Описание плоскости белого листа бумаги. Механические свойства бумаги

Свойства бумаги определяют ее внешний вид, качество и предназначение. К ним относятся - структурные, геометрические, механические, оптические, химические, электрические и свойства, определяемые при помощи микроскопа.

К структурным и геометрическим свойствам бумаги относят такие параметры, как масса, толщина, гладкость, пухлость, просвет и пористость.

Механические свойства бумаги можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. В ходе основных технологических операций полиграфии бумага подвергается существенному деформированию бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу.

Основными показателями оптических свойств являются: белизна, светонепроницаемость, прозрачность (непрозрачность), лоск и цвет.

Химические свойства бумаги определяются в основном видом применяемой древесины, методом и степенью варки и отбелки, а также типом и количеством добавленных неволокнистых компонентов и имеют важное значение, поскольку определяют физические, электрические и оптические свойства.

Структурные и геометрические свойства. Согласно ГОСТ Р53636-2009 «Целлюлоза, бумага, картон. Термины и определения»

Масса или вес.

Масса (или вес) одного квадратного метра бумаги является наиболее распространенным показателем, так как большинство бумаг продают по массе 1м 2 . Массу бумаги чаще относят к единице площади, чем к единице объема (как это делают в отношении других материалов), - ведь бумагу используют в виде листа и площадь в данном случае играет более важную роль, чем объем. По принятой классификации масса 1м 2 печатной бумаги может составлять от 40 до 250г. Бумаги с массой выше 250г/м 2 относятся к картонам.

Толщина

Толщина бумаги, измеряется в микронах (мкм), определяет как проходимость бумаги в печатной машине, так и потребительские свойства - в первую очередь прочностные - готового изделия.

Гладкость

Гладкость характеризует состояние поверхности бумаги, обусловленное механической отделкой, и определяет внешний вид бумаги - шероховатая бумага, как правило, на вид малопривлекательна. Гладкость важна для писчих видов бумаги, для печатных бумаг, а также при склейке бумаги.

Противоположной гладкости величиной является шероховатость, которая измеряется в микронах (мкм). Она напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. В технических спецификациях бумаги обязательно присутствует одна из двух этих величин.

Пухлость

Пухлость измеряется в кубических сантиметрах на грамм (см 3 /г). Пухлость печатных бумаг колеблется в среднем от 2см 3 /г (для рыхлых, пористых) до 0,73см 3 /г (для высокоплотных каландрированных бумаг). На практике это означает, что если брать более пухлую бумагу меньшего граммажа, то при равной непрозрачности в тонне бумаги будет больше листов.

Просвет

Просвет бумаги характеризует степень однородности ее структуры, то есть степень равномерности распределения в ней волокон. О просвете бумаги судят по наблюдению в проходящем свете. Бумага с сильно облачным просветом крайне неоднородна. Ее тонкие места являются и наименее прочными и легко пропускают воду, чернила, печатную краску. Из-за неравномерности восприятия бумагой печатной краски печать на облачной бумаге получается низкого качества.

Бумага с облачным просветом трудно окрашивается, образуется разнотоновая облачность. Интенсивнее окрашиваются толстые участки бумажного полотна и менее интенсивно-тонкие.

Пористость

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску, и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористокапиллярным материалом; при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, - это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, - мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также пространства, образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например газетные, - макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,160,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску за счет рыхлой структуры, то есть сильно развитой внутренней поверхности.

Механические свойства

Механическая прочность.

Прочность бумаги на разрыв зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так, для более мягких типографских бумаг разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных эта величина возрастает уже до 3500 м и выше.

Сопротивление излому.

Показатель сопротивления излому зависит от длины волокон, из которых образована бумага, от их прочности, гибкости и от сил связи между волокнами. Поэтому наиболее высоким сопротивлением излому отличается бумага, состоящая из длинных, прочных, гибких и крепко связанных между собой волокон.

Сопротивление продавливанию.

Большое значение этот показатель имеет для упаковочнооберточных бумаг. Он связан с показателями разрывного груза бумаги и удлинения ее при разрыве.

Растяжимость.

Удлинение бумаги до разрыва, или ее растяжимость, характеризует, способность бумаги растягиваться. Это свойство особенно важно для упаковочной бумаги, мешочной бумаги и картона, для производства штампованных изделий, для основы парафинированной бумаги, применяемой для автоматической завертки.

Мягкость.

Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так, крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 68%.

Линейная деформация при увлажнении.

Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его ширине и длине, выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа, называется линейной деформацией при увлажнении. Значения деформации бумаги при намокании и остаточной деформации являются важными показателями для многих видов бумаги (для офсетной, диаграммной, картографической, для основы фотоподложки, для бумаги с водяными знаками). Высокие значения этих показателей приводят к несовмещению контуров красок при печати и, как следствие, к получению некачественной печати. Однако следует отметить, что в ГОСТ 12057-81 «Бумага и картон. Методы определения линейной деформации.» заложены очень жесткие условия испытаний (намокание калиброванной полоски бумаги в течение определенного времени), использование которых для большинства печатных видов бумаги нецелесообразно. Европейские нормы предполагают использование термина «влагорасширение», определяющего изменение линейных размеров полоски бумаги при изменении влажности воздуха от 30 до 80%. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв.

Оптические свойства

Оптическая яркость.

Оптическая яркость - это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях.

Белизна.

Истинная белизна бумаги связана с ее яркостью или абсолютной отражательной способностью, то есть с визуальной эффективностью. Белизна базируется на измерении отражения света белыми или почти белыми бумагами с одной длиной волны (ГОСТ 30113-94 «Бумага и картон. Метод определения белизны.» предусматривает 457 миллимикрон, то есть в видимом спектре) и определяется как отношение количеств упавшего и распределенно отраженного света (%).

Пожелтение.

