第四章 纸和纸板的力学性质

第四节 纸张的表面强度
• 纸张表面强度的概念 • 拉毛、掉粉故障及解决方法 • 纸张表面强度的测量方法
一、纸张表面强度的概念
• １.纸张的表面强度：是指纸张表面纤维、 胶料、填料间或纸张表面涂料粒子间及涂 层与纸基之间的结合强度，它表示了纸张 在印刷过程中抗油墨分裂力的能力。又常 把纸张的表面强度称为“拉毛阻力”。 • ２.拉毛：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，在破裂的 纸面出现不连续的或连续的未着墨区域的 现象。
• 思考:在单色机上进行多次印刷比在多色机上一 次印刷拉毛程度小一些？ 5.掉粉掉毛 指在印刷过程中纸张表面松散粒子的脱落现象 原因：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 。 取决于纸面的洁净程度 。 测定方法:IGT悬浮物试验法.
6.纸的Z向强度与表面强度之间的关系
应力松弛是保持纸张在一定伸长情况下所 必须的应力递降的结果。这种现象与液体的触 变性(thirotropy)相似 。 应力松弛速率快的纸张，会更容易使负 荷消失，因此与应力松弛速度慢的纸张相比更 不易断裂。（如纸袋纸需要较高的松弛速率）。
第二节 纸张的Ｚ向压缩变形特性
1.纸张的Z向压缩变形 • 纸张在印刷压力作用下，Z向出现压缩变形， 压力消除后能够恢复的特性。
Fr wh sin F wh sin r
二、耐折度
1.耐折度(folding endurance)是用来表示 纸张抵抗往复折叠的能力。 纸张的耐折度系测定纸张受一定力的 拉伸后，再经来回折叠而使其断裂，以折 叠的次数表示。耐折度数据的单位是双折 次，按纵向裁样测试的为纵向耐折度，按 横向裁样测试的为横向耐折度。 一般纵向耐折度比横向耐折度高，这 是由于纤维的排列及纵向纤维结合力大的 缘故。
电 脑 测 控 纸 板 （ 纸 张 ） 耐 破 度 仪
四、撕裂度 1.撕裂度(tearing resistanace)是指撕裂一定 距离纸页所需的的力。是先将纸张切出一定 长度的裂口，然后测量再从裂口开始撕裂一 定距离时所需的力。以mN、kgf表示。撕裂 时所做的功包括两部分：一部分是把纤维拉 开所做的功，一部分为把纤维拉断所做的功。 2.对一般印刷用纸来说，撕裂度的大小主要取 决于纤维本身的强度和纤维长度，受结合力 影响小。撕裂度具有很重要的意义，纸幅的 断头在很大程度上是由此项指标不高致成。
原 理 ： 依 靠 摆 的 势 能 ， 将 纸 撕 裂 。

五、挺度 1.纸和纸板的抗弯曲能力称为挺度。挺度与纸张 的流变性质有关，决定于纸张受弯曲时其外层 的伸长能力和里层的受压能力，可衡量纸张支 持自重的能力。挺度表示了纸张柔软或挺硬的 性质。 2.与印刷的关系 如果纸张没有一定的挺度，将会给印刷过程的续 纸和出纸带来困难。印刷的速度也不能提高， 甚至使印刷品如书籍的使用性能变劣。 3.影响因素 厚度是最重要因素，其次是紧度。
3.影响拉毛的因素：
印刷是在极短的时间内完成的，纸张与油墨之间存在 着复杂的机械力的相互作用。油墨层在印刷时被分离了， 一部分传递到纸张上，一部分仍然留在印版或橡皮布的表 面。特别是近年来随着印刷机速度不断提高，为了提高印 品的质量有使用高粘度油墨的趋势，为使油墨能正确转印 到纸张上来而不破坏纸面结构，纸张的表面强度必须满足 下公式：
3.理想弹性固体：在有外力作用下，其瞬 时的变形程度与负荷成直线关系，而当 去除负荷后能恢复其原有规格。 形变规律（虎克定律） 若用σ表示应力，ε表示变形，则有：


E
E：为物体的杨氏模量
4.理想的流体：则需要考虑时间的因素，理想 流体能够流动要依时间与负荷而定。 形变规律（牛顿定律）
d dt
还要了解以下两点： 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，对变形性质有不同的 要求。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。而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。
4.测定方法：采用肖伯尔抗张强度仪
电子拉力实验机
摆 锤 式 抗 张 试 验 机
①仪器：肖伯尔抗张强度仪 ②原理： 根据摆的平衡原理，试样 由上夹器和下夹器夹住，下夹 器由传动装置带动，以一定的 速度下降，通过试样传至上夹 器，上夹器由链条传动，使摆 偏转一定的角度，当试样断裂 时，摆立即停止，直接在刻度 尺上读取抗张强度。刻度上的 数据由下式计算而来，
Ｔ ≥Ｗ + Ｑ + Ｎ 式中：T－纤维、填料及胶料之间的结合力 Ｗ——油墨对纸张的黏力 Ｑ——剥离张力（印刷速度、压印滚筒半径） Ｎ——印刷版面对油墨的吸引力（主要像皮布）
平版印刷示意图
• 以铜版纸为例 涂层与纸基纤维间要有足够的结合强 度,否则墨膜会揭下涂料粒子和细小纤维,使 印品上留下白色斑点,而掉下的粒子和细小 纤维又会堵塞印版并且脏污油墨,导致印下 一张时产生一个白圈的油墨点.
2.与印刷的关系 耐折度是对纸张强度和挠性的综合度 量指标。该项指标对印刷纸及纸板，特别 是需要热固干燥的印刷品，在联机折页时 更为重要，因为纸页通过干燥部时急剧脱 水而变脆，易造成断裂问题。 许多纸张在使用过程中都需要经过相 当多次的折叠。如证券纸、地图纸、书皮 纸及包装纸，要求具有较高的耐折度。

