纸张结构与印刷性质

0.纤维定量：将纤维单根排列所形成的纸页的定量，即一层纤维形成的纸的定量。

Bf=纤维粗度（mg/m）/纤维宽度（μm）*1000覆盖层：一定面积纸页上的纤维根数。

平均覆盖层：纸平面上任意一点的纤维平均数。

C=b/βf （b：纸的定量）相对键接面积：总键接面积对可用于键接的总面积之比，一般通过紧度和光散射系数来反映。

RBA=So-S/So(So:推算出的未键接的网状结构的光散射系数值。

S：纸页的光散射系数值。

纤维的定向排列指的是纸页结构中的各向异性。

各向异性形成原因：浆流中每个质点的流速不可能完全一致，因此，纤维上每个质点受到流速的作用力就不一样，这种作用力的差异使纤维受到力矩的作用，力矩作用使纤维顺浆流方向流动，也就是说，只有纤维的横断面上纤维受到的力矩最小。

影响纤维定向排列的因素：①纤维性质的影响（长度、挺度、浆浓）长纤维比短纤维更易于定向，浆浓较大，各向异性较弱。

②网部的层流剪切（速差）：浆网速差大，定向程度高。

③浆流喷射。

④湍动：适当湍动可以降低纤维排列的各向异性。

1.纤维定向排列对纸张的性能有何影响，如何降低纤维的定向排列？答：纤维的定向排列是机制纸的一个显著特点。

指纸页结构中的各向异性。

它直接影响纸的平面机械性能和尺寸稳定性。

通常用纤维定向排列指数和定向排列角来描述。

定向排列指数小，纸张在各方向上的性质相似，抗张强度或其他机械性能的纵横比较小，是有利的；纸水分变化时，偏离纸机方向的定向排列角导致纸张尺寸稳定性不好。

纤维在纸页厚度方向排列的变化，即纸页表面和中间层之间排列不同影响弯曲的挺度，两表面之间排列不同，会导致卷曲。

降低纤维定向排列的方法有：①调节浆网速差到合适值②纤维的流动和成形条件的改善（流浆箱角度、唇板开度、着网点位置等），产生高强微湍流，可以防止纤维絮聚，提高纸张匀度，降低纤维排列的各向异性③改善干燥方式，在保证纸张干度要求下，升温尽量缓慢和均匀，防止不均匀干燥造成纸幅收缩导致横向纸幅纤维定向排列角变化。

2.分析纸张产生两面差的原因，总结减轻纸页两面差的措施。

答：原因①浆网速差—网面速差大，致使网面纵向排列的纤维比正面多，产生两面差②正面细小纤维的留着率高于网面③细小纤维表面积大，对染料有较大亲和力④纸浆配比—纤维长度均匀的纸浆，抄成纸张的两面差小⑤施胶剂正反面留着率不同⑥颜料正反面留着率不同⑦在网部以后的压榨、干燥、施胶和压光等工序也会有出现两面差的可能性措施：①采用夹网成形—双网两面成形②在长网纸机上增设叠网—使纸页正面也进行适当脱水③采用助留剂—尽可能增加填料和细小纤维在反面的保留，减少流失④合理使用压榨和压光方法⑤进行表面施胶或涂布（双面）3.影响纸页结构的因素有哪些？是怎样影响的？答：主要有：纤维的材料和制浆方法、打浆、浆料流送、纸页的压榨、干燥、抄造过程的牵引力①纤维的材种和制浆方法：不同的材种，纤维的性质不同，会影响湿纸页在抄造过程中的成形和固化。

不同的制浆方法使纸浆主要成分及其纤维形态不同，从而影响纤维之间的结合，使纸页结构不同。

②打浆可以改变纤维和纤维细胞壁结构从而影响纸页结构。

打浆可以使纤维内部和外部细纤维化，从而增大相对键接面积，利于细纤维的汇聚。

同时，打浆过程产生的细小纤维使纤维的比表面积增大，成纸结构紧密，紧度高。

当然，打浆程度要适宜。

③纸浆的流送过程也会对纸页的结构产生影响。

好的浆料流送系统会使得上网浆料悬浮液中的纤维均匀分布，减少纤维定向排列，使得成纸结构良好。

④纸页压榨增加纤维间的接触，从而增加纤维间的键接面积，促使键接作用，使纸页网状结构更加紧密，提高受纤维结合力所影响的各项强度性能，当然，由压榨造成的紧度和强度性能的增加，必须是纤维被水所饱和的。

