Міністерство освіти і науки україни харківський національний

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт з дисципліни “Основи матеріалознавства”

Електронне видання

Харків 2014

Міністерство освіти і науки України

Харківський національний університет радіоелектроніки

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт з дисципліни “ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПОЛІГРАФІЧНОГО ВИРОБНИЦТВА”

для студентів денної форми навчання

за напрямком 6.051501 – «Видавничо-поліграфічна справа»

Електронне видання

Затверджено

кафедрою фізичних основ

електронної техніки.

Протокол № 7 від 16.01.14.

Харків 2014

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни “ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ПОЛІГРАФІЧНОГО ВИРОБНИЦТВА” для студентів денної форми навчання за напрямком 6.051501 – «Видавничо-поліграфічна справа»/Упоряд.: О.В. Афанасьєва, Є.П. Федоренко. – Харків: ХНУРЕ, 2014. – 32 с.

Упорядники: О.В. Афанасьєва

Є.П. Федоренко

Рецензент к.ф.-м. наук. проф. Черняков Е.І.

ЗМІСТ

Вступ…………………………………………………......................... 3

1 Визначення концентрації розчину………………………………. 5

2 Рефрактометричне дослідження будови молекул………………. 7

3 Визначення поверхневого натягу рідини…………………….…. 10

4 Дослідження процесів адсорбційного очищення речовин............ 12

5 Дослідження електрорушійної сили гальванічних елементів....... 15

6 Електрометричне визначення рН………………………………... 22

7 Дослідження процесів корозії та методи захисту від неї ...............26

Перелік посилань……………………………………………………. 31

ВСТУП

Фізико-хімічні основи поліграфічного виробництва – це фундамент для ряду наступних дисциплін, які вивчають студенти денної форми навчання за напрямком 6.051501 – «Видавничо-поліграфічна справа». За програмою навчання студенти першого курсу виконують шість лабораторних робіт, по чотири години кожна. Лабораторні роботи дозволяють розширити та закріпити теоретичні знання з курсу, оволодіти навичками самостійного проведення експерименту, вчаться правильно обробляти отримані результати та проводити їх роз’яснення на базі фундаментальних законів.

Кожній лабораторній роботі повинна передувати самостійна підготовка, у процесі якої студент знайомиться з порядком проведення роботи, рекомендованими літературними джерелами.

Після загальної теоретичної підготовки необхідно оформити звіт, у якому повинні знайти відображення головні теоретичні положення, схеми експериментальної установки.

У звіті треба накреслити таблиці, куди будуть занесені результати проведених експериментів. Схеми та рисунки слід виконувати з урахуванням вимог ЄСКД.

Викладач перевіряє знання кожного студента до початку виконання експериментальної частини лабораторної роботи. Відповідаючи на запитання викладача, студент повинен викласти мету та порядок виконання роботи, показати вміння користуватися вимірювальною апаратурою, зробити теоретичні розрахунки та відповісти на контрольні запитання. При незадовільній підготовці до заняття студент може бути недопущений до виконання роботи.

Перед виконанням лабораторних робіт студенти повинні пройти інструктаж з техніки безпеки. Виконуючи експериментальні дослідження, необхідно додержуватися умов виконання роботи та вимог техніки безпеки, дбайливо ставитися до обладнання.

Отримані результати треба довести викладачу.

Перед початком наступної лабораторної роботи слід подати викладачу звіт попередньої роботи.

Залік з лабораторних робіт студент одержує у разі виконання усіх завдань.

1 ВИВЧЕННЯ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ І ФІЗИКО-ХІМІЧНИХ

ВЛАСТИВОСТЕЙ ПАПЕРУ

1.1 Мета роботи

Вивчити методики й експериментально визначити: вологість,

зольність,товщину , об'ємну масу, пружноеластичність і пластичність, міцність, міцність на злам, подовжню і поперечну спрямованість волокон.

1.2 Указівки з організації самостійної роботи

Під час підготовки до виконання лабораторної роботи необхідно вивчити теоретичний матеріал про фізико-механічні і фізико-хімічні властивості паперу ([1] с. 5-52; [2] с. 97-155), а також методичні вказівки до лабораторних робіт. Підготувати відповіді на контрольні запитання.

