Материаловедение

Среди комментариев под материалами на моем канале "Инженерные знания" однажды прозвучала тема, которая кажется сначала шуточной. Однако, именно такие задачи приходится решать инженерам-материаловедам на практике.

Вопрос звучал так: от чего зависит долговечность подошвы обуви? Что же, давайте анализировать, как следует решать такую задачу.

Шутки-шутками, а полноценный ответ на этот вопрос может стать дипломом бакалавра по материаловедению :)...

Сначала я подумал, что большей части читателей такая информация может и не пригодиться. Потом решил, что это прекрасный способ научиться основам проработки инженерной задачи на очень простом примере.

Я надеюсь, что большая часть читателей носит ботинки и примерно понимает, как ботинки выходят из строя.

Это называется износ. Подобно ботинкам изнашиваются и, например, автомобильные покрышки. Про виды износа я писал в этой заметке. Полезно взять её как памятку. Для того, чтобы правильно оценить происходящие процессы, нужно досконально изучить физику взаимодействия изделия с другими предметами и окружающей средой. Понимание всех происходящих процессов должно быть не просто 100%, а даже 200%.

Интересная сопутствующая проблема

Тут всплывает и ещё один интересный момент. Вы, скорее всего, замечали, что информация о товарах всегда предоставляется в странном малоинформативном виде.

Пока не проработаешь спецификацию (если таковая доступна), то знания о, например, материале изготовления ножа кончаются на крутой фразе "нержавеющая сталь" и это ещё усиливается эпитетами. Например, настоящая английская нержавеющая сталь высшего сорта.

Инженер тут только улыбнется, но инженеров сейчас почти и не осталось. Допустим, я знаю много про материалы. Но не знаю о каких-то других аспектах жизни. Поэтому, и в составе йогурта можно написать, что там содержится экстракт живых фруктов, эквивалентный настоящим. Поэтому, при аналитике тут нужен серьезный комплексный подход.

Вот в случае нержавейки для ножа должна была бы быть указана марка стали. Она наверняка есть где-то в спецификации, если это не совсем-таки китайщина. По марке уже можно найти конкретные механические свойства испытуемого образца и сравнить этот нож, например, с керамическим.

Тут уместен и другой прикольный пример. Когда в 90-е годы активно начали продавать электронику самых разных видов, то можно было увидеть на маленьком китайском приемнике что-то типа "2000 Вт мощность"! Ну всё отлично, только это PMPO (Peak Music Power Output). Мощность, которую динамик выдерживает 1 - 2 секунды без физического его повреждения.

Основы инженерной аналитики

Итак, вернемся к примеру с подошвой. Тут нужно просто очень тщательно думать. Представлять условия работы и анализировать влияющие факторы. Давайте посмотрим, как это делается в очень упрощенном виде.

У нас есть подошва ботинка. Что может повлиять на её долговечность?

- Материал, из которого она изготовлена

- Качество материала

- Технология, которая используется для изготовления

- Конструкция изделия

- Температура окружающего воздуха, при котором происходит носка

- Условия среды и погодные условия (сухо или дождик, или даже снег)

- Агрессивные факторы (типа химических)

- Параметры человека, который носит эту обувь

- Манера хождения

- Специфика эксплуатации и её особые условия

- Непосредственное время эксплуатации

Видите сколько факторов обозначены? И это ещё не все. Ведь я тоже сейчас не занимался проработкой вопроса по полной программе. Мы выбрали только наиболее очевидные моменты, но и они обычно пользователями не учитываются. Обратите внимание, что в рекламном буклете вы скорее всего увидите что-то типа "Износостойкий ЭВА". Поищите в поиске "марки ЭВА" и удивитесь. Их там около 50 штук в таблице.

Ещё очень важно запомнить, что надежность определяется самой ненадежной частью конструкции или механизма.

Теперь пробежимся по каждому пункту.

Материал, из которого изготовлено изделие

Тут фантазировать не нужно :) Материал на все 100% определяет долговечность изделия, поскольку у каждого материала свои механические свойства. Если сделать ботинки из дерева или из железа они будут иметь разные свойства и по-разному будут воспринимать нагрузку. Разной будет и способность к истиранию. Именно поэтому так важно знать конкретный материал, примененный для изготовления. По марке материала можно найти табличку с механическими свойствами и сравнивать их.

Важно понимать, что и сравнение нужно делать правильно. Это мы уже в рамках одной статьи не опишем, поэтому оставайтесь на канале и познавайте инженерные знания.

