Груздева И.Г. Лабораторный практикум по бумаге. Материаловедение для полиграфистов
Подождите немного. Документ загружается.
бумаги перед разрывом Δl в мм, которое отсчитывается на вертикальной
линейке с нониусной шкалой 12.
Определение прочности бумаги
Характеристикой прочности бумаги на разрыв является разрывное
усилие Q . Это усилие, необходимое для разрыва полоски бумаги шириной 15
мм. На шкале динамометра его отсчитывают в кгс и переводят в Ньютоны (1
кгс = 10 н).
Определение прочности структуры бумаги
Характеристикой прочности структуры бумаги является показатель
предела прочности P, который не зависит от толщины бумаги, а зависит от
плотности переплетения волокон, степени размола, прочности связей между
ними и др. Предел прочности P рассчитывают как отношение разрывного
усилия к поперечному сечению бумаги с учетом среднего значения толщины
h
ср
:
P =
S
Q
=
ah
Q
ср
, Н/м
2
Поскольку бумага имеет неоднородную толщину и является пористым
материалом, то вместо предела прочности часто используется условный
показатель, аналогичный пределу прочности – разрывная длина.
Разрывная длина – это расчетная длина такой полоски бумаги шириной 15
мм, которая, будучи подвешена за один конец, разрывается под действием
собственного веса. Согласно этому определению, разрывную длину L
рассчитывают по следующей формуле:
21
L =
qa
Q
, где
L – разрывная длина, м
Q – разрывное усилие, H
a – ширина полоски бумаги, м
q – вес квадратного метра бумаги, H|м
2
Характеристика анизотропии
Коэффициент анизотропии К служит для характеристики неоднородности
структуры и свойств бумаги в зависимости от направления в листе. Его
рассчитывают как отношение значений разрывной длины бумаги в
машинном и поперечном направлениях:
K =
поп
маш
L
L
Деформация растяжения
Деформация растяжения характеризуется предельным растяжением и
эффективным модулем предельного растяжения.
Предельное растяжение - это относительная деформация растяжения
бумаги перед разрывом
в процентах, которую рассчитывают по
следующей формуле:
=
0
l
l
× 100 =
200
l
× 100% , где
l
0
– начальная длина полоски, равная 200 мм (так как 40 мм закреплены в
зажимах прибора)
Δl – удлинение бумаги до разрыва, мм
Эффективный модуль растяжения рассчитывают обычным способом как
отношение предела прочности к соответствующей деформации.
E
эф
=
P
=
0
/ ll
P
Н/м
2
(относительная деформация вводится в формулу в долях от единицы, а не
в процентах)
При деформировании вплоть до разрыва в бумаге развиваются не только
упругие деформации, но и остаточные, включая те, которые возникают
вследствие разрушения элементов структуры. Поэтому рассчитываемый
модуль является эффективным и имеет условное значение. Однако он удобен
для общей характеристики деформируемости бумаги при сравнении с
другими материалами, а также для сопоставления деформируемости бумаги
при различных воздействиях.
22
Содержание и форма отчета
В рабочий журнал записываются результаты измерений, расчеты и
результаты расчетов. Полученные показатели вписываются в таблицу
рабочего журнала и в сводную таблицу 1 свойств бумаги.
23
Таблица
Прочностные и деформационные свойства при растяжении
Направление
отлива
Прочностные свойства Деформационные свойства Коэффициент
анизотропии, К
Разрывное
усилие Q
Разрывная
длина,
L, м
Предел
прочности,
P, Н/м
2
Удлинение
перед
разрывом,
Δl, мм
Относительная
деформация,
ε, %
Эффективный
модуль
растяжения,
Е
эф
, Н\м
2
кгс Н
Машинное
Поперечное
24
Лабораторная работа №8
Изучение прочности бумаги на излом
Цель и содержание работы
Ознакомление с методом испытания изгиба бумаги, прочности на изгиб и
деформируемости. При теоретической проработке студенты усваивают
сущность изгиба, как сочетание растяжения и сжатия бумаги, а также
уплотнение ее структуры в зоне изгиба. Важно также представлять, что
изгибы большой интенсивности (малого радиуса кривизны) сопровождаются
разрушением элементов структуры, приводящим к излому.
Приборы и принадлежности
прибор для определения прочности на излом И-1-1 (фальцер);
линейка обычная;
ножницы.
