第四章 纸张的力学性能

1第四章纸张的力学性能2目录4-1纸张的弹性与可压缩性4-2纸张的机械强度4-3纸张的表面强度3重点与难点1掌握纸张所具有的流变性质的特点；2掌握纸张机械性能的定义及检测方法及其影响因素；3掌握纸张表面性能的定义及检测方法及其影响因素。4概述纸张的力学性质——机械性质纸张在外力作用下表现出的强度特性；是印刷过程顺利进行的必要保证。主要从以下几方面分析：流变性质（弹性）Z向压缩变形特性机械强度、表面强度54-1纸张的弹性与可压缩性一、纸张的流变特性（☆☆☆）1.纸张的粘弹性变形（1）粘弹性变形：加在物体上的应力因产生变形所用的时间而变化，这种特定的变形称粘弹性变形。（2）应力：物质为抵抗外力，在单位面积上发生的内力。（3）变形：使物体尺寸发生变化的数量对原有尺寸的比率。6（4）最大应力：物体在保持能恢复其原有形态条件下能承受的最大负荷，亦成为弹性极限。对于理想弹性固体：（无时间因素）对于粘弹性（理想液体）：（有时间因素）纸张亦具有弹性性能与时间有关系的流动Eddt7引起纸张特定变形而产生的应力,将因产生变形所用的时间而变化,称为纸张的粘弹性。1）纸张是一种多相复杂且非均质的高分子材料。2）纸张受到外力作用引起一定的变形，而产生的内应力会随变形时间而发生改变。3）纸张的伸长率随外力的增大而增大，但不成线性关系，超过极限则纸张断裂。892、纸张的蠕变特性纸张在开始时候是纯粹的弹性体。（1）蠕变(Creep)：随时间延长而发生的滞延性流动。在负荷保持不变时，纸张无限流动，直至发生断裂。当受到不变外力的持续作用时，纸张会无限伸长，直到断裂。在75%裂断负荷作用下，纸张的蠕变与时间的关系10（2）变形的恢复可用两部分表示：瞬时部分；与时间有关的部分。A-B瞬时恢复B-C蠕变恢复纸张变形快，易恢复原来的形状----表现出弹性的一面。纸张变形慢，易保持最后的形状----表现流动性的一面。113、纸张的应力松弛特性（1）应力松弛(Relaxation)：当纸张的变形保持一定，应力随时间而减小的现象称之为应力松弛。（2）应力松弛的应用：①应力松弛速率快的纸张，更不易断裂，因为应力松弛速率快的纸，会更容易使负荷消失，利于印刷的进行。②纸袋纸需要搞的松弛速率。③胶印用纸要求应力松弛速率快。1213二、纸张的Z向压缩变形特性：（☆☆）1.纸张的Z向压缩变形①纸张在印刷压力的作用下，Z向出现压缩变形，压力消除后能够恢复的特性。②兼具塑性和弹性特征。③Z向变形的大小取决于纸张的表观密度，与纸张的纤维原料、造纸工艺及涂布情况有关。1415影响纸张压缩率、恢复率的因素：①纸浆的影响：漂白浆较未漂白的压缩率大，针叶较阔叶压缩率大，磨木浆较化学浆压缩率大（10倍）；未漂白浆较漂白浆弹性恢复率大，硫酸盐浆较亚硫酸盐浆恢复率大，化学浆较磨木浆恢复率大；②打浆度的影响：打浆度↑，紧度↑，压缩率↓，恢复率↑；③涂布量的影响：涂层愈厚，压缩率↓，而恢复率几乎不变；④含水量的影响：含水量↑，压缩率↑，而恢复率↓。在使用纸张时，注意利用印刷纸可通过调湿增加塑性和松软性的特征。162、纸张的弹塑性①敏弹性：纸张受力后瞬间的变形，外力撤消时形变瞬间恢复并能完全恢复。②滞弹性：纸张长时间内受力后，除瞬间变形外，在长时间后也能完全恢复。③弹塑性(可压缩性)：所产生的形变和变形恢复滞后于作用力的撤除。④塑性：纸张受力后，当力超出纸张的最大的弹性力后，发生形变，此形变在保持原来结构的条件下，是不能恢复的17形变量时间时间压力敏弹性变形滞弹性变形塑性变形纸张“Z”向压缩变形随时间的变化——蠕变过程敏弹性变形外力作用下物体瞬时产生形变，外力撤消时形变瞬间恢复，如弹簧外力作用开始后物体的形变量逐渐发展直至形变稳定，外力撤消后形变量并非瞬间恢复，而是逐渐完全恢复外力作用开始后物体产生形变量，在外力撤消后，形变量完全不能恢复变形分三部分：敏弹性变形滞弹性变形塑性变形183.Z向变形特性对印刷的影响①在印刷过程中，Z向变形能产生一种缓冲作用，使纸张与印版良好接触，利于油墨的顺利转移，尤其可改善平滑度较低的纸张的印刷效果。