Например, нам нужно сравнить свойства материала А и свойства материала Б. У материала А твёрдость 90 HRC, а у материала Б - твёрдость 110 HRC. Что лучше для обуви? Спорно. Нужны результаты механических испытаний. Твёрдый материал будет меньше изнашиваться от трения, но будет трескаться от ударов и при эксплуатации. Всегда важен баланс.

Качество материала

Следующий пункт у нас обозначен как качество исходного сырья. Это тоже логично. Ведь одинаковый материал можно сделать по-разному. Представьте, что в компаунд для изготовления листа случайно просыпали шарики для подшипника и начали их доставать. Произошло загрязнение. Хотя и тот и другой материалы имеют одну марку, качество получится разное. Загрязнение приведет к неминуемой деградации свойств.

Технология, которая используется при изготовлении

Из одного и того же материала можно сделать изделие разными способами. Если выбрана неправильная технология, то не стоит ожидать, что изделие окажется надежным. Простой пример - обычная сталь. Можно использовать при изготовлении методики обработки металлов давлением, а можно фрезеровку. Можно сделать и отливку. Внешне изделие будет выглядеть одинаково, но свойства будут сильно различаться. Такая же история и с полимерными материалами.

Конструкция изделия

Обувь должна быть правильно сконструирована. И не только обувь. Часто перед инженером стоит сложная задача - с одной стороны пинают маркетологи и хотят, чтобы ты за одну копейку сделал изделие, способное прослужить 5 лет. С другой стороны есть правила конструирования, которые лучше бы не нарушать. В итоге очень косвенно при оценке долговечности можно смотреть на обозначенный срок службы. Но это не всегда совпадает с реальностью.

В итоге всё очень просто. Какой материал не выбирай и какую технологию изготовления не используй, если в обуви используются знакомые всем "квадратики", то такая подошва будет служить меньше, чем цельная. Но тут рано плеваться в инженеров. Нужно видеть ТЗ. Ведь "квадратики" могут появиться не только из-за экономии, но и из-за попытки сделать ботинок более лёгким.

Условия эксплуатации

Под этим заголовком объединим сразу все оставшиеся факторы, которые повлияют на долговечность. Таких факторов у реального изделия очень много.

На ботинки, например, повлияет температура окружающего воздуха, при котором происходит носка. Зимние ботинки летом в жару будут изнашиваться гораздо интенсивнее, чем в предназначенное для их носик время года. Погодные условия окажутся сопутствующим фактором. Скажем, по сухому асфальту ботинки будут стираться быстрее, нежели по мокрому.

Повлияют и агрессивные окружающие факторы. К ним, например, можно отнести постоянное воздействие реагентов, которые вызовут интенсивное старение полимера.

Очевидно, что если в ботинках с одинаковой конструкцией ходит верзила 150 кг или парень 80 кг, то интенсивность изнашивания будет разной. Тяжелый мужичок сильнее воздействует на подошву. Значит, следует оценивать и параметры человека, который носит эту обувь. Сюда ещё относится и манера хождения. Некоторые любят шмурыгать подошвами, а кто-то трёт пяткой. Ну а у кого-то не дай бог какие-то проблемы с хождением и человек с трудом поднимает ногу. Нога больше трёт и изнашивает ботинок сильнее.

Отнесем сюда и специфику эксплуатации и её особые условия. Речь о том, что можно сидеть в кроссовках в офисе, а можно бегать треки. А ещё можно ходить по битому стеклу. Когда ботинок износится сильнее?

Есть и такой интересный фактор, как непосредственное время эксплуатации. Некоторые материалы обладают интересными нелинейными свойствами. Скажем, подошва будет нагреваться и становиться более эластичной. Если она будет за некоторое время выходить на режим, то более длительная носка "в режиме" будет меньше изнашивать ботинок, чем короткие многочисленные нагрузки. Я не уверен, что такой параметр есть у подошвы обуви, но у некоторых механизмов такое присутствует.

Не забывайте подписываться на мой канал в телеге, где есть ещё много всего интересного по "технарской" теме.

Сегодня попробую объяснить, как отличить настоящее сусальное золото от имитации, и зачем это нужно.

Сразу скажу, что в имитации сусального золота (поталь) нет ничего плохого, но конечно же хочется знать что это именно имитация, а то вон, нарвали, в микробаночку запихнули и продают в стопятьсот раз дороже.

Разные виды поталей - замечательный и доступный декоративный материал, изобилующий яркими цветами и оттенками.

