第四章纸张的力学性能

1、1第四章第四章 纸张的力学性能纸张的力学性能2目 录4-1 纸张的弹性与可压缩性纸张的弹性与可压缩性4-2 纸张的机械强度纸张的机械强度4-3 纸张的表面强度纸张的表面强度31 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 述纸张的力学性质纸张的力学性质机械性质机械性质 纸张在外力作用下表现出的纸张在外力作用下表现出的强度特性强度特性； 是印刷过程顺利进行的是印刷过程顺利进行的必要保证必要保证。主要从以下几方面分析：主要从以下几方面分析：54-1 4-1 纸张的弹性与可压缩性（1 1） 粘弹性变形粘

2、弹性变形：加在物体上的应力因产生变形所：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。用的时间而变化，这种特定的变形称粘弹性变形。（2 2） 应应 力：力：物质为抵抗外力，在单位面积上发物质为抵抗外力，在单位面积上发生的内力。生的内力。（3 3） 变变 形：形：使物体尺寸发生变化的数量对原有使物体尺寸发生变化的数量对原有尺寸的比率。尺寸的比率。6 （4 4） 最大应力：最大应力：物体在保持能物体在保持能恢复其原有形态恢复其原有形态条条件下能承受的件下能承受的最大负荷最大负荷，亦成为弹性极限。，亦成为弹性极限。 对于理想弹性固体：对于理想弹性固体： （无时间无时间因素）

3、因素） 对于粘弹性（理想液体）：对于粘弹性（理想液体）： （有时间有时间因素）因素） 纸张亦具有弹性性能与时间有关系的流动纸张亦具有弹性性能与时间有关系的流动E7 引起纸张引起纸张特定变形特定变形而产生的应力而产生的应力, ,将因产生变形所将因产生变形所用的用的时间而变化时间而变化, ,称为称为。 1 1）纸张是一种）纸张是一种的高分子材料。的高分子材料。 2 2）纸张受到外力作用引起一定的变形，而产生的）纸张受到外力作用引起一定的变形，而产生的内应力内应力。 3 3）纸张的）纸张的，但不成线，但不成线性关系，性关系，。89 纸张在开始时候是纸张在开始时候是纯粹的弹性体纯粹的弹性体。（1）：随

4、时间延长而发生的滞延性流动。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。在负荷保持不变时，纸张无限流动，直至发生断裂。 当受到不变外力的当受到不变外力的持续作用时，纸张持续作用时，纸张会无限伸长，直到会无限伸长，直到断裂。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：变形的恢复可用两部分表示： 瞬时部分；瞬时部分； 与时间有关的部分。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，易恢复纸张变形快，易恢复原来的形状原来的形状-表现出表现出的一面。的一面。纸张变形慢，易保持纸张变形慢，易保持最后的形状最后的形状

5、-表现表现的一面。的一面。11 （1）应力松弛应力松弛(Relaxation)：当纸张的变形保持一当纸张的变形保持一定，定，应力随时间而减小应力随时间而减小的现象称之为应力松弛。的现象称之为应力松弛。（2）应力松弛的应用：应力松弛的应用： 应力松弛速率应力松弛速率快快的纸张，更不易断裂，因为应力的纸张，更不易断裂，因为应力松弛速率快的纸，会更容易使松弛速率快的纸，会更容易使负荷消失负荷消失，利于印，利于印刷的进行。刷的进行。 纸袋纸需要搞的松弛速率。纸袋纸需要搞的松弛速率。 胶印用纸要求应力松弛速率快。胶印用纸要求应力松弛速率快。1213二、纸张的二、纸张的Z Z向压缩变形特性：向压缩变形特性

6、：（）（） 纸张在印刷压力的作用下，纸张在印刷压力的作用下，Z Z向出现压缩变形，压向出现压缩变形，压力消除后能够力消除后能够恢复恢复的特性。的特性。 兼具兼具塑性和弹性塑性和弹性特征。特征。 Z Z向变形的大小取决于纸张的向变形的大小取决于纸张的表观密度表观密度，与纸张的，与纸张的纤维原料、造纸工艺及涂布纤维原料、造纸工艺及涂布情况有关。情况有关。 14151617形变量形变量时间时间时间时间压力压力敏敏弹弹性性变变形形滞滞弹弹性性变变形形塑性变形塑性变形敏弹性变形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瞬间恢复复，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

7、撤消后形变量并非非瞬间恢复，而是逐渐完全恢复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完全不能恢复1819补 充：204-2 4-2 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。合强度。是指在标准试验方法规定的条件下，单位宽度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。）的纸张断裂前所能承受的最大拉力。 一般用一般用“在抗张试验仪上所测出的抗张力值除以样在抗张试验仪上所测出的抗张力值除以样品宽度品宽度”来表示，单位为来表示，单位为KN/m(千牛顿千牛顿/

