Основы материаловедения

УДК 620.22(075.8)
ББК 30.3я73

Д75

Р е ц е н з е н т ы: кафедра стандартизации Витебского государственного

технологического университета; заведующий кафедрой товароведения непродовольственных товаров Белорусского государственного экономического уни- 
верситета, доцент, кандидат технических наук Е.В. Перминов

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или

любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Дрозд М.И.

Д75  
Основыматериаловедения : учеб. пособие / М.И. Дрозд. – 

Минск : Выш. шк., 2011. – 431 с. : ил.

ISBN 978-985-06-1871-9.

Рассматриваются теоретические положения о составе, структуре, 

свойствах полимеров и пластмасс, натуральных, искусственных и химических текстильных волокон, наноматериалов. Даются характеристика
принципа петлеобразования и формирования полотен на трикотажных машинах, их классификация. Описывается схема выделки кож. Показывается влияние технологических операций на их качество. Характеризуются
строение металлов, их свойства, ассортимент черных и цветных металлов, применяемых в производстве товаров народного потребления.

Для студентов вузов. Будет полезно специалистам.

УДК 620.22(075.8)

ББК 30.3я73

ISBN 978-985-06-1871-9
© Дрозд М.И., 2011 
© «Издательство “Вышэйшая школа”», 2011

ÏÐÅÄÈÑËÎÂÈÅ

Повышение качества продукции и уровня конкурентоспо
собности товаров народного потребления приобретает особую актуальность в условиях развития рыночной экономики. 
Доминирующим компонентом, формирующим качество непродовольственных товаров, являются материалы. Применение
современных материалов становится важнейшим условием
ускорения научно-технического прогресса, обновления структуры ассортимента товаров, улучшения их потребительских
свойств, создания конкурентоспособной продукции и охраны
окружающей среды. В соответствии с этим дисциплина «Основы материаловедения» предназначена для подготовки товароведов-экспертов, товароведов-экономистов. Изучение ее позволит обеспечить эффективную работу специалистов по
оценке, анализу качества, уровня конкурентоспособности товаров и проведению их экспертизы.

Учебное пособие «Основы материаловедения» написано в

соответствии с базовой программой, предусмотренной учебным планом для специальности «Товароведение и экспертиза
товаров», специализации «Товароведение и экспертиза непродовольственных товаров». В нем обобщены и систематизированы теоретические положения о строении, свойствах, применении основных видов материалов, используемых в производстве товаров народного потребления.

В учебном пособии обобщены и проанализированы сведе
ния о полимерных материалах, как наиболее значимых и распространенных в производстве разнообразной продукции. 
Рассмотрены основные положения о составе, классификации, 
особенностях синтеза полимеров, строении, составе, свойствах основных видов полимеризационных и поликонденсационных пластмасс, их назначении. 

Представлена информация о видовом разнообразии, осо
бенностях строения, закономерностях формирования свойств
и способах идентификации текстильных материалов: волокон, 
нитей, тканей, нетканых материалов, искусственного меха. 
Даны характеристика основных видов текстильных волокон и
нитей, анализ их влияния на качество текстильных изделий. 
Рассмотрены принципы формирования тканей, классификация
и строение ткацких переплетений, влияние их на фактуру и

эстетические свойства тканей. Охарактеризованы основные
способы и виды колористического оформления текстильных
материалов, формирующих эстетические свойства изделий.

Обобщены и приведены сведения о принципе петлеобразо
вания трикотажных полотен, строении, свойствах, переплетениях, определяющих внешний вид трикотажных изделий. Рассмотрено влияние основных технологических процессов на
формирование свойств натуральных, искусственных кож, охарактеризованы виды и свойства натуральных, искусственных
и синтетических кож. 

Приведены систематизированные теоретические сведения

по металловедению: общие положения о строении металлов, 
основах теории сплавов, свойствах металлов. Дана характеристика основных видов металлов и сплавов, описаны области
их применения в производстве хозяйственных изделий.

Изучение рассматриваемых вопросов позволит специали
стам приобрести практические навыки успешного решения
вопросов, связанных с совершенствованием эффективности
формирования ассортимента, оценки потребительских свойств, 
проведения экспертизы товаров и повышения их конкурентоспособности. 

