第四章紙張的力學(xué)性能

1、1第四章第四章 紙張的力學(xué)性能紙張的力學(xué)性能2目 錄4-1 紙張的彈性與可壓縮性紙張的彈性與可壓縮性4-2 紙張的機(jī)械強(qiáng)度紙張的機(jī)械強(qiáng)度4-3 紙張的表面強(qiáng)度紙張的表面強(qiáng)度31 掌握紙張所具有的流變性質(zhì)的特點(diǎn)；2 掌握紙張機(jī)械性能的定義及檢測方法 及其影響因素；3 掌握紙張表面性能的定義及檢測方法 及其影響因素。4概 述紙張的力學(xué)性質(zhì)紙張的力學(xué)性質(zhì)機(jī)械性質(zhì)機(jī)械性質(zhì) 紙張?jiān)谕饬ψ饔孟卤憩F(xiàn)出的紙張?jiān)谕饬ψ饔孟卤憩F(xiàn)出的強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性； 是印刷過程順利進(jìn)行的是印刷過程順利進(jìn)行的必要保證必要保證。主要從以下幾方面分析：主要從以下幾方面分析：54-1 4-1 紙張的彈性與可壓縮性（1 1） 粘彈性變形粘

2、彈性變形：加在物體上的應(yīng)力因產(chǎn)生變形所：加在物體上的應(yīng)力因產(chǎn)生變形所用的時(shí)間而變化，這種特定的變形稱粘彈性變形。用的時(shí)間而變化，這種特定的變形稱粘彈性變形。（2 2） 應(yīng)應(yīng) 力：力：物質(zhì)為抵抗外力，在單位面積上發(fā)物質(zhì)為抵抗外力，在單位面積上發(fā)生的內(nèi)力。生的內(nèi)力。（3 3） 變變 形：形：使物體尺寸發(fā)生變化的數(shù)量對(duì)原有使物體尺寸發(fā)生變化的數(shù)量對(duì)原有尺寸的比率。尺寸的比率。6 （4 4） 最大應(yīng)力：最大應(yīng)力：物體在保持能物體在保持能恢復(fù)其原有形態(tài)恢復(fù)其原有形態(tài)條條件下能承受的件下能承受的最大負(fù)荷最大負(fù)荷，亦成為彈性極限。，亦成為彈性極限。 對(duì)于理想彈性固體：對(duì)于理想彈性固體： （無時(shí)間無時(shí)間因素）

3、因素） 對(duì)于粘彈性（理想液體）：對(duì)于粘彈性（理想液體）： （有時(shí)間有時(shí)間因素）因素） 紙張亦具有彈性性能與時(shí)間有關(guān)系的流動(dòng)紙張亦具有彈性性能與時(shí)間有關(guān)系的流動(dòng)E7 引起紙張引起紙張?zhí)囟ㄗ冃翁囟ㄗ冃味a(chǎn)生的應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)力, ,將因產(chǎn)生變形所將因產(chǎn)生變形所用的用的時(shí)間而變化時(shí)間而變化, ,稱為稱為。 1 1）紙張是一種）紙張是一種的高分子材料。的高分子材料。 2 2）紙張受到外力作用引起一定的變形，而產(chǎn)生的）紙張受到外力作用引起一定的變形，而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力。 3 3）紙張的）紙張的，但不成線，但不成線性關(guān)系，性關(guān)系，。89 紙張?jiān)陂_始時(shí)候是紙張?jiān)陂_始時(shí)候是純粹的彈性體純粹的彈性體。（1）：隨

