Механическая прочность и деформационные свойства бумаги. Полезная информация Сорбционная способность бумаги
Зайцев Данил
Данная работа посвещена описанию свойств бумаги. В ходе практических исследований были определены эти свойства.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Глава 2. Практическая часть
2.1. Описание опытов.
Цель: определять качество бумаги (цвет, гладкость, прочность, толщину) и свойства (впитывает воду, мнется, режется, горит и т. п.)
Оборудование и материал: разные виды бумаги, ножницы, спички, емкости с водой.
Проведём опыты с некоторыми видами бумаги и выясним, какая из них обладает лучшими характеристиками. Основные свойства бумаги - прочность, упругость, пластичность, светостойкость и т.д.
- Опыт №1 Гладкость. Я взял разные листы бумаги газетной, офсетной, пергаментной, фотобумаги и заметил, что она в основном гладкая. От гладкости зависит внешний вид бумаги.
Вывод: Гладкость важна для писчих видов бумаги, для печатных бумаг, а также при склейке бумаги.
Вывод: Бумага состоит из волокон, которые делают бумагу прочной.
Вывод: Бумага бывает разной структуры: плотная и тонкая. Просвечивание бумаги зависит от спрессованности волокон.
- Опыт №4 Пористость. На лист бумаги я капнул краски, она впиталась. Между волокнами есть поры.
Вывод: Бумага впитывает печатную краску благодаря её пористости.
Вывод: Бумага, сложенная «гармошкой становится более прочной. Принцип «гармошки» используется при изготовлении коробок.
- Опыт №6 Растяжимость. Беру лист мягкой бумаги (салфетки) и пробую растянуть её, бумага медленно чуть тянется.
Вывод: Бумага растягивается. Это свойство особенно важно для упаковочной бумаги.
- Опыт №7 Мягкость. Листок бумаги пробую смять в комочек, бумага легко поддается. Вывод: Бумага мягкая, мягкость зависит от ее плотности.
Вывод: Чем прочнее бумага до увлажнения, тем она меньше теряет свою форму после увлажнения.
- Опыт № 9 Горение. Пробую поджечь бумагу, она легко сгорает. От сгораемой бумаги остается пепел, зола.
Вывод: Бумага отличается высокой воспламеняемостью и очень хорошо горит.
Подведу итог нашим исследованиям: Я перечислил главные свойства бумаги. Их надо знать тем людям, кто изготавливает бумагу. На бумажных комбинатах делают бумагу разных видов. От её свойств - зависит качество.
2.2. Результаты исследования. Выводы.
В ходе проведённых опытов мы мяли бумагу, разрывали ее, тянули за края в разные стороны, разрезали, клали в миску с водой. Жгли бумагу. Разрезали бумагу ножницами.
Обобщили результаты экспериментирования и назвали различные свойства бумаги.
В результате механического воздействия мы увидели, что бумага:
Сминается;
Рвется;
Сгибается;
Скручивается;
Разрезается;
Горит;
Впитывает воду.
Заключение.
В результате проведенного исследования мы узнали историю возникновения бумаги. В ходе нашего исследования мы прочитали более 10 различных статей, рассказов на интересующую нас тему, искали нужную информацию в сети Интернет. Оказалось, что существует бумага для печати, крашеная бумага, бумага для письма, бумага впитывающая, картон.
Узнали, что существуют разные свойства бумаги: структурные и геометрические (масса, толщина, гладкость, мелование, пухлость, просвет, пористость), механические (механическая прочность, сопротивление излому, сопротивление продавливанию, растяжимость, мягкость, деформация при увлажнении), оптические (яркость, белизна, пожелтение, непрозрачность, глянец), химические (влагопрочность).
Мы учились наблюдать, обобщать полученные знания и делать выводы. Провели ряд интересных опытов для выявления свойств бумаги и узнали, что:
- Бумага мнется, при этом волокна, из которых она сделана, ломаются, поэтому первоначальный вид она впоследствии не принимает;
- Если бумагу намочить, то она деформируется;
- Для того, чтобы бумага покоробилась достаточно воды которая содержится в клее. (это свойство важно знать при выполнении аппликаций из бумаги);
- Бумага пластична;
- Бумага непрочный материал;
- Бумага выгорает.