Пожелтение бумаги - это термин, которым условно называют снижение ее белизны от воздействия световых лучей или повышенной температуры. От светового разрушения бумага может быть защищена хранением ее в помещении без окон или с такими окнами, которые закрыты плотными шторами.

Светонепроницаемость, или непрозрачность.

Светонепроницаемость - это способность бумаги пропускать лучи света. Свойство непрозрачности бумаги определяется общим количеством пропускаемого света (рассеянного и нерассеянного). Непрозрачность обычно определяется степенью проникновения изображения в испытываемый материал, помещенный прямо напротив рассматриваемого предмета.

Чаще применяется термин «непрозрачность бумаги» - отношение количества света, отраженного от листа, лежащего на черной подложке к свету, отраженному светонепроницаемой стопой этой бумаги.

Прозрачность

Прозрачность определенным образом связана с непрозрачностью, но отличается от нее тем, что определяется количеством света, который проходит без рассеивания. Коэффициент прозрачности является лучшей оценкой высокопрозрачных материалов (калек), тогда как измерение непрозрачности более пригодно для относительно непрозрачных бумаг.

Лоск или глянец.

Лоск (глянец) является свойством бумаги, выражающим степень лощености, глянца или способности поверхности отражать падающий на нее свет. Этот показатель можно рассматривать как свойство поверхности бумаги отражать свет под данным углом. Таким образом, лоск (глянец) можно охарактеризовать как отношение количества света, отраженного в зеркальном направлении, к количеству упавшего света.

Химические свойства.

Влагопрочность.

О влагопрочности бумаги судят по степени сохранения ею во влажном состоянии первоначальной своей прочности, то есть по той прочности, которую она имела до увлажнения, находясь в воздушносухом состоянии.

Влажность.

Зольность.

Зольность бумаги зависит от количественного содержания наполнителей в ее композиции. Бумага высокой прочности должна иметь низкое содержание золы, поскольку минеральные вещества уменьшают прочность бумаги.

Следующая группа печатных свойств - это механические свойства бумаги, которые можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются существенным деформированием бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное (бесперебойное) течение технологических процессов печатания и последующей обработки печатной продукции. Так, при печатании высоким способом с жестких форм при больших давлениях бумага должна быть мягкой, то есть легко сжиматься, выравниваться под давлением, обеспечивая наиболее полный контакт с печатной формой.

Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Если бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.

Для офсетной печати на высокоскоростных ротационных машинах очень важными являются прочностные характеристики бумаги, а именно: прочность на разрыв, излом, стойкость к выщипыванию, влагопрочность. Прочность бумаги зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах. Так для более мягких типографских бумаг, разрывная длина составляет не менее 2500 м, а для жестких офсетных, эта величина возрастает уже до 3500 м и более.

Бумаги, предназначенные для плоской печати, должны иметь минимальную деформацию при увлажнении, так как по условиям технологии печатного процесса, они соприкасаются увлажненными поверхностями. Бумага - материал гигроскопичный. При увеличении влажности ее волокна набухают и расширяются, главным образом по диаметру; бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего меняется формат. Повышенная влажность резко снижает механическую прочность бумаги на разрыв, бумага не выдерживает высоких скоростей печатания и рвется. Изменение влажности бумаги в процессе многокрасочной печати приводит к несовмещению красок и нарушению цветопередачи.

Для повышения влагостойкости бумаги в состав бумажной массы при изготовлении добавляют гидрофобные вещества (эта операция называется проклейкой в массе) или же проклеивающие вещества наносятся на поверхность уже готовой бумаги (поверхностная проклейка). Высоко проклеиваются офсетные бумаги и особенно те из них, которые при использовании подвергаются резким изменениям климатических условий или запечатываются во много краскопрогонов, например, картографические бумаги.

Способы измерения механических свойств бумаги представлены в таблице 15.

Таблица 15 - Определение механических свойств бумаги

Свойство	Определение	Способ измерения

Прочность на излом	Прочность на излом выражается числом двойных перегибов полоски бумаги под углом 180°, вызывающих ее разрыв.	Измеряется в машинном и поперечном направлениях на фальцере. Рабочая часть прибора представляет собой устройство для изгиба полосок бумаги размером 15 Ч 100 мм с счетчиком количества двойных перегибов.
Разрывная длина или прочность на разрыв	Характеристикой прочности бумаги на разрыв является разрывное усилие Q. Это усилие, необходимое для разрыва полоски бумаги шириной 15 мм. На шкале динамометра его отсчитывают в кгс и переводят в Ньютоны (1 кгс = 10 н). Разрывная длина - это расчетная длина такой полоски бумаги шириной 15 мм, которая, будучи подвешена за один конец, разрывается под действием собственного веса.	Измеряется на динамометре - разрывной машине.
Прочность поверхности к выщипыванию	Краска для испытания на выдергивание наносится на бумагу с помощью испытательной печатной машины Пруфбау.	Во время испытания скорость печати непрерывно повышается. Измеряется значение скорости, необходимое для выдергивания частиц.

Бумага в процессе печатания испытывает самые разнообразные механические воздействия: сжатие, изгиб, растяжение.

В процессе пользования печатным изделием, кроме механический воздействий, бумага подвергается действию света, изменяющейся влажности и др. Все эти испытания бумага должна пройти без разрушения и сохраняться без изменения свойств в течение длительного времени.

Свойства бумаги , которые обеспечивают нормальное проведение технологического процесса (печатание, брошюрование, отделка печатной продукции) называются технологическими . К ним относятся:

Ровность и гладкость поверхности, обеспечивающие контакт бумаги с печатной формой;

Мягкость, т. е. способность бумаги сглаживаться под давлением;

впитывающая способность, определяющая восприятие и закрепление краски на оттиске;

Механические свойства (прочностные и деформационные), благодаря которым бумага выдерживает различные воздействия в технологическом процессе;

Оптические характеристики: белизна, непрозрачность, глянец, определяющие контраст и правильную цветопередачу изображения.