Автор

1. ÂÂÅÄÅÍÈÅ

1.1. Ïðåäìåò ìàòåðèàëîâåäåíèÿ

Ìàòåðèàëîâåäåíèå – íàóêà, èçó÷àþùàÿ çàêîíîìåðíîñòü ñâÿçè 

ìåæäó ñòðóêòóðîé è ñâîéñòâàìè ìàòåðèàëîâ, èçìåíåíèÿ èõ ñâîéñòâ 
ïîä âîçäåéñòâèåì âíåøíèõ ôàêòîðîâ. 

На протяжении многих лет в технологии использовались

природные материалы без существенного изменения их структуры. Главная задача материаловедения – установление закономерностей взаимосвязи структуры и свойств материалов для
того, чтобы целенаправленно воздействовать на них при переработке в изделия; создание материалов с заданными свойствами
и прогнозирование их срока службы. 

Материаловедение подразделяют условно на теоретическое

и прикладное. Теоретическое материаловедение рассматривает общие закономерности строения материалов и процессы, 
происходящие в них при внешних воздействиях. Они базируются на интеграции научных достижений физики, химии, механики, электрохимии и других естественных наук, использование которых определяет эффективные направления в создании новых материалов, разработке способов изготовления и
переработки в изделия. Задача прикладного материаловедения – изыскание оптимальных по структуре и свойствам, технологии переработки материалов для изготовления изделий. 
Рациональный выбор материалов и технологии их переработки в изделия предопределяет эффективность использования
материалов и возможность увеличения срока эксплуатации изделия. Материаловедение позволяет научно обосновать прогноз изменения свойств материалов при эксплуатации. Рост
объемов производства материалов обусловил внимание науки к
защите окружающей среды и использованию вторичных ресурсов. К решению этой проблемы материаловедение имеет
непосредственное отношение. Материалы имеют огромное
значение в жизни общества. По праву их следует отнести к
одному из главных источников материального благосостояния
человечества. 

Ìàòåðèàëû – ýòî ïðåäìåòû òðóäà, êîòîðûå ïðåîáðàçóþòñÿ â 

ïðîöåññå ïðîèçâîäñòâà â ïðîäóêòû òðóäà (ïðåäìåòû ïîòðåáëåíèÿ è 
ñðåäñòâà ïðîèçâîäñòâà). 

Материалами являются исходные вещества для производ
ства продукции и сырье, подвергнутое ранее воздействию труда, подлежащие дальнейшей переработке, а также вспомогательные вещества для проведения производственных процессов. Химический состав, строение и свойства материалов
предопределяют уровень потребительских свойств готовых
товаров. Для изготовления бытовых товаров используют различные по химическому составу и происхождению сырьевые
материалы. По химическому составу материалы делят на органические и неорганические; по происхождению на природные, искусственные и синтетические.

Органические природные материалы бывают растительно
го и животного происхождения. К материалам растительного происхождения относятся древесина, хлопок, лен, натуральный каучук и др. Материалы животного происхождения
включают шерсть, шелк, кожу, пушнину. Из органических искусственных материалов широко применяют целлюлозу, вискозные волокна, ацетилцеллюлозу, этилцеллюлозу, нитроцеллюлозу. Синтетические материалы применяются для изготовления пластмасс, волокон, искусственных кож, галантерейных товаров, строительных материалов. Области их применения постоянно расширяются, особенно в производстве композиционных материалов. 

Ïåðâè÷íîå ñûðüå – ìàòåðèàëû, êîòîðûå âïåðâûå ïîäâåðãàþòñÿ 

îáðàáîòêå; âòîðè÷íîå ñûðüå – îòõîäû ïðîèçâîäñòâà, ôèçè÷åñêè 
èëè ìîðàëüíî óñòàðåâøèå ïðåäìåòû ïîòðåáëåíèÿ, ïîäëåæàùèå 
ïåðåðàáîòêå. 

Ïîëóôàáðèêàò – ïðîäóêò ïåðåðàáîòêè ìàòåðèàëîâ, êîòîðûé 

ïîäâåðãàåòñÿ îáðàáîòêå äëÿ ïðåâðàùåíèÿ åãî â èçäåëèÿ, ïðèãîäíûå 
äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ. Ãîòîâàÿ ïðîäóêöèÿ îäíîãî ïðîèçâîäñòâà ìîæåò 
ñëóæèòü ïîëóôàáðèêàòîì äëÿ äðóãîãî. 

