（林业工程专业论文）水松原纸平滑度影响因素的研究.pdf

摘要 纸张的平滑度，是指在一定的真空度下，一定容积的空气通过受一定压力的 纸样表面和玻璃面之间的间隙所需要的时间，以s 为单位表示。时间越长，表示 纸张表面平滑性能越好，平滑度越高。 用于印刷途径的纸张的平滑度对于印刷质量有很大的影响，要获得满意的印 刷质量，纸张的平滑度是一个必要的条件。对印刷品质量有直接影响的是纸张的 印刷平滑度，它决定了在压印瞬间，纸张表面与着墨的印版或橡皮布表面接触的 程度，是影响油墨转移是否全面、图文是否清晰的重要因素。 本文根据生产实际条件，从纤维原料、填料、灰份、水分以及软压光和匀度 几方面影响水松原纸平滑度的因素着手研究，得到了一些研究结论和结果。 水松原纸又称为烟周接装原纸。水松原纸作为卷烟_ t - 业配套的一种印刷用 纸，其平滑度的影响因素与其他印用j 用纸基本相同。生产水松原纸所使用的原料、 纸张的质量指标、生产工艺和操作方法、纸机的装备性能是影响因素的四个方面。 因为纤维的长、宽度不同，用大量长纤维浆抄造的纸张平滑度要低于用大量 短纤维和损纸浆抄造纸张的平滑度，即短纤维和损纸浆有助于改善纸张平滑度。 绝大多数纸种，在纸的成型过程中细小纤维的功能作用是不可忽视的。因为 细小纤维组分能很好地填充长纤维网架结构之间的空隙，所以纸页的表面就比较 光洁，平滑度显著提高。 随着长纤维打浆，纤维长度、宽度、粗度等都有所降低，细小纤维含量增加； 损纸浆中含有大量的细小纤维。在水松原纸生产的时候，适当提高纤维的打浆度， 加入合适的损纸浆，有助于改善匀度和平滑度。 填料是造纸生产中不可缺少的辅助材料。对印刷用纸来说，填料对纸的平滑 度、不透明度、以及压缩性影响甚大。填料的粒径大小影响纸张表面的平整程度； 填料粒径越小，填充作用越明显，在同等压榨、压光的技术条件下，对提高纸张 平滑度的作用也就越好。 纸张灰份含量的提高，可以在一定程度上改善纸张的平滑度。 在保持纸机其他生产条件基本不变的状态下，随着水分含量的增加，纸张的 平滑度有比较明显的增加。 软压光加压处理对纸张的平滑度影响是非常明显的。增加压光的线压力，可 以明显提高纸张的平滑度；是改善纸张平滑度的最主要手段之一。软压光硬辊的 表面温度也是纸张平滑度的影响因素之一，增加压光的温度也能够提高纸张的平 滑度，只是增加的幅度不如线压力明显。 在同等其他条件下，纸张匀度越好，纸张的平滑度越高，并且越均匀。 比较纤维原料、填料、水分、灰份和压光线压力以及压光表面温度，还有匀 度等影响平滑度的因素，纸张水分和压光线压力是影响平滑度的最主要因素，而 匀度是纸张平滑度均一稳定的基础。 关键词：水松原纸平滑度影响因素纤维原料填料灰份水分压光线压力硬 辊表面温度匀度 s t u d yo nl n f l u e n c ef a c t o r so ft h es m o o t h n e s so f t i p p i n gb a s ep a p e r a b s t r a c t s m o o t h n e s so f p a p e rm e a n st i m eo fc e r t a i na i r so fv o l u m ep a s s e dt h en i pb e t w e e n c e r t a i np a r e ms u r f a c ea n dt h e g l a s s u n d e rc e r t a i n p r e s s u r ea n dc e g m nv a c u i t y , e x p r e s sb y s t h el o n g e rt i m ei s ，t h eb e t t e rt h es m o o t hp e r f o r m a n c eo fp a p e rs u r f a c e i s ，a n dt h eh i g h e rs m o o t h n e s si s ， s m o o t h n e s so fp a p e ru s e df o rp r i n t i n gh a sh e a v yi n f l u e n c et op r i n t i n gq u a l i t y t o o b t a i ns a t i s f a c t o r yp r i n t i n gq u a l i t y , s m o o t h n e s sd e g r e eo ft h ep a p e ri sa ne s s e n t i a l c o n d i t i o n t h ep r i n t i n gs m o o t h n e s si st h em o s ti m p o r t a n tc o n d i t i o nt og e tt h ep r i n t e d m a t t e ro f t h eo r i g i n a lm a n u s c r i p tf a i t h f u l l yo nt h ep a p e li td e t e r m i n et h et o u c hd