В ходе нашего исследования были выполнены все поставленные задачи. В результате исследовательской работы мы пришли к выводу, что бумага – удивительный материал, один из самых доступных, с ним мы сталкиваемся ежедневно. Оглянувшись вокруг, выяснили, что книги, газеты, обои, различные упаковки – всё это бумага. Оказалось, что существует огромное количество видов бумаги. Выяснили, что, зная свойства бумаги, лист становится послушен рукам, и можно создать, используя такие виды работы с бумагой как, аппликация и бумагопластика, очень интересные композиции.
ЛИТЕРАТУРА
Алексин А. Г. , Алексеев С. П. «Что такое. Кто такой» Энциклопедия 3-е издание. М.: Педагогика, 1990г. т. 1. стр. 189-190
Бубнова Е. Новая энциклопедия школьника, М.: Махаон, 2003. – 383 с.: ил.
Геронимус Т.М., «Маленький мастер» учебник по трудовому обучению. 1 класс. М.:Аст-пресс школа, 2005г стр. 128
Даукевич В. « Как делают книгу» М.: Детская литература, 1987г. стр. 25
Зубков Б.В. «Книжка про книжку» М.: Малыш 1984 стр. 9-11
Зубков Б.В., Чумаков С.В. «Энциклопедический словарь юного техника» М.: Педагогика, 1980г. стр. 63-65
Кнунянц И.Л. Химическая энциклопедия: в 5 т.: т. – М.: Сов.Энциклопедия, 1988. – 623 с.: ил.
Ликум А. «Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей.» М.: Слово., 1993г. том1 стр. 200-204
Ликум А. « Скажи мне почему. Популярная энциклопедия для детей» М.: Дрофа, 1997г. том. 1 стр. 123-124
Мадгуик У., Керрод Д. «Книга знаний в вопросах и ответах» М.: Махаон 2003г. стр 70
Овчинникова О.О. Популярный энциклопедический иллюстрированный словарь.
Интернет-источники.
www.itype.ru
www.bestreferat.ru
www.poiygrat.net
www.chelny-bumaga.ucoz.ru
www.wikipedia.ord
Свойства бумаги определяют ее внешний вид, качество и предназначение. К ним относятся - структурные, геометрические, механические, оптические, химические, электрические и свойства, определяемые при помощи микроскопа.
К структурным и геометрическим свойствам бумаги относят такие параметры, как масса, толщина, гладкость, пухлость, просвет и пористость.
Механические свойства бумаги можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. В ходе основных технологических операций полиграфии бумага подвергается существенному деформированию бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу.
Основными показателями оптических свойств являются: белизна, светонепроницаемость, прозрачность (непрозрачность), лоск и цвет.
Химические свойства бумаги определяются в основном видом применяемой древесины, методом и степенью варки и отбелки, а также типом и количеством добавленных неволокнистых компонентов и имеют важное значение, поскольку определяют физические, электрические и оптические свойства.
Структурные и геометрические свойства. Согласно ГОСТ Р53636-2009 «Целлюлоза, бумага, картон. Термины и определения»
Масса или вес.
Масса (или вес) одного квадратного метра бумаги является наиболее распространенным показателем, так как большинство бумаг продают по массе 1м 2 . Массу бумаги чаще относят к единице площади, чем к единице объема (как это делают в отношении других материалов), - ведь бумагу используют в виде листа и площадь в данном случае играет более важную роль, чем объем. По принятой классификации масса 1м 2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250г. Бумаги с массой выше 250г/м 2 относятся к картонам.
Толщина
Толщина бумаги, измеряется в микронах (мкм), определяет как проходимость бумаги в печатной машине, так и потребительские свойства - в первую очередь прочностные - готового изделия.
Гладкость
Гладкость характеризует состояние поверхности бумаги, обусловленное механической отделкой, и определяет внешний вид бумаги - шероховатая бумага, как правило, на вид малопривлекательна. Гладкость важна для писчих видов бумаги, для печатных бумаг, а также при склейке бумаги.
Противоположной гладкости величиной является шероховатость, которая измеряется в микронах (мкм). Она напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. В технических спецификациях бумаги обязательно присутствует одна из двух этих величин.
Пухлость
Пухлость измеряется в кубических сантиметрах на грамм (см 3 /г). Пухлость печатных бумаг колеблется в среднем от 2см 3 /г (для рыхлых, пористых) до 0,73см 3 /г (для высокоплотных каландрированных бумаг). На практике это означает, что если брать более пухлую бумагу меньшего граммажа, то при равной непрозрачности в тонне бумаги будет больше листов.