Большое практическое значение имеют потребительские свойства , т.е. те, которое определяют внешний вид печатной продукции и обеспечивает ее долговечность. К ним относятся:

Светопрочность, т.е. устойчивость свойств бумаги при продолжительном действии света;

Устойчивость к изменению атмосферных условий (температура, влажность);

Механические и оптические свойства, которые являются как технологическими, так и потребительскими .

Размерные показатели бумаги

Важнейшие размерные показатели бумаги – толщина и масса бумаги площадью 1 м² . Толщина бумаги зависит от количества бумажной массы, подаваемой на сетку бумагоделательной машины, ее концентрация и скорости движения сетки. Бумага неоднородна по толщине и при ее измерении получают усредненное значение.

Толщина влияет на многие свойства бумаги. С увеличением толщины растут прочность бумаги, непрозрачность, деформация сжатия.

Чем тоньше бумага, тем плотнее, компактнее книжный блок. На качество печати влияет однородность толщины бумаги в листе, рулоне, кипе. Отклонения по толщине приводят к непропечаткам на оттиске.

Бумагу для печати выпускают массой 1 м² от 30 до 300 г. Материал массой более 300 г/м² называют картоном .

Размерные показатели (толщина и масса бумаги площадью 1 м²) являются основными при расчете необходимого количества бумаги на издание.

Структура бумаги

Важнейшими характеристиками структуры являются плотность и пористость бумаги.

Плотность определяется отношением массы листа бумаги к его объему и выражают в. г/см3.

Для различных видов бумаги плотность колеблется в пределах от 0,5 г/см3 - для рыхлых, пористых и до 1,2 г/см3 - для сильно уплотненных видов бумаги.

Плотность бумаги зависит от вида и степени помола волокна, количества наполннтеля, от степени каландрирования бумаги и др.

Пористость (наличие межволоконных пространств) косвенно связана с плотностью. Чем больше плотность бумаги, тем меньше ее пористость.

Высокая пористость бумаги обеспечивает хорошую впитывающую способность и, следовательно, влияет на скорость закрепления краски, но в то же время в результате сильного впитывания краски оттиски получаются менее контрастными, менее насыщенными.

На более плотной, менее пористой бумаге достигается более высокая четкость изображения.

Неоднородность структуры бумаги

Бумага является капиллярно-пористым неоднородным материалом. Неоднородность бумаги объясняется многокомпонентностью ее состава и особенностями технологии изготовления. В процессе дефибрирования древесины и размола целлюлозы получают волокна разных размеров. Сами волокна распределяются в толще листа также неравномерно, образуя более или менее плотные участки, которые хорошо видны при рассматрении бумаги «на просвет». Неравномерно и распределение частиц наполнителя в толще листа. Содержание наполнителя с сеточной стороны на 15-18% меньше, чем с верхней.

Неоднородность структуры бумаги оказывает влияние на многие ее свойства. Так, бумага имеет неравномерную толщину, различную гладкость и впитывающую способность с верхней и сеточной сторон листа, разную прочность в машинном и поперечном направлениях и др. Неоднородность свойств бумаги ухудшает ее качество и вызывает большие трудности в работе с ней.

Характеристика поверхности бумаги

Гладкость - основное свойство бумаги, характеризующее ее поверхность. Гладкая бумага обеспечивает полный контакт с поверхностью жесткой печатной формы, к которой бумага прижимается под определенным давлением. От полноты контакта бумаги с формой зависит точность воспроизведения элементов изображения. Таким образом, чем выше гладкость поверхности бумаги, тем больше ее разрешающая способность , т. е. возможность воспроизведения на ней самых мелких деталей изображения, а следовательно, выше качество печати. На очень гладкой поверхности полная пропечатка всех элементов изображения может быть достигнута при минимальном давлении.

Получить бумагу с абсолютно гладкой поверхностью невозможно. Поверхность бумаги всегда имеет микронеровности , образующиеся в процессе ее изготовления в результате переплетения волокон и наличия частичек наполнителя на ее поверхности. Плохое измельчение и скопление волокон, а также случайные грубые включения образуют макронеровности. Кроме того, на стороне листа, обращенной к сетке бумагоделательной машины, остаются следы сетки, что увеличивает шероховатость сеточной стороны бумаги.

Гладкость бумаги значительно повышается при введении нанаполнителя и особенно при нанесении на ее поверхность в процессе мелования покровного пигментного слоя, который закрывает неровности бумаги-основы. Только на высокогладкой мелованной бумаге могут быть воспроизведены мелкие печатающие элементы.

Хорошее качество печати может быть достигнуто и на не очень гладкой бумаге, но под определенным давлением, когда в процессе печатания происходит сжатие бумаги и выравнивание ее поверхности. Сглаживание поверхности бумаги в момент ее контакта с печатной формой увеличивает разрешающую способность бумаги, улучшает точность воспроизведения оригинала, увеличивает переход краски с формы на бумагу.

Механические свойства бумаги

Механические свойства бумаги объединяют две группы свойств:

Прочностные свойства, характеризующие сопротивление материала разрушению при механических воздействиях,

Деформационные свойства, характеризующие деформированность материала без разрушения.

Прочностные свойства

Прочность бумаги, т.е. ее сопротивление разрушению при механических воздействиях - важная характеристика, определяющая возможность использования бумаги в печатных и других машинах и обеспечивающая сохранность и долговечность готовых печатных изделий.

Например, из-за недостаточной прочности бумаги может произойти обрыв бумажного полотна. Таким образом, недостаточная прочность бумаги приводит к непроизводительным простоям печатных машин. Кроме того, низкая прорость бумаги заставляет снижать скорость печатания.