4、時(shí)間延長而發(fā)生的滯延性流動(dòng)。隨時(shí)間延長而發(fā)生的滯延性流動(dòng)。在負(fù)荷保持不變時(shí)，紙張無限流動(dòng)，直至發(fā)生斷裂。在負(fù)荷保持不變時(shí)，紙張無限流動(dòng)，直至發(fā)生斷裂。 當(dāng)受到不變外力的當(dāng)受到不變外力的持續(xù)作用時(shí)，紙張持續(xù)作用時(shí)，紙張會(huì)無限伸長，直到會(huì)無限伸長，直到斷裂。斷裂。在75%裂斷負(fù)荷作用下，紙張的蠕變與時(shí)間的關(guān)系10 （2）變形的恢復(fù)可用兩部分表示：變形的恢復(fù)可用兩部分表示： 瞬時(shí)部分；瞬時(shí)部分； 與時(shí)間有關(guān)的部分。與時(shí)間有關(guān)的部分。A-B瞬時(shí)恢復(fù)B-C蠕變恢復(fù)紙張變形快，易恢復(fù)紙張變形快，易恢復(fù)原來的形狀原來的形狀-表現(xiàn)出表現(xiàn)出的一面。的一面。紙張變形慢，易保持紙張變形慢，易保持最后的形狀最后的形狀

5、-表現(xiàn)表現(xiàn)的一面。的一面。11 （1）應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛(Relaxation)：當(dāng)紙張的變形保持一當(dāng)紙張的變形保持一定，定，應(yīng)力隨時(shí)間而減小應(yīng)力隨時(shí)間而減小的現(xiàn)象稱之為應(yīng)力松弛。的現(xiàn)象稱之為應(yīng)力松弛。（2）應(yīng)力松弛的應(yīng)用：應(yīng)力松弛的應(yīng)用： 應(yīng)力松弛速率應(yīng)力松弛速率快快的紙張，更不易斷裂，因?yàn)閼?yīng)力的紙張，更不易斷裂，因?yàn)閼?yīng)力松弛速率快的紙，會(huì)更容易使松弛速率快的紙，會(huì)更容易使負(fù)荷消失負(fù)荷消失，利于印，利于印刷的進(jìn)行。刷的進(jìn)行。 紙袋紙需要搞的松弛速率。紙袋紙需要搞的松弛速率。 膠印用紙要求應(yīng)力松弛速率快。膠印用紙要求應(yīng)力松弛速率快。1213二、紙張的二、紙張的Z Z向壓縮變形特性：向壓縮變形特性

6、：（）（） 紙張?jiān)谟∷毫Φ淖饔孟?，紙張?jiān)谟∷毫Φ淖饔孟拢琙 Z向出現(xiàn)壓縮變形，壓向出現(xiàn)壓縮變形，壓力消除后能夠力消除后能夠恢復(fù)恢復(fù)的特性。的特性。 兼具兼具塑性和彈性塑性和彈性特征。特征。 Z Z向變形的大小取決于紙張的向變形的大小取決于紙張的表觀密度表觀密度，與紙張的，與紙張的纖維原料、造紙工藝及涂布纖維原料、造紙工藝及涂布情況有關(guān)。情況有關(guān)。 14151617形變量形變量時(shí)間時(shí)間時(shí)間時(shí)間壓力壓力敏敏彈彈性性變變形形滯滯彈彈性性變變形形塑性變形塑性變形敏彈性變形敏彈性變形外力作用下物體瞬時(shí)產(chǎn)生形變，外力撤消時(shí)形變瞬間恢瞬間恢復(fù)復(fù)，如彈簧外力作用開始后物體的形變量逐漸發(fā)展直至形變穩(wěn)定，外力