e g r e e b e t w e e np a p e rs u r f a c ea n dp r i n t i n gp l a t e ，w h i c ha p p l yi n kt op a p e r , o rr u b b e rc l o t h w h e n p r i n t i n gi m p r e s si nt h et w i n k l i n g o f a n e y e ，i ti si m p o r t a n ti n f l u e n c ef a c t o ri f t h e t r a n s f o r m a t i o no f t h e p r i n t i n gi n k i so v e r a l lo rt h ep i c t u r ea n dt e x ti st h ec l e a ro rn o t a c c o r d i n g t ot h ef a c to ft h ep r o d u c t i o n ，t h i sa r t i c l es t u d i e do nt h ef i b e rm a t e r i a l ，t h e f i l i n g , t h ea s hc o n t e n t ，t h em o i s t u r ec o n t e n ta sw e l l a ss o f tc a l e n d a rs e v e r a lf a c t o r s a f f e c t e dt h es m o o t h n e s so ft h e t i p p i n g b a s e p a p e r , a n do b t a i n e d s o m er e s e a r c h c o n c l u s i o n sa n dt h er e s u l t t i p p i n g b a s ep a p e ri sa l s oc a l l e dt h ec o n n e c t i n ga n dh o l d i n gb a s ep a p e rf o rc i g a r e t t e t h et i p p i n gb a s ep a p e r , a sak i n do fr e l a t e dp r i n t i n gp a p e ro fc i g a r e t t ei n d u s t r y , t h e s m o o t h n e s si n f l u e n c ef a c t o r sa r ee s s e n t i a l l yi d e n t i c a lw i t ht h eo t h e rp r i n t i n gp a p e r r a wm a t e r i a l sf o rp r o d u c i n gt i p p i n gb a s ep a p e r , q u a l i t yi n d e x ，t h ep r o d u c t i o np r o c e s s a n do p e r a t i o nm e t h o d ，a n de q u i p m e n tp e r f o r m a n c eo fp a p e rm a c h i n e a r ef o u rr e s p e c t s o f t h ei n f l u e n c ef a c t o r s b e c a u s et h ef i b e ri nl e n g t h , w i d t h ，a n dt h i c k n e s si sd i f f e r e n t , s m o o t h n e s sd e g r e eo f p a p e rp r o d u c e db y al a r g ea m o u n to f l o n gf i b e ri s l o w e rt h a nt h a to fp a p e rp r o d u c e d b yal a r g ea m o u n t o fs h o r tf i b e r i na n o t h e rw o r d s ，s h o r t f i b e ra n d b r o k ec a n i m p r o v e t h es m o o t h n e s sd e g r e eo f p a p e r t h ef u n c t i o no ft h ef i n ef i b e rc a n tb ei g n o r e di nm o s tp a p e rg r a d ep r o d u c t i o n i b e c a u s ef i n ef i b e rc o m p o n e n tc a np a c kl o n gf i b e rs p a c eo fg r i ds t r u c t u r ew