Прочностные свойства бумаги зависят от ее состава и структуры. При механическом воздействии на бумагу возможно разрушение самих волокон, но более вероятно нарушение связей между ними. Поэтому прочность бумаги определяется не прочностью самого волокна, а прочностью связей между волокнами.

Расщепление, фибриллирование волокон в процессе их размола способствует увеличению числа связей мёжду волокнами и, следовательно, повышению прочности бумаги. Частицы наполнителя, располагаясь между волокнами, служат как бы «распорками» и ослабляют эти связи. Различные проклеивающие вещества по-разному влияют на прочность. Гидрофобные (например, канифоль), образуют хрупкие, легко разрушающиеся связи. Гидрофильные проклеивающие вещества, близкие по молекулярной природе к волокну (например, крахмал), повышают прочность бумаги. Увлажнение бумаги приводит к резкому снижению ее прочности.

Прочность бумаги зависит от ее структуры и поэтому неоднородна в различных направлениях листа. Прочность на разрыв в машинном направлении может в нескольку раз превышать прочность на разрыв в поперечном направлении. Прочность зависит от толщины бумаги: при сравнении бумаги одного состава, но разной толщины более толстая оказывается более прочной.;

Прочность бумаги на излом играет большую роль в процессе использования полиграфической продукции. Особенно важен этот показатель для бумаги картографической, обложечной, форзацной, документной, предназначенной для изготовления крупноформатных вклеек, вкладок, которые при использовании подвергаются многократным перегибам при складывании.

Прочность бумаги на надрыв имеет важное значение для рулонной бумаги, особенно при печатании газет на быстроходных ротационные машинах, когда нередко происходит обрыв бумажного полотна из-за недостаточного сопротивления кромки над-рыву.

Прочность поверхности бумаги к истиранию важна при печатании на быстроходных рулонных машинах. При трении о металлические детали бумагопроводящей системы мелкие волокна и частички наполнителя| могут отделяться от поверхности бумаги, образуя бумажную пыль, которая загрязняет печатаю форму, красочный аппарат и понижает качество печатной продукции.

Прочность бумаги к истиранию повышается при поверхностной проклейке.

Если поверхность бумаги недостаточно прочна, то может происходить «выщипывание» волокон, т.е. разрушение поверхностного слоя бумаги при печатании липкими красками. «Выщипывание» наблюдается и у мелованной бумаги в результате срыва покровного слоя.

Деформационные свойства

Деформационные свойства являются важнейшей характеристикой печатной бумаги, предопределяющей ее поведение при печатании и выполнении других технологических операций. Деформационные свойства бумаги проявляются на всех стадиях технологического процесса; разрушение бумаги происходит после деформации.

В бумаге, могут проявляться упругие и эластические деформации. Упругость - способность к обратимым деформациям, возникающим под действием нагрузки и мгновенно исчезающим при снятии нагрузки. Эластичность – это способность к большим обратимым деформациям под действием небольших нагрузок.

В офсетной печати допускается применение более жесткой бумаги, так как неровная поверхность жесткой бумаги вступает в хороший контакт с легко деформирующейся резинотканевой пластиной и пропечатка на жесткой бумаге достигается за счет деформации пластины. Поэтому офсетным способом можно печатать на различных жестких поверхностях: металле, пластмассе, дереве.

В брошюровочно-переплетных процессах при фальцовке оттисков, обжиме блока и др. необходимо, чтобы в бумаге проявилась остаточная деформация, для большей устойчивости фальца.

Впитывающая способность бумаги

Восприятие бумагой краски зависит от способности ее поверхности смачиваться краской и от впитывающей способности бумаги. Как правило, все печатные краски хорошо смачивают поверхность бумаги. Практически впитывающая способность бумаги зависит в первую очередь от ее пористости. Чем больше пористость бумаги, тем интенсивнее процесс впитывания.

Скорость и глубина впитывания краски зависят от количества и размеров nop, а также от состава и свойств печатной краски.

Бумага с крупными порами, например газетная, хорошо впитывает краску.

Это обеспечивает быстрое ее закрепление на бумаге. Однако чрезмерное впитывание снижает интенсивность отпечатков и может привести к прони|канию краски на оборотную сторону бумаги, т.е. к «пробиванию» оттиска.

Получение же интенсивных оттисков на крупнопористой бумаге потребует значительного увеличения толщины красочного слоя, что приведет к отмарыванию и перерасходу краски.

Отношение бумаги к влаге . В состав печатной бумаги входят растительные волокна, которые в силу своего химического строения, наличия большого числа гидроксильных групп обладают гигроскопичностью. Поэтому бумага легко поглощает и отдает влагу. Если в помещение с высокой влажностью поместить сухую бумагу, то наблюдается поглощение бумагой влаги из воздуха, и, наоборот, в сухом помещении влага испаряется из влажной бумаги.

Колебания влажности бумаги приводят к изменению многих ее рабочих свойств и вызывают осложнения в процессе печати.

При высушивании бумаги уменьшаются ее размеры, повышается жесткость, снижается электропроводность. Пересушенная бумага – очень жесткая, легко рвется в печатной машине. При печатании на сухой бумаге требуется большее давление, это снижает тиражестойкость печатной формы. Уменьшение электропроводности при пониженной влажности бумаги делает бумагу как бы намагниченной, из-за чего происходит слипание бумажных листов, что осложняет работу печатной машины.

Изменение влажности бумаги при колебаниях атмосферной влажности в печатном цехе вызывает волнистость бумаги, скручивание, образование морщин на оттиске и несовмещение красок при многокрасочной печати. Поэтому в цехах нужно поддерживать постоянные температуру и влажность воздуха.

Для предотвращения деформации бумаги при увлажнении предусматривается ее акклиматизация. Поступившую со склада бумагу выдерживают в цехе некоторое время, чтобы она приобрела показатели влажности температуры печатного цеха.

Оптические свойства бумаги

Качество полиграфической продукции в значительной степени зависит от оптических свойств печатной бумаги: белизны, лоска (глянца) и прозрачности.

