Материалы полиграфических процессов. Практикум

как долю объема бумажного образца, приходящуюся на поры. Значение φ определяется расчетным способом:

где Vпор – объем пор; Vб – объем бумаги.

Приведенную формулу в развернутом виде можно написать следующим образом:

где Vв – объем волокнистого материала; Vн – объем наполнителя. Расчет φ можно произвести, сопоставляя значения плотностей

бумаги и веществ, входящих в ее состав (волокнистых материалов и наполнителя). В простейшем случае, когда бумага не содержит наполнителя, масса листа бумаги равна массе волокнистого материала. Обычно же бумага содержит наполнитель, объем которого должен учитываться при расчете пористости. Для этого нужно знать количество наполнителя, содержащегося в бумаге, вид наполнителя и его плотность.

Значение φ рассчитывается для образца бумаги массой 100 г и формулы для расчета Vб, Vв и Vн в см3 приобретают следующий вид:

Vб = 100/ρб, Vв = (100 – Н)/ρв, Vн = Н/ρн,

где ρб, ρв и ρн – плотность соответственно бумаги, волокон и наполнителя, г/см3; Н – содержание наполнителя в бумаге, г.

Для волокнистых материалов (целлюлозы, древесной массы и др.) значение ρв ~ 1,5 г/см3. Значение ρб различных видов печатной бумаги определена в работе 1.5 и варьируется в пределах 0,5-1,3 г/см3, т.е. меньше ρв, что обусловлено ее пористостью.

В работе принимается, что в бумаге в качестве наполнителя содержится каолин, у которого величина ρн равна 2,6 г/см3. Соответственно выше приведенные формулы для расчета Vв и Vн приобретают вид

Vв = (100 – Н)/1,5; Vн = Н/2,6.

Содержание в бумаге наполнителя (каолина) определено в рабо-

те 1.8.

21

Полученные результаты сводятся в табл. 1.10 и формулируются выводы по сопоставлению пористости различных видов печатной бумаги в зависимости от ее назначения.

Таблица 1.10. Результаты расчета плотности различных видов печатной бумаги

,- $

Впитывающая способность бумаги имеет большое значение при печатании, закреплении печатных красок, склеивании и других полиграфических операциях. Впитывание – это проникновение жидкости в пористое тело, каковым является бумага. Если впитывающая способность бумаги незначительна, то замедляется время высыхания печатной краски и может произойти отмарывание (переход краски с отпечатка на обратную сторону вышележащего оттиска).

Впитывающая способность бумаги определяется при ее взаимодействии с маловязкой жидкостью, в качестве которой применяется ксилол как медленно летучий растворитель.

За характеристику впитывающей способности принимается время (с), в течение которого исчезнет блеск капли ксилола, нанесенного на бумагу.

Цель работы: определение впитывающей способности бумаги при взаимодействии ее с жидкостью.

Приборы и принадлежности: - ножницы; - линейка;

22

- ксилол; - секундомер;

- прибор ПВБ (рис. 1.6). Объекты исследования: образцы

различных видов печатной бумаги с размерами приблизительно 11×240 (мм).

Порядок выполнения работы:

1)установка и закрепление бумажного образца на подставке;

2)капание на образец одной капли ксилола и пуск секундомера;

3)после впитывания всей капли ксилола (исчезновения блеска) остановка секундомера и замер времени впитывания (с).

Полученные результаты сводятся

втабл. 1.11 и формулируются выводы о

Таблица 1.11. Результаты определение впитывающей способности различных видов печатной бумаги

№ образца Вид печатной бумаги

Впитывающая способность, с

23

,

Впитывающая способность бумаги зависит от размера rпор. При условии, что поры бумаги являются цилиндрическими капиллярами, впитывание жидкости бумагой уподобляется течению жидкости по капиллярам под действием капиллярного давления и подчиняется закону Лапласа.

Поскольку поры бумаги не имеют определенной формы и различаются размерами, то вводится условный показатель – средний радиус пор, который определяется на основании изучения кинетики впитывания жидкости бумажными образцами. При этом капиллярная структура бумаги уподобляется системе правильных цилиндрических капилляров.