7、撤消后形變量并非非瞬間恢復(fù)，而是逐漸完全恢復(fù)逐漸完全恢復(fù)外力作用開始后物體產(chǎn)生形變量，在外力撤消后，形變量完全不能恢復(fù)完全不能恢復(fù)1819補(bǔ) 充：204-2 4-2 紙張的機(jī)械強(qiáng)度紙張的強(qiáng)度取決于紙張中纖維本身的強(qiáng)度和纖維的結(jié)紙張的強(qiáng)度取決于紙張中纖維本身的強(qiáng)度和纖維的結(jié)合強(qiáng)度。合強(qiáng)度。是指在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法規(guī)定的條件下，單位寬度是指在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法規(guī)定的條件下，單位寬度（15mm）的紙張斷裂前所能承受的最大拉力。）的紙張斷裂前所能承受的最大拉力。 一般用一般用“在抗張?jiān)囼?yàn)儀上所測出的抗張力值除以樣在抗張?jiān)囼?yàn)儀上所測出的抗張力值除以樣品寬度品寬度”來表示，單位為來表示，單位為KN/m(千牛頓千牛頓/

8、米米) 21 肖伯爾抗張強(qiáng)度儀肖伯爾抗張強(qiáng)度儀： 絕對(duì)抗張力絕對(duì)抗張力 斷裂長斷裂長 抗張指數(shù)抗張指數(shù) 伸長率伸長率22 - 一張標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的試樣寬度，在抗張強(qiáng)度測定儀上直接讀出的荷重F，用N計(jì)量。 23 裂斷長是一個(gè)假定的強(qiáng)度概念，表示紙張長度達(dá)裂斷長是一個(gè)假定的強(qiáng)度概念，表示紙張長度達(dá)到不能承受本身質(zhì)量時(shí)，自行斷裂時(shí)的長度。到不能承受本身質(zhì)量時(shí)，自行斷裂時(shí)的長度。單位：單位：m WBFL L裂斷長（裂斷長（m） F試樣的抗張力（試樣的抗張力（N） B試樣寬度（試樣寬度（mm） W試樣定量（試樣定量（g/m2） 與厚度無關(guān)與厚度無關(guān)，適用于比較不同定量的紙適用于比較不同定量的紙或紙板的抗張強(qiáng)

9、度或紙板的抗張強(qiáng)度 24bWbWFX00WFX5 . 1100X 抗張指數(shù)抗張指數(shù) W0100g/m2F 抗張力，抗張力，N b01.0cmW試樣定量，試樣定量，g/m2 b1.5cmb 試樣寬度試樣寬度抗張指數(shù)能夠準(zhǔn)確地表達(dá)紙的本質(zhì)強(qiáng)度 25 紙張受張力至斷裂時(shí)的紙張伸長與原長之比 用百分比（%）表示。26 纖維間的結(jié)合力纖維間的結(jié)合力 纖維本身的強(qiáng)度纖維本身的強(qiáng)度 高速輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)高速輪轉(zhuǎn)印刷機(jī)對(duì)卷筒紙的抗張強(qiáng)度要求較高對(duì)卷筒紙的抗張強(qiáng)度要求較高 強(qiáng)度不足，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度不足，會(huì)出現(xiàn)斷紙斷紙故障；故障； 伸長率過大，會(huì)引起多色印刷的伸長率過大，會(huì)引起多色印刷的套色不準(zhǔn)套色不準(zhǔn)等故障等故障27 紙

10、或紙板抵抗紙或紙板抵抗往復(fù)折疊往復(fù)折疊的能力，的能力， 以折疊的次數(shù)表示以折疊的次數(shù)表示, ,即單位是即單位是雙折次雙折次。 分分縱向耐折度縱向耐折度和和橫向耐折度橫向耐折度：縱向耐折度：縱向耐折度橫向耐折度。橫向耐折度。 造紙纖維的長度、強(qiáng)度、柔韌性和纖維之間的結(jié)合力；造紙纖維的長度、強(qiáng)度、柔韌性和纖維之間的結(jié)合力；紙張的定量、厚度、緊度和含水量紙張的定量、厚度、緊度和含水量. .纖維的排列使其在纖維的排列使其在縱向的結(jié)合力較大縱向的結(jié)合力較大28 對(duì)于需熱熱處理的印品尤為重要；其次是鈔票紙、證券紙等都要求達(dá)到一定的耐折度。 常用的肖伯爾型、MIT型耐折度儀30(barstingstreng

