第三章 纸张的基本物理性质

01.05.2020,.,1,第三章纸和纸板的基本物理性质,01.05.2020,.,2,第一节概述一、纸张的质量指标,01.05.2020,.,3,1、外观质量肉眼可以观察到的缺陷：尘埃、孔洞、针眼、透明点、皱纹等2、基本物理性质较普遍的性能：定量、厚度、表观密度、平滑度、吸收性,01.05.2020,.,4,3、力学性质静态强度：纸张在缓慢受力情况下所能承受的最大力，即最终强度主要包括抗张强度、耐破度、撕裂度、耐折度等动态强度：纸张能经受瞬时冲击的程度，它反映了纸张受力后瞬时扩散的动态情况主要包括：戳穿强度，环压强度，压缩强度等4、化学性质包括纸张的化学组成，纸张吸收性、分解性、耐碱性5、光学性质白度、色泽、光泽度、透明度、不透明度,01.05.2020,.,5,二、纸张的印刷性能与纸张的质量纸张的印刷性能：纸张的印刷运行性能：保证印刷生产正常进行，纸和纸板应具备的性能纸张的印刷适性：获得了预期的印刷效果，纸和纸板应具备的性能纸张运行性能：是纸张外观的质量、流变性能、强度和吸湿性,01.05.2020,.,6,1、实际印刷法即通过实际印刷机印刷后，以印刷效果来评价纸张的印刷性能。该法耗费大，不适于科学研究；2、间接测试法通过测定一些常规性质，如平滑度、吸收性、光泽度等来间接预测纸张的印刷性能，与实际印刷差距较大的；3、模拟印刷适性仪测试法操作方便，广泛应用；,三、纸张印刷性能的评价方法,01.05.2020,.,7,四、纸张的规格与裁切,卷筒纸的规格：国家GB标准只规定宽度尺寸：787mm;800mm;890mm1092mm;1240mm;1280mm等。长度一般为6000M。,01.05.2020,.,8,单张纸的规格：,2000年以前，纸张常用的尺寸为7871092mm（正度）8501168mm（大度）(8801230mm),1999年，根据ISO6716：1983制订了GB/T788-1999。重新制订了纸张的尺寸和图书、杂志的开本尺寸。要求从2000年5月开始实施。,四、纸张的规格与裁切,01.05.2020,.,9,图书和杂志开本及幅面尺寸,01.05.2020,.,10,M表示纸张的纵向（丝缕方向）,A4表示将A系列全张纸对折长边四次裁切为16开；,B5表示将B系列全张纸对折长边五次裁切为32开,01.05.2020,.,11,第二节定量、厚度、紧度,定量：单位面积纸张的重量“g/m2”,01.05.2020,.,12,定量的测量：条件：使纸样在恒温恒湿的环境中达平衡T:231RH%：55%5%将纸样裁成1010cm使用感量为0.0lg天平称重W(定量)=G（重量）/A（面积）,01.05.2020,.,13,Sartoriusbs2202s量程2200g精度0.01g,一般与厚度成正比，定量越高，纸越厚；还与耐破度，撕裂度抗张强度和挺度有关。是纸张与纸板的区分标准：250g/m2大于为纸板，小于为纸张,与定量有关的因素：,01.05.2020,.,14,我国规定500张全张纸为1令,定量与令重的换算关系：令重（kg）=长（M）宽（M）500定量/1000,01.05.2020,.,15,厚度：纸或纸板正反两面的垂直距离“mm或m”,01.05.2020,.,16,厚度的测量：使用厚度测量仪将仪器调零，当测量仪抬起时，将纸样置于测量头下，测量头落下时，根据厚度会自动指示出纸张或纸板的厚度。,01.05.2020,.,17,*定量、厚度的均匀性比其绝对值更重要，特别是纸张横向最容易出现定量和厚度的非均匀分布。一旦出现这种情况，会使卷筒纸两边松紧不一，印刷时在轮转机上受力不均，绷紧的一端往往先断裂造成断头，因此要求纸张的定量、厚度在纸张横面分布均匀一致。另外，纸张厚度的均匀性还直接影响印刷压力的调节，从而影响印刷品的质量，同时纸张厚度均匀性差，还会导致书瘠的薄厚不一致等，影响印刷品的质量。,定量、厚度均匀性对印刷的影响,01.05.2020,.,18,一般讲，定量越高，纸张越厚，但也有的纸张定量高却厚度低。这是由于纸张紧度高所造成的。,紧度：单位体积纸张的重量（g/cm3）紧度不能直接测量，是通过定量和厚度计算得到的，,定量（g/m2)厚度(mm)1000,表观紧度(g/cm3)=,国际上多用松厚度：它是紧度的倒数，指1克重的纸张的体积，以表示,01.05.2020,.,19,纸张的紧度直接影响纸张的强度，不透明度，吸墨性。纸张紧度太低，不适合印刷，强度不够，吸墨性太强。紧度太高，也不适合印刷，韧性降低，容易断裂，影响油墨的渗透干燥，容易造成背面蹭脏。