②对于多色印刷用纸，要求具有较好的Z向压缩率和弹性恢复率，以保证套印效果。19补充：不同的纸种，对其弹塑性的期望不同。用来印刷商品包装盒的纸板要求具有较高的弹性；用来制造盲文书籍的盲文印刷纸，则要求具有很高的塑性。在不同的加工阶段，对变形性质要求不同。在递纸系统和与印版接触区所发生的变形，总希望是可逆的弹性变形，因为纸的塑性过高，纸面与版面不能良好的接触，可能使印刷品上色彩产生失真，甚至造成很深的正面凹陷和突出的反面印痕。在装订时进行装订和压紧,希望纸张具有塑性变形,以保证得到整齐紧凑的书本。204-2纸张的机械强度纸张的强度取决于纸张中纤维本身的强度和纤维的结合强度。一、抗张强度与伸长率（☆☆☆）1.抗张强度（tensilestrength）——是指在标准试验方法规定的条件下，单位宽度（15mm）的纸张断裂前所能承受的最大拉力。一般用“在抗张试验仪上所测出的抗张力值除以样品宽度”来表示，单位为KN/m(千牛顿/米)21抗张强度测定仪器：肖伯尔抗张强度仪抗张强度测量结果的表示方式：绝对抗张力断裂长抗张指数伸长率22①绝对抗张力----一张标准所规定的试样宽度，在抗张强度测定仪上直接读出的荷重F，用N计量。纸张的抗张强度仪23②裂断长裂断长是一个假定的强度概念，表示纸张长度达到不能承受本身质量时，自行断裂时的长度。单位：mWBFLL——裂断长（m）F——试样的抗张力（N）B——试样宽度（mm）W——试样定量（g/m2）与厚度无关，适用于比较不同定量的纸或纸板的抗张强度24③抗张指数——是以单位宽度、单位定量样品的抗张力表示纸的抗张性能。bWbWFX00WFX5.1100X——抗张指数W0——100g/m2F——抗张力，Nb0——1.0cmW——试样定量，g/m2b——1.5cmb——试样宽度——抗张指数能够准确地表达纸的本质强度25④伸长率（stretch）：——纸张受张力至断裂时的纸张伸长与原长之比用百分比（%）表示。262.影响抗张强度的因素：纤维间的结合力纤维本身的强度3.抗张强度对印刷的影响：高速轮转印刷机对卷筒纸的抗张强度要求较高强度不足，会出现断纸故障；伸长率过大，会引起多色印刷的套色不准等故障27二、耐折度（foldingendurance）（☆☆☆）1、耐折度的度量纸或纸板抵抗往复折叠的能力，以折叠的次数表示,即单位是双折次。分纵向耐折度和横向耐折度：纵向耐折度﹥横向耐折度。2、决定纸张耐折度的因素①造纸纤维的长度、强度、柔韧性和纤维之间的结合力；②纸张的定量、厚度、紧度和含水量.纤维的排列使其在纵向的结合力较大283、应用及重要性对于需热处理的印品尤为重要；其次是钞票纸、证券纸等都要求达到一定的耐折度。4、测定：常用的肖伯尔型、MIT型耐折度仪纸张的耐折度仪30三、耐破度(barstingstrength)（☆☆）1、定义：指纸张在一定面积下，以匀速加压至破裂时所能承受的最大压力。是抗张强度与伸长率的复合函数。以液压力或气压力表示。2、耐破度与抗张强度的关系：2TPr313、测定：缪纶式耐破度仪4、影响纸张耐破度的因素：①纸张纤维本身的强度；②纤维的平均长度；③纤维间的结合力、伸长率；④空气相对湿度；⑤纸张的含水量、施胶度32四、撕裂度(tearingresistanace)（☆☆）1、定义：撕裂一定距离纸页所需的力。单位：牛顿，以N表示。2、分类：边撕裂度和内撕裂度3、撕裂时所做的功：把纤维拉开所做的功把纤维拉断所做的功334、影响撕裂度的因素：与纤维处理方式和纤维的长度有关；•打浆适度，撕裂度提高；•打浆过度，撕裂度下降。①纤维的平均长度和纤维间的结合力（纸的类型(纤维状况)）；②纸张的松厚度③环境温湿度和纸张含水量；④纤维的排列方向34撕裂度的测定：爱利门道夫撕裂度仪35五、挺度(stiffness)（☆）1、定义：是纸张抵抗弯曲的性质，即刚性(Rigidily)，也间接表明其柔软性(softnness)。2、与纸张的流变性质有关：弹性越好则挺度越高。3、影响：纸张的挺度对单张纸印刷中的输纸和收纸过程影响较大。