Падающий от источника свет может или отражаться от материала, или проникать в материал. Белизна и лоск определяются характером и количеством отраженного светового потока, а прозрачность - прошедшего.

Б е л и з н а - способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно по всему спектру. Это означает, во-первых, что бeлыe поверхности отражают свет рассеянно в разных направлениях; во-вторых, спектральный состав падающего на белую поверхность света не изменяется при отражении. Поэтому при освещении солнцем или искусственным источником свет, отраженный от белой поверхности, будет неокрашенным, ахроматическим.

Реальные тела никогда не отражают и не поглощают всего падающего потока света. В природе нет ни абсолютно белых, ни абсолютно черных тел.

Белизна бумаги влияет на градационную передачу в светлых участках репродукций.

Особенно большое значение имеет белизна бумаги при печати цветных иллюстраций. На недостаточно белой бумаге с желтоватым оттенком цвета на оттиске, по сравнению с оригиналом, передаются с искажением.

Белизна бумаги зависит от белизны исходных волокнистых материалов, белизны и количества вводимых наполнителей и подцветки.

Сине-фиолетовая подцветка повышает белизну, устраняет желтый оттенок, характерный для волокон. Оптический отбеливатель устраняет желтизну, повышает количество отраженного света. Очень эффективно нанесение покровного пигментного слоя.

Лоск Лощеная поверхность зеркально отражает значителную часть падающих на нее лучей. Лоск определяется отношением количества света, отраженного зеркально, ко всему отраженному свету. Мелованная бумага отражает 40 – 70 %, а машинной гладкости – 10% падающего света.

Поверхность бумаги приобретает глянец, лоск при отделке на суперкаландрах. С целью повышения глянца в состав покровного слоя мелованной бумаги вводят специальные добавки: воск, латекс, метилцеллюлозу.

При выборе бумаги для полиграфического воспроизведения различных оригиналов нужно иметь в виду, что на высоколощеной бумаге с высоким глянцем хорошо воспроизводятся черные и цветные фотографии, а также репродукции с картин масляной живописи. Для воспроизведения текста в книгах и журналах следует брать бумагу с невысоким глянцем поверхности. Чтение текста, отпечатанного на бумаге с глянцевой повepxностью, быстро утомляет зрение. Нельзя отождествлять глянец, лоск с гладкостью.

Непрозрачность. Если световые лучи, проходя через слой вещества или какого-либо материала, выходят из него параллельно, то этот слой кажется прозрачным. Примеры прозрачных тел – стекло, калька, если свет полностью поглощается веществом, значит оно непрозрачно.

Желательно, чтобы печатная бумага была непрозрачной. Основное условие непрозрачности бумаги - поглощение света, которое вызвано многократным преломлением лучей внутри материала. С целью уменьшения прозрачности бумаги в ее состав вводят наполнители^ и влияние их тем эффективнее, чем больше отличается коэффициент преломления наполнителя от коэффициента преломления волокон

Проклеивающие вещества, коэффициент преломления которых близок к коэффициенту преломления целлюлозы, практически не влияют на прозрачность бумаги.

Внимание! Администрация сайта rosuchebnik.ru не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Участник: Мусин Айдар Рустамович
Руководитель: Вагапова Наиля Романовна

Введение

В данное время нормальный быт человека невозможен без использования салфеток, так как без их участия невозможно организовать на достойном уровне ни одно застолье, юбилей или какое-либо другое торжественное мероприятие. Принято думать, что чем выше качество салфеток, тем выше социальный статус человека, использующего их для проведения каких-либо мероприятий. Они различаются по цвету и размеру, бывают гладкие и рельефные, однослойные и многослойные, имеют разную поверхностную плотность. Покупая салфетки в магазине, постоянно задаемся вопросом: «Хорошего ли они качества?»

Цель работы: изучить физические характеристики и свойства бумажных салфеток и выявить из них наиболее качественные.

Объект исследования : бумажные салфетки разных торговых марок и видов.

Предмет исследования : физические характеристики (толщина, плотность основы, внутренняя структура) и свойства (прочность, впитывающая способность, капиллярность) салфеток.

Задачи исследования:

Составить классификацию салфеток.
Изучить физические характеристики (толщина, плотность основы, внутренняя структура) и свойства салфеток (механическая прочность, впитывающая способность, капиллярность).

Методы исследования:

Изучение материалов по данной теме.
Проведение наблюдений и экспериментов.

§ 1. Основные характеристики салфеток

Производство бумажных салфеток появилось в Японии в 19-м веке. Как и всё новое, эта продукция была достаточно дорогой, к тому же бумага того времени сама по себе была не дешёвой. Популярными бумажные салфетки стали в 70-х годах прошлого века благодаря немцам. Именно в практичной Германии решили поставить производство на поток, чтобы сделать бумажные салфетки доступными. Жажда комфорта и чистоты превзошла эстетику, что позволило появиться бумажным салфеткам в каждом доме, причём за небольшие деньги .

Рассмотрим основные характеристики бумажных салфеток.

Геометрические: пористость, гладкость, масса 1м2 (плотность основы), однородность структуры.

Механические : прочность на разрыв.

Сорбционные: впитывающая способность.

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, ‒ это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, ‒ мельчайшие пространства неопределённой формы, образующиеся между волокнами целлюлозы у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, такие как салфетки – макропористые. Такие бумаги хорошо впитывают жидкости благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильноразвитой внутренней поверхности .

Гладкость бумаги , то есть её микрорельеф, определяет способность бумаги передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии, точки и их комбинации. Это одно из важнейших печатных свойств бумаги. Чем выше гладкость бумаги, тем больше полнота контакта между её поверхностью и печатной формой, тем меньшее давление нужно приложить при печатании, тем выше качество изображения. Таким образом, чтобы получить на салфетке качественный рисунок, её поверхность должна быть гладкой .