1.3 Вологість паперу

Вологість паперу може бути в межах 5-7%. Якщо вологість паперу менше 5%, на його поверхні виникає поверхневий електричний заряд, що змінює адгезію барвника до поверхні й одночасно збільшується її крихкість, знижуються пружноеластичні властивості. Підвищена вологість більше 7% може призвести до зміни друкованих властивостей паперу.

Волога в папері утримується в капілярах волокна, наповнювачі, матеріалах, що проклеюють й відбілюють. Особливо небезпечна зміна вологості крейдованого паперу.

Визначення вологості паперу - W паперу.

Для визначення вологості - W паперу, використовують ваговий метод, аналітичні ваги з точністю до 10² г та сушильну шафу, що забезпечує температуру нагрівання не нижче 120°С. На аналітичних вагах зважити 8-10 аркушів паперу з розмірами 40x40 мм, трьох видів: газетної, пишучої, крейдованої.

Розмістити зважені аркуші в сушильну шафу, нагріту до 105°С і витримати їх при цій температурі 1,5 години. Після цього папір витягти із шафи, остудити до кімнатної температури і знову зважити на аналітичних вагах.

Маса паперу до сушіння - т₁, маса після сушіння - т₂, вологість - W %. Обчислити вологість за формулою:

.

Результати визначення - вологості - W навести для кожного виду паперу в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Вологості для різних типів паперу

Вид паперу	т1, м	т2, м	W,%
Газетна
Пишуча
Крейдована

1.4 Зольність паперу

Папір - складний композиційний матеріал, що містить волокна целюлози, льону, бавовни й інших волокнистих компонентів. Для міцного з’єднання волокон застосовуються різні природні і синтетичні сполуки. Збільшення білизни досягається введенням відбілюючих наповнювачів, а у крейдованому папері поверхневий шар з однієї або з двох сторін містить мінеральний шар. Газетна - містить 0,1-2%, пишуча - 2-5%, крейдована до 20%.

Кожний компонент містить визначену кількість неорганічних речовин, що складає загальну зольність паперу. Беззольним вважається беззольний фільтрований папір.

Визначення зольності - Z паперу.

Зольність паперу - Z визначається ваговим способом різницею між масою золи тигля з золою і масою порожнього тигля. Визначення кількості золи провести для трьох видів паперу. Для спалювання паперу використовується муфельна піч з температурою 850°С. Після прожарювання тигель із золою остудити до нормальної температури і повторно зважити. Маса паперу з тіглем до спалювання – т₁, маса тигля з золою - т ₂, маса порожнього тигля – т ₃, зольність - Z .

Обчислити зольність за формулою:

Результати визначення зольності – Z % навести для кожного виду паперу в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 - Зольності паперу

Вид паперу	т1 , м	т2 , м	т 3 , м	Z , %
Газетна
пишуча
крейдована
Картон

1.5 Товщина паперу

В залежності від мети застосування і фізико-механічних вимог, що пропонуються до конкретної паперової продукції, паперова промисловість випускає величезну розмаїтість за товщиною, щільністю, міцністю, прозорістю, білизною і діелектричними характеристиками сортів паперу. Товщина паперу не завжди зв’язана прямою залежністю з щільністю. За допомогою введення в паперову масу розрихлювачів можна створювати види паперу з дуже маленькою об’ємною масою, тобто дуже пористі. При введенні в паперову масу різних добавок, які проклеюють, досягають підвищення щільності, механічної міцності, а при застосуванні синтетичних смол змінюють діелектричні характеристики, твердість і термостійкість. Отже, товщина паперу є непрямим показником її характеристики, але одночасно для одного конкретного виду може бути визначальним показником якості паперової продукції.

Визначення товщини - h паперу

Для визначення товщини більшості видів паперу і картону може бути застосований мікрометр із ціною розподілу 0,01 мм. Рухливу частину мікрометричного гвинта повернути за годинниковою стрілкою до спра­цьовування тріскачки і переконатися у точності установки нульового розподілу по шкалі на лімбі мікрометра. Повернути рухливу частину мік­рометричного гвинта проти годинникової стрілки до утворення між рухли­вою і нерухомою частинами мікрометра зазору, необхідного для установки вимірюваного місця паперу. Обережно повертаючи за годинниковою стрілкою рухливу частину мікрометричного гвинта, досягти спрацьову­вання тріскачки і по шкалі на лімбі мікрометра провести відлік. Показання мікрометра визначають товщину паперу в мм. Результати вимірювань навести в таблиці 1.3.