e l l ，t h e s u r f a c eo f t h e p a p e rp a g e i ss m o o t h e r ；t h es m o o t h n e s s d e g r e ei m p r o v e sn o t a b l y a st h el o n gf i b e rr e f i n e d ，t h ef i b e rl e n g t h ，w i d t h ，a n dt h i c k n e s s ，e t c a r er e d u c e dt o s o m ee x t e n t ，t h ef i n ef i b e rc o n t e n t si n c r e a s e t h eb r o k ec o n t a i nal a r g en u m b e ro f f i n e f i b e r s 。i n c r e a s i n gt h es h o p p e rd e g r e e o ft h ef i b e ra n d j o i n i n gt h es u i t a b l eb r o k ep u l p i nt h ep r o d u c t i o no f t i p p i n gb a s ep a p e r , c o n t r i b u t e t oi m p r o v i n gt h ep a p e rf o r m a t i o n a n ds m o o t h n e s sd e g r e e t h ef i l l i n gi st h ei n d i s p e n s a b l ea u x i l i a r ym a t e r i a li np a p e r m a k i n g ，i n f l u e n c eo f f i l l i n g i ns m o o t h n e s sd e g r e e ，o p a c i t y a n d c o m p r e s s i n go fp a p e ri sv e r yg r e a tt op r i n t i n g p a p e r t h es i z eo f t h ef i l l i n gp a r t i c l ei n f l u e n c e st h ep a p e rs u r f a c er o u g h n e s sd e g r e e ，t h e l i t t l e rf i l l i n gp a r t i c l ei s ，t h em o r eo b v i o u sf i l lf u n c t i o ni s ，o na n e q u a lb a s i so f p r e s s ， c a l e n d a rt e c h n o l o g i c a lt e r m s ，t h eb e t t e rt oi m p r o v i n gt h es m o o t h n e s sf u n c t i o ni s i m p r o v e m e n to f a s h c o n t e n ti np a p e rc a ni m p r o v es m o o t h n e s sd e g r e eo f t h ep a p e rt oa c e r t a i ne x t e n t k e e p i n g t h eo t h e rw o r k i n gc o n d i t i o n so f t h ep a p e r m a k i n gs a m eb a s i c a l l y , s m o o t h n e s s o f t h e p a p e r i n c r e a s em o r eo b v i o u sw i t ht h em o i s t u r ec o n t e n ti n c r e a s e d s o f tc a l e n d a rd e a lw i t l lt h ep a p e ri sv e r yo b v i o u st oi n f l u e n c et h es m o o t h n e s sd e g r e e i n c r e a s i n gt h el i n ep r e s s u r ec a no b v i o u s l yi m p r o v e s m o o t h n e s sd e g r e eo f t h e p a p e r ；i t i so n eo f t h em a i nm e a n so f i m p r o v i n gt h es m o o t h n e s sd e g r e e t h eh a r dr o l ls u r f a c e t e m p e r a t u r ei so n eo f t h ei n f