется больше особенностей, связанных с деформациями реологических материалов, к которым относят большинство пищевых продуктов.
Кривая растяжения для наиболее характерного реологического материала изображена на рис.1. На кривой растяжения можно выделить четыре характерных участка.
На первом участке деформация пропорциональна напряжению, т.е. подчиняется закону Гука. Его можно назвать участком упругих деформаций, аналогичным соответствующим участкам кривых кривых растяжения металлов. Если хрупкие металлы разрушаются в конце этого участка, то для реологических материалов характерны еще три. На втором участке темп нарастания напряжений постепенно малый. На этом участке реализуются большие деформации при небольшом повышении напряжения. Поперечные размеры образца уменьшаются, а его длина увеличивается, достигая 500…700% от первоначальной. На четвертом участке темп увеличения напряжения с возрастанием деформации вновь увеличивается, а напряжение достигает максимума. Вблизи окончания этого участка образец разрушается. Разрушение может реализоваться и раньше достижения максимума напряжения, а также на третьем участке кривой растяжения в зависимости от свойств материала.
|
|
|
σ
 |
Точка разрушения
 |
t=const
 |  |
1 2 3 4
ε
| |||||
| |||||
 |
рис.1 Характерный вид кривой растяжения реологического материала:
1-область деформаций по закону Гука; 2-область появления трещин серебра; 3- область высокоэластического состояния; 4- область деформации упрочненного материала.
На втором участке кривой растяжения на поверхности образца могут появляться характерные линии, расположенные под углом 45º к направлению растяжения. Эти линии являются так называемыми трещинами серебра, которые характерны только для реологических материалов. Свое название они получили потому, что при их появлении поверхность материала приобретает серебристый цвет. Их отличительным признаком является наличие тяжей, связывающих стенки трещины друг с другом. Тяжи- это волокна из ориентированно расположенных молекул. Они выравнивают распределение напряжений в материале. По мере роста трещин в глубь материала и разрыва тяжей трещин серебра переходят в обычные трещины. Их развитие может привести к полному разрушению материала.
В зависимости от свойств реологического материала третий участок может быть длиннее или короче, а с уменьшением молекулярной массы до характерной величины, называемой массой сегмента, вообще исчезает. При этом реологический материал по своим прочным свойствам перестает отличатся от материалов с малой молекулярной массой.
На третьем участке кривой растяжения происходит специфичное для реологических материалов явление. Материал из первоначального сечения образца переходит в тонкую и увеличивающуюся по длине шейку. Ее сечение остается неизменным, а волокна и длинные молекулы материала ориентируются вдоль направления действия нагрузки. Этот участок кривой растяжения заканчивается, когда весь материал образца перейдет в шейку. Трещины серебра при этом «залечиваются», т.е. исчезают. Если данный процесс специально организовать, он будет называться холодной вытяжкой, или ориентированным упрочнением. Это приводит к значительному упрочнению материала в направлении вытяжки за счет ориентации молекул и надмолекулярных структур. В других направлениях прочность материала уменьшается.
|
|
|
В связи с этим четвертый участок кривой растяжения может рассматриваться как деформация упрочненного материала. «Залечивание» трещин серебра (и других дефектов реологических материалов) объясняется следующем. При вытяжки материала длинные молекулы и надмолекулярные образования ориентируются в направлении приложенных нагрузок и своими боковыми поверхностями деформируют дефект (он сжимается и удлиняется). Сильно деформированный дефект приобретает вид вытянутой нити, разорвавшейся на отдельные куски. В промежутках между кусками нити образуются поперечные связи молекул материала, что и «залечивает» дефект, как бы возвращая материалу целостность.
Важнейшее свойство части реологических материалов- обратимость деформаций на всех участках кривой растяжения, за исключением самой последней части- четвертого участка, когда в образе реализуются начальные стадии разрушения. Образцы возвращаются к исходной форме, когда их деформация превышает 500-700% и более. Для восстановления их формы в обычных условиях требуется длительное время, которое резко уменьшается при нагревании образца. После восстановления формы образца к нему возвращаются и все прочностные свойства. Это не относится, однако, к пластическим материалам, которые деформируются необратимо.
Большое значение имеет такая характеристика реологических материалов, как зависимость кривых растяжения от скорости деформирования. Снижение скорости деформирования приводит к уменьшению напряжений, вызывающих те же деформации.
|
|
|
На все упомянутые параметры деформирования самое существенное влияние оказывают температура и продолжительность приложения нагрузок. Поэтому реологические свойства материалов изучаются в пространстве трех параметров: напряжение-температура- время.
Дробление.
Способы дробления. Их классифицируют по характеру основной реализуемой деформации на дробление при помощи удара, раздавливания, раскалывания, истирания, разрыва и изгиба. Реальные процессы дробления зачастую используют два и более из этих способов: сжатие с ударом, удар и истирание и др.
Степень дробления i -это отношение характерных размеров кусков материала до D и после d дробления, т.е. i=D/d.
По размерам частиц, получаемых в результате дробления, оно бывает крупное, среднее, мелкое, тонкое, сверхтонкое, коллоидное. В таблице приведены характерные размеры частиц до и после дробления для разных его типов.
|
|
|