Листовая поталь бывает двух видов:

- классическая из медного сплава. Вы все такую видели, она продаётся во многих художественных магазинах в книжках или пачках с листами 14х14 или 16х16 см, и каждый такой листочек тоньше человеческого волоса. На Алике её тоже много. Иногда продаётся в виде хлопьев. После нанесения такую поталь обязательно нужно закрывать лаком, иначе она начнет окисляться, ну и она не так долговечна, как сусальное золото. По той же причине поталью ничего не декорируют вне помещений. Цвет у этой потали максимально приближен к золоту, мягкий и приятный.

- так называемая супер-поталь, чудо китайской изобретательности, продается в пачках по дофига штук на Алике. Каждый листик такой потали размером где-то 8х8 см и лежит в отдельной пергаментной белой бумажке. Именно ее чаще всего выдают за сусальное золото, и именно о ней, по большей части, мы сегодня будем говорить.

Цвет у этой потали едрёно-золотистый, похожий на то, как выглядят пластиковые детские игрушки под золото (есть и другие эпические цвета, но их с золотом вы точно не перепутаете). Мне не очень нравится как выглядят предметы, покрытые такой поталью, но она отлично смотрится в эпоксидной смоле и на ногтях. Окисляется ли она - не знаю. Как она себя поведет со временем и сколько продержится - тоже хз.

Опасненько становится тогда, когда поталь выдают за сусальное золото для использования в пищу.

Вот вам ещё кучка замечательных картинок с Али-Экспресс, где имитацию выдают за пищевое золото. И таких объявлений много.

Конечно же, стоит насторожиться когда видите такую маленькую цену, так как 60 листов 9х9 см самого тонкого сусального золота сейчас стоит около 10-12 тыс. рублей (цена в последнее время прыгает как сумасшедшая, так что каждый день может быть другая). И хотелось бы добавить, что сусальное золото используется для золочения тех вещей, где нужна его особая эстетика и долговечность (иконы, купола, антикварная мебель, лаковая миниатюра и прочее подобное), в остальных случаях хватит и потали.

Однако, бывает что люди просто не знают сколько может стоить сусальное золото, или не знают что это вообще такое. Иногда находятся те, кто считают что у нас тут просто цены офигевшие, и мастера все офигевшие, и высказывают что на алике золото за копейки, а вы тут всех обманываете. Но китайцы-то не дураки, у них золото тоже продаётся, но не то чтобы очень дешевле.

И знаете, еще пол беды когда человек купил дёшево, украсил ноготочки или задекорировал что-то, и ходит довольный весь в "золоте". Доволен, ну и хорошо. Страшнее когда люди этой имитацией начинают еду украшать и на лицо наносить.

Во первых, настоящее сусальное золото можно употреблять в пищу, потому что это золото высшей пробы, и его листы настолько тонкие, что ваш организм ну вообще этого не заметит. Зачем его кушать? Это уже другой вопрос, я ответа на него не знаю, видимо люди видят в этом какую-то эстетику, но факт остаётся фактом - оно абсолютно безвредно. А, да, на Руси сусальным золотом издревле пряники украшали, так что культура его поедания с нами уже очень давно.

Во вторых, сусальное золото используют ещё и в косметических целях, наносят на лицо в качестве маски или еще куда... Тут я тоже не осведомлена о том, какого эффекта предполагается добиться такими процедурами, но ничего плохого от этого точно не будет.

Ниже фото девушки из отзыва на магазин, позиционирующий поталь как сусальное золото.

А теперь давайте взглянем на букет металлов из которых состоит имитация, она же супер-поталь (речь идёт именно о супер-потали, не о классической), спасибо моим коллегам и анализу РФА.

Ну как-то не очень такое в пищу употреблять или на лицо мазать. Не знаю как эти металлы влияют на кожу, но мой друг врач, мягко говоря, опечалился от такой пищевой добавки.

С составом разобрались, теперь как отличить.

Конечно же смотрим на цену и количество листов. Вполне возможно найти 10 листов сусального золота 2х2 см, стоимостью рублей в 300, плюс доставка (бывают и размерами больше, но и дороже). Да и листы могут быть с трещинами или с дырками. Если вам нужно в маску добавить или тортик украсить - сойдёт, но для вещей более серьёзных и художественных целостность и равномерность расковки листа золота критически важна.

Про цену уже говорили. Написано 100 листов 8х8 см за 300 рублей - ну вы поняли.

Далее смотрим на фото в самом магазине и в отзывах. Видим двойную пергаментную бумажку для каждого листочка - это поталь. Золото тоже прокладывают пергаментом, но там это будет похоже на листы книжки, где на каждом будет лежать золотой лист. Если лист стремится свернуться в трубочку - это поталь. Структура листа словно напечатана - поталь. Листы больше чем 9,3х9,3 см - поталь.