l u e n c ef a c t o r so fs m o o t h n e s sd e g r e et o o ，i n c r e a s i n gt h e s u r f a c et e m p e r a t u r ec a r li m p r o v et h ep a p e rs m o o t h n e s st o o ，a n dt h er a n g ej u s ti sn o t s oo b v i o u sa st h el i n ep r e s s u r e c o m p a r ei n f l u e n c i n gf a c t o ra sf i b e rm a t e r i a l s ，f i l l i n g ，m o i s t u r ec o n t e n t ，a s hc o n t e n t ， l i n ep r e s s u r ea n ds u r f a c et e m p e r a t u r eo fs o f tc a l e n d a rl e v e la n ds m o o t hd e g r e e ，p a p e r m o i s t u r ea n dt h el i n ep r e s s u r ea r et h em a i nf a c t o r so fi n f l u e n c i n gt h es m o o t h n e s s k e e p i n gt h eo t h e rw o r k i n gc o n d i t i o n so f t h ep a p e r m a k i n gs a m eb a s i c a l l y , t h eb e t t e r p a p e rf o r m a t i o ni s ，t h eh i g h e rs m o o t h n e s si s ，a n d t h em o r ee v e ns m o o t h n e s si s k e y w o r d s ：t i p p i n g b a s ep a p e r , s m o o t h n e s s ，i n f l u e n c ef a c t o r ，f i b e rm a r t i a l ，f i l l i n g ，a s h ， m o i s t u r e ，s o f tc a l e n d a r l i n ep r e s s u r e ，s u r f a c et e m p e r a t u r eo f h a r dr o l l ，f o r m a t i o n 。 i l 致谢 本论文是在导师曹云峰副教授和林尤长教授级高级工程师的悉心指导下完 成的。在论文写作过程中，导师严谨的治学态度、渊博的知识、踏实的工作作风、 高尚的师德、对学术动态的准确及日寸 的把握等，使学生受益非浅。为此，学生特 别向曹云峰导师和林尤长导师表示最诚挚的敬意和最衷心的感谢。 从研究生论文开题开始，得到了广大南京林业大学的老师们的认真指导。尤 其是许多专业导师，不辞辛劳，几次从南京赶往嘉兴，对论文的选题、论文的开 题、中期检查报告、论丈的写作提出了宝贵的意见和方向性建议。期间，本论文 得到了周小几教授、戴红旗教授等导师的指点，在此表示衷心的感谢。 从就读南京林业大学工程硕士以来，在学 - 上得到许多参与教学的老师们的 认真教导，传授许多新知识，在此致以崇高的敬意。 从就读南京林业大学工程硕士以来，在工作、学习上得到了民丰公司的许多 领导和同事，特别是公司李英杰书记和企划部的同志们的大力支持，在此表示诚 挚的感谢。 最后，感谢所有在研究生学习和论文写作过程中给予我关心、支持、帮助的 老师、领导、同学和同事们。 作者：王进一 二o o 五年七月 水松原纸平滑度影响因素的研究 1 绪论 1 1 前言 民丰特种纸股份有限公司，其前身成立于1 9 2 3 年，现位于长江三角洲经济区 域的中心地带一浙江省嘉兴市。主要生产产品有卷烟纸、描图纸、电容器纸、内 衬纸、水松原纸等特种工业用纸。 民丰。2 0 纸机生产线是民丰于2 0 0 2 年年底建成投产的一条具有国际先进水平 的生产线，该生产线纸机主体设备由法国a l l i m a n d 公司进口，包括大直径双盘磨、 带稀释水布浆器的气垫压力流浆箱、长网部、复合压榨部、表面施胶机a - s i z e r 、 双辊软压光机和卷纸机，还有v a l m e t 一西安公司供应的烘干部；而完成设备则有 g o e b e l 公司引进的复卷机和分切机；d c s 、q c s 控制系统和在线纸病检测系统由 h o n e y w e l l 美杰公司提供，传动则引进s i e m e n s 公司的控制系统。 民丰特种纸股份有限公司和德国本科特公司合资投资该生产线，并根据4 2 0 纸 机组建民丰本科特纸业有限公司。4 2 0 纸机生产的产品有白色水松原纸，铝箔衬纸， 离型原纸等，其中白色水松原纸是主要产品，在“2 0 纸机的产品结构中占8 0 。 