Просвет
Просвет бумаги характеризует степень однородности ее структуры, то есть степень равномерности распределения в ней волокон. О просвете бумаги судят по наблюдению в проходящем свете. Бумага с сильно облачным просветом крайне неоднородна. Ее тонкие места являются и наименее прочными и легко пропускают воду, чернила, печатную краску. Из-за неравномерности восприятия бумагой печатной краски печать на облачной бумаге получается низкого качества.
Бумага с облачным просветом трудно окрашивается, образуется разнотоновая облачность. Интенсивнее окрашиваются толстые участки бумажного полотна и менее интенсивно-тонкие.
Пористость
Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску, и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористокапиллярным материалом; при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, - это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, - мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также пространства, образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например газетные, - макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,160,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску за счет рыхлой структуры, то есть сильно развитой внутренней поверхности.
Механические свойства
Механическая прочность.
Прочность бумаги на разрыв зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так, для более мягких типографских бумаг разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных эта величина возрастает уже до 3500 м и выше.
Сопротивление излому.
Показатель сопротивления излому зависит от длины волокон, из которых образована бумага, от их прочности, гибкости и от сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и крепко связанных между собой волокон.
Сопротивление продавливанию.
Большое значение этот показатель имеет для упаковочнооберточных бумаг. Он связан с показателями разрывного груза бумаги и удлинения ее при разрыве.
Растяжимость.
Удлинение бумаги до разрыва, или ее растяжимость, характеризует, способность бумаги растягиваться. Это свойство особенно важно для упаковочной бумаги, мешочной бумаги и картона, для производства штампованных изделий, для основы парафинированной бумаги, применяемой для автоматической завертки.
Мягкость.
Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 68%.
Линейная деформация при увлажнении.
Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его ширине и длине, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа, называется линейной деформацией при увлажнении. Значения деформации бумаги при намокании и остаточной деформации являются важными показателями для многих видов бумаги (для офсетной, диаграммной, картографической, для основы фотоподложки, для бумаги с водяными знаками). Высокие значения этих показателей приводят к несовмещению контуров красок при печати и, как следствие, к получению некачественной печати. Однако следует отметить, что в ГОСТ 12057-81 «Бумага и картон. Методы определения линейной деформации.» заложены очень жесткие условия испытаний (намокание калиброванной полоски бумаги в течение определенного времени), использование которых для большинства печатных видов бумаги нецелесообразно. Европейские нормы предполагают использование термина «влагорасширение», определяющего изменение линейных размеров полоски бумаги при изменении влажности воздуха от 30 до 80%. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв.
Оптические свойства
Оптическая яркость.
Оптическая яркость - это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях.
Белизна.
Истинная белизна бумаги связана с ее яркостью или абсолютной отражательной способностью, то есть с визуальной эффективностью. Белизна базируется на измерении отражения света белыми или почти белыми бумагами с одной длиной волны (ГОСТ 30113-94 «Бумага и картон. Метод определения белизны.» предусматривает 457 миллимикрон, то есть в видимом спектре) и определяется как отношение количеств упавшего и распределенно отраженного света (%).
Пожелтение.
Пожелтение бумаги - это термин, которым условно называют снижение ее белизны от воздействия световых лучей или повышенной температуры. От светового разрушения бумага может быть защищена хранением ее в помещении без окон или с такими окнами, которые закрыты плотными шторами.
Светонепроницаемость, или непрозрачность.
Светонепроницаемость - это способность бумаги пропускать лучи света. Свойство непрозрачности бумаги определяется общим количеством пропускаемого света (рассеянного и нерассеянного). Непрозрачность обычно определяется степенью проникновения изображения в испытываемый материал, помещенный прямо напротив рассматриваемого предмета.
Чаще применяется термин «непрозрачность бумаги» - отношение количества света, отраженного от листа, лежащего на черной подложке к свету, отраженному светонепроницаемой стопой этой бумаги.
Прозрачность
Прозрачность определенным образом связана с непрозрачностью, но отличается от нее тем, что определяется количеством света, который проходит без рассеивания. Коэффициент прозрачности является лучшей оценкой высокопрозрачных материалов (калек), тогда как измерение непрозрачности более пригодно для относительно непрозрачных бумаг.
Лоск или глянец.
Лоск (глянец) является свойством бумаги, выражающим степень лощености, глянца или способности поверхности отражать падающий на нее свет. Этот показатель можно рассматривать как свойство поверхности бумаги отражать свет под данным углом. Таким образом, лоск (глянец) можно охарактеризовать как отношение количества света, отраженного в зеркальном направлении, к количеству упавшего света.
Химические свойства.
Влагопрочность.