1.2. Äîñòèæåíèÿ è ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ 

ìàòåðèàëîâåäåíèÿ

Становление материаловедения как прикладной науки про
изошло на рубеже XVIII и XIX вв., когда рост материалоемких
отраслей промышленности достиг таких объемов, что дальнейший прогресс без использования новых материалов невозможен. В XIX в. завершилась специализация материаловедения как технической науки, изучающей материалы для машиностроения и легкой промышленности. Одновременно она
достигла теоретического уровня естественных наук, включая
их прикладные области – кристаллографию, металлофизику, 
оптику и др. После открытия в 1865 г. бензола началось развитие химии углерода и новой отрасли промышленности, вырабатывавшей вначале только красители и медикаменты, а с
начала ХХ в. – множество синтетических материалов. 

Изобретение в конце XIX в. двигателя внутреннего сгора
ния, развитие автомобилестроения, железнодорожного транспорта и авиации стимулировали исследования по улучшению
материалов и методов их обработки. В конце XIX в. изобретение ламп накаливания, термоионной эмиссии, фотоэлектрического эффекта привело к созданию принципиально новых технологий, приборов и машин. Началось производство электронно-вакуумных приборов, стимулировавшее прогресс вакуумной техники и технологии. 

В 1861 г. русский химик А.М. Бутлеров создал и обосновал

теорию химического строения веществ, позднее разработал
основные принципы получения полимеров из низкомолекулярных органических соединений. В 1909 г. С.В. Лебедев синтезировал из бутадиена полимер, сходный с натуральным каучуком. В начале ХХ в. бельгийский химик Л. Бакеланд, изучив
реакции между фенолом и формальдегидом, получил новый
материал, названный бакелитом, который стал первым видом
пластических масс. Научно-техническая революция, начавшаяся в конце 40–х гг. прошлого столетия, интенсифицировала
дальнейшее развитие материаловедения. Быстрый рост научных знаний привел к новым воззрениям на строение вещества. 
Были разработаны новые типы материалов: сверхпроводники, 
электрическое сопротивление которых при охлаждении ниже
критической температуры обращается в нуль; полупроводниковые материалы, электропроводность которых при комнатной

температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов и диэлектриков; синтетические алмазы, полученные из графита и других углеродсодержащих веществ, и др. 

Развиваются исследования в области синтеза и переработ
ки полимеров, направленные на улучшение их механических
свойств, повышение стойкости к воздействию агрессивных
сред и высоких температур. Долгое время верхняя граница
термостойкости пластмасс не превышала 100–120 °С, что существенно ограничивало их применение. Основы создания
термостойких полимеров были заложены К.А. Андриановым
(1904–1978), показавшим, что система атомов Si – O может
быть использована для построения главной цепи макромолекул
термостойких полимеров. Исследовалась связь между структурой и свойствами полимеров, разработаны методы структурного
модифицирования полимерных материалов (В.А. Коргин, 
1907–1969). Проводились исследования термоядерных реакций, по физике плазмы, результаты которых явились крупным
вкладом в решение проблем использования атомной энергии. 
В этой связи важной проблемой стало получение материалов, 
устойчивых к воздействию ядерного излучения. Впервые были
разработаны высокоэффективные теплоносители для ядерных
реакторов и материалы для тепловыделяющих элементов, которые содержат делящееся вещество и обеспечивают отвод теплоты от топлива к теплоносителю. Достоинство этих материалов в их стойкости к ядерному облучению. 

Достижения материаловедения в значительной мере спо
собствовали освоению космоса, в частности были разработаны в 50–60–х гг. электромеханические системы герметизации. 
Родилась новая область материаловедения – космическое материаловедение, задачами которого является разработка технологий формирования и обработки материалов в условиях
невесомости, прогнозирования свойств материалов в космосе. 
Важнейшая задача материаловедения – повышение прочности
материалов, так как развитие многих областей техники связано с применением высокопрочных материалов. К концу XX в. 
прочность известных машиностроительных материалов возросла в 8–10 раз, напряжение, при котором происходит разрушение высокопрочных сталей, превышает 100 МПа. Производятся нитевидные монокристаллы с совершенной структурой, 
которые не разрушаются при напряжении 104 МПа. 