水松原纸又称为烟用接装原纸，可以分为白色和有色两大类。水松原纸要求 具有较高的强度、适度的伸长率、两面差小，匀度好；纸页柔中见挺，有较好的 适印性( 涂布性) 、粘接性和可切断性，同时满足各种不同档次卷烟机的要求。 水松原纸经过印刷厂的印刷( 涂布) 和分切后，成为水松纸。水松纸是用来 固定过滤嘴与卷烟的外层包装纸，并具有一定的卷烟装饰作用。 1 9 9 6 年7 月1 日，国家颁布了新的卷烟标准，规定在香烟包装上明确标明该 牌号的确切焦油含量。中国烟草总公司也明文规定到2 0 0 0 年卷烟焦油含量的香烟 品种要采用各种技术手段来降低卷烟焦油含量。目前，除了采用改变烟叶配方外， 主要还是通过配套使用高透卷烟纸、高透内衬纸，配以激光打孔的印刷水松纸等 来降低焦油含量，以保护品牌的口味。尤其采用高透内衬纸、配以高透激光打孔 印刷水松纸制品的通风滤嘴是较其他技术手段先进的降焦方法。 我国年卷烟产量在3 4 5 0 万大箱以上，全年耗用水松纸4 6 0 0 0 吨左右。多年来 大量使用的水松纸均是涂布型水松纸。近几年来，烟厂设备不断更新改造，引进 国外最新的高速卷烟机，车速在1 0 0 0 0 支分钟以上，同时不断推出高档、名品、 第1 页共4 5 页 极品香烟。对水松纸的要求也越来越高，大量印刷型白色水松原纸经过印刷后加 工成精美的水松纸，用于卷烟工业。有些卷烟厂从奥地利、法国、芬兰、日本、 德国等进1 ：3 水松纸，也有的进口印刷水松原纸，由国内印刷加工成水松纸。 由于卷烟厂对水松纸的要求已经提高，其中高档次的白色印刷型水松原纸用 量也逐步增加，现在大约在3 5 0 0 0 多吨年，黄色或深色水松原纸市场已经逐渐萎 缩，在1 0 0 0 0 吨左右年。 以前国内生产普通型水松原纸的厂家较多，如浙江龙游造纸厂、老石坎纸厂、 嘉善荣丰水松纸厂、安徽安庆纸厂、四川万县纸厂、上海前卫造纸厂等等。随着 国内许多造纸厂( 公司) 引进国际先进水平的造纸机，或对原生产线进行技术改 造，多年来依靠进口的高档印刷型水松原纸的局面已经得到完全改变。当前，生 产水松原纸的企业有民丰本科特纸业有限公司、龙游满德水松纸有限公司、牡丹 江恒丰纸业股份有限公司、潍坊华港包装材料有限公司、浙江恒达纸业有限公司、 浙江仙鹤特种纸有限公司、浙江亚伦股份有限公司等，有些企业主营高档印刷型 白色水松原纸，有些企业则兼营系列水松原纸。 由于白色水松原纸都需要经过一次或多次印刷( 或涂布) 成为精致的水松纸， 所以要求具有良好的印刷适应性能。 1 2 本课题研究的内容 本课题以民丰本科特纸业有限公司4 2 0 纸机所生产印刷型高档白色水松原纸的 平滑度为对象，研究其平滑度的各种影响因素，分析这些因素对纸张平滑度的影 响关系，总结出各因素的影响大小。同时得到可以指导4 2 0 纸机有效控制纸张平滑 度的工艺和操作条件，在生产过程中加以应用，稳定生产，创造良好的经济效益。 影响纸张平滑度的因素很多，抄纸浆料成浆质量、纸张的纤维组成成分和纤 维均匀分布程度；纸张水分以及填料用量、种类和灰份含量：压榨毛毯、烘干毛 毯、辊子和烘缸的表面性能；表面施胶、压光处理方式；等等。 民丰本科特纸业有限公司4 2 0 纸机是一条具有国际领先水平的长网造纸机，拥 有国际先进的生产装备，在生产特性上遵循传统长网造纸机的规律。也就是说，。2 0 纸机的高档白色水松原纸也具有其他长网造纸机抄造产品的特点。 通过对近两年来积累的生产数据和一些带有明显目的的试验性生产结果的分 析，可以总结出以下许多关于水松原纸平滑度的影响因素。 第2 页共4 5 页 首先，水松原纸抄造所使用的原材料是比较重要的影响因素。其一是纤维材 料，包括长纤维，短纤维，回抄的二次纤维。纤维原料对纸张平滑度的影响表现 在几个方面：抄造时纤维原料的比例，就是造纸生产者常说的配比；纤维原料的 质量状况，如浆度、纤维长度、粗度、细纤维含量等；其二是化工添加料，例如 填料，助剂，表面施胶剂。它们的影响又可归纳为这几方面：填料的种类，如滑 石粉、碳酸钙、钛白粉等；填料的质量状况和等级，如粒径、沉降度；助剂的用 量，包括浆内淀粉、助留剂、消泡剂等：以及表面施胶剂的配方和用量。 第二，纸张的质量指标也是影响因素之一。主要有纸张的外观匀度；灰份含 量；水分含量等方面。 第三，纸机的抄造和操作工艺。主要有纸机网部的成型条件，它决定纸张的 匀度；纸机的烘干曲线；表面施胶的处理方法；压光处理工艺和技术条件，它是 直接决定纸张平滑度大小的关键因素之一。 第四，纸机的装备性能也是比较重要的影响因素。这里面包括特种器材和那 些具有表面处理作用的设备。特种器材就是聚酯网、压榨毛毯和干燥毛毯( 干网) ， 还有流浆箱、整饰辊、压榨棍、烘缸、表面施胶棍、软压光辊以及一些导纸辊， 会影响纸张的表面平滑程度。立足于生产，本课题重点研究以下几方面内容。 1 ) 、水松原纸纤维原料对平滑度的影响； 2 ) 、灰份对水松原纸平滑度的影响； 3 ) 、水分对水松原纸平滑度的影响； 4 ) 、纸机压光对水松原纸平滑度的影响： 5 ) 、水松原纸匀度对平滑度的影响。 1 3 研究结果可能产生的效益 在4 2 0 纸机生产水松原纸的两年多时间里，受各种因素的影响，因为纸张的平 滑度不良回炉的产品量是相当大的，在很大程度上影响纸机的生产效率。