Капиллярное давление, приводящее к впитыванию, зависит от радиуса капилляров (rкап) и молекулярных сил, проявляющихся через поверхностное натяжение на границе «жидкость–воздух» (σж/в) в Н/м, а также краевого угла смачивания (θ). В качестве жидкости используется уайт-спирит.

Уайт-спирит представляет собой фракцию бензина прямой перегонки с содержанием ароматических углеводородов ≤ 16 %. Он применяется в качестве растворителя в производстве лакокрасочных материалов с температурой кипения 165–200 °С, температурой вспышки ≥33 °С и ρ = 0,795 г/см3.

Среднее значение rпор рассчитывается из условия, что rпор равен rкап, а l – их длине (lкап), по следующему уравнению:

где η – динамическая вязкость, Па·с.

Характеристики уайт-спирита: σж/в = 2,7·10-2 Н/м; cosθ = 1; η = 0,001 Па·с.

Цель работы: определить размеры радиуса пор (rпор) печатной бумаги, как характеристику ее впитывающей способности.

Приборы и принадлежности: - прибор Клемма–Винклера; - уайт-спирит;

- линейка, ножницы, секундомер.

24

Объекты исследования: образцы различных видов печатной бумаги, вырезанные в машинном направлении, имеющие размеры 15×255 (мм) и с соответствующими отметками для зажима и погружения в жидкость.

Прибор Клемма–Винклера и размеры испытуемых образцов показаны на рис. 1.7.

Порядок выполнения работы:

1)закрепление бумажных образцов (в количестве 4 штук) в приборе так, чтобы их нижние концы свисали на 5 мм ниже нулевого значения линейки;

2)заполнение ванночки прибора уайт-спиритом и пуск секун-

домера;

3)фиксирование по линейке высоты поднятия жидкости по бумажным образцам через каждые 5 мин в течение 20 мин (бумага не должна касаться металлической линейки прибора);

4) построение кинетической кривой в виде зависимости l2 = f(t)), где l – высота подъема уайт-спирита по бумажному образцу, а

t– время впитывания уайт-спирита в бумагу;

5)вычисление среднего радиуса пор бумаги (rпор) в мкм.

Рис. 1.7. Прибор Клемма–Винклера (а) и образец бумаги для испытаний (б): 1 – зажим; 2 – бумажный образец; 3 – ванночка с жидкостью; 4 – линейка

25

Полученные результаты сводятся в табл. 1.12 и формулируются соответствующие выводы о сравнительных значениях радиусов пор различных видов печатной бумаги в зависимости от ее назначения.

Таблица 1.12. Результаты изучения кинетики впитывания жидкости в различные виды печатной бумаги и определения радиуса их пор

.

$

Бумага в полиграфическом производстве должна выдерживать деформации при печатании, фальцевании и других операциях изготовления печатной продукции. Основной вид деформаций, которые претерпевает печатная бумага, – растяжение в захватах печатной машины.

Прочность бумаги на разрыв при растяжении оценивается по величине разрушающего напряжения (σ) при растяжении в Па:

где F – разрывное усилие, зафиксированное на разрывной машине, Н; S – площадь поперечного сечения бумажного образца, м2; δ и h – соответственно толщина и ширина бумажного образца, м.

Значение F зависит не только от толщины δ, но и от ширины h образца испытуемой бумаги, причем измерения F необходимо проводить на образцах бумаги, ширина которых отвечает условиям h >> h', где h' – масштаб мезонеоднородности бумаги. Как правило, h = 15 мм.

Для оценки прочности бумаги определяют и так называемую разрывную длину (lраз), которая является косвенным показателем ме-

26

ханической прочности. Под этим показателем понимают расчетную длину полоски бумаги, которая, будучи подвешенной, за один конец, разорвется под действием собственного веса.

Значение lраз определяется по формуле

где σ – разрушающее напряжение, Па; ρ – плотность бумаги, г/см3; g – ускорение силы тяжести, равное 9,8 м/с2.

Поскольку бумага является анизотропным материалом, т. е. ее

прочность в направлении отлива и поперек волокон различна, по экспериментальным данным можно определить значение коэффициента анизотропии (k):

k = lмраз/lпраз,

раз и