食品機(jī)械用材料的性能
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食品機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中在各種不同的條件下與各種介質(zhì)接觸,為了食品在這些接觸中不被污染,為了設(shè)備能夠長(zhǎng)久使用,對(duì)于食品機(jī)械用材有著很大的講究。因?yàn)檫@關(guān)系到食品安全,關(guān)系到人們的身體健康。
1、機(jī)械性能
食品機(jī)械設(shè)備一半屬于輕型機(jī)械設(shè)備,大多數(shù)零部件受力較小。但由于輕型機(jī)械設(shè)備要求盡量降低整機(jī)重量和體積,零部件的尺寸要盡量小,所以對(duì)材料的機(jī)械性能要求也并不降低除了強(qiáng)度、剛度和硬度以外,還有一些其他的要求。例如,在食品機(jī)械設(shè)備中處理大批量成件物品的機(jī)會(huì)較多,因此常遇到高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件,就要從疲勞強(qiáng)度來(lái)要求機(jī)件的性能。
食品機(jī)械設(shè)備中的一些零部件上常常要和大量的物料相接觸,而接觸時(shí),物料的不同會(huì)對(duì)零部件有不同的損傷。如,錘片與堅(jiān)硬物料的高速度撞擊,會(huì)造成強(qiáng)烈的磨損,因此,錘片對(duì)材料的耐磨性能要求很高。食品擠壓機(jī)螺桿和套筒與物料相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度不高,但工作壓力高達(dá)200MPa,工作溫度也高達(dá)200℃因此,此類機(jī)械不僅要求較高的抗扭強(qiáng)度,而且還要有很高的耐磨強(qiáng)度和較高的抗蠕變的能力。
有的食品機(jī)械設(shè)備在高溫下工作(如烘烤機(jī)械)或是在低溫下工作(如冷凍機(jī)械,溫度可達(dá)-40℃左右,以液氮為介質(zhì)的冷凍機(jī)械的工作溫度會(huì)更低)這就必須考慮機(jī)械設(shè)備的材料在高溫和低溫寫的性能。
2、物理性能
食品機(jī)械設(shè)備性能常和材料的物理性能有關(guān)。例如:材料的相對(duì)密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、軟化溫度、線脹系數(shù)、熱輻射波普、磁性表面摩擦特性、抗粘著性等。在不同的使用場(chǎng)合,要求材料有不同的物理性質(zhì),有如熱裝置要求有較高的導(dǎo)熱系數(shù),食品的成型裝置則要求有好的抗粘著性,以便脫模。
3、耐腐蝕性能
食品機(jī)械設(shè)備接觸的食品物料一般帶有酸性或弱堿性,有些本身就是酸類或堿類,例如:醋酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、琥珀酸、乳酸、脂肪酸、鹽酸、純堿、小蘇打等。這些物料對(duì)許多金屬材料都有腐蝕作用。即使普通食品對(duì)許多金屬材料也有腐蝕作用,如有些物料本身沒(méi)有腐蝕性,但是在微生物繁殖時(shí)會(huì)產(chǎn)生帶有腐蝕性的代謝物,如碳酸等。
食品機(jī)械設(shè)備所用材料選擇不當(dāng)而遭受腐蝕,不僅容易造成機(jī)器本身的破壞,更重要的是會(huì)造成食品污染。有些金屬離子溶進(jìn)食品中,有損于人體健康和食品風(fēng)味,或者破壞食品的營(yíng)養(yǎng)。
設(shè)計(jì)食品機(jī)械設(shè)備時(shí),材料的耐腐蝕性對(duì)選擇結(jié)構(gòu)材料常起著決定作用。機(jī)械設(shè)備的耐腐蝕程度取決于:(1)材料的化學(xué)性質(zhì)和表面狀態(tài)以及受力狀態(tài);(2)物料介質(zhì)的種類、濃度和溫度等參數(shù)。
機(jī)械設(shè)備材料的機(jī)械物理性能和化學(xué)性能有時(shí)發(fā)生矛盾,難以十全十美,可以通過(guò)復(fù)合材料或表面涂層的方法來(lái)加以解決。
4、制造工藝性
材料制造工藝性能至關(guān)重要,否則設(shè)計(jì)出來(lái)的零件有時(shí)難以加工,甚至無(wú)法加工。例如焊接件的材料要有好的可焊性和切
削性能,表面要求硬度高的零件要有好的熱處理性能,表面要求涂裝的零件要有好的附著性能。
食品機(jī)械常用材料
食品機(jī)械設(shè)備中廣泛使用各種材料,最常用的就是各種各樣的金屬材料和合金材料。除此以外,還有木材、石材、金剛砂、陶瓷、搪瓷、玻璃、紡織品以及各種各樣的有機(jī)合成材料。
1.金屬材料及合金材料
1.1鋼鐵材料
普通碳鋼和鑄鐵耐腐蝕性都不好,容易生銹,不宜直接接觸有腐蝕性的介質(zhì)。但由于鋼鐵材料在耐磨、耐疲勞、耐沖擊力等方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性,因此在食品機(jī)械與設(shè)備中大量應(yīng)用,特別是在制粉、制 面、膨化等機(jī)械中大量使用鋼鐵材料。鋼鐵材料主要用在機(jī)座、壓軸以及要求耐振動(dòng)、耐磨損的結(jié)構(gòu)上。球墨鑄鐵則用于綜合性能要求較高的結(jié)構(gòu)件上。此外鋼鐵材料可以通過(guò)表面處理的方法提高其耐腐蝕性。