О влагопрочности бумаги судят по степени сохранения ею во влажном состоянии первоначальной своей прочности, то есть по той прочности, которую она имела до увлажнения, находясь в воздушносухом состоянии.
Влажность.
Зольность.
Зольность бумаги зависит от количественного содержания наполнителей в ее композиции. Бумага высокой прочности должна иметь низкое содержание золы, поскольку минеральные вещества уменьшают прочность бумаги.
Качество бумаги и картона характеризуется потребительскими свойствами, показатели которых регламентируются стандартами. Важнейшими из этих свойств являются состав по виду волокнистых полуфабрикатов, масса 1 м 2 , толщина, плотность, гладкость, степень проклейки, зольность, белизна и сорность. Бумага и картон также характеризуются прочностью на разрыв, линейной деформацией при увлажнении и высыхании, прозрачностью, воздухопроницаемостью и другими свойствами.
Состав волокон бумаги. По виду волокнистых полуфабрикатов во многом определяет назначение бумаги в соответствии с приобретенными свойствами. Изменяя композицию (рецептурный состав волокнистых полуфабрикатов) бумаги и картона, им придают заданные свойства. Состав видов волокнистых полуфабрикатов указывают в процентах. Знания направления волокон бумаги также имеют значение при проверке ее качества, хранении, выработке изделий из бумаги. Направление бумаги определяют следующими способами: по внешним признакам, по двум полоскам бумаги, по кругу бумаги, по деформации краев листа при увлажнении, по разрушающему усилию.
Масса 1 м 2 бумаги в основном зависит от видов волокнистых полуфабрикатов, использованных для ее изготовления. Бумага, изготовленная на основе древесной массы, значительно тяжелее бумаги, содержащей целлюлозу или тряпичную полумассу. Этот показатель также характеризует плотность и пористость бумаги. В свою очередь пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску, и вполне может служить характеристикой структуры бумаги.
Определение размеров и косины листа. Косина листа - отклонение формы листа бумаги от прямоугольной. Метод расчета основан на измерении длин диагоналей листа и вычислении косины с учетом разности длин диагоналей. Длину диагоналей листа бумаги (картона) измеряют металлической линейкой или металлической рулеткой. Результат измерения представляют целым числом. Абсолютную косину листа бумаги (картона) К абс в мм. вычисляют по формуле
Кабс = c - d, (1.3.1)
где с и d -- длины диагоналей листа, мм.
Относительную косину листа бумаги (картона) К отн определяют как отношение абсолютной косины к длине большей стороны листа
К отн = К абс / а, (1.3.2)
где а -- длина большей стороны листа, мм.
Степень проклейки имеет важное значение для бумаги, предназначенной для письма, черчения и рисования. Она зависит от количества внесенных в бумажную массу или нанесенных на поверхность бумаги вида и количества проклеивающих веществ. Выражают степень проклейки бумаги максимальной шириной штриха в миллиметрах, при нанесении которого водные красящие составы (чернила, тушь, акварельные краски) не расплываются и не проходят на обратную (сеточную) сторону бумаги. Степень проклейки картона выражают процентным содержанием проклеивающих веществ.
Белизна характеризует оптические свойства бумаги, ее способность диффузно отражать световой поток в коротковолновой части спектра. Она выражается в процентах по отношению к эталону белизны (серно-кислый барий) и зависит от вида использованных волокнистых полуфабрикатов, качества их отбеливания или подцветки. Чем выше белизна, тем легче читать текст, чертежи и графики.
Гладкость характеризуется рельефом поверхности бумаги и зависит от однородности бумажной массы и обработки бумаги на стадии отделки. Гладкость выражается в секундах, в течение которых определенный объем воздуха проходит между бумагой и стеклянной пластинкой при постоянных давлении на бумагу и разряжении, создаваемых вакуум-аппаратом. Так, гладкость писчих бумаг равна 100--150 с, мелованных - 400--600 с. Чем выше гладкость, тем ровнее ложатся на бумагу чернила, пасты, краски и печать.
Толщина бумаги, измеряется в микронах (мкм), определяет как проходимость бумаги в печатной машине, так и потребительские свойства -- в первую очередь прочностные -- готового изделия. При измерении толщины вычисляют еще два важных показателя: плотность и удельный объем бумаги. Все показатели нормируются согласно ГОСТам по каждому виду бумаги и влияют на потребительские свойства конечного продукта.