Плотность основы показывает, какую массу имеет 1 м 2 данной салфетки. Единица плотности основы ‒ г/м 2 . По принятой классификации масса 1 м 2 бумажных салфеток может быть меньше 24 г (салфетки низкой плотности) и больше 24 г (салфетки высокой плотности) .

Просвет бумаги характеризует степень однородности её структуры (равномерности распределения в ней волокон). О просвете бумаги судят по наблюдению в проходящем свете. Бумага с сильно облачным просветом крайне неоднородна. Её тонкие места являются и наименее прочными. Печать на облачной бумаге оказывается низкого качества из-за неравномерности восприятия бумагой печатной краски. Интенсивнее окрашиваются толстые участки бумажного полотна и менее интенсивно ‒ тонкие .

Прочность бумаги зависит от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывным усилием в ньютонах .

Впитывающая способность бумаги показывает, сколько жидкости может впитать в себя бумага:

В таблице №1 приводится классификация салфеток. Нами для тестирования было отобрано 10 образцов бумажных салфеток (рис. 1).

Таблица 1. Классификация бумажных салфеток

Салфетка с перфорацией и тиснением, с рисунком «Снежинка», однослойная.
С перфорацией и тиснением, белая, однослойная.
С перфорацией, цветная с рисунком, однослойная.
С перфорацией и тиснением, с рисунком «Снеговик», однослойная.
С перфорацией, цветная с рисунком, двухслойная.
С перфорацией и тиснением, белая, двухслойная.
С перфорацией и тиснением, с рисунком «Цветы», однослойная.
С перфорацией и тиснением, с рисунком «Цветы», трехслойная, гладкая.
С перфорацией и тиснением, гладкая, с рисунком «Виноград», однослойная.

§ 2. Изучение характеристик бумажных салфеток

Внутренняя структура салфеток изучалась при помощи микроскопа (увеличение в 50 раз). Наблюдения показали, что наиболее рыхлыми являются экземпляры салфеток под номерами 1, 7, 8, 9 (рис. 2). Эти салфетки должны лучше других впитывать жидкости.

Салфетки под номерами 3, 5 и 6 имели гладкую поверхность с перфорацией по краю. Под микроскопом видно, качество цветной печати на них выше, чем на салфетках под номерами 1, 7 и 8, которые имели тиснение по всей поверхности (рис. 3). Таким образом, для салфеток с тиснением оптимален небольшой цветной рисунок на белом фоне.

Качество цветовой печати на салфетках

Толщина салфеток измерялась методом рядов. Результаты приведены в таблице 2.

Плотность основы определяласьпутём деления массы салфетки на площадь её поверхности (г/м 2). Масса определялась при помощи лабораторных весов, а размеры – линейкой. Плотность салфеток определялась делением их массы на объём (г/см 3). Наибольшую поверхностную плотность имеют салфетки под номерами 5 , 8 и 9. Результаты измерений и вычислений приведены в таблице №2.

Таблица 2. Плотность салфеток

№	Толщина h , см	Стороны a · b , см	Масса m , г	Плотность ρ , г/см 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Масса салфетки. Для определения массы одной салфетки измеряли массу всей пачки на электронных весах, и полученный результат делили на число салфеток в пачке.

Объем. Объем одной салфетки определяли как произведение её площади на толщину.

Однородность структуры. Об однородности структуры салфеток можно судить по их просвету – наблюдению в проходящем свете. Салфетка прижималась к оконному стеклу и фотографировалась. Салфетки под номерами 2, 4, 9, имели сильно облачный просвет, т.е. были сильно неоднородны. Они же имеют и малую плотность основы.

§ 3. Изучение физических свойств бумажных салфеток

Механический разрыв

Салфетки нарезались полосками длиной 10 см и шириной 2 см. Один край салфетки прижимался пальцем к столу, а к другому зажимом прикреплялся динамометр (рис. 4). Образец растягивался, в момент разрыва фиксировались показания динамометра.

Для каждого образца проводилось 6‒7 измерений и находилось среднее арифметическое значение разрывного усилия. Результаты представлены в таблице №3.

Таблица 3. Механическая прочность салфеток

№
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Выяснилось, что салфетки обладают анизотропией механических свойств. Это связано со структурой салфеток (ориентацией волокон целлюлозы и степени однородности их распределения). Опыт показал, что образцы с плотностью основы до 18 г/м 2 имеют меньшую механическую прочность. Причём механическая прочность оказалась меньше у салфеток с неоднородной структурой.

Впитывающая способность

Салфетка целиком погружалась на 1 минуту в воду и после этого, когда излишки воды стекут, взвешивалась на лабораторных весах. Разность масс мокрой и сухой салфетки делилась на массу сухой салфетки и умножалась на 100 %. Результаты измерений и вычислений приведены в таблице №4. Лучшие показатели оказались у салфеток, имеющих рыхлую структуру и малую плотность основы.

Таблица 4. Впитывающая способность

№	Масса			Впитывающая способность, %
№	m сухая , г	m мокрая , г	∆m , г	Впитывающая способность, %
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Капиллярность

Полоски салфеток длиной 20 см и шириной 2 см погружались в жидкости (Сок с мякотью, сок без мякоти, подсолнечное масло, вода) в вертикальном положении. Измерялось, на какую высоту поднимутся жидкости (см). Результаты эксперимента приведены в таблице №5. Они же имеют наибольшую плотность, макро- и микропористость.

Таблица 5. Капиллярность

№	Сок с мякотью h , см	Сок h , см	Масло h , см	Вода h , см
1
2
3
4
5
6
7
8

Результаты работы

1. Изучена внутренняя структура салфеток при помощи микроскопа (увеличение в 50 раз), измерена толщина салфеток микрометром с электронным цифровым отсчётным устройством, масса салфеток определяла при помощи лабораторных весов, разрывное усилие – лабораторным динамометром. Рассчитана плотность основы салфеток.