36决定纸张挺度的因素：①厚度——最重要②紧度③原料及制浆方法④纸张的含水量——对挺度的影响很大374-3纸张的表面强度（☆☆☆）非涂料纸:纸张内部\表面纤维、填料、胶料之间的结合强度。涂料纸:纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的结合强度。影响：印刷工艺要求纸张内部涂层粒子之间、涂层和纸基之间、纸基纤维之间有足够的强度。若表面强度不足，可能导致（☆☆☆）：a.掉粉、掉毛；b.糊版；c.脏污；d.剥纸。38一、纸张的表面强度与拉毛（☆☆☆）1、表面强度(SurfaceStrength)：指纸张表面纤维、胶料、填料间和纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的结合强度，它表示纸张在印刷过程中抵抗油墨分裂力的能力，又称拉毛阻力(pickingresistance)。392、影响纸张表面强度的因素（1）造纸的原料及工艺（主要因素）（2）印刷工艺纸张的表面强度（结合力）必须满足下式：XP＋U+NP——纤维、填料及胶料之间的结合力；X——油墨对纸张的粘力；U——剥离张力（惯性力）；N——橡皮布粘度或印版对油墨的吸附力。40按发生拉毛时是否有水的参与，把拉毛分为：干拉毛(drypicking)湿拉毛(wetpicking)3、纸张表面强度与印刷的关系（1）拉毛(picking)（☆☆☆）①拉毛(picking)——是指在印刷过程中，当加于纸张表面的外部张力大于纸张的内聚力时，纸张表面发生的肉眼可见的破裂现象。41②干拉毛(drypicking)——与水无关，与纸张的耐水性无关。由于油墨的分离力大于纸张表面粒子的结合力而引起的。在单色机和多色机上都可能发生干拉毛。③湿拉毛(wetpicking)——在水的参与下发生的，与纸张的耐水性有关。油墨的分离力大于纤维或填料之间的结合力再加上润版液的影响发生的纸面起毛现象。在多色胶印中，润版液的水分作用使纸张的表面强度有所下降，是多色胶印中特有的拉毛现象。42（3）拉毛对印刷的影响（☆☆☆）①造成图文部分的污染②胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加（2）影响拉毛的因素①油墨对纸张的粘着力②剥离张力③印刷橡皮布的粘度及印刷版面对油墨的吸附力43a、造成图文部分的污染①白斑的产生：纤维状白斑由纸面粒子剥落引起②环形白斑：非纤维状白斑——由细微的纸粉和微细的涂料粒子等的拉毛引起剥落的粒子沾到印版上，阻碍着墨，出现实地上的环形白斑。通常在橡皮布上发生堆墨现象。44b、胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加①剥落粒子随油墨附着于橡皮布上，阻碍油墨转移引起堆墨；②拉毛严重时，脱落的纤维甚至会从印版到达墨辊，则需清洗墨辊。45二、掉粉掉毛（☆☆☆）（1）掉粉、掉毛对印刷的影响①掉毛——指在印刷过程中纸张表面松散粒子的脱落现象。②掉毛的内部原因a.所用造纸纤维原料的种类和制浆方法b.纸张表面的纤维与纸张的结合状态不良或结合强度不高。46③掉粉——是指纸张中与纸面结合较弱的粉状物质（一般为调料和颜料），在印刷中所受胶粘作用的影响，从纸面上剥落下来的现象。④原因非涂布纸：涂布纸：填料量过高，或选择的填料粒度不适宜，或填料助留剂的使用不合适涂料中的胶粘剂选择不当或用量不足所致47c.糊版、硌版，使图像上的网点不饱满整齐，图文出现残缺和各种斑点。⑤掉粉、掉毛对印刷的影响a.直接使图文部分遭受不同程度的损伤；b.形成堆墨，使印品上的图像变得粗糙模糊。48⑥防止掉粉、掉毛现象发生的措施a.降低油墨的粘度；b.控制和减小润版液的用量；c.减小印刷压力d.减慢印刷速度e.经常清洗橡皮布不得已时采用49与拉毛现象的区别：掉粉掉毛：由于润版液的润湿和机械摩擦作用导致纸面松散粒子的脱落。拉毛：油墨的分离力大于纸面粒子之间的结合力时发生的剥落的现象。名称掉粉掉毛拉毛现象纸面松散粒子的脱落纸面相互结合粒子的剥落原因纸面的洁净程度纸面