Методика и порядок выполнения работы
Прочность на излом выражается числом двойных перегибов (чдп) полоски
бумаги под углом 180°, вызывающих ее разрыв. Испытание проводится в
машинном и поперечном направлениях. Рабочая часть прибора представляет
собой устройство для изгиба полосок бумаги и счетчиков количества
двойных перегибов (см. рис. 6).
Устройство состоит из двух направляющих роликов 1, изгибающей
пластинки с прорезью 2, двух направляющих пружин 3, двух зажимов 4, в
которых закрепляется испытуемый образец бумаги. Для испытания вырезают
25
две полоски бумаги размером 15 × 100 мм в машинном и поперечном
направлениях. Каждую полоску надписывают. Испытывают сразу обе
полоски. Их вставляют в прорезь между роликами и закрепляют зажимами.
Втулки зажимного устройства отводят в стороны, чем создается натяжение
бумаги. Подключают счетчики и включением тумблера приводят прибор в
действие. Количество двойных перегибов отсчитывается на электронных
счетчиках автоматически. После обрыва образца соответствующий счетчик
останавливается.
Содержание и форма отчета
В рабочий журнал и сводную таблицу 1 вносят результаты измерений
прочности бумаги на излом (чдп) в машинном и поперечном направлениях и
сравнивают с нормативной документацией.
26
Вопросы для самопроверки
1. Какие виды деформаций Вы знаете? Приведите примеры
материалов с различными деформационными свойствами.
2. Что такое упругость, эластичность, пластичность, текучесть?
Какими показателями характеризуются эти свойства?
3. Какие деформационные свойства присущи бумаге при нормальной
влажности в процессе растяжения? Сжатия?
4. Какое свойство бумаги характеризует разрывное усилие? Разрывная
длина?
5. От каких факторов в производстве бумаги и от каких показателей
структуры зависит прочность?
6. Как различаются механические свойства бумаги в разных
направлениях и чем это обусловлено?
7. Что такое коэффициент анизотропии и что он характеризует?
8. Чем обусловлены остаточные деформации бумаги при растяжении и
при сжатии?
9. Опишите особенности деформации изгиба. Чем обусловлены и как
проявляются остаточные деформации при изгибе?
10.Как определяется и чем характеризуется прочность бумаги на
излом?
11.Как влияет на механические свойства бумаги изменение ее
влажности?
12.Обобщите основные особенности механических свойств бумаги.
Объясните, как они согласуются с ее структурой.
Литература
1. Конспект лекций по материаловедению
2. Шахкельдян Б.Н., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы. – М.:
Книга, 1988, с.45-63 (специальность 261202)
3. Гудкова Т.И., Загаринская Л.А. Полиграфические материалы. – М.:
Книга, 1982, с.32-37 (специальность 080502)
4. Татиев Д.П. Бумага и переплетные материалы. – М.: Книга, 1972, с.55-
58 (специальности 070902, 032401)
27
Задание 3 – ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВЕРХНОСТИ БУМАГИ
Лабораторная работа №9
Определение стандартной гладкости бумаги (по Бекку)
Цель и содержание работы
Изучение гладкости как условной характеристики рельефа поверхности
бумаги. Прорабатывая теоретический материал, студент должен
представлять особенности рельефа поверхности бумаги, наличие и
происхождение макро- и микронеровностей, а также их практическое
значение, как факторов, влияющих на качество печати. На пневматическом
измерителе гладкости проводят испытание образцов бумаги с двух сторон
(верхней и сеточной), используя для каждого испытания отдельный образец
бумаги. Сущность метода заключается в определении степени контакта
между полированным кольцом и прижатым к нему образцом бумаги.
Приборы и принадлежности
прибор для измерения гладкости бумаги Б-1;
линейка обычная;
ножницы;
секундомер.
Методика и порядок выполнения работы
Устройство прибора. Пневматический измеритель гладкости (рис.7)
состоит из следующих основных частей: цилиндрического воздушного
резервуара 1, ртутного вакуумметра 2, металлического основания с
закрепленным на нем полированным стеклянным кольцом 3, на которое
накладывается испытуемая бумага, резиновая прокладка 7 и металлическая
28
крышка 8. Ртутный насос 4 служит для создания разрежения, трехходовой
кран 5 – для переключения воздушного резервуара от насоса к каналу
полированного стеклянного кольца. Кроме этого, имеется рычаг 6, давящий
на крышку и прижимающий бумагу к поверхности стеклянного кольца.