8、米米) 21 肖伯尔抗张强度仪肖伯尔抗张强度仪： 绝对抗张力绝对抗张力 断裂长断裂长 抗张指数抗张指数 伸长率伸长率22 - 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。 23 裂断长是一个假定的强度概念，表示纸张长度达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。到不能承受本身质量时，自行断裂时的长度。单位：单位：m WBFL L裂断长（裂断长（m） F试样的抗张力（试样的抗张力（N） B试样宽度（试样宽度（mm） W试样定量（试样定量（g/m2） 与厚度无关与厚度无关，适用于比较不同定量的纸适用于比较不同定量的纸或纸板的抗张强

9、度或纸板的抗张强度 24bWbWFX00WFX5 . 1100X 抗张指数抗张指数 W0100g/m2F 抗张力，抗张力，N b01.0cmW试样定量，试样定量，g/m2 b1.5cmb 试样宽度试样宽度抗张指数能够准确地表达纸的本质强度 25 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。26 纤维间的结合力纤维间的结合力 纤维本身的强度纤维本身的强度 高速轮转印刷机高速轮转印刷机对卷筒纸的抗张强度要求较高对卷筒纸的抗张强度要求较高 强度不足，会出现强度不足，会出现断纸断纸故障；故障； 伸长率过大，会引起多色印刷的伸长率过大，会引起多色印刷的套色不准套色不准等故障等故障27 纸

10、或纸板抵抗纸或纸板抵抗往复折叠往复折叠的能力，的能力， 以折叠的次数表示以折叠的次数表示, ,即单位是即单位是双折次双折次。 分分纵向耐折度纵向耐折度和和横向耐折度横向耐折度：纵向耐折度：纵向耐折度横向耐折度。横向耐折度。 造纸纤维的长度、强度、柔韧性和纤维之间的结合力；造纸纤维的长度、强度、柔韧性和纤维之间的结合力；纸张的定量、厚度、紧度和含水量纸张的定量、厚度、紧度和含水量. .纤维的排列使其在纤维的排列使其在纵向的结合力较大纵向的结合力较大28 对于需热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。 常用的肖伯尔型、MIT型耐折度仪30(barstingstreng

11、th) （）（）指纸张在一定面积下，以匀速加压至破指纸张在一定面积下，以匀速加压至破 裂时所能承受的裂时所能承受的最大压力。最大压力。 是是抗张强度与伸长率抗张强度与伸长率的复合函数。的复合函数。 以液压力或气压力表示。以液压力或气压力表示。31 缪纶式耐破度仪缪纶式耐破度仪纸张纤维本身的强度；纸张纤维本身的强度；纤维的平均长度；纤维的平均长度；纤维间的结合力、纤维间的结合力、伸长率伸长率；空气相对湿度；空气相对湿度；纸张的含水量、纸张的含水量、施胶度施胶度 32334 4、影响撕裂度的因素：、影响撕裂度的因素：与纤维处理方式和纤维的长度有关；与纤维处理方式和纤维的长度有关； 打浆适度，撕裂度

12、提高；打浆适度，撕裂度提高； 打浆过度，撕裂度下降。打浆过度，撕裂度下降。 纤维的平均长度和纤维间的结纤维的平均长度和纤维间的结合力（合力（纸的类型纸的类型( (纤维状况纤维状况) )）；）； 纸张的松厚度纸张的松厚度 环境温湿度和纸张含水量；环境温湿度和纸张含水量； 纤维的排列方向纤维的排列方向 34撕裂度的测定：爱利门道夫撕裂度仪撕裂度的测定：爱利门道夫撕裂度仪35(stiffness)（）（）1、定义：定义：是纸张抵抗弯曲的性质，即刚性是纸张抵抗弯曲的性质，即刚性(Rigidily)(Rigidily)， 也间接表明其柔软性也间接表明其柔软性(softnness)(softnness)。

13、2、与纸张的流变性质有关与纸张的流变性质有关：弹性越好则挺度越高。：弹性越好则挺度越高。3、影响：影响：纸张的挺度对单张纸印刷中的纸张的挺度对单张纸印刷中的输纸和收纸输纸和收纸过过程影响较大程影响较大。36374-3 4-3 纸张的表面强度（）（）非涂料纸非涂料纸: :纸张内部纸张内部 表面纤维、填料、胶料之间的结表面纤维、填料、胶料之间的结合强度。合强度。涂涂 料料 纸纸: :纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的结合强度。结合强度。影影 响：响：印刷工艺要求纸张内部涂层粒子之间、涂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。