Пухлость бумаги. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с непрозрачностью: то есть чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в кубических сантиметрах на грамм (см 3 /г). Пухлость печатных бумаг колеблется в среднем от 2 см 3 /г (для рыхлых, пористых) до 0,73 см 3 /г (для высокоплотных каландрированных бумаг). На практике это означает, что если брать более пухлую бумагу меньшего граммажа, то при равной непрозрачности в тонне бумаги будет больше листов.
Сорность - характеризует качество бумаги. Для определения сорности используются шаблоны для вырезания образцов размером 250Ч250 мм. Шаблон изготовлен из прозрачной бесцветной пленки с нанесенными на ней черными фигурами различной конфигурации. Схематичное изображение конфигурации соринок
Среднюю сорность выражают средним количеством соринок на обеих сторонах всех испытуемых образцов в пересчете на 1 м 2 поверхности бумаги или картона и считают по формуле
Y = c Ч 8 / n, (1.3.3)
где с - суммарное количество соринок с двух сторон,
n - количество испытанных образцов.
Прочность на разрыв. Она зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так, для более мягких типографских бумаг разрывная длина составляет не менее 250 мм, а для жестких офсетных эта величина возрастает уже до 350 мм и выше.
Прочность на излом - характеризует жесткость бумаги. Сущность метода заключается в определении числа двойных перегибов, выдерживаемых полоской бумаги, находящейся под натяжением, при изгибе попеременно в одну и другую стороны на определенный угол до ее разрушения. Прочности на излом при многократных перегибах определяется на приборах Шоппера, Ломаржи, Келер-Молина. Норма для рисовальной бумаги - 40-50, для чертежной - 15-50, чертежной прозрачной - 900 -1500.
102 103 104 105 106 107 108 109 ..Механическая прочность и деформационные свойства бумаги
Механическая прочность - одно из основных и важных свойств большинства видов бумаги. Повышенные требования механической прочности предъявляются к таким видам бумаги, как м,ешочная, шпагатная, оберточная и т. п., что объясняется потребительскими условиями использования подобного рода бумаги. Это, однако, не значит, что к другим видам бумаги, например к газетной, не следует предъявлять требований к показателям механической прочности. Стандарт предусматривает к для этого вида бумаги конкретные требования. Они определяются возможностью выработки на современных быстроходных бумагоделательных машинах газетной бумаги без обрывов с последующим успешным пропуском ее через быстроходные перемотно-резательные станки и типографские ротационные машины.
Прочность бумаги в зависимости от природы воздействующей на бумагу силы выражают различными показателями,
характеризующими сопротивления бумаги разрыву, излому, продавливанию, надрыву, ударной нагрузке и пр. Все эти показатели отображают величину тех соответствующих показателей, которые приводят к нарушению целостности и необратимому изменению структуры бумаги.
Нередко более правильно оценку свойств бумаги в условиях практического применения можно получить, пользуясь показателями деформационных свойств бумаги, проявляющихся в условиях сохранения целостности бумаги, когда изменяются только (обратимо или необратимо) форма и размеры используемого образца без его разрушения. Таким деформационным показателем бумаги является удлинение ее до разрыва (растяжимость). В потребительских условиях бумага обычно подвергается меньшей по величине нагрузке, чем величина ее разрывного груза. Поэтому характеристика поведения бумаги до разрыва часто является более важной, чем фиксация абсолютной величины ее сопротивления разрыву.
Число переменных факторов, оказывающих влияние на прочность бумаги, весьма велико. К ним относят: прочность и длину исходных волокон, степень и характер переплетения волокон между собой, степень фибриллирования или изменения внешней поверхности волокон, степень уплотнения бумаги, равномерность ее отлива, наличие в бумаге веществ неволокнистого характера, которые способствуют либо увеличению, либо уменьшению прочности бумаги. К переменным факторам, влияющим на прочность бумаги, относят также: гибкость и эластичность исходных волокон; наличие или отсутствие в бумаге целлюлозной слизи, гидрофильных добавок, вводимых в бумажную массу при ее размоле, и многие другие факторы, связанные либо со свойствами волокон, используемых для изготовления бумаги, либо с технологическими процессами производства бумаги.
Для упрощения вопроса и облегчения анализа влияния отдельных переменных факторов в данном случае условно под исходным волокнистым материалом или, вернее, полуфабрикатом, подразумевают волокнистую массу, поступающую на бумажную фабрику. При таком условном определении.из рассмотрения исключаются все переменные факторы, влияющие на прочность бумаги и действующие в полуфабрикатных цехах: режим варки, отбелки, дефибрирования и пр.