Тенденция промышленности к уменьшению материалоем
кости изделий обусловливает необходимость разработки материалов, в которых высокая прочность сочетается с малой плотностью. Примером таких материалов служат сплавы магния, 
лития и бериллия, изделия из которых по сопротивлению деформированию превосходят изделия из сталей и титана. 
Они нашли применение в авиации, при строительстве ракет и
космических кораблей. В некоторых металлических сплавах
при тепловом воздействии обнаруживается «эффект памяти» – 
восстановление первоначальной формы деформированного
образца после нагревания. Основную группу материалов этого
класса составляют сплавы на основе титана и полимеры.

Переход авиации на реактивные двигатели придал актуаль
ность проблеме создания материалов, сохраняющих исходную
прочность при высоких температурах, так как температура
эксплуатации многих деталей двигателей достигает +1200 °С
и приблизилась к температурам плавления применяемых сплавов. В настоящее время эта проблема решается путем переработки металлов в гранулы методом высокоскоростной кристаллизации и последующего прессования гранул в изделия. 
Высокоскоростная кристаллизация в процессе быстрого охлаждения расплава приводит к образованию кристаллов исключительно малых размеров (нано- и микрокристаллов) или
даже аморфных материалов. При высоких температурах прочность мелкокристаллических и аморфных сплавов в 1,5 раза
выше, чем сплавов, полученных по традиционной технологии. 

Разрабатываются материалы со стабильными свойствами, 

сверхчистые и композиционные. Стабильность свойств материалов в экстремальных условиях эксплуатации приобретает
все большую актуальность в связи с прогрессом техники и
ужесточением условий работы машин. Одновременно возникла и развивалась технология сжижения газов, послужившая
толчком к созданию криогенной техники. Криогенная техника, 
обеспечивающая получение и использование температур ниже
150 °С, решает многие проблемы производства, связанные со
сжижением газа. Криогенная техника обусловила разработку
сверхпроводящих материалов, которые применяются в энергетике и при изготовлении электрических машин. В перспективе
необходимо создать сверхпроводящие трансформаторы, линии
электропередачи, сверхсильные магниты, необходимые для
удержания плазмы при термоядерной реакции. 

Чистота материалов во многих случаях является обязатель
ным условием стабильности их свойств, поэтому требования к
чистоте материалов резко возросли. Высокие требования к чистоте материалов необходимы в полупроводниковой технике: 
норма примесей в большинстве материалов не более 10–11%. 
Потребителями сверхчистых материалов стали квантовая электроника (рабочие элементы лазеров), космическая техника
(солнечные батареи и т.д.). 

Проблема стабильности свойств материалов решается в не
скольких направлениях. В частности, актуальной стала защита
материалов от химического взаимодействия с окружающей
средой, агрессивность которой существенно возросла вследствие активизации производственной деятельности. Знание
закономерностей старения материала, происходящего изменения структуры и свойств, необходимо для принятия мер по
стабилизации свойств материалов и прогнозирования износостойкости изделий. 

К самому значительному достижению материаловедения

относится создание композиционных материалов, позволяющих использовать природные материалы на новом технологическом уровне в сочетании с элементами из более прочных
материалов. Применение таких материалов способствует повышению работоспособности техники, снижению себестоимости продукции. Перед учеными поставлена задача разработки материалов нового поколения, обладающих неизвестными
ранее сочетаниями свойств, активно воздействующих на сопряженные среды и материалы, направленно изменяющих
свои структуру и свойства в соответствии с условиями эксплуатации. Тенденцией материаловедения XXI в. стала разработка
наноструктурных материалов или наноматериалов, которые содержат кристаллы, волокна, поры или другие структурные элементы размером 0,1–100 нм, а также создание нанокомпозитов.

Современные достижения материаловедения свидетель
ствуют, что эта научная дисциплина входит в число ключевых
факторов научно-технического прогресса. 

Âîïðîñû äëÿ ïîâòîðåíèÿ

В чем заключается сущность науки «материаловедение»?
1. 

Какая основная задача материаловедения?
2. 

Как влияют материалы на формирование качества товаров?
3. 

Какое значение имеют материалы в жизни общества?
4.