2. В ходе экспериментов выявлено, что наибольшее разрывное усилие выдерживают гладкие салфетки, имеющие наибольшую плотность основы и однородную структуру (49,6 г/м 2 , 33,3 г/м 2 , 33,1 г/м 2). Однако, они имеют плохую впитывающую способность (485%, 458% и 494%), хотя за счёт большого размера и многослойности такие салфетки могут впитывать значительное количество жидкости (17,8‒26,2 г против 5,5–9,0 г у однослойных). Эти салфетки обладают хорошей капиллярностью. Наибольшей впитывающей способностью обладают салфетки, имеющие наименьшую плотность основы и рыхлую структуру, но у них низкая механическая прочность и при намокании они рвутся. У всех салфеток выражена анизотропия механических свойств, что связано с определённой ориентацией волокон целлюлозы. Цветные салфетки могут окрашивать жидкость.

Таблица 6. Физические свойства каждой салфетки

№	Плотность ρ , г/см 3	Минимальное разрывное усилие, Н	Максимальное разрывное усилие, Н	Впитывающая способность, %	Капиллярность
1
2
3
4
5
6
7
8

Вывод

Предложенные методы изучения салфеток позволили провести всесторонний анализ их физических свойств. По результатам проведенных мною опытов, можно сказать, что салфетки, которые имеют тиснение по всей площади, впитывают хорошо только при долгом контакте с жидкостью, но не дают хороший результат, если надо вытереть быстро. Это номера 1, 2, 3, 4, 7. Если же нужно, чтобы салфетки впитала жидкость за короткое время, то подойдут салфетки под номерами 6, 5. Они быстро впитывают воду и сок с мякотью. Но лучшего результата при долгом контакте с жидкостью они не дадут. Салфетки под номерами 8,9, многослойные, плотные, имеют микропоры, что сказывается на плохой впитываемости при длительном контакте с водой, но при кратковременном контакте дают неплохой результат. Особенно хорошо впитывает воду салфетка под номером 8. Чем плотнее салфетка, больше силы понадобится, чтобы её разорвать. А значит меньше шансов, что кусочки салфеток останутся на руке. Это салфетки под номерами 9, 8, 6, 5. Слабее на разрыв салфетки под номерами 3, 2, 1, 7. Более качественными, на мой взгляд, являются те салфетки, которые:

быстро впитывают;
особо не размокают, когда лежат долго в жидкости;
более крепкие на разрыв.

К этим требованиям подходят салфетка под номерами 9, 8, 6, 5. Покупая салфетки обращайте внимание на то, чтобы они были двухслойные, не имели тиснения по всей площади, и смотрите чтобы рисунки были не слишком едкие. Изучив теоретический материал об изготовлении салфеток, я сделал для себя следующие выводы. Для не очень качественных салфеток характерны слишком яркие, ядовитые цвета . Больше вероятность некачественной краски, которая запросто может испачкать.

Кроме обычных однослойных белых салфеток, в последнее время становятся популярными и более дорогие многослойные салфетки , на верхний слой которых наносится цветной рисунок или орнамент. Эти бумажные салфетки так же, как и обычные белые, предназначены для сервировки стола (обычно по торжественному или праздничному случаю), но у них есть и еще одно применение. Такие салфетки используются для декупажа – декорирования твердых поверхностей (мебели, разделочных досок, шкатулок, цветочных горшков и пр.). Для этой техники используется самый верхний тонкий слой салфетки с рисунком. Причем цветные салфетки, как и обычные, можно приобрести в пачках (обычно меньшей расфасовки, нежели обычные салфетки, – не по 100, а по 10, 30, 50 штук), но также они продаются поштучно в специализированных магазинах товаров для рукоделия. Больше 80 % всего отечественного производства салфеток составляют однослойные изделия, а свыше 90 % декоративных двух- и трехслойных салфеток – это продукция зарубежных компаний.

Шкатулки, оформленные техникой декупаж

Для производства салфеток бумажных используют специальную бумагу. Жидкое сырье взбивают миксером до состояния мусса с однородной структурой. Из этой смеси делают пористую рыхлую основу, которую используют для изготовления салфеток. Готовая продукция отличается по плотности и белизне. В качестве сырья для производства салфеток используется санитарно-гигиеничная бумажная основа, изготовленная из макулатуры. Тем самым сохраняются леса.

Не всегда цена соответствует качеству салфеток.

Лекция 6

Физические свойства бумаги

К физическим свойствам бумаги относится масса метра квадратного, толщина, плотность, пористость, пухлость.

Для определения массы метра квадратного бумаги вырезают из бумаги прямоугольник соответствующих размеров, взвешивают его, а затем пересчитывают на массу одного метра квадратного.

Плотность бумаги определяется как отношение массы образца бумаги к объему (г/см3).

Толщина бумаги обычно составляет от 0,03 до 0,25 мм. Картон – до 3 мм. Определение толщины бумаги проводят при помощи толщинометра. В практических целях берут 10 листов бумаги, измеряют их толщину и делят на 10.

Пористость бумаги – это отношение величины пор к общему объему бумаги. Пористость выражается в %. Так как бумага изготавливается из волокна различных размеров, то в ней возможно образование следующих видов пор:

§ сквозные;

§ тупиковые;

§ закрытые;

§ кольцевые.

Определение пористости осуществляется при помощи различных порометров.

На практике пористость определяют по формуле:

Пор = (1-d/1,5)*100%, где d – плотность бумаги.

Пористость различных видов бумаг колеблется в пределах 30-70%: калька – 30%, газетная бумага – 70%.

При помощи пористости можно регуировать скорость высыхания некоторых видов полиграфической краски.

На практике важней не только пористость, но и распределение пор по размерам. Чем меньше различие между самой маленькой и самой большой порами, тем выше будет качество избражения (узкое распределение пор по размерам).