印刷纸张的紧度要求：凸版印刷纸：0.7g/cm3左右普通胶版纸:0.8g/cm3左右铜版纸:1.25g/cm3左右无光铜版纸:0.9g/cm2左右轻量涂料纸:1.05g/cm3左右,01.05.2020,.,20,第三节平滑度和表面可压缩性,一、表观平滑度与印刷平滑度平滑度：指纸张表面的平整程度，描述了纸张的表面结构特性，也常用粗糙度表示,纸张具有比较高的平滑度和相应的表面可压缩性是获得满意的印刷质量的必要条件.,01.05.2020,.,21,表观平滑度自由状态下纸张的平滑度称为表观平滑度，表观平滑度与纸张的光泽度有很好的线性关系。取决于纸张外观的纹理结构。,印刷平滑度印刷压力作用下纸张的平滑度为印刷平滑度。印刷平滑度是表观平滑度与表面可压缩性的综合表现。,01.05.2020,.,22,二、表面可压缩性材料受到压缩时体积减少，则称该材料具有可压缩性。与表面有关的体积受到压力作用而减少时，该材料具有表面可压缩性。当压力作用于该材料表面时，可压缩性表面粗糙度会减少。,表面可压缩性可以度量随压力增加,纸张表面粗糙度降低或平滑度增加的程度.,01.05.2020,.,23,R=f(P),表面可压缩性定义：,粗糙度（R）与压力（P）间的函数关系：,K=,dR,dP,=f(P),K值是压力的函数，k值大小反映了随压力的增加，表面粗糙度R值减少的快慢程度。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。,01.05.2020,.,24,显微照相法触针法OCR(OpticalCharacterRecognize),三、表观平滑度的测量,01.05.2020,.,25,显微照相法,显微照相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）对此法的结果进行定量评价。由于受主观印象的影响，此法多用于定性评价。,01.05.2020,.,26,触针法原理：应用扩大纸张表面凹凸的方法，对纸张平滑度进行测定。,触针法平滑度仪测得的纸张轮廓,胶版纸,铜版纸,新闻纸,01.05.2020,.,27,光线在粗糙表面的散射：OCR法,研究表明，在某一方向的散射光强与纸面粗糙度的大小有关。材料表面越粗糙，散射光强的变化越大，通过测量相邻位置散射光强的变化可以定量测出纸张表面的粗糙度。,1,2,4,3,1-入射光束,2-镜面反射光束,3、4-散射光束,01.05.2020,.,28,四、印刷平滑度测量方法,光学接触法:,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的不同状态，以光学的方法，确定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。,01.05.2020,.,29,四、印刷平滑度测量方法,空气泄漏法:,原理：在一定压力下和一定面积，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时间，或侧定空气的流速、流量的以及空气压力的变化,01.05.2020,.,30,BeKK平滑度仪,工作原理：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时间测量条件：压力1kgf/cm2，即一个大气压，有效面积为100.05cm2，空气量为10ml，真空度为0.5kgf/cm2，孔径面积为1cm2。,01.05.2020,.,31,BeKK平滑度仪,特点：对低平滑度试验较适宜，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。,01.05.2020,.,32,本特生平滑度仪（Bendtsen）工作原理：使微弱压缩空气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粗糙度特点：操作简单，测量快速准确，测量稳定性好，还可以测定的可压缩性及弹性BendtsenRoughnessandAirPermeanceTester,01.05.2020,.,33,本特生平滑度仪（Bendtsen）,测量条件：气流宽度：0.15mm压力；1-5102kpa结果表示：ml/min,01.05.2020,.,34,PPS型粗糙度仪,特点：（1）测量压力接近实际印刷状态；（2）采用印刷中常用的背衬材料,根据不用的印刷方式选用；（3）测量环具环形保护环，该保护环不仅可以起到保护测量头的目的，而且可以提高测量精度；（4）测量压力采用气动加压，减少机械振动对测量结果的影响。