В действительности каждый из этих факторов, в свою очередь, определяется комплексом многочисленных переменных факторов. Например, в зависимости от продолжительности процесса варки целлюлозы, от крепости варочной кислоты и ее состава, температурного режима получается та или иная прочность целлюлозы и, следовательно, прочность бумаги, изготовленной из этой целлюлозы.
Хотя принятое нами ограничение числа переменных факторов, оказывающих влияние на прочность бумаги, в значительной степени упрощает рассмотрение вопроса о прочности
бумаги, тем не менее и в пределах бумажной фабрики, даже в пределах только бумагоделательной машины действует большое число факторов, оказывающих влияние на прочность бумажного полотна (отношение величины скорости массы, поступающей на машину, к скорости сетки, режим работы тря-сочного механизма сетки, величина удельного давления при прессовании и каландрировании бумаги, степень натяжения бумажного полотна в отдельных секциях машины, температурный режим сушки, степень натяжения сушильных сукон и др.).
Не вдаваясь на данной стадии рассмотрения вопроса в детальное изучение влияния каждого из указанных переменных факторов в отдельности, можно утверждать, что прочность бумаги прежде всего зависит: 1) от сил сцепления волокон между собой в готовой бумаге и площади поверхности, на которой действуют эти силы; 2) от прочности самих волокон, их гибкости и размеров; 3) от расположения волокон в бумаге, т. е. от их ориентации, плотности укладки и пр.
Все другие многочисленные факторы, оказывающие влияние на прочность готовой бумаги, в конечном счете проявляют свое действие через указанные основные факторы. Например, отношение скорости массы, поступающей на сетку, к скорости сетки или режим работы трясочного механизма бумагоделательной машины влияют на расположение волокон в бумаге и именно через этот фактор - на прочность бумаги. Величина удельного давления при прессовании в каландрировании бумаги сказывается как на взаимном расположении волокон, так и на величине сил сцепления их между собой. Изменение степени натяжения бумажного полотна в отдельных секциях машины или степени натяжения сушильных сукон, а также введение в бумажную массу гидрофильных добавок приводит к изменению величины сил сцепления между волокнами. Все это дает основание считать приведенные выше факторы основными, от которых в первую очередь зависит прочность бумаги.
Показатели прочности бумаги (сопротивление разрыву, излому, раздиранию и др.) в разной степени зависят от факторов, на Них влияющих. Например, сопротивление бумаги разрыву в большей степени зависит от сил сцепления между волокнами и прочности самих волокон, чем от их длины. Это может быть подтверждено хотя бы тем, что волокна хвойной и лиственной целлюлозы при разной их длине позволяют получить образцы бумаги с примерно одинаковым сопротивлением разрыву. Сопротивление бумаги излому больше зависит от длины волокон, их гибкости и прочности, нежели от сил связи между ними. На показатель сопротивления бумаги раздиранию в более значительной степени влияет длина и прочность составляющих бумагу волокон, чем величина сил связи между этими волокнами.
Правильный выбор бумаги по её свойствам позволяет получить необходимое качество конкретной полиграфической продукции.
Первым показателем является масса одного квадратного метра (г/м2). По принятой классификации масса 1 м2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250 грамм. Бумаги с массой выше 250 г/м2 относятся к картонам.
Показатели качества бумаги, определяющие её печатные свойства могут быть объединены в следующие группы:
Геометрические: гладкость, толщина и масса 1 м2, плотность и пористость;
Оптические: оптическая яркость, непрозрачность, глянец;
Механические (прочностные и деформационные): прочность поверхности к выщипыванию, разрывная длина или прочность на разрыв, прочность на излом, сопротивление раздиранию, сопротивление расслаиванию, жесткость, упругость при сжатии и т.д.
Сорбционные: влагопрочность, гидрофобность, способность впитывать растворители печатных красок.
Все эти показатели имеют тесную зависимость друг от друга. Степень их влияния на оценку печатных свойств бумаги различна для различных способов печати.
Бумагу часто классифицируют по степени отделки поверхности. Это может быть бумага без отделки - матовая, бумага машинной гладкости и глазированная (иначе каландрированная) бумага, которую дополнительно обрабатывали в суперкаландрах для придания ей высокой плотности и гладкости.