Бывает что продаётся это дело в хлопьях. Если они ломаются и рассыпаются на блёстки, то это супер-поталь. Если хлопья при растирании не пропадают в пальцах, как на видео ниже, а сворачиваются и остаются, или при лёгком надавливании на всю их массу какой-нибудь палочкой издают едва слышный шуршащий звук, то это классическая поталь.

Итак, смотрите вы на страницу товара, вроде золото выглядит хорошо, ничего никуда не скручивается, 24к gold foil или gold leaf написано, цена тоже норм, заказали. Что дальше?

А дальше разглядываем что приехало. На упаковке обязательно должен быть указан размер, количество листов и проба (24 карата). Я заказала себе такое золото на пробу, оно едет, как только доедет сравню его с нашим золотом и сделаю пост. А пока вот как выглядит страничка магазина, вроде бы заслуживающего доверия.

Настоящее золото очень тонкое, оно даже повторит рельеф вашего пальца. Супер-поталь так не умеет, да ещё и крошится (хотя это крошево очень эффектно в смоле смотрится)

Ну и бонусом видео, где прям лучше всего видно разницу. Здесь сравнение золота и супер-потали, но в одном из кадров можно заметить большой отрезок классической потали.

Вроде всё.

Если есть вопросы или я что-то упустила, вэлком в комментарии.

Спасибо за внимание.

А тут мои рассказы про золото, поталь, и зачем они нужны.

О потали: Околохудожественные эксперименты

О сусальном золоте:

Золотишко, стекло и графика. Подружим старину с современностью?

Вк: https://vk.com/eglomise

eglomise-art.ru

На днях наткнулся на посты пользователя @MarieSit. Удивили ничем не примечательные посты, набирающие не плохой рейтинг и собравшие кучу комментариев. В профиле у пользователя реклама какой-то там студии пошива одежды, а в постах – не уклюжие попытки показать себя как профессиональную швею.

И так, несколько аккаунтов появившихся на кануне поста, и оставивших по одному комментарию под этим постом:

Трикотаж - это НЕ ткань

@PopovaAnastasia0

#comment_226737323

@Masha0.0

#comment_226737265

@pustueva

#comment_226748505

@smirnovvro

#comment_226748704

@ksushazuskev79

#comment_226749835

@k0valev

#comment_226751194

@Nastykylim

#comment_226751818

@Alinamiron

#comment_226752345

@moderator – не пора ли наказать пользователя @MarieSit за мультиаккаунт? Ну или за дикое желание других пользователей плодить мультиаккаунты для раскрутки данного аккаунта/швейной лавки?

Интересно, зайдет ли здешней публике такая тематика текстов...)

Многие не понимают разницы между тканями и трикотажем, поэтому я решила рассказать, в чём же она состоит.

На самом деле, здесь всё очень просто. Ткани — это буквально то, что соткано, то есть переплетение двух (или более) нитей. А трикотаж — это вязаное полотно: специальные машины, вывязывают его из всего одной нитки, как бабушка из клубочка.

Схема ткани:

Фото ткани:

Схема трикотажа:

Фото трикотажа:

На самом деле, есть намного больше подразделений. И тех же тканей есть много по способам переплетений нитей, и трикотажей тоже. Есть еще нетканые полотна. Например, эти образцы сделаны разными способами переработки пластиковых бутылок. У нас в университете есть целая научно-исследовательская лаборатория по изучению и производству таких нетканых полотен! А именно эти образцы делались у меня на глазах:

Но вернемся к тканям и трикотажам. За счёт своей структуры, трикотаж тянется независимо от материала, из которого связан. А вот ткань тянуться не будет, если в её составе нет эластичных добавок (например, эластана). Поэтому я практически не делаю облегающую одежду из тканей, зато из трикотажа мы можем обыграть почти любой дизайн.

Почему почти не шью из тканей? Это связано с тем, что перед примеркой человек может побольше или поменьше поесть, выспаться или быть уставшим, а все это влияет на посадку изделия. И если скорректировать посадку, когда фигура находится в несвойственном себе положении, потом это будет невозможно исправить, а объяснять это клиентам, как бы спихивая с себя ответственность на них, я не хочу. А при работе с трикотажем я могу быть уверена в результате, даже если клиентка потом чуууть-чуть поправится или похудеет.)))