За условную характеристику гладкости принимается время в секундах,
необходимое для прохождения 10 см
3
воздуха между поверхностями бумаги
и стекла при среднем вакууме 506,5 гПа (380 мм рт. ст.) и стандартном
давлении на бумагу, создаваемом рычагом 6 и равным 980,6 гПа (1 кгс/см
2
).
Время прохождения воздуха будет тем больше, чем больше степень контакта
бумаги со стеклом, т.е. чем более ровной и гладкой будет поверхность
бумаги.
Для определения гладкости вырезают два образца бумаги размером 50×50
мм, предварительно сделав пометку на одной и той же стороне обоих
образцов. Образец кладут на полированное стеклянное кольцо 3 испытуемой
стороной к кольцу, покрывают резиновой прокладкой 7, чтобы исключить
воздухопроницаемость, и крышкой 8. Крышку прижимают винтом,
пропущенным через рычаг 6. Вращением винта рычаг устанавливают
горизонтально (это контролируется по уровню, вмонтированному в рычаг).
При этом рычаг создает давление на бумагу, которое принимается за
стандартное (980,6 гПа). Рукоятку трехходового крана 5 ставят в
вертикальное положение, соединяя тем самым резервуар с насосом. С
помощью насоса создают разрежение, при котором ртуть в трубке
вакуумметра поднимается выше 380 мм рт. ст. Затем поворачивают ручку
крана влево до упора, отсоединяя тем самым резервуар от насоса и соединяя
его с каналом стеклянного кольца. Воздух начинает проходить между
стеклянным кольцом и бумагой, разрежение падает и ртуть в вакуумметре
опускается. С помощью секундомера определяют время падения разрежения
(столбика ртути) от 380 мм рт. ст до 360 мм. рт. ст., что соответствует
прохождению 10 мл воздуха.
Второй образец укладывают к кольцу обратной стороной (пометки служат
для того, чтобы испытанию подверглись обе стороны бумаги, а не одна и та
же сторона дважды) и проводят измерение.
Испытание бумаги с гладкостью больше 100 с (каландрированной,
мелованной) проводят при повороте крана вправо до упора. При этом
скорость падения разрежения увеличивается в 10 раз, т.к. в данном случае
присоединяется другой резервуар, имеющий меньший объем, и полученный
результат умножают на 10.
По результатам испытаний определяют верхнюю и сеточную стороны
бумаги, а величина полученных цифр позволяет судить о характере отделки
бумаги при ее изготовлении: машинной гладкости (30-100 с),
каландрированная (150-250 с), высококаландрированная (350-400 с),
мелованная (более 500 с).
Содержание и форма отчета
29
В рабочий журнал заносят результаты измерений с указанием размерности
и предположительные выводы о характере отделки бумаги. Гладкость бумаги
с двух сторон заносят в сводную таблицу 1.
Лабораторная работа №10
Определение эффективной гладкости и расчет мягкости
Цель и содержание работы
Изучение роли деформационных свойств и связи их с печатными
свойствами бумаги, получение представления о выравнивании поверхности
бумаги и увеличении ее гладкости под давлением вследствие сжатия
неровностей. После определения гладкости при стандартном давлении (см.
лабораторную работу №9) измеряют гладкость бумаги при повышенном
давлении, что соответствует реальному печатному процессу. По изменению
гладкости бумаги при повышенном давлении в сравнении с первоначальной,
измеренной при стандартном давлении, судят о мягкости бумаги (ее
деформируемости).
Приборы и принадлежности
прибор для измерения гладкости бумаги Б-1;
груз 5 кг;
секундомер.
Методика и порядок выполнения работы
Определив гладкость бумаги в стандартных условиях (Г
о
), не вынимая
бумагу из прибора, на нагрузочную площадку рычага устанавливают
дополнительный груз в 5 кг и выдерживают бумагу под этим давлением 1
минуту, после чего измеряют гладкость при повышенном давлении (Г
эф
).
Этот показатель называют эффективной (печатной) гладкостью,
соответствующей состоянию поверхности бумаги под давлением в момент
печати.
Содержание и форма отчета
Мягкость характеризуется как мера увеличения гладкости бумаги под
давлением. Условный показатель мягкости (М) рассчитывают как отношение
эффективной гладкости (Г
эф
) к гладкости, определенной с той же стороны
бумаги в стандартных условиях (Г
о
):
М =
о
эф
Г
Г
Условно бумага считается мягкой, если М больше 2, и жесткой, если М
меньше 1,5. В рабочий журнал заносят результаты измерений и расчет
мягкости. Эти данные вносят в сводную таблицу 1.
30