Геометрические свойства бумаги
Гладкость бумаги, то есть микрорельеф, микрогеометрия ее поверхности определяет "разрешающую способность" бумаги: ее способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем больше полнота контакта между ее поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании, тем выше качество изображения. Гладкость бумаги определяется в секундах с помощью пневматических приборов или с помощью профилограмм, дающих наглядное представление о характере поверхности бумаги. Различные способы печати предъявляют к бумаге различные требования по гладкости. Так каландрированная типографская бумага должна иметь гладкость от 100 до 250 сек., а офсетная бумага той же степени отделки может иметь гладкость гораздо ниже - 80-150 сек. Бумага для глубокой печати отличается повышенной гладкостью, которая составляет от 300 до 700 сек. Газетная бумага не может быть гладкой в силу высокой пористости. Существенно улучшает гладкость поверхности нанесение любого покровного слоя - будь то поверхностная проклейка, пигментирование, легкое или простое мелование, которое, в свою очередь может быть различным: односторонним и двухсторонним, однократным и многократным и т.д.
Поверхностная проклейка - это нанесение на поверхность бумаги тонкого слоя проклеивающих веществ (масса покрытия составляет до 6 г/м2 с целью обеспечения высокой прочности поверхности бумаги, предохраняющей ее от выщипывания отдельных волокон липкими красками, а также для уменьшения деформации бумаги при увлажнении для обеспечения точного совпадения красок в процессе многокрасочной печати. Особенно это важно для офсетной и литографской печати, когда бумага подвергается увлажнению водой в процессе печати.
Пигментирование и мелование бумаги отличаются только массой наносимого покрытия. Так считается, что масса покровного слоя в пигментированных бумагах не превышает 14 г/м2, а в мелованных бумагах достигает 40 г/м2. Меловой слой отличается высокой степенью белизны и гладкости. Высокая гладкость - одна из наиболее важных характеристик мелованных бумаг. Их гладкость достигает 1000 сек. и более, а высота рельефа не превышает 1 мкм. Показатель гладкости не только обеспечивает оптимальное взаимодействие бумаги и краски, но и улучшает оптические свойства поверхности, воспринимающей красочное изображение. Высокая гладкость мелованной бумаги позволяет вести печать с хорошей пропечаткой при малых толщинах красочного слоя.
Обратной величиной гладкости является шероховатость, которая измеряется в микрометрах. Она напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. Как правило, в технических спецификациях бумаги указывают одну из двух этих величин.
Важной геометрической характеристикой бумаги, наряду с толщиной и массой 1 м2, является пухлость. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с такой оптической характеристикой, как непрозрачность. То есть, чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в см3/г. Пухлость печатных бумаг колеблется, в среднем, от 2 см3/г (для рыхлых, пористых) до 0,73 см3/г (для высокоплотных каландрированных бумаг).
{В практическом приложении это означает, что, если брать более пухлую бумагу меньшего граммажа, то при равной непрозрачности, в тонне бумаги будет больше листов}
Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, - это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, - мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например, газетная - макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16-0,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильноразвитой внутренней поверхности.
Мелованные бумаги относятся к микропористым, иначе капиллярным бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм. Остальные бумаги занимают промежуточное положение.
{Фактически, это означает, что при печати на офсетной бумаге в поры проникают как растворители, содержащиеся в краске, так и красящие пигменты. Таким образом, концентрация пигмента на поверхности невелика и невозможно добиться насыщенных цветов. При печати же на мелованной бумаге, диаметр пор мелованного слоя настолько мал, что в поры впитываются только растворители, в то время, как частицы пигмента остаются на поверхности бумаги. Поэтому изображение получается очень насыщенное.}
Оптические свойства бумаги
Особое место в структуре печатных свойств бумаги занимают оптические свойства, то есть белизна, непрозрачность, лоск(глянец).
Оптическая яркость - это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Высокая оптическая яркость для печатных бумаг весьма желательна, так как четкость, удобочитаемость издания зависит от контрастности запечатанных и пробельных участков оттиска.
При многокрасочной печати, цветовая точность изображения, ее соответствие оригиналу возможны только при печатании на достаточно белой бумаге. Для повышения оптической яркости в дорогие высококачественные бумаги добавляют так называемые оптические отбеливатели - люминофоры, а также синие и фиолетовые красители, устраняющие желтоватый оттенок, присущий целлюлозным волокнам. Этот технологический прием называют подцветкой. Так, мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют оптическую яркость не менее 76%, а с оптическим отбеливателем - не менее 84%. Печатные бумаги с содержанием древесной массы должны иметь оптическую яркость не менее 72%, а вот может быть недостаточно белой. Её оптическая яркость составляет в среднем 65%.