1.2有色金屬
食品機(jī)械中主要的有色金屬材料是鋁合金、銅合金等。鋁合金具有耐腐蝕性和良好的導(dǎo)熱性能、低溫性能、加工性能以及密度小等優(yōu)點(diǎn)。但有機(jī)酸等腐蝕性物質(zhì)在一定條件下可以造成對(duì)鋁及合金的腐蝕。食品機(jī)械中鋁及鋁合金的腐蝕,一方面影響機(jī)械的使用壽命,另一方面因腐蝕物進(jìn)入食品而有害人們的健康。
純銅又稱紫銅,具有熱導(dǎo)率高的特點(diǎn),是良好的導(dǎo)熱材料,常被用于制造換熱器等。銅具有一定的耐腐蝕性,但銅對(duì)于一些食物成分(如維生素C)有直接的破壞作用。另外銅與某些產(chǎn)品(如乳制品)直接接觸會(huì)產(chǎn)生異味。所以,銅一般用于不直接接觸食品物料的機(jī)械與設(shè)備。
1.3不銹鋼
不銹鋼是指在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的合金鋼。不銹鋼的基本成分為Fe-Cr合金和Fe-Cr-Ni合金,另外,還可以添加其他合金元素,如鋯、鈦、錳、鈮、鉬、鎢等由于合金的成分不同,耐腐蝕性與耐高溫性能也有所不同,F(xiàn)e-Cr是不銹鋼中最基本的成分,當(dāng)鋼中的鉻含量超過(guò)12%時(shí),就可以抵抗介質(zhì)中的腐蝕,但鉻的含量一般不超過(guò)28%。
不銹鋼具有具有耐腐蝕、不生銹、不變色和所附著食品容易去除以及良好地高、低溫機(jī)械性能等優(yōu)點(diǎn),在食品機(jī)械中廣泛應(yīng)用于泵、閥、管、罐、鍋、熱交換器、真空容器等器具。不銹鋼的耐腐蝕能力隨其化學(xué)組成、加工狀態(tài)、使用條件和環(huán)境介質(zhì)類型而改變。一些型號(hào)的不銹鋼一般情況下具有良好的抗腐蝕能力,但條件改變就會(huì)生銹。例如,304和316型不銹鋼是食品接觸構(gòu)件常用的不銹鋼,304型不銹鋼可以滿足一般的耐腐蝕要求,但耐鹽性能差;316型不銹鋼因在化學(xué)成分中Ni含量較304高,其耐腐蝕性就比304型好。
材料的耐腐蝕抗磨表面處理
食品通常是酸性、中性或弱堿性,食品中的有機(jī)酸具有與強(qiáng)酸強(qiáng)堿不同的腐蝕特性,在特殊的環(huán)境中具有獨(dú)特的腐蝕作用。
1.食品中的腐蝕性物質(zhì)
食品中的腐蝕性物質(zhì)有醋酸、檸檬酸、蘋果酸等低級(jí)脂肪酸,以及酒石酸、琥珀酸、乳酸、酪酸;食鹽、無(wú)機(jī)鹽類;部分食品添加劑;在制造過(guò)程中使用的腐蝕性物質(zhì)。這些腐蝕性物質(zhì)與食品加工機(jī)械零部件相互接觸時(shí),會(huì)造成零部件材料的腐蝕,并造成金屬離子溶入食品中,可能會(huì)損害人的健康或破壞食品的風(fēng)味。在腐蝕壞境中,機(jī)械還會(huì)發(fā)生摩擦腐蝕。
2.機(jī)械材料表面處理
對(duì)于腐蝕的防護(hù),通常對(duì)材料進(jìn)行腐蝕抗磨的表面處理,及對(duì)金屬或非金屬的食品加工零部件進(jìn)行噴涂和涂裝以及電鍍和刷鍍等表面處理。
2.1噴涂、涂裝、電鍍、刷鍍
噴涂主要指熱噴涂,它將金屬、塑料或陶瓷等粉末通過(guò)火焰,以半熔融狀態(tài)被吸附到工件表面,形成了具有耐腐蝕、耐磨等特性的涂層。食品機(jī)械大量地采用不銹鋼,成本較高,故以一部分涂層材料代替。涂裝是在金屬表面用手工或簡(jiǎn)單器械涂上涂料,使之干燥硬化,形成連續(xù)的涂層與外界隔絕,以達(dá)到防腐蝕、裝飾的目的。電鍍和刷鍍?cè)谑称窓C(jī)械的應(yīng)用相對(duì)較少,但有發(fā)展的趨勢(shì)。電鍍和刷鍍?cè)硐嗨?,只有在工藝和?yīng)用對(duì)象上有區(qū)別,電鍍以制造為主,刷鍍一般用來(lái)修復(fù)工件。
2.2對(duì)鍍層的要求
(1)鍍層的材料不能有毒,不能傳給食品異味或影響食品的風(fēng)味。
(2)為避免銹蝕和鍍層的脫落,鍍層不應(yīng)具有多孔性。
(3)鍍層應(yīng)有較高的機(jī)械特性,并與基體牢固地結(jié)合。
(4)必須達(dá)到均勻地晶粒鍍層和要求的鍍層厚度。
(5)鍍層應(yīng)對(duì)食品介質(zhì)、洗滌劑成分和大氣的影響具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性以及良好地裝飾和保護(hù)特性
結(jié)論
食品生產(chǎn)的工藝條件相當(dāng)復(fù)雜,所以食品機(jī)械對(duì)材料有著較高的極其復(fù)雜的的要求,因此必須掌握材料的各種性能,在食品機(jī)械設(shè)備的選材上才能做出正確的選擇,才能做了正確的選擇,以取得最佳的使用效果和最多的經(jīng)濟(jì)效益。
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