ВИЗНАЧЕННЯ ПОРИСТОСТІ ТА ГУСТИНИ МАТЕРІАЛІВ

Мета роботи:набути практичних навичок у визначенні пористості та густини паперових матеріалів

Теоретичні відомості:

Густина паперового матеріалу є важливим параметром, який визначає його здатність утримувати без зміни надруковане зображення. Кожен з видів друку використовує фарби особливого виду з характерними реологічними властивостями, що, в свою чергу потребує використання певного виду паперів з певним параметром густини та пористості.

Поруватість матеріалів також визначає їх здатність до вбирання рідин. Пористі види паперу використовуються там де необхідно максимально збільшити вбирання рідини, наприклад, в той час коли були розповсюджені чорнильні ручки його використовували для видалення залишків чорнила. На пористому папері друк можливий лише коли використовуються високов’язкі друкарські фарби, або порошкові фарби, що не викликає деформації нанесеного зображення.

Густина матеріалу визначається як питома маса матеріалу, тобто маса одного сантиметра кубічного, що відображається наступною формулою:

(г/см³) (1)

Розрізняють справжню та уявну густину матеріалів. Перша являє собою густину матеріалу без урахування повітряних включень. Друга є густиною матеріалу з урахуванням повітряних включень. Це можна пояснити на прикладі пемзи – вулканічного каменю. Якщо зважити цілий камінь та порахувати його густину виходячи з геометричного об’єму, то ми одержимо невелике значення густини, що буде знаходитися в межах 0,5-0,3 г/см³, але якщо цей камінь розтовкти і вже в такому вигляді виміряти його густину, одержимо значення 2,2-2,6 г/см³. Тобто, значення густини порових стінок каменю є його справжньою густиною, а значення одержане на основі геометричних вимірів – уявною.

Ці дві величини пов’язує між собою параметр пористості (П). Розмірністю цього параметру слугують відсотки або долі одиниці і визначається він наступним чином:

; (2)

де ρ_уяв – уявна густина матеріалу, г/см³; ρ_іст – справжня густина матеріалу, г/см³

Значення пористості завжди знаходиться в межах від 0 до 1 або від 0 до 100 %.

У поліграфії використовують іншу споріднену до густини характеристику – масу 1 м² паперового матеріалу в грамах або питому поверхневу масу (сленгова назва – грамаж). Для одержання цього значення зі значення уявної густини застосовують натупне відношення:

(3)

де δ – товщина паперу, см.

Матеріали: сорти паперу різної густини

Прилади: аналітичні терези з точністю поділки 0,001 г, пікнометр, лінійка, мікрометр, скальпель, піпетка, штангенциркуль.

Хід роботи:

Спочатку проводять визначення уявної густини матеріалу. Для цього вирізають з дослідженого паперу квадратні зразки площею 16 або 25 см², товщину яких визначають за допомогою мікрометра: встановлюють значення його шкали на нуль при зімкнутих вимірних циліндрах, натисненням важелю розводять їх, вміщують у зазор зразок та відпускають важіль. Після чого фіксують покази приладу в одиницях та мікрометрах. Ціна однієї поділки такого приладу складає 10 мкм.

Розраховують об’єм матеріалу, не забуваючи при цьому про не співпадіння одиниць вимірів: 1 см = 10000 мкм, 1 мкм = 0,0001 см.

Той же самий зразок зважують на аналітичних терезах. Для цього на ліву чашку вміщують складений папір і за допомогою двох лімбів встановлюють рівновагу. Значення маси відображається наступним чином: великий лімб відповідає першому знакові після коми, менший – другому. Третій і четвертий знаки визначаються за показами проекційного табло.

Після одержання точного значення маси за формулою (1) розраховують уявну густину матеріалу.

Справжню густину визначають за допомогою пікнометричної техніки, яка дозволяє вимірювати істиний об’єм тіл неправильної форми. На аналітичних терезах зважують пустий пікнометр (що являє собою колбу з довгим вузьким горлом) – m₁, в пікнометр заливають води до мітки і знову зважують – m₂. Окремо зважують паперові стрічки довжиною 20 мм і шириною 5 мм в кількості 4-5 шт – m₃. В заповнений водою пікнометр обережно вміщують стрічки з таким розрахунком щоб не утворилося бульбашок повітря і доводять рівень води до мітки. Пікнометр з водою та папером знову зважують – m₄.

Значення істиної густини розраховують за формулою (3):

(3)

де ρ_в – густина води, яку спрощено можна вважати рівною 1 г/см³

Поруватість паперу розраховують за формулою (2).

Питому поверхневу масу матеріала розраховують за формулою (3).

Дослідження проводять на ряді паперів і оформлюють таблицю наступного виду:

Таблиця 1. Результати лабораторних вимірювань

№

Папір, г/см³

Істина густина, г/см³

Уявна густина, г/см³

Поруватість

Питома поверхнева маса, г/м²

Після визначення поруватості різних видів паперу знов вирізають зразки кожного виду у вигляді квадратів зі стороною 5 мм. На кожен з них за допомогою піпетки наносять краплю підфарбованої рідини і через 30 сек після нанесення заміряють діаметр розтікання краплі (мм).

Висновки:

- формулюються як результат лабораторної роботи і обов’язково містять:

1. Співставлення значення поруватостей різних видів паперу з результатами замірів діаметру розтікання на кожному зразку

2. Заключення про фільтраційні властивості – встановлення взаємозв’язку поруватості зі здатністю матеріалу поглинати рідину (що характеризується діаметром розтікання);

3. Порівняльний аналіз поруватості паперів різних видів.

Контрольні запитання:

Визначення густини матеріалу.
В яких випадках геометрична густина дорівнює істиній?
Як визначається поруватість матеріалу?
Де буде відбуватися повніше поглинання вологи: у випадку гідрофобізованого паперу з великою поруватістю або звичайного паперу з малою?
Принцип роботи мікрометра.
Яким чином зміниться параметр питомої поверхневої маси паперу при зміні його товщини або значення уявної густини?