第四章 纸张的力学性能

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③抗张指数
——抗张指数能够准确地表达纸的本质强度
——是以单位宽度、单位定量样品的抗张力表示纸
的抗张性能。
X
F W0 b0 W b
X
100 F 1.5W
X ——抗张指数
W0——100g/m2
F ——抗张力，N
W——试样定量，g/m2 b ——试样宽度
b0——1.0cm
b——1.5cm
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也间接表明其柔软性(softnness)。 2、与纸张的流变性质有关：弹性越好则挺度越高。 3、影响：纸张的挺度对单张纸印刷中的输纸和收纸过 程影响较大。
1、定义：是纸张抵抗弯曲的性质，即刚性(Rigidily)，
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决定纸张挺度的因素： ①厚度——最重要
②紧度
③原料及制浆方法 ④纸张的含水量 ——对挺度的影响很大
③ 胶印用纸要求应力松弛速率快。
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二、纸张的Z向压缩变形特性：（☆☆）
1.纸张的Z向压缩变形
① 纸张在印刷压力的作用下，Z向出现压缩变形，压 力消除后能够恢复的特性。
② 兼具塑性和弹性特征。
③ Z向变形的大小取决于纸张的表观密度，与纸张的
纤维原料、造纸工艺及涂布情况有关。
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影响纸张压缩率、恢复率的因素：
（3）拉毛对印刷的影响（☆☆☆）
①造成图文部分的污染 ②胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加
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a、造成图文部分的污染
① 白斑的产生：纤维状白斑由纸面粒子剥落引起 ② 环形白斑：非纤维状白斑——由细微的纸粉和
微细的涂料粒子等的拉毛引起剥落的粒子沾到印
版上，阻碍着墨，出现实地上的环形白斑。通常
在橡皮布上发生堆墨现象。
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）；未漂白浆较漂 白浆弹性恢复率大，硫酸盐浆较亚硫酸盐浆恢复率大，化学 浆较磨木浆恢复率大； ②打浆度的影响：打浆度↑，紧度↑，压缩率↓，恢复率↑； ③涂布量的影响：涂层愈厚，压缩率↓，而恢复率几乎不变； ④含水量的影响：含水量↑， 压缩率↑，而恢复率↓ 。
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b、胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加
①剥落粒子随油墨附着于橡皮布上，阻碍油 墨转移引起堆墨； ②拉毛严重时，脱落的纤维甚至会从印版到 达墨辊，则需清洗墨辊。
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二、掉粉掉毛（☆☆☆） （1）掉粉、掉毛对印刷的影响 ①掉毛 ——指在印刷过程中纸张表面松散粒子的脱 落现象。 ②掉毛的内部原因 a.所用造纸纤维原料的种类和制浆方法 b.纸张表面的纤维与纸张的结合状态不 良或结合强度不高。
第四章 纸张的力学性能
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目
录
4-1 纸张的弹性与可压缩性 4-2 纸张的机械强度
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4-3 纸张的表面强度
2
重点与难点
1 掌握纸张所具有的流变性质的特点； 2 掌握纸张机械性能的定义及检测方法 及其影响因素；
3 掌握纸张表面性能的定义及检测方法
及其影响因素。
3
概
述
纸张的力学性质——机械性质
纸张在外力作用下表现出的强度特性；
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。
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2、纸张的弹塑性
敏弹性：纸张受力后瞬间的变形，外力撤消时形变瞬间恢 复并能完全恢复。 滞弹性：纸张长时间内受力后，除瞬间变形外，在长时间 后也能完全恢复。 弹塑性(可压缩性)：所产生的形变和变形恢复滞后于作用 力的撤除。 塑性：纸张受力后，当力超出纸张的最大的弹性力后，发 生形变，此形变在保持原来结构的条件下，是不能恢复的
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2、纸张的蠕变特性
纸张在开始时候是纯粹的弹性体。
（ 1 ）蠕变 (Creep) ：随时间延长而发生的滞延性流动。
在负荷保持不变时，纸张无限流动，直至发生断裂。
当受到不变外力的 持续作用时，纸张 会无限伸长，直到 断裂。
在75%裂断负荷作用下，纸张的蠕 变与时间的关系
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（2）变形的恢复可用两部分表示： 瞬时部分；
---- 一张标准所规定的试样宽
度，在抗张强度测定仪上直
接读出的荷重F，用N计量。
纸张的抗张强度仪
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②裂断长