第三节 纸和纸板的机械强度
• • • • • 抗张强度与伸长率 耐折度 耐破度 撕裂度 挺度
一、抗张强度与伸长率 1.抗张程度：是指在标准实验方法规定的条件下， 单位宽度的纸或纸板断裂前所能承受的最大拉 力。 用绝对抗张力或裂断长来描述。 裂断长是一个假定的强度概念，它表示纸条长度 达到不能承受本身的重量时而自行裂断时的长
• 在印刷过程中Z向压缩会产生弹、塑性变形。 • 纸张在Z向产生变形的大小取决于纸张孔隙率的大 小，也即纸张的表观密度（紧度）。
2.Ｚ向压缩变形的整体特性
纸张受到压力作用时，压力与压缩量随时间的 变化关系如图：
1 、压缩率＝ K 100 % d R 2、弹性恢复率＝ 100 % K K－R 3、塑性变形率＝ 100 % K
一、纸张的粘弹性变形
纸张是一种多相复杂且非均质的高分子材料，和 其它任何高分子材料一样，纸张在受到力的作用时 会表现出其固有的特性——粘弹性(Viscoelastic property)。在讨论纸张的粘弹性之前，需要说明应 力、变形、理想弹性固体和理想液体的意义。
1.应力：物质为抵抗外力，在单位面积上发生 的内力 N/cm2。或者说物体抵抗形变的阻力。 2.变形：使物体尺寸发生变化的数量对原有尺 寸的比率。
第四章 纸和纸板的力学性质
印刷压力、张力、粘力 强度是印刷纸的基本和重要的性能之一
• 纸张的流变性质 • 纸和纸板的机械强度 • 纸张的表面强度
第一节纸张的流变性质
流变学研究范畴:研究物体所受外力及其作用时 间与变形或流动的规律，研究的物质范围广泛, 包括从固体、液体到气体。 纸张流变学：就是研究纸张在印刷机上产生流 动和变形的各种现象，及其造成流变的各种因 素。纸张流变学已成为探索和指导纸张印刷适 性研究的理论基础之一，它着重于对纸张的力 学行为进行研究，在纸张因受力发生变形时可 以见到它的弹塑性、粘弹性、蠕变性、永久变 形等各种流变现象。
度，它与厚度无关，适用于比较不同定量的纸或纸板。 单位m
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2.伸长率:纸或纸板受张力至断裂时的伸长与原 长之比称为伸长率。
3.纸张的抗张强度与印刷的关系 纸张的抗张强度和伸长率对于高速轮 转印刷机的印刷用纸是十分重要的指标。 高速轮转印刷机上的纸张在整个印刷 过程中处于均匀张紧状态，纸张的纵向受 到一定的拉力作用，如果纸的抗张强度低 于此拉力，就会出现纸张断裂现象。而伸 长率的提高，则能促进和改善纸张的内应 力分配，减少应力集中，防止和减少纸面 的断裂。 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。
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）；未漂白的和化 学浆弹性恢复率大，打浆度升高，压缩 率下降，恢复率上升； ②涂布量的影响，涂层愈厚，压缩率愈小， 而弹性率几乎不变； ③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
小白点
环状白斑
4.干拉毛与湿拉毛
• 按发生拉毛时是否有水的参与，把拉毛分为干 拉毛和湿拉毛。湿拉毛是在水的参与下发生的， 因此与纸的耐水性有关。有润版液参与的胶印 和多色印刷机中发生的拉毛属于此类。 • 耐水性：是指纸张受到浸润水作用后，保持其 原有强度性能的能力。一般纸张经浸润水作用 后，其表面强度都会有所下降，由于胶印是在 有润版液参与的条件下进行的，纸张的耐水性 可导致纸张在胶印中发生不同的表面强度变化， 必须要考虑到这一点。
3.测定：常用的肖伯尔型、MIT型
三、耐破度
1.耐破度：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，它是抗 张强度与伸长率的复合函数 ，以Pa表示 2.耐破度与抗张强度的关系：
3.测定：采用缪纶式耐破度仪 耐破度是包装纸非常重要的质量指标，直 接与纸袋纸、制盒纸板的用途有关。
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二、纸张的蠕变特性 1.蠕变：纸张在受外力作用时开始时是纯粹的 弹性体，在发生了1%-2%的变形以后，开始 产生流动性，在负荷保持不变时，纸张无限 流动，直至发生断裂，这种滞延流动叫蠕变 (Creep)。 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：
三、纸张的应力松弛特性 如果纸张的形变保持一定，应力将 随时间而减少，这种现象称之为应力松 弛（Relaxation)。