⑤牵引力也会影响纸页结构，牵引力太小，使生产的纸起皱，如果太大，会造成纸页性能恶化，甚至造成断头，此外，牵引力也可以改善纸页纵向的性能。

⑥在干燥过程中，如缓慢升温，则湿纸页中的水分蒸发较慢更有利于纸页在干燥过程中的收缩，从而，成纸结构紧密，强度高，透明度高；干燥过程中由于牵引力，干毯的压紧程度不同，造成纸张厚度和平面产生不均一的收缩，从而影响纸页的结构。

4.在长网纸机抄造纸张的过程中，影响定量波动的因素有哪些？如何降低定量波动的范围？答：纸张定量波动分为两种情况：(1)纵向波动—沿纸机运行方向的定量波动 (2)横向波动—纸张横幅方向的定量波动影响纵向定量波动的因素：①成浆浓度波动（原浆浓度、损纸浆浓度和数量、搅拌）②网部上浆量的波动（锥形除渣器排渣口堵塞、旋翼筛定时自动间断排渣、白水循环量的波动）③填料加入量的波动④纸机车速的变化影响横向定量波动的因素：①流浆箱内沿全幅各点的纸料的流速不均匀（流浆箱的结构和加工精度）②纸料在上网时沿全幅各点的喷浆量不均（堰唇有缺陷，如加工不良、光滑不够或不清洁）③流浆箱整流不佳，使纸料出堰口时速度分布不均或存在横流及较大的涡流④成形板，案板面不平或安装不平，在板面低的部位形成湿浆层后，定量大⑤聚酯网本身质量运行中的故障，出现凸出或凹下的网条痕。

措施：用适当的检测与自动调节装置，如纸浆浓度和纸料配比调节器、浆位指示器和调节器、纸机上浆量调节器、纸幅定量水分调节器等。

5.纸张抄造过程中，纸页的实际成形机理是什么？这些机理如何影响纸页的匀度？答：纸页的实际成形机理：流体动力学滤波、絮聚、剪切流、湍动。

纸页成形和脱水过程中，流体动力学的作用能够自动改善匀度，纤维絮聚是导致匀度差的主要原因，规模小强度大的微湍动可以产生强有力的剪切力而有效地破坏纤维的絮聚，改善纸页成形的匀度。

对于所有成形器来说，如果浆网速差太大，导致浆料和网之间产生的剪切力太大，会破坏已经形成的纤维层，匀度会变差。

6.已知某纸张定量为70g/m2，采用抗张强度试验仪测定其平均抗张力为45N。

（备注：测试式样宽度为15mm），求：a 抗张强度 b抗张指数 c 裂断长解：抗张强度S=F/lw=45/15=3KN/M 抗张指数X=S/G=3000/70=42.86N·m/g 裂断长L=102F/lwG=4371.4m7.根据所学知识，分析纸张为什么会具备一定的强度？纸张强度大小取决于哪些因素？这些因素是如何影响强度的？答：纸的强度是由纤维相互间结合力，纤维自身的强度，纸中纤维的分布和排列等构成的。

自身具有一定强度的纤维，借助纤维间的氢键结合力及机械交织力，在一定排列条件下。

使成纸具有一定强度。

8.纸张的吸收性能如何影响纸张的变形性能？纸张吸水变形明显对印刷质量会产生什么不良影响。

从造纸工艺和印刷工艺两方面阐述解决措施。

答：（1）①纸张伸缩率的变化。

吸收水分时伸长，水分含量降低时收缩。

②纸张尺寸变化总是横向大于纵向，一般大于纵向的2倍。

放湿过程中的尺寸变化小于吸湿过程中的尺寸变化，润湿后在干燥，收缩率降低。

（2）①纸页两面水分不一致或两面水分一致，但两面膨胀程度不一致，导致卷曲②纸页四周与中间水分不一致，导致荷叶边或紧边。

③纸页局部水分不一致，导致翘曲或起皱。

④纸页吸水变形明显，使纸页尺寸稳定性差，导致印刷走样，印刷褶皱等问题，降低印刷质量。

（3）造纸工艺：①提高纤维抗水性（施胶、涂布）②提高纸张孔隙率（游离状打浆、降低打浆度、加填）③提高纸张匀度。

印刷工艺：①纸的养生—将纸长时间放在准备用于印刷或其他目的的房间的大气中，以消除环境变化对纸张产生的不良影响。

②纸的润湿—印刷前将纸张吊晾在调湿室，经一段时间使纸张达到或接近温度，湿度下的平衡水分，使整个纸幅水分均匀一致，消除局部吸湿或脱湿现象，同时降低对环境温、湿度变化的敏感程度。