裂断长是一个假定的强度概念，表示纸张长度达 到不能承受本身质量时，自行断裂时的长度。
单位：m
与厚度无关，适用于比较不同定量的纸
或纸板的抗张强度
L——裂断长（m）
L
F BW
F——试样的抗张力（N） B——试样宽度（mm） W——试样定量（g/m2）
是印刷过程顺利进行的必要保证。
主要从以下几方面分析：
流变性质（弹性）
Z向压缩变形特性
机械强度、表面强度
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4-1 纸张的弹性与可压缩性
一、纸张的流变特性（☆☆☆） 1.纸张的粘弹性变形
（1） 粘弹性变形：加在物体上的应力因产生变形所 用的时间而变化，这种特定的变形称粘弹性变形。 （ 2） 应 （ 3） 变 力：物质为抵抗外力，在单位面积上发 形：使物体尺寸发生变化的数量对原有 生的内力。
——是指在印刷过程中，当加于纸张表
面的外部张力大于纸张的内聚力时，纸
张表面发生的肉眼可见的破裂现象。 按发生拉毛时是否有水的参与，把拉毛分为：
干拉毛(dry picking) 湿拉毛(wet picking)
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②干拉毛(dry picking)
——与水无关，与纸张的耐水性无关。
由于油墨的分离力大于纸张表面粒子的结合力而引起的。 在单色机和多色机上都可能发生干拉毛。
弹性恢复率，以保证套印效果。
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补

充：
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，对变形性质要求不同。 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，
②纸张的定量、厚度、紧度和含水量.
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3、应用及重要性
对于需热处理的印品尤为重要；其次是钞票纸、 证券纸等都要求达到一定的耐折度。 4、测 定： 常用的肖伯尔型、MIT型耐折度仪
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纸张的耐折度仪
三、耐破度(barstingstrength) （☆☆） 1、定义：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。 是抗张强度与伸长率的复合函数。 以液压力或气压力表示。 2、耐破度与抗张强度的关系：
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。 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。
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4-2 纸张的机械强度
纸张的强度取决于纸张中纤维本身的强度和纤维的结 合强度。 一、抗张强度与伸长率（☆☆☆）
1.抗张强度（tensile strength）
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二、耐折度（folding endurance）（☆☆☆） 1、耐折度的度量 纸或纸板抵抗往复折叠的能力， 以折叠的次数表示,即单位是双折次。 纤维的排列使其在 纵向的结合力较大
分纵向耐折度和横向耐折度：纵向耐折度﹥横向耐折度。
2、决定纸张耐折度的因素
①造纸纤维的长度、强度、柔韧性和纤维之间的结合力；
④ 伸长率（stretch）： ——纸张受张力至断裂时的纸张伸长与原长之比 用百分比（%）表示。
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2.影响抗张强度的因素：
纤维间的结合力
纤维本身的强度
3.抗张强度对印刷的影响：
高速轮转印刷机对卷筒纸的抗张强度要求较高 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
①
②
③
④
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纸张“Z”向压缩变形随时间的变化——蠕变过 程 变形分三部分： 压
力
敏弹性变形 滞弹性变形 塑性变形
时间
外力作用开始后物体的形变 量逐渐发展直至形变稳定， 外力撤消后形变量并非瞬间 恢复，而是逐渐完全恢复
形 变 量 滞 弹 性 变 形
敏弹性变形
外力作用下物 体瞬时产生形 变，外力撤消 时形变瞬间恢 复，如弹簧
——是指在标准试验方法规定的条件下，单位宽度
（15mm）的纸张断裂前所能承受的最大拉力。 一般用“在抗张试验仪上所测出的抗张力值除以样
品宽度”来表示，单位为KN/m(千牛顿/米)
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抗张强度测定仪器：
肖伯尔抗张强度仪
抗张强度测量结果的表示方式： 绝对抗张力 断裂长 抗张指数 伸长率
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①绝对抗张力
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一、纸张的表面强度与拉毛 （☆☆☆）
1、表面强度(Surface Strength)：指纸张表 面纤维、胶料、填料间和纸张表面涂料粒 子间及涂层与纸基之间的结合强度，它表 示纸张在印刷过程中抵抗油墨分裂力的能 力，又称拉毛阻力 (picking resistance) 。
