第四章 纸和纸板的力学性质解析

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，会更容易使负荷消高的松弛速率）。
度，它与厚度无关，适用于比较不同定量的纸或纸板。 单位m
L F 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。
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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
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。
• 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：
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。
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，
2.变形：使物体尺寸发生变化的数量对原有尺 寸的比率。
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。
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。
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。
1、压缩率＝K 100% d
2、弹性恢复率＝R 100% K
3、塑性变形率＝K－R 100% K
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
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，具有高弹性也很重要， 即有较好的弹性恢复率。
形变规律（牛顿定律）
d
dt
,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。
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；
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。