,01.05.2020,.,35,PPS型粗糙度仪,ParkerPrint-Surf(PPS),CalibrationSet,01.05.2020,.,36,PPS型粗糙度仪,原理压力：5-50102Kpa气流宽度：51m(0.051mm),结果表示：m（所需墨膜厚度）,（根据流体力学的原理将空气流量换算为所需墨膜厚度）,测量头,测量进气口,加压进气口,背衬,加压机构,PPS粗糙度仪结构图,01.05.2020,.,37,01.05.2020,.,38,五、粗糙度与PPS粗糙度仪的应用1、粗糙度粗糙度：为纸面偏离理想参考平面或滚筒参考平面的程度。2、PPS粗糙度仪的应用PPS值：利用PPS粗糙度仪测得的绝对粗糙度值,不同纸张的绝对粗糙度（m）PPS值的应用：PPS2m时，即纸面与印版或橡皮布之间的平均间隙小于或等于2m时，才可保证转移到纸上的墨膜厚度是均匀的，人们将PPS=2m时的压力称为需用印刷压力PPR。,01.05.2020,.,39,PPS值对印刷品质量的影响：,01.05.2020,.,40,01.05.2020,.,41,01.05.2020,.,42,PPS值与印刷压力的关系,01.05.2020,.,43,印刷密度不均匀性与PPR值的关系,PPS=2m时的压力称为需用压力，即PPR值，PPR值能够较准确地反映纸张的印刷平滑度的大小，从图可看出印刷密度不均匀性与PPR值几乎呈线性关系，PPR值越低的纸张，越容易取得满意的印刷效果。,01.05.2020,.,44,影响阶调再现性：平滑度低的纸张，网点质量差有严重的网点丢失现象，影响印刷品的高光部分的层次再现。,01.05.2020,.,45,纸张具有吸收性的原因：网状纤维与填料之间形成无数的小缝隙或毛细孔，形成一个由无数窄小通道组成的结构，由于液体的毛细管作用，可将液体吸附上来，它包括纸张的油墨吸收性和吸水性。,第四节纸张的油墨吸收性能,油墨吸收模型,01.05.2020,.,46,吸墨性,对油墨的接受性,对油墨的吸收性,纸面的油墨接受性是以下几方面的综合表现：表面被油墨润湿的能力。表面吸收一定油墨组分的能力。表面固定和保留均匀墨膜的能力。油墨接受性主要是指发生在压印瞬间不到1秒时间内的现象，与印刷压力的大小有很大的关系。而油墨吸收性则描述油墨与纸张接触到油墨完全固化在纸面的一个较长时间，它与纸张毛细孔大小有关，与油墨某些组分的渗透有关。,一、吸墨性,01.05.2020,.,47,二、印刷过程中纸张对油墨的吸收及对印刷的影响1、纸张对油墨的吸收的两个阶段1）加压渗透（依靠印刷压力）2）自由渗透（依靠纸张的毛细管作用力）,01.05.2020,.,48,二、印刷过程中纸张对油墨的吸收及对印刷的影响,纸张对油墨的吸收过程：第一阶段：在压印的瞬间，依靠压力的作用，把油墨的部分颜料与连接料压入纤维的缝隙中，另一部分留在纸的表面形成墨膜；第二阶段：印刷压力消失，在毛细管力的作用下，连接料继续渗入，同时墨层中被吸去部分连接料，形成新的毛细管，直至两种毛细管力相等时，停止渗入。,01.05.2020,.,49,二、印刷过程中纸张对油墨的吸收及对印刷的影响2、实际印刷中，影响油墨吸收的因素表明了油墨被压入纸张的深度主要与以下因素有关：印刷压力，印刷时间，油墨粘度，纸张毛细管半径,吸墨太大，则会造成小颗粒颜料的渗入和连接料的过分渗入，从而导致粉化与透印；吸墨性太小，则油墨干燥速度过慢，造成背面蹭脏。,01.05.2020,.,50,K&N油墨脏污实验：使用K&N油墨脏污实验仪将K&N油墨在一定的压力下均匀涂在被测纸样上，停留2分钟，然后将墨迹擦掉，待干燥后，使用反射光度计测量涂墨区域的反射率（RF）和空白区域的反射率（R）。计算K&N值：,三、纸张吸收性的测量方法,K&N油墨脏污试验仪,01.05.2020,.,51,影响油墨脏污试验结果的因素,1）油墨与纸张的接触时间；2）纸张对油墨的吸收量；3）实验油墨的粘度影响；4）当用Q值表示纸张对油墨的吸收能力时应考虑纸张表面的光反射能力；5）考虑纸张表面粗糙度,01.05.2020,.,52,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,时间(min),密度,1.不同接触时间的脏污密度值（4种不同纸张，P46）,A,B,C,D,01.05.2020,.,53,2.油墨粘度对K&N值的影响,从图可看出，不管何种纸，其K&N值均随油墨相粘度的增加而减少。,01.05.2020,.,54,3.不同反射能力的纸张其K&N值的差别,当用Q值表示纸张对油墨的吸收能力时应考虑纸张表面的光反射能力。从图可看出不同反射能力的纸张其K&N值的差别。,01.05.2020,.,55,4.K&N指数对纸面墨量作用,消除纸张表面反射能力影响的最佳方法是利用K&N指数X表示。用X指数的优点是它与传递到纸面的墨量成