Я, кстати, однажды так сшила себе замечательные брюки, только не носила их ни дня, потому что в них было очень удобно только СТОЯТЬ😅 Они соовсем не тянулись:

Теперь немного поговорим о материалах, из которых может быть сделан трикотаж: иными словами, о его составе. Они могут быть как синтетическими, так и натуральными (например, хлопок или шерсть). У стопроцентно натурального трикотажа есть недостаток: изделия из него получаются недолговечными, потому что быстро теряют свою форму из-за мягкости и податливости природных волокон. Но если материал ненатуральный или смесовый (то есть в его составе не один исходник) с синтетической составляющей, изделие прослужит гораздо дольше.

Спешу успокоить тех, кого пугает слово “синтетика”. Сейчас наука шагнула далеко вперед, и лично я при создании одежды уже давно отдаю предпочтение синтетике. Синтетические материалы гораздо комфортнее, особенно для белья и спортивной одежды: они позволяют коже очень хорошо дышать и не причиняют никакого вреда. Если материал действительно качественный, бояться его ненатуральности не стоит.))

А сейчас я хочу провернуть одну штуку, тоже в качестве проверки)) надеюсь, меня не отправят за это в бан)

Мне нужно понять, понятно ли я пишу и какая аудитория более-менее собирается вокруг. Поэтому я хочу предложить вам ответить на один вопрос по этому посту. Если кто-то желает принять участие - напишите мне на почту marie.sit@yandex.ru, и я всё расскажу. Один простой вопрос, который поможет мне совершенствоваться :)

Ответ в следующем. Температура плавления смеси двух разных веществ всегда ниже, чем по отдельности. Допустим, у меня есть металл А, который плавится при температуре 600°. Если я добавлю к нему какой-нибудь металл Б, то получившаяся смесь будет плавиться при температуре, скажем 580°. Или если металл Б плавится при 800°, то добавим немного металла А, и станет 780°.

Данная особенность очень удобна при контроле качества чистоты получения различных веществ. Если мы хотим получить чистый металл А, а температура плавления опытного образца ниже 600°, значит в этом образце присутствуют загрязнения.

Причина в том, что при затвердевании такой смеси получается конфликт кристаллических решеток металла А и металла Б, в результате эти самые решетки получаются ломаными, неправильными, и на образование таких решеток нужно больше теплоты, чем на образование геометрически правильных решеток чистого вещества. Ну да ладно, суть не в этом.

Суть в том, что то же самое происходит со снегом и солью. Если их смешать, то температура плавления снега уменьшится. Получившаяся температура зависит от пропорции исходных веществ. Если взять совсем немного соли, то понижение будет незначительным. Взять больше соли - будет больше понижение. Существует некоторая оптимальная пропорция, при которой понижение температуры плавления будет максимальным, кто изучал в университете материаловедение, наверняка слышал, что такая смесь называется эвтектической. Если концентрацию соли повышать дальше, то температура плавления будет наоборот расти.

Для снега и поваренной соли минимальная достижимая температура плавления = -21.2°С.

Замерзло лобовое стекло автомобиля? Нет проблем! Просто посыпьте его солью, и через некоторое время лед растает!

Что же на самом деле тут происходит? А дело в том, что с точки зрения снега лобовое стекло становится горячим! Моя температура плавления -20°С, а температура стекла 0°С, слишком горячо для меня! И я плавлюсь. А еще меня окружает горячий воздух температурой 0°С. Я плавлюсь.

То же самое с гололедом. На меня бросают соль, и вдруг асфальт становится для меня невыносимо горячим! Воздух тоже становится горячим!

Или взять эксперимент со сжатием в кулаке смеси снега с солью.

Нет, никаким химическим ожогом тут, вопреки мнению некоторых людей, не пахнет.

Дело в том, что чистый снег охлаждает руку, но не может охладить ее ниже 0°С.

Если же добавить соль, то он охлаждает руку до -20°С!

Однако не это является главной причиной ожогов. Когда снег плавится, он поглощает из окружающей среды огромное количество тепла. Это называется скрытой теплотой плавления. Она в сотни раз больше теплоемкости снега.

К примеру, для того, чтобы нагреть 1 кг снега с -1° до 0°, требуется 2 кДж тепла.

А для того, чтобы расплавить 1 кг снега, требуется 335 кДж тепла!

Поэтому, когда в снег добавляют соль, интенсивность его плавления резко возрастает, и он буквально высасывает из всего вокруг себя тепло. Осторожно, можно получить серьезные ожоги! Лучше не прикладывайте к коже, а используйте, например, чтобы быстро охладить напитки. Или сделать мороженое.

Вот так вот. Будут вопросы - пишите!