Таблиця 1.3 - Результати вимірювань

Зразок	Характеристика зразка	Товщина h, мм
№1
№2
№3
№4
№5
№6

1.6 Маса паперу

Маса паперу залежить від багатьох факторів, зв’язаних з технологією його виробництва, а також складом компонентів, з яких він створений. Отже, маса паперу є однією з характеристик і сама по собі не може дати об’єктивну характеристику паперу. Навіть для одного виду при різній вологості, маса паперу буде різною тому що це визначається її великою гігроскопічністю. Для практичних цілей використовують два значення об’ємної маси паперу розмірністю г/см³, однак якщо у виробництві поліграфічної продукції папір постійної товщини - газетна, писальна чи офісна, то тоді маса паперу визначається тільки відносно конкретної поверхні і має розмірність г/см³.

Для визначення об’ємної маси паперу на аналітичних вагах з точністю до 0,1 г зважити 5 аркушів паперу розміру 40x40 мм шести зразків і за допомогою мікрометра виміряти їхню товщину.

Обчислити об’ємну масу паперу за формулою:

D = а/b,

де а - маса паперу, г;

b - об’єм, см³;

D - об’ємна маса, г/см³.

Результати вимірювань і обчислень навести в таблиці 1.4.

Таблиця 1.4- Результати вимірювань і обчислень

Зразок	а, г	b , см3	D, г/см3
№1
№2
№3
№4
№5
№6

1.7 Пружноеластичність і пластичність

Поліграфічний папір повинний мати визначені пружноеластичні та пластичні характеристики. Особливо це важливо для виробництва поліграфічної продукції глибокого друку. Після механічної деформації папір повинний за рахунок пружноеластичних властивостей відновлювати частково або цілком первісну форму. Розташування волокон у папері в різних напрямках і ступінь проклейки забезпечують ці вимоги. Пружноеластичні характеристики паперу залежать від діаметра, довжини волокон і природи волокнистого матеріалу, а також ступеня проклейки та кількості наповнювача. Із збільшенням ступеня проклейки і кількості наповнювача пружноеластичні характеристики паперу зменшуються. При визначених навантаженнях відбувається пластична деформація паперу.

Процес пластичної деформації призводить до необоротних змін у структурі паперу, і деформована частина створює необхідний рельєф поверхні продукції.

Визначення пружноеластичної деформації

Проведення, визначень пружноеластичних деформацій здійснюється на приладі оптиметр, який складається із столика, притискного кільця, відліісового пристрою, стрижня, що давить. Досліджуваний зразок паперу розмістити на столику оптиметра, накрити притискним кільцем і на центр зразка встановити стрижень, що давить. По відліковому пристрої провести визначення деформації паперу. Для всіх досвідів площа основи стрижня, що давить, складає 1 см². Посилення деформації можна застосовувати від 100 г до 5 кг, що дозволяє визначити перехід від пружної деформації до пластичної, для будь-якого виду паперу, і навантаження, при якому починається пластична деформація. Випробуванню піддати шість різних зразків паперу. Результати занести в таблицю 1.5.

Таблиця 1.5- Результати випробувань

Зразок	Зусилля деформації, кг
	0,1	0,3	0,5	0,7	0,9	1,2	1,4
№1
№2

1.8 Міцність паперу

Міцність паперу на розрив визначається за стандартною методикою на паперових фабриках. Така міцність визначається як розривна довжина - розрахункова величина довжини паперової стрічки, що розривається під дією власної маси:

де L - розривна довжина, м;

F - розривне зусилля, м;

h - ширина смужки паперу, м;

g - маса 1 м паперу, м.

Однак до споживача папір може попадати й у формі аркушів, упакованих у пачки. У даному випадку папір на розрив не випробують на розривній машині - динамометрі і виражають розривним зусиллям у кілограмах.

Випробування на розривній машині дає більш об’ємну інформацію про властивості паперу, тому що оскільки механічному навантаженню випробувана смужка паперу, перш ніж розірватися, розтягується. Показ­ник розтягання паперу перед розривом дуже важливий, тому що він у якомусь ступені характеризує еластичність паперу і сприяє її здатності до розриву при миттєво виникаючих великих напругах.