11、th) （）（）指紙張?jiān)谝欢娣e下，以勻速加壓至破指紙張?jiān)谝欢娣e下，以勻速加壓至破 裂時(shí)所能承受的裂時(shí)所能承受的最大壓力。最大壓力。 是是抗張強(qiáng)度與伸長率抗張強(qiáng)度與伸長率的復(fù)合函數(shù)。的復(fù)合函數(shù)。 以液壓力或氣壓力表示。以液壓力或氣壓力表示。31 繆綸式耐破度儀繆綸式耐破度儀紙張纖維本身的強(qiáng)度；紙張纖維本身的強(qiáng)度；纖維的平均長度；纖維的平均長度；纖維間的結(jié)合力、纖維間的結(jié)合力、伸長率伸長率；空氣相對(duì)濕度；空氣相對(duì)濕度；紙張的含水量、紙張的含水量、施膠度施膠度 32334 4、影響撕裂度的因素：、影響撕裂度的因素：與纖維處理方式和纖維的長度有關(guān)；與纖維處理方式和纖維的長度有關(guān)； 打漿適度，撕裂度

12、提高；打漿適度，撕裂度提高； 打漿過度，撕裂度下降。打漿過度，撕裂度下降。 纖維的平均長度和纖維間的結(jié)纖維的平均長度和纖維間的結(jié)合力（合力（紙的類型紙的類型( (纖維狀況纖維狀況) )）；）； 紙張的松厚度紙張的松厚度 環(huán)境溫濕度和紙張含水量；環(huán)境溫濕度和紙張含水量； 纖維的排列方向纖維的排列方向 34撕裂度的測定：愛利門道夫撕裂度儀撕裂度的測定：愛利門道夫撕裂度儀35(stiffness)（）（）1、定義：定義：是紙張抵抗彎曲的性質(zhì)，即剛性是紙張抵抗彎曲的性質(zhì)，即剛性(Rigidily)(Rigidily)， 也間接表明其柔軟性也間接表明其柔軟性(softnness)(softnness)。

13、2、與紙張的流變性質(zhì)有關(guān)與紙張的流變性質(zhì)有關(guān)：彈性越好則挺度越高。：彈性越好則挺度越高。3、影響：影響：紙張的挺度對(duì)單張紙印刷中的紙張的挺度對(duì)單張紙印刷中的輸紙和收紙輸紙和收紙過過程影響較大程影響較大。36374-3 4-3 紙張的表面強(qiáng)度（）（）非涂料紙非涂料紙: :紙張內(nèi)部紙張內(nèi)部 表面纖維、填料、膠料之間的結(jié)表面纖維、填料、膠料之間的結(jié)合強(qiáng)度。合強(qiáng)度。涂涂 料料 紙紙: :紙張表面涂料粒子間及涂層與紙基之間的紙張表面涂料粒子間及涂層與紙基之間的結(jié)合強(qiáng)度。結(jié)合強(qiáng)度。影影 響：響：印刷工藝要求紙張內(nèi)部涂層粒子之間、涂印刷工藝要求紙張內(nèi)部涂層粒子之間、涂層和紙基之間、紙基纖維之間有足夠的強(qiáng)度。

14、層和紙基之間、紙基纖維之間有足夠的強(qiáng)度。若表面強(qiáng)度不足，可能導(dǎo)致（）：若表面強(qiáng)度不足，可能導(dǎo)致（）：a. a. 掉粉、掉毛；掉粉、掉毛；b. b. 糊版；糊版；c. c. 臟污；臟污；d. d. 剝紙。剝紙。38 （）（） 1 1、表面強(qiáng)度、表面強(qiáng)度(Surface Strength)(Surface Strength)：指紙張表指紙張表面纖維、膠料、填料間和紙張表面涂料粒面纖維、膠料、填料間和紙張表面涂料粒子間及涂層與紙基之間的結(jié)合強(qiáng)度，它表子間及涂層與紙基之間的結(jié)合強(qiáng)度，它表示紙張?jiān)谟∷⑦^程中示紙張?jiān)谟∷⑦^程中抵抵抗油墨分裂力抗油墨分裂力的能的能力，又稱力，又稱。39（1）造紙的原料及工藝