Еще одним важным практическим свойством печатной бумаги является ее непрозрачность. Особенно важна непрозрачность при двухсторонней печати. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материлов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.
К оптическим свойствам бумаги относится также ее лоск или глянец. Лоск, или глянец, - это результат зеркального отражения поверхностью бумаги падающего на нее света. Естественно, это тесно связано с микрогеометрией поверхности, то есть с гладкостью бумаги. Обычно с повышением гладкости лоск тоже увеличивается. Однако, эта связь неоднозначна. Следует помнить, что гладкость определяется механическим способом, а лоск - это оптическая характеристика. Глянец глазированной бумаги может составлять 75-80%, а матовой - до 30%.
Большинство потребителей печатной продукции отдает предпочтение глянцевым бумагам, однако глянец нужен в изданиях далеко не всегда. Так, при воспроизведении текста или штриховых иллюстраций применяют бумагу с минимальным глянцем, например, бумагу машинной гладкости. А различные проспекты, этикетки, репродукции с картин прекрасно получаются на бумаге с высоким глянцем.
Механические свойства бумаги
Следующая группа печатных свойств - это механические свойства бумаги, которые можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются сущетвенным деформированием бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное (бесперебойное) течение технологических процессов печатания и последующей обработки печатной продукции. Так, при печатании высоким способом с жестких форм при больших давлениях бумага должна быть мягкой, то есть легко сжиматься, выравниваться под давлением, обеспечивая наиболее полный конакт с печатной формой.
Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми, чтобы после снятия нагрузки, бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае, на оттиске видны следы оборотного рельефа, свидетельствующие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. Если же бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, наоборот, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.
Для офсетной печати на высокоскоростных ротационных машинах очень важными являются прочностные характеристики бумаги, а именно: прочность на разрыв, излом, стойкость к выщипыванию, влогопрочность. Прочность бумаги зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так для более мягких типографских бумаг, разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных, эта величина возрастает уже до 3500 м и более.
Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, так как по условиям технологии печатного процесса, они соприкасаются увлажненными поверхностями. Бумага - материал гигроскопичный. При увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются, главным образом по диаметру; бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи.
Для повышения влагостойкости бумаги в состав бумажной массы при изготовлении добавляют гидрофобные вещества (эта операция называется проклейкой в массе) или же проклеивающие вещества наносятся на поверхность уже готовой бумаги (поверхностная проклейка). Высоко проклеиваются офсетные бумаги и особенно те из них, которые при использовании подвергаются резким изменениям климатических условий или запечатываются во много краскопрогонов, например, картографические бумаги.
Сорбционные свойства бумаги
Наконец, мы вплотную подошли к одному из важнейших свойств печатной бумаги - ее впитывающей способности. Правильная оценка впитывающей способности означает выполнение условий своевременного и полного закрепления краски и, как результат - получение качественного оттиска.
Впитывающая способность бумаги, в первую очередь зависит от ее структуры, так как процессы взаимодействия бумаги с печатной краской принципиально различны. Прежде чем говорить об особенностях этого взаимодействия в тех или иных случаях, необходимо еще раз вспомнить основные типы структур современных печатных бумаг. Если изобразить структуры бумаги в виде шкалы, то на одном из ее концов разместятся макропористые бумаги, состоящие целиком из древесной массы, например, газетные. Другой конец шкалы, соответственно, займут чистоцеллюлозные микропористые бумаги, например, мелованные. Немного левее расположатся чистоцеллюлозные немелованные бумаги, тоже микропористые. А все остальные займут оставшийся промежуток.
Макропористые бумаги хорошо воспринимают краску, впитывая ее как единое целое. Краски здесь маловязкие. Жидкая краска быстро заполняет крупные поры, впитываясь на достаточно большую глубину. Причем чрезмерное ее впитывание может даже вызвать "пробивание" оттиска, то есть изображение становится видным с обороной стороны листа. Повышенная макропористость бумаги нежелательна, например, при иллюстрационной печати, когда чрезмерная впитываемость приводит к потере насыщенности и глянцевитости краски. Для микропористых (каппилярных) бумаг характерен механизм так называемого "избирательного впитывания", когда под действием сил капиллярного давления в микропоры поверхностного слоя бумаги впитывается, преимущественно, маловязкий компонент краски (растворитель), а пигмент и пленкообразователь остаются на поверхности бумаги. Именно это и требуется для получения четкого изображения. Так как механизм взаимодействия бумага-краска в этих случаях различен, для мелованных и немелованных бумаг готовят различные краски.