研究各 因素的影响大小，可以从工艺和操作条件方面有效地指导4 2 0 纸机生产水松原纸。 随着生产过程和对纸张平滑度的影响因素的认识不断的深入，通过合理控制 各种影响因素，优先调节明显影响纸张平滑度的因素，从而不断改善水松原纸的 平滑度，适应用户的印刷需要，稳定生产，减少纸张平滑度不良造成的损失。创 造良好的经济效益。 第3 页共4 5 页 2文献综述 2 1 平滑度的概念 2 1 1 平滑度的概念 平滑度是纸和纸板的表面性质之一。纸和纸板的平滑度，是指在一定的真空 度下，一定容积的空气通过受一定压力的纸样表面和玻璃面之间的间隙所需要的 时间，以s 为单位表示。时间越长，表示纸张表面平滑性能越好，平滑度越高。 平滑度是评价纸和纸板表面凹凸程度的技术指标，是表示纸和纸板表面平整、 光滑和均匀程度的物理量。平滑度表明了张表面的平整程度，它取决于纸张表面 的形貌，描述了纸张的表面结构特性。用于印刷途径的纸张的平滑度对于印刷质 量有很大的影响，要获得满意的印刷质量，纸张的平滑度是一个必要的条件。 纸张的平滑度与其光泽度有一定关系，两者都受造纸过程中压光处理的影响， 但两个量的物理意义并不相同，在数量上也不是简单的关系，如一张未经压光处 理的涂布纸虽光泽度低但却相当平滑。因此，也常用粗糙度表示纸张的平整程度。 我们把纸张自由状态下纸张表面的平滑度称之为表观平滑度；把印刷压力作 用下纸张的平滑度称之为印刷平滑度( p r i n t i n gs m o o t h n e s s ) 。表观平滑度取决于 纸张的外观纹理结构；印刷平滑度则是纸张表观平滑度和表面可压缩性的综合效 应。对印刷品质量有直接影响的是纸张的印刷平滑度，因而是纸张最重要的印刷 适性指标之一。 与平滑度同等重要的是纸张的表面可压缩性( s u r f a c ec o m p r e s s i b i l i t y ) a 表 面可压缩性决定纸张在印刷过程中压印瞬间纸张平滑度，即印刷压力作用下纸张 的平滑度。 一种材料受到压力作用时体积减少，这种材料便是可压缩的。同样，与某种 材料表面有关的体积受压力作用而减少时，也可以说该种材料的表面是可压缩的a 即当压力作用于材料的表面时，可压缩性表面粗糙度会减小。因此，可压缩性表 面在受压力作用时与其说是表面体积减少，不如说是表面粗糙度减小。所以，表 面可压缩性就是量度随压力增加表面粗糙度减小或平滑度增加的程度。由于纸张 通过印刷机压印区的时问极短，因而受压力作用表面变形的时间因素可以忽略， 这样，粗糙度r 与压力( p ) 间的函数关系可表示为： r = f ( p ) 。 第4 员共4 5 页 相应地，表面可压缩性可定义为： k 一鲁参一f ( p ) 从上式可见，表面可压缩性系数k 并不是一个常数，而是所加压力的函数。k 值的大小，反映了随所加压力的增加，表面粗糙度r 值减少的快慢程度。也就是 说，一定压力下，表面可压缩性系数k 值大的纸张较k 值小的纸张具有更高的印 刷平滑度。 纸张的表面可压缩性是难以单独进行测量的。在实际中，常通过测量纸张在 有无压力作用或不同压力作用下的平滑度或粗糙度来估算纸张的表面可压缩性。 2 1 2 纸张平滑度的测量方法及主要仪器 纸张平滑度分为表观平滑度和印刷平滑度，其测量方法不同。测定平滑度的 方法很多，有空气泄漏法、光学接触法、针描法、水迹法、印刷试验法、电容法、 摩擦片法及液体挤压法等，每种方法都有许多不同形式的仪器。 2 1 2 1 纸张表观平滑度的测量 测量纸张表观平滑度的方法有：显微照像法，触针法，o c r 法。 2 1 2 1 1 显微照像法 显微照像法是利用高倍显微镜拍摄纸张表面，得到纸面结构的照片，从照片 可直观反映出纸面的粗糙程度。然后用打分分级的方法( 视觉评价) 对结果进行定 量评价。由于受评价者主观印象的影响，显微照像法更多的是用于定性的评价。 该法也可用于印刷品质量的评价。 2 1 2 1 2 触针法 触针式平滑度测定仪是应用放大纸的表面凹凸的方法，对纸面平滑度进行测 定。顾名思义，它是用能上下移动的细小的针尖接触纸面，然后移动纸张，把 定长度内的纸面凹凸放大后记录下来的装置。国际上常见的这类仪器有瑞典森林 产品实验室的粗糙度试验机，美国b r u s h 电气公司生产的表面分析仪，国内也生 产类似的用于测定p s 版表面粗糙度的p 、卜1 、，p 气，v 、广v 仪器。图2-1所示为利用触针式表面粗，。篡 誓言篇篇：篡罴鬈篙 1 吣 r 恶廓图，从图中我们可以直观地看出不同 。矿、， 一n * 一m 纸张表面平滑度的差别。此外，触针式 i l l ；2 - t触钟或平蒲i ：鹫戗删碍的娥捌轮廓 第5 页共4 5 页 测定仪还可定量表示纸面凹凸程度；利用b r u s h 表面分析仪，还可确定出表面凹 陷低于5 7 u m 的纸页表面的百分率。 2 1 2 1 3o c r 法( o p t i c a lc h a r a c t e rr e c o g n i t i o n ) o c r 法是一种利用光学信号传递信息，即非接触测量的测试方法。该法采集信 号的过程比较简单，实验条件容易满足。但是因为采用普通钨灯和高压汞灯作光 源，光束方向性不强，测量系统空问分辨能力弱；加之必须使用透镜组、光具座 和导轨等，因而限制了使用的灵活性。 