15、（主要因素）造紙的原料及工藝（主要因素）（2）印刷工藝）印刷工藝XPU+N 40按發(fā)生拉毛時(shí)是否有水的參與，把拉毛分為：按發(fā)生拉毛時(shí)是否有水的參與，把拉毛分為： 3、紙張表面強(qiáng)度與印刷的關(guān)系、紙張表面強(qiáng)度與印刷的關(guān)系 （1）拉毛）拉毛(picking) （）（）拉毛拉毛(picking) 是指在印刷過程中，當(dāng)加于是指在印刷過程中，當(dāng)加于紙張表紙張表面的外部張力面的外部張力大于大于紙張的內(nèi)聚力紙張的內(nèi)聚力時(shí)，紙時(shí)，紙張表面發(fā)生的肉眼可見的破裂現(xiàn)象。張表面發(fā)生的肉眼可見的破裂現(xiàn)象。 41干拉毛干拉毛(dry picking) 與水無關(guān)，與水無關(guān)，與紙張的耐水性無關(guān)。與紙張的耐水性無關(guān)。由于由于油墨

16、的分離力油墨的分離力大于大于紙張表面粒子的結(jié)合力紙張表面粒子的結(jié)合力而引起的。而引起的。在單色機(jī)和多色機(jī)上都可能發(fā)生干拉毛。在單色機(jī)和多色機(jī)上都可能發(fā)生干拉毛。 濕拉毛濕拉毛(wet picking) 在水的參與下發(fā)生的，在水的參與下發(fā)生的，與紙張的耐水性有關(guān)。與紙張的耐水性有關(guān)。大于大于再加上再加上發(fā)生的紙面起毛現(xiàn)象。發(fā)生的紙面起毛現(xiàn)象。在多色膠印中，在多色膠印中，潤版液的水分潤版液的水分作用使紙張的表面強(qiáng)度有作用使紙張的表面強(qiáng)度有所下降，是多色膠印中特有的拉毛現(xiàn)象。所下降，是多色膠印中特有的拉毛現(xiàn)象。 42（3 3）拉毛對(duì)印刷的影響）拉毛對(duì)印刷的影響（）（）造成圖文部分的污染造成圖文部分的

17、污染 膠印中橡皮布及墨輥清洗次數(shù)增加膠印中橡皮布及墨輥清洗次數(shù)增加 （2 2）影響拉毛的因素）影響拉毛的因素 油墨對(duì)紙張的粘著力油墨對(duì)紙張的粘著力 剝離張力剝離張力 印刷橡皮布的粘度及印刷版面對(duì)油墨的吸附力印刷橡皮布的粘度及印刷版面對(duì)油墨的吸附力43a a、造成圖文部分的污染、造成圖文部分的污染 白斑的產(chǎn)生：白斑的產(chǎn)生：纖維狀白斑由紙面粒子剝落引起纖維狀白斑由紙面粒子剝落引起 環(huán)形白斑：環(huán)形白斑：非纖維狀白斑非纖維狀白斑由細(xì)微的紙粉和由細(xì)微的紙粉和微細(xì)的涂料粒子等的拉毛引起剝落的粒子沾到印微細(xì)的涂料粒子等的拉毛引起剝落的粒子沾到印版上，阻礙著墨，出現(xiàn)實(shí)地上的環(huán)形白斑。通常版上，阻礙著墨，出現(xiàn)實(shí)