14、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（）：若表面强度不足，可能导致（）：a. a. 掉粉、掉毛；掉粉、掉毛；b. b. 糊版；糊版；c. c. 脏污；脏污；d. d. 剥纸。剥纸。38 （）（） 1 1、表面强度、表面强度(Surface Strength)(Surface Strength)：指纸张表指纸张表面纤维、胶料、填料间和纸张表面涂料粒面纤维、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示纸张在印刷过程中抵抵抗油墨分裂力抗油墨分裂力的能的能力，又称力，又称。39（1）造纸的原料及工艺

15、（主要因素）造纸的原料及工艺（主要因素）（2）印刷工艺）印刷工艺XPU+N 40按发生拉毛时是否有水的参与，把拉毛分为：按发生拉毛时是否有水的参与，把拉毛分为： 3、纸张表面强度与印刷的关系、纸张表面强度与印刷的关系 （1）拉毛）拉毛(picking) （）（）拉毛拉毛(picking) 是指在印刷过程中，当加于是指在印刷过程中，当加于纸张表纸张表面的外部张力面的外部张力大于大于纸张的内聚力纸张的内聚力时，纸时，纸张表面发生的肉眼可见的破裂现象。张表面发生的肉眼可见的破裂现象。 41干拉毛干拉毛(dry picking) 与水无关，与水无关，与纸张的耐水性无关。与纸张的耐水性无关。由于由于油墨

16、的分离力油墨的分离力大于大于纸张表面粒子的结合力纸张表面粒子的结合力而引起的。而引起的。在单色机和多色机上都可能发生干拉毛。在单色机和多色机上都可能发生干拉毛。 湿拉毛湿拉毛(wet picking) 在水的参与下发生的，在水的参与下发生的，与纸张的耐水性有关。与纸张的耐水性有关。大于大于再加上再加上发生的纸面起毛现象。发生的纸面起毛现象。在多色胶印中，在多色胶印中，润版液的水分润版液的水分作用使纸张的表面强度有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。所下降，是多色胶印中特有的拉毛现象。 42（3 3）拉毛对印刷的影响）拉毛对印刷的影响（）（）造成图文部分的污染造成图文部分的

17、污染 胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加 （2 2）影响拉毛的因素）影响拉毛的因素 油墨对纸张的粘着力油墨对纸张的粘着力 剥离张力剥离张力 印刷橡皮布的粘度及印刷版面对油墨的吸附力印刷橡皮布的粘度及印刷版面对油墨的吸附力43a a、造成图文部分的污染、造成图文部分的污染 白斑的产生：白斑的产生：纤维状白斑由纸面粒子剥落引起纤维状白斑由纸面粒子剥落引起 环形白斑：环形白斑：非纤维状白斑非纤维状白斑由细微的纸粉和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。通常版上，阻碍着墨，出现实

18、地上的环形白斑。通常在橡皮布上发生堆墨现象。在橡皮布上发生堆墨现象。44b b、胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加、胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加 剥落粒子随油墨附着于橡皮布上，阻碍油剥落粒子随油墨附着于橡皮布上，阻碍油墨转移引起堆墨；墨转移引起堆墨； 拉毛严重时，脱落的纤维甚至会从印版到拉毛严重时，脱落的纤维甚至会从印版到达墨辊，则需清洗墨辊。达墨辊，则需清洗墨辊。45指在印刷过程中纸张表面松散粒子的脱指在印刷过程中纸张表面松散粒子的脱 落现象。落现象。 a.所用造纸纤维原料的种类和制浆方法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纸张表面的纤维与纸张的结合状态不 良

19、或结合强度不高。良或结合强度不高。 46 是指纸张中与纸面结合较弱的粉状物质（一般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，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。从纸面上剥落下来的现象。 非涂布纸：非涂布纸： 涂涂 布布 纸：纸：填料量过高，或选择的填料粒度不填料量过高，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涂料中的胶粘剂选择不当或用量不足所致足所致 47c.糊版、硌版，使图像上的网点不饱满整齐，图文糊版、硌版，使图像上的网点不饱满整齐，图文出现残缺和各

20、种斑点。出现残缺和各种斑点。 掉粉、掉毛对印刷的影响掉粉、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；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。形成堆墨，使印品上的图像变得粗糙模糊。 48防止掉粉、掉毛现象发生的措施防止掉粉、掉毛现象发生的措施 a.a.降低油墨的粘度；降低油墨的粘度；b.b.控制和减小润版液的用量；控制和减小润版液的用量；c.减小印刷压力减小印刷压力d.减慢印刷速度减慢印刷速度 e.经常清洗橡皮布经常清洗橡皮布不得已时采用49与拉毛现象的区别：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。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。剥落的现