③纸张纵横向的选择—因纵向伸缩率小于横向，原则上纵向作长边能减轻套印不准的程度。

9.应力应变图（1）特点：①在应力增加的初始阶段，应力-应变曲线为一条直线，此时纸页具有弹性②随着应力不断增加应力-应变曲线由直线变为曲线，此时纸页具有黏性③应力继续增加，应力-应变曲线的斜率逐渐减小，并稳定在一个固定值上，应力-应变曲线又变为直线，直至纸张断裂。

（2）纸页的流变性表现在蠕变和应力松弛.蠕变:材料在恒定载荷作用下，变形随时间增大的过程（在纸张上加一定载荷，纸张的伸长随着时间的变化称为蠕变现象）eg:对纸张施加不同大小的作用力，其断裂时间不同。

应力松弛：纸张在恒定应变下，应力随着时间的变化而减小至某个有限值。

eg：长期卷成纸卷的纸展开之后，仍然是弯曲的。

（3）S1：纸张受到一定的应力作用，当应力释放时，变形发生恢复，可恢复的部分S1称为一次蠕变。

S2：不可恢复的部分S2称为二次蠕变。

伸长率：纸样断裂时伸长的长度与试样原长度之比的百分数。

10.蠕变对纸张的强度性能带来的影响。

（1）蠕变性造成的应力松弛，可以提高纸张耐冲击载荷的能力。

（2）蠕变的延迟变形过程提高纸张抵抗外力的能力。

（3）蠕变性可以增加纤维被拉出网络所需要的功，所以有利于提高撕裂度。

（4）纸张的蠕变可以增大纸张的挠性，从而有利于提高耐折度。

（5）蠕变性大，纸张的伸长率较高，从而有利于提高纸的耐破度。

11.什么是纸张的尺寸稳定性：纸张的尺寸稳定性是指纸张水分变化时纸张的尺寸（形状）发生变化的情况，以纸张水分变化前后的尺寸变化量随纸张原来尺寸的百分率表示。

12.纸张损伤变量用什么表征？实验室如何测得？答：（1）以纤维角质化指数表征纤维的损伤变量。

纤维损伤变量Dh=1-WRV1/WRVo （WRV1纤维回用损伤前的保水值、WRVo纤维回用损伤后的保水值）在实验室测保水值即可（2）以纤维结合面积的变化表征纸张的损伤变量。

纸张损伤Ds=S/So (S 成纸后的未结合的纤维面积 So 成纸时能够结合的有效纤维面积) 在实验室测光散射系数，由光散射系数即可算出结合面积。

13.纸张的变形的组成：（1）在纸的结构中，纤维素的分子及单根纤维之间的距离发生变化为特征的弹性变形。

（2）弹塑性变形：产生这种变形时，组成纤维的大分子构形和纤维表面相互联结的分子之间的氢键长度发生改变，部分氢键发生破坏，纤维发生局部交错滑动。

（3）塑性变形：在产生这种变形时，纤维间产生不可逆的位移并伴随纤维间氢键结合的大量破坏。

14.抗张能量吸收的定义及影响因素：答：抗张能量吸收是衡量纸张强韧性的一个指标，是指纸张被拉断时外力所做的功。

它的几何意义就是应力-应变曲线所包围的面积，表示了纸的动态强度。

抗张能量吸收的影响因素等价于纸张应力-应变特性的影响因素。

（1）负荷变化速率影响纸的抗张强度和伸长率，负荷变化速率较高时，应力分布不均匀，导致纸破裂。

（2）水分含量影响纸的弹性和可塑性，纸的水分含量增加，可塑性增加，伸长率提高，抗张能量吸收增加。

（3）纸的温度增加，抗张强度增加，伸长率降低，抗张能量吸收降低。

（4）纤维沿纸张纵向排列的多，使纵向的抗张强度高，伸长率低，抗张能量吸收低。