第四章 纸和纸板的力学性质

按掉毛掉粉发生的部位和状况分类： 纤维掉毛 掉粉、涂料剥落 纸面撕裂 起泡开裂
２.对印刷的危害 1）使图文部分遭受不同程度的损伤
不但未能转移到纸面上去，而且把纸面上的纤维 等物质黏附在印版或橡皮布表面，使图象产生很小的 白点，如果黏结的面积较大的话，则接下来的几张印 张就会出现白斑，严重影响影响印品的质量，甚至造 成废品。
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。
纸可通过调湿增加塑性和松软性的特征。
3、Z向压缩变形随时间变化的特性 4、Z向变形特性对印刷的影响 1 ）纸张在印刷压力作用下的 Z 向变形，可以 产生一种缓冲的作用，使印版与纸张间得以 良好的接触，使油墨得以良好的转移，也就 是说弹塑性好的纸张，即使其表面结构较为 粗糙，也能得到良好的油墨转移，可以适当 降低对纸张的平滑度以及印版图文表面不平 的要求。Z向具有良好的弹塑性，对凹版和 凸版印刷显得特别重要。 2）对于多色印刷纸，具ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ高弹性也很重要， 即有较好的弹性恢复率。
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
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。
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)。
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。
,ε=σ0t/η
η——液体的黏度；t——时间
5.粘弹性变形：
理想的弹性体和理想的流体实际上是不存在的！纸张具 有弹性性能和与时间有关系的流动性能。
纸张的形变除与应力有关外，还与应力作 用的时间有关，纸张所产生的这种形变称 为～ 。 纸张的这种应力-变形对时间的依赖关系 可以用实验方法来证明。 在使用纸张的时候，无论弹性变形还是粘 性变形都是很重要的。
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。
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：
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。
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。
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。
2K P R

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
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
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。
• 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
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。
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.
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。
Z向强度是指单位面积纸页上，垂直于 纸页平面的抗分层、抗撕裂的能力。Z向强 度与表面强度既有一定联系又有明显差别， 不能混淆。对一般定量较低的薄纸来说，Z 向强度大的纸表面强度也大，但对于多圆 网纸机抄造的纸板来说很厚，Z向强度较低 表面强度却可能高。
二、 拉毛、掉粉故障及解决方法
１.发生的原因 一方面在于印刷条件，如所用油墨的黏 度、印刷时的压力、印刷速度和浸润水的用量。 另一方面在于纸张本身的性能，即在纸 张的表面强度还满足不了印刷条件的要求。表 面强度不足的内在原因：所用原料的种类和制 浆方法，表面纤维与纸张的结合状态不良，填 料量过高或胶粘剂选择不当。
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，
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。
• 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
度，它与厚度无关，适用于比较不同定量的纸或纸板。 单位m
F L B W
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。