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2、影响纸张表面强度的因素
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③掉粉
——是指纸张中与纸面结合较弱的粉状物质（一般
为调料和颜料），在印刷中所受胶粘作用的影响， 从纸面上剥落下来的现象。 非涂布纸： 填料量过高，或选择的填料粒度不 ④原因
适宜，或填料助留剂的使用不合适
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4-3 纸张的表面强度（☆☆☆）
非涂料纸:纸张内部\表面纤维、填料、胶料之间的结 合强度。
涂 料 纸 : 纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的 结合强度。
影 响：印刷工艺要求纸张内部涂层粒子之间、涂 层和纸基之间、纸基纤维之间有足够的强度。
若表面强度不足，可能导致（☆☆☆）：
a. 掉粉、掉毛；b. 糊版；c. 脏污；d. 剥纸。
（1）造纸的原料及工艺（主要因素）
（2）印刷工艺 纸张的表面强度（结合力）必须满足下式：
P X ＋U+N
P——纤维、填料及胶料之间的结合力； X——油墨对纸张的粘力； U——剥离张力（惯性力）； N——橡皮布粘度或印版对油墨的吸附力。
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3、纸张表面强度与印刷的关系
（1）拉毛(picking) （☆☆☆） ①拉毛(picking)
尺寸的比率。
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（4） 最大应力：物体在保持能恢复其原有形态条 件下能承受的最大负荷，亦成为弹性极限。
对于理想弹性固体：

E
（无时间因素）
对于粘弹性（理想液体）：
d dt
（有时间因素）
纸张亦具有弹性性能与时间有关系的流动
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引起纸张特定变形而产生的应力,将因产生变形所 用的时间而变化,称为纸张的粘弹性。 1）纸张是一种多相复杂且非均质的高分子材料。 2）纸张受到外力作用引起一定的变形，而产生的 内应力会随变形时间而发生改变。 3）纸张的伸长率随外力的增大而增大，但不成线 性关系，超过极限则纸张断裂。
③湿拉毛(wet picking)
——在水的参与下发生的，与纸张的耐水性有关。
油墨的分离力大于纤维或填料之间的结合力再加上润版 液的影响发生的纸面起毛现象。 在多色胶印中，润版液的水分作用使纸张的表面强度有 所下降，是多色胶印中特有的拉毛现象。
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（2）影响拉毛的因素
① 油墨对纸张的粘着力 ② 剥离张力 ③ 印刷橡皮布的粘度及印刷版面对油墨的吸附力
敏 弹 性 变 形
外力作用开始后物体产生 形变量，在外力撤消后， 形变量完全不能恢复
塑性变形
时间
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3. Z向变形特性对印刷的影响
① 在印刷过程中，Z向变形能产生一种缓冲作用，使
纸张与印版良好接触，利于油墨的顺利转移，尤
其可改善平滑度较低的纸张的印刷效果。
② 对于多色印刷用纸，要求具有较好的Z向压缩率和
纸张变形快，易恢复 原来的形状----表现出 弹性的一面。
与时间有关的部分。
纸张变形慢，易保持
最后的形状----表现流 动性的一面。
A-B瞬时恢复 B-C蠕变恢复
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3、纸张的应力松弛特性
（1）应力松弛(Relaxation)：当纸张的变形保持一 定，应力随时间而减小的现象称之为应力松弛。
（2）应力松弛的应用： ① 应力松弛速率快的纸张，更不易断裂，因为应力 松弛速率快的纸，会更容易使负荷消失，利于印 刷的进行。 ② 纸袋纸需要搞的松弛速率。
2T P r
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3、测定： 缪纶式耐破度仪
4、影响纸张耐破度的因素：
①纸张纤维本身的强度；
②纤维的平均长度； ③纤维间的结合力、伸长率； ④空气相对湿度； ⑤纸张的含水量、施胶度
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四、撕裂度(tearing resistanace)（☆☆） 1、定义：撕裂一定距离纸页所需的力。 单位：牛顿，以N表示。 2、分类：边撕裂度和内撕裂度 3、撕裂时所做的功： 把纤维拉开所做的功 把纤维拉断所做的功
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4、影响撕裂度的因素：
与纤维处理方式和纤维的长度有关； • 打浆适度，撕裂度提高； • 打浆过度，撕裂度下降。
① 纤维的平均长度和纤维间的结合力（纸的类型(纤维状况)）；
② 纸张的松厚度
③ 环境温湿度和纸张含水量；
④ 纤维的排列方向
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撕裂度的测定：爱利门道夫撕裂度仪
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五、挺度(stiffness)（☆）