Визначення міцності паперу на розрив

Для визначення міцності паперу на розрив скористаємося динамо­метричним методом, що полягає в тому, що виробляється випробування смужки паперу шириною 20 мм і довжиною 200 мм. Один кінець папе­рової смужки затискають у нерухомому власнику. Інший - у держаку, закріпленому на пружині динамометра. При подовжному переміщенні динамометра зусилля від нього передається через пружину на паперову стрічку. Під стрічкою розташована лінійка, якою перевіряють довжину зразка й у процесі випробувань визначають розтягання паперової стрічки перед розривом. За допомогою лінійки і мікрометра вимірюють ширину і товщину паперової стрічки, що дозволяє обчислити поперечний переріз паперової стрічки в см². Розривне зусилля виміряється в кг/см². За розтяганням стрічки, віднесеної до її первісної довжини, визначають пружну деформацію в % за формулою: Δ

де ΔL - пружна деформація, %;

lg - довжина стрічки перед розривом, мм;

lh - довжина стрічки вихідна, мм.

Для кожного дослідження взяти по 3 однакові смужки. Результати вимірювань навести в таблиці 1.6.

Таблиця 1.6 - Результати вимірювань

Зразок	Ширина, мм	Товщина, мм	Вихідна довжина	Розтягання, %	Зусилля розриву, кг/см2
№1
№2

1.10 Подовжня і поперечна спрямованість волокон

У процесі формування паперової полотнини на паперовиробляючих машинах відбувається відносно орієнтоване укладання волокон, що вказує вплив на подовжньо-поперечну структуру паперу, а також на його механічні характеристики.

Визначення подовжнього і поперечного напрямку волокон.

Спосіб перший

Аркуш паперу надірвати в двох взаємно перпендикулярних місцях. Відносно рівний край надриву відповідає подовжньому напрямку, а хвилястий - поперечному.

Спосіб другий

На лінійці паперу провести олівцем риску, рівнобіжну одній з його сторін. Циркулем накреслити невелике коло (до 40 см) з центром на проведеній рисці. Вирізати коло з аркуша напору і покласти на поверхню води, що знаходиться в плоскій монеті (чашка Петри), При однобічному зволоженні коло згорнеться в трубочку, вісь якої відповідатиме подовжньому напрямку паперу.

Спосіб третій

З аркуша паперу вирізати за двома взаємно перпендикулярними напрямками дві однакові смужки паперу довжиною 200 мм, шириною 15 мм, скласти їх разом і закріпити у держаку, а другий кінець залишити вільно висіти в повітрі. Смужки при цьому або стикатимуться по всій довжині або розходитимуться. Подовжньому⁷ напрямку волокон у папері (по ходу відливу паперу) відповідатиме: у першому випадку - нижня, у другому - верхня смужка паперу.

1.11 Міцність паперу на злам

У процесі виробництва, особливо в процесі експлуатації, багато видів поліграфічної продукції піддається багаторазовій деформації на різні кути. Особливо часто такій деформації піддаються схеми, плани, креслення, карти й інша подібна поліграфічна продукція. Міцність на злам залежить від довжин, виду волокнистого матеріалу, еластичності і кількості синтетичних волокон, ступеня проклейки і характеризується числом подвійних перегинів до розриву.

Визначення міцності на злам

Смужку паперу шириною 15 мм зігнути на кут 180° в одну й другу сторону на 10-й раз і провести випробування на розрив зусиллям 1 кг. Якщо смужка не розірветься, провести повторно по 5 перегинів у кожну сторону і повторити випробування на розрив. Продовжити випробування до розриву паперової смужки. Узяти зразки газетного., пишучого, крейдованого паперу. Результати випробувань навести в таблиці 1.7.

Таблиця 1.7- Результати випробувань

Зразок	Кількість перегинів	Загальна характеристика місця розриву
№1
№2
№3

Контрольні запитання

1. Якими показниками характеризують механічні властивості паперу?

2. Як визначити вологість паперу?

3. Від яких властивостей паперу залежить його вологість?

4. Які компоненти впливають на зольність паперу?

5. Як визначити зольність паперу?

6. Як визначити справжню зольність?

7. Як визначити товщину паперу?

8. Як визначити масу паперу?

9. Що таке пружноеластичність і пластичність?

10. Як пружноеластичність і пластичність впливають на поліграфічні властивості?

11. Як визначити пружноеластичну деформацію?

12. Як визначають міцність паперу?

13. Чим відрізняються подовжні характеристики аркуша паперу від поперечних?

14. Як визначити подовжнє і поперечне розташування волокон в аркуші?

15. Як визначити міцність паперу на злам?