基于上述测量方法的缺点，研究者又推出了激光粗糙度、坝4 量系统。该系统以 激光为光源，保证了光束良好的方向性，以光导纤维作传感器，因此使系统可避 免使用透镜组、光具座和导轨等大型设备，而且利用光导纤维可以远距离传递信 号，因而使系统的空问分辨能力、灵活性及对工件的可接近性等都大大提高。 该系统测试原理简述如下：当一束准直的单 色相干光投射到一个光滑理想表面时，所有反射 光仍保持一准直光束，这称之为镜面光束，它按 s n e l l 定律所定的方向传播。如果反射面不是理 想表面，即表面粗糙，则反射光束将散射，并呈 一定角度分布，如图2 2 所示，图中：1 为入射 光束，2 为镜面反射光束，3 、4 为散射光束。 脚2 - 2 ，b 鼓巍棒榄帮新鹅雕射 在某一散射角方向，其散射光强度i ( p ) 与表面粗糙度之间由下列关系式给出。 肿，= 躐拦鼢等引巧。m ，e a * 扩 p - e i n 疗一e i m 晚 蔗= 擎；艚= 苗 武中；风散射期； 机八射缃； p 一激光犍幢； 驴一一方向船翎期，霸i f 承甲矗向棚凸水平8 r q 1 撺 射艳柬白哿锺槿； n 人舯先求的截嘲职： c 与 射蜷强猎* 帕常囊 一( * ) 寝耐端戗的幢舯蕊欺蓝太小缎墩：r 瀣猫f 州擦艇翱跚辩部分形状碰熬射角盼尢小t 从上述关系式中可以看出，如果入射光的波长九、入射角口。、光束直径b 及 截面积a 固定，那么对于一定的散射角口：方向，其散射光将只取决于表面凸起或 凹下部分水平方向大小d 和高低h 。因此，测量方向散射光强度涨落可直接反映出 表面粗糙度的大小。研究结果已表明，材料表面散射光的变化与表面粗糙度成正 第6 页共4 5 页 比，即材料表面越粗糙，散射光的变化( 涨落) 就越大。通过测量相邻位置散射光 的变化可定量测出纸张表面的粗糙度。 表观平滑度反映的是纸张表面在自由状态下的轮廓情况，大量试验证明，从 显微照像法所得的视觉评价结果，能较好地反映纸张在压印力较小的一些印刷中 的印刷平滑度：并表明纸张表面高且尖的峰与深且窄的谷比宽的峰和谷，对于印 刷更为有害。 2 1 2 2 纸张印刷平滑度的测量 纸张的印刷平滑度是指纸张在印刷过程中，在e p $ 1 j 压力作用下的表面平滑度。 纸张是一种可压缩材料，因此，印刷平滑度是纸张表观平滑度与表面可压缩性两 方面的综合效应。目前，己开发出许多测量纸张印刷平滑度的方法，但概括起来 不外乎两类，一类为光学接触法，另一类为空气泄漏或气流法，以第二类的仪器 较多。这些仪器中大多数的测量压力都较实际印刷压力低很多，因而与实际印刷 中纸张的印刷效果之间存在一定的差距，但用于区别不同纸张之间平滑度仍是十 分方便有效的。 2 1 2 2 1 光学接触法。 光学接触法是把玻璃三棱镜压在纸上，一束光线通过棱镜照到纸张表面，通 过纸面反射的光量反映纸面在压力作用下与光学玻璃表面的接触程度。根据接触 部分与未接触部分在三棱镜内反射光的不同状态，以光学的方 法，确定出接触部分的面积与全部测量面积的比率，以此接触 面积的百分率表示纸张的印刷平滑度大小。 光学接触法中最具有代表性的是c h a p m a n 平滑度仪，该仪 器可提供三种不同的背衬( 玻璃背衬、胶印橡皮布背衬和薄膜状 ( t y m p a n a ) 衬垫) 及五种不同的测量压力( 7 1 p s i ，1 7 7 p s i ， 3 5 4 p s i ，5 3 1 p s i 和7 0 8 p s i ，1 k p a = 6 8 9 p s i ) 。 c h a p m a n 平滑度仪测量原理如图2 3 所示。 圈2 3c i l 掣蝴平精鹰杖 l - 竟辣z - 蠢先铺 3 一光电l 也- 藏麓惶 ，* ，畦辩- 骨甜 c h a p m a n 平滑度仪的测量压力已接近实际印刷压力，但此法对于非接触部分的 深度考虑不够，距棱镜表面0 4 - 0 8 微米的凹坑就被认为是非接触面，而实际印 刷中这个凹坑深度是在油墨厚度范围内的，即这类凹坑对印刷质量不会有不利影 响，因此，此法的测量结果与实际印刷效果的相比性较差。 第7 页共4 5 页 2 1 2 2 2 空气泄漏法。 空气泄漏法是目前使用最为普遍的一种方法。利用这种原理设计的平滑度( 粗 糙度) 仪有别克( b e k k ) 型、威廉( w i l l i a m s ) 型、格尔莱( 6 u r l e yh - p s ) 型、本特生 ( b e n d t s e n ) 型、谢菲尔德( s h e f f i e l d ) 型和p p s 型等。这些类型的仪器均是在一定 压力和一定面积下，测量一定量空气通过纸张表面与另一个表面之间的间隙所需 的时间，或测定空气的流速、流量以及空气压力的变化等。在空气泄漏平滑度仪 中，b e k k 型、b e n d t s e n 、s h e f f i e l d 型和p p s 型在评价印刷平滑度中得到广泛的 应用，p p s 型是7 0 年代才开发出来的新型平滑度仪。 ( 1 ) 、b e k k 型平滑度仪。如图2 4 所示，该仪器的工作原理是在一定真空度和 压力下，测出一定量的空气通过试样表面与支承玻璃砧接触面所需的时间，以s 表示。