Пухлость – величина, обратная плотности; единица измерения см3/г. Величина пухлости часто приводится в сертификатах на бумагу иностранных производителей.

… зависят от:

§ направление распределения волокна в бумажном листе (анизотропия). При продольном направлении прочность волокна выше;

§ прочности индивидуального волокна. Прочность индивидуального волокна зависит от способа получения, породы древесины, степени помола;

§ наличия водородных связей. Если в соединении есть N, O, F, то могут образоваться водородные связи. Водородные связи образуются между молекулами, которые имеют в своем составе атомы N, O или F и атомы Н. Водородные связи сами по себе очень слабые, но в молекуле целлюлозы содержатся миллионы гидроксильных групп и поэтому суммарный эффект водородных связей способен обеспечить прочность бумажного листа. Можно провести простой эксперимент, доказывающий влияние водородных связей на прочность бумаги. Для этого бумажный лист необходимо замочить в воде, спирте и минеральном масле. В первом случае прочность бумаги – наименьшая, в последнем – наибольшая. В 1-м случае молекулы воды разрушат водородные связи между молекулами целлюлозы. В последнем случае минеральное масло не имеет в своем составе N, O, F и поэтому прочность бумаги не изменится. Если бумагу начать высушивать, то между молекулами целлюлозы вновь образуются водородные связи и прочность бумаги вырастет.

§ влажность окружающего воздуха. Поэтому все измерения свойств бумаги проводят в стандартных условиях при относительной влажности окружающего воздуха 60-65%.

На практике для характеристики прочности бумаги используют ряд следующих показателей:

1) нулевая разрывная длина;

2) разрывная длина;

3) относительное удлинение.

РАЗРЫВНАЯ ДЛИНА – косвенная величина, которая характеризует длину полоски бумаги, которая будучи подвешена за один конец, разорвется под действием собственной массы. Разрывную длину измеряют в метрах (реже км). Для большинства полиграфических бумаг разрывная длина должна быть больше или равна 3000-3500 мм.

На практике разрывную длину определяют на разрывной машине путем разрыва полоски бумаги в определенных условиях. Затем разрывной груз, при котором произошел разрыв, по формуле пересчитывают в разрывную длину. Для определения разрывной длины зажимы машины отдаляются друг от друга на 100 мм.

Если зажимы разрывной машины максимально сближены, то определяют НУЛЕВУЮ РАЗРЫВНУЮ ДЛИНУ. Она характеризует прочность индивидуальных волокон. Так как нулевая разрывная длина выше, чем разрывная длина, то прочность индивидуальных волокон выше прочности бумажного листа.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ УДЛИНЕНИЕ РАСТЯЖИМОСТЬ)

Относительное удлинение = (Dl/l)*100% (1)

При разрыве бумаги она удлиняется. Это удлинение опредлеяется как относительное удлинение при разрыве и вычисляется по формуле 1. Величина относительного удлинения для бумаги составляет 1-5%. Из теории сопротивления материалов известно: чем выше растяжимость, тем стабильнее прочностные свойства материалов, работающих при напряжении. Таким образом, чем выше растяжимость, тем ниже обрывность бумаги в печати.

На практике для повышения растяжимости стараются поднять относительную влажность бумаги с 5-6% до 7-8%.

На практике, кроме показателя разрывной длины и относительного удлинения используют следующие виды испытаний бумаги:

§ сопротивление излому;

§ сопротивление раздиранию;

§ сопротивление кромки листа;

§ сопротивление продавливанию;

§ испытание на сжатее кольца;

§ определение жесткости при статическом изгибе;

§ сопротивление расслоению;

§ потеря механической прочности при старении бумаги.

1. СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛОМУ определяется на полоске бумаги при ее натяжении. При этом образец бумаги перегибается вперед-назад на угол 180. Одно движение вперед-назад называется двойным перегибом , а сопротивление излому измеряется в ч. д. п. – числе двойных перегибов.

Большинство полиграфических бумаг характеризуется сопротивлением излому больше или равно 1012 ч.д.п. И только картографические виды бумаги и так называемые «специальные» виды бумаги характеризуются сопротивлением излому больше или равно 40-100 ч.д.п.

2. СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗДИРАНИЮ характеризуется силой, вызывающей раздирание предварительно надрезанной по кромке бумаги до определенной ее длины. Испытанию подвергают 4 образца бумаги, которые предварительно надрезают по кромке, а затем разрезают ножом маятникового типа.

Для печатных видов бумаги этот показатель используется в стандарте на газетную бумагу.

К близким по сущности к сопротивлению раздиранию относится показатель СОПРОТИВЛЕНИЕ НАДРЫВУ КРОМКИ ЛИСТА. Он характеризуется силой, которую надо приложить, чтобы надорвать кромку листа. Этот показатель важен для полиграфического картона, используемого для изготовления игральных карт.

Характеризует прочность бумаги, зажатой по кольцу , усилию, направленному перпендикулярно ее поверхности. В основном это показатель используется для оценки картонов.

Определение жесткости при статическом изгибе заключается в определении силы, приложенной к свободному концу консольно закрепленного образца картона и изгибающей его на определенный угол.

Испытание на сжатие кольца – предусматривает измерение разрушающего усилия при осевом сжатии поставленной на ребро и свернутой в кольцо полоски бумаги.

Испытание сопротивления к расслаиванию : заключается в определении силы, необходимой для расслоения испытуемого образца.

Определение потери механической прочности при старении . Заключается в выдерживании образца бумаги в воздушном термостате при температуре 150 градусов определенное время и измерении стандартных показателей прочности. Потерю прочности выражают в процентах от исходной. А наибольшей чувствительностью к старению обладает показатель сопротивления излому. Для характеристики старения бумаги по аналогичной методике определяют потери в белизне.