18、地上的環(huán)形白斑。通常在橡皮布上發(fā)生堆墨現(xiàn)象。在橡皮布上發(fā)生堆墨現(xiàn)象。44b b、膠印中橡皮布及墨輥清洗次數(shù)增加、膠印中橡皮布及墨輥清洗次數(shù)增加剝落粒子隨油墨附著于橡皮布上，阻礙油剝落粒子隨油墨附著于橡皮布上，阻礙油墨轉(zhuǎn)移引起堆墨；墨轉(zhuǎn)移引起堆墨； 拉毛嚴(yán)重時(shí)，脫落的纖維甚至?xí)挠“娴嚼珖?yán)重時(shí)，脫落的纖維甚至?xí)挠“娴竭_(dá)墨輥，則需清洗墨輥。達(dá)墨輥，則需清洗墨輥。45指在印刷過程中紙張表面松散粒子的脫指在印刷過程中紙張表面松散粒子的脫 落現(xiàn)象。落現(xiàn)象。 a.所用造紙纖維原料的種類和制漿方法所用造紙纖維原料的種類和制漿方法 b.紙張表面的纖維與紙張的結(jié)合狀態(tài)不紙張表面的纖維與紙張的結(jié)合狀態(tài)不 良或

19、結(jié)合強(qiáng)度不高。良或結(jié)合強(qiáng)度不高。 46 是指紙張中與紙面結(jié)合較弱的粉狀物質(zhì)（一般是指紙張中與紙面結(jié)合較弱的粉狀物質(zhì)（一般為調(diào)料和顏料），在印刷中所受膠粘作用的影響，為調(diào)料和顏料），在印刷中所受膠粘作用的影響，從紙面上剝落下來的現(xiàn)象。從紙面上剝落下來的現(xiàn)象。 非涂布紙：非涂布紙： 涂涂 布布 紙：紙：填料量過高，或選擇的填料粒度不填料量過高，或選擇的填料粒度不適宜，或填料助留劑的使用不合適適宜，或填料助留劑的使用不合適涂料中的膠粘劑選擇不當(dāng)或用量不涂料中的膠粘劑選擇不當(dāng)或用量不足所致足所致 47c.糊版、硌版，使圖像上的網(wǎng)點(diǎn)不飽滿整齊，圖文糊版、硌版，使圖像上的網(wǎng)點(diǎn)不飽滿整齊，圖文出現(xiàn)殘缺和各種

20、斑點(diǎn)。出現(xiàn)殘缺和各種斑點(diǎn)。 掉粉、掉毛對(duì)印刷的影響掉粉、掉毛對(duì)印刷的影響 a.直接使圖文部分遭受不同程度的損傷；直接使圖文部分遭受不同程度的損傷； b.形成堆墨，使印品上的圖像變得粗糙模糊。形成堆墨，使印品上的圖像變得粗糙模糊。 48防止掉粉、掉毛現(xiàn)象發(fā)生的措施防止掉粉、掉毛現(xiàn)象發(fā)生的措施 a.a.降低油墨的粘度；降低油墨的粘度；b.b.控制和減小潤版液的用量；控制和減小潤版液的用量；c.減小印刷壓力減小印刷壓力d.減慢印刷速度減慢印刷速度 e.經(jīng)常清洗橡皮布經(jīng)常清洗橡皮布不得已時(shí)采用49與拉毛現(xiàn)象的區(qū)別：與拉毛現(xiàn)象的區(qū)別： 掉粉掉毛：由于潤版液的潤濕和機(jī)械摩擦作用導(dǎo)致紙面松掉粉掉毛：由于潤版液的潤濕和機(jī)械摩擦作用導(dǎo)致紙面松散粒子的脫落。散粒子的脫落。 拉毛：油墨的分離力大于紙面粒子之間的結(jié)合力時(shí)發(fā)生的拉毛：油墨的分離力大于紙面粒子之間的結(jié)合力時(shí)發(fā)生的剝落的現(xiàn)象。剝落的現(xiàn)