试样愈平滑，它与玻璃砧之间的接 触就愈紧密，空气通过的速度就愈慢，一 定量的空气通过所需的时间就愈长，表明 纸样表面平滑度就愈高。该仪器测量压力 为l k g f c m 2 ，有效面积为1 0 0 0 5 c m 2 ，空 气量为l o m l ，真空度为0 5 k g f c m 2 即半个 大气压，孔径面积为l c m 2 ，玻璃毛细管高 度为5 0 0 m m 。 嚼2 - 4捌兜撕串精醒嘲斌惶螭捕隧 ，撤韫2 硅薯毫斓静3 一冉船懂 - 釜避蛘5 、9 一擐样 6 一崖艨7 ，j 氍蕾8 一艘蘩址- 襄璃继1 1 - q 壕 别克式平滑度测定法有一定优缺点，对低平滑度的试样较适宜，误差小，但 对高平滑度的试样测定时间较长，由于某些纸张存在从横断面透气的现象而使测 定值降低。 ( 2 ) 、本特生平滑度仪。其原理是利用空气泄漏法，通过一定测量面积的金属 环，以漏过空气多少来测定纸及纸板的表面粗糙程度，如漏过的空气多，则说明 纸张表面粗糙，即纸的表面平滑度低。将试样片夹在玻璃和一金属环端面之间， 在规定的压力下，在封闭的测量头端面空间输入空气，测定透过端面和试样片间 的空气流量，以m l m i n 表示。 测试仪器的主要参数：压缩机，应能产生约1 2 7 k p a 的压缩空气；压力缓冲容 器，应大于i o l ，装在压缩机与稳压阀之间；稳压阀，有3 个，分别标有( 0 7 4 + 0 o t ) k p a 、( 1 。4 7 _ + 0 。0 2 ) k p a 、( 2 ，2 0 + 0 。0 3 ) k p a ，根据i s 0 8 7 9 1 规定，测试平滑 第8 页共4 5 页 度( 粗糙度) 时使用标准压力1 4 7 k p a ；中心单元，传统本特生平滑度( 粗糙度) 仪有5 1 5 0 m l m i n 、5 0 5 0 0m l m i n 和1 0 0 1 0 0 0 m l m i n ( 或3 0 0 3 0 0 0m l m i n ) 流量计，新型本特生平滑度仪则由微电脑控制的电子空气流量 计替代；测量头，是一个封闭式金属环，这个金属环测量头端 面达到光学上的平滑，内径为3 1 3 0 2 m m ，环宽为o 1 5 1 0 0 2 m m ，质量2 6 7 2 9 。 图2 5 所示为本特生式平滑度( 粗糙度) 仪的结构示意图。 其特点是操作简单，测量快速准确，它与别克型比较，测定的 稳定性较好。该测试仪采用3 个相互有关的流量计，可根据纸 及纸板平整程度不同而选择使用，该仪器还可以测定可压缩性 及弹性。但是该仪器的压力仍低于印刷工业的要求。 瞎2 - 5 删雠警霹啜凇鞋 l 罐囊汁1 舷硅羁3 掣谨i l 4 。擗尊辫，矗圭6 一穗冀蕞 ( 3 ) 、p p s 型粗糙度仪。该仪器的全称为p a r k e rp r i n t s u r f 粗糙度仪，简称 p p s 粗糙度仪。其测试原理是，在规定的条件下，纸或纸板表面与一定宽度的环面 接触，在一定接触压力下，纸面与测试环之问的平均缝隙，就是印刷表面租糙度。 将试样放于1 个金属测量环和1 个衬垫之问，另有1 个内保护环和1 个外保护环 把试样封在两环之间，在测量环内压差的 作用下，气流从测量环和试样之问通过， 测量气流速率，并把测量结果转换成透气 缝隙的大小，以u m 表示。 p p s 测量头如图2 6 所示，图中( a ) 为测量头的部分截面图，( b ) 为测量头的 1 - 垂 平面图。 ， ， 整个仪器由测量头、气动控制装置和测量板三大部分组成，如图2 7 所示。 由测量头上测量环与纸面之间泄漏的空气经由测量板上的流量计，并将流速换算 成绝对单位的粗糙度值 。一t 蠢 蠢气鹰 该仪器的主要特点是： 采用与实际印刷相接近的测量压力作为标 准压力，并在4 9 0 i 9 6 0 k p a 或更高范围内调节。 一般推荐凸版印刷用纸采用1 9 6 0 k p a 的压力，胶 第9 页共4 ，页 ，i 挂躯基番m 鞋惶d 嘲2 - 7i l s 糠幢崖惶 印用纸采用9 8 k p a 的压力，其测量状态更接近实际印刷状态。 测量时有软垫和硬垫之分，根据纸张采用印刷方式的不同选用不同的衬垫。 测量环的周长为1 0 o c m ，与本特生式相同，但其宽度为5 1 u m 。在测量环的两 面均采用了环形保护环，该保护环不仅可以起到保护测量头的作用，而且可以提 高测量精度，减少测量误差。 表2 1 所示为几种空气泄漏法平滑度仪的测量条件比较。从表中可见，不同 仪器之间的测量条件各不相同。 表2 1几种空气泄漏法的测量条件 2 2 影响纸张平滑度的因素 平滑度是评价纸张表面凹凸程度的技术指标，是表示纸张表面平整、光滑和 均匀程度的物理量。 平滑度表示了纸张表面的平整程度，它取决于纸张表面的形貌，描述了纸张 的表面结构特性。 影响纸张平滑度的因素很多，抄纸浆料成浆质量、纸张的纤维组成成分和纤 维均匀分布程度；纸张水分以及填料用量、灰份含量、灰份成分；压榨毛毯、烘 干毛毯的表面性能；表面施胶、压光处理方式；等等。 纸浆的品种是影响平滑度的一项重要因素，机械木浆含有纤维束，制成的纸 粗糙，亚硫酸盐木浆和棉浆使纸张易平整些。 提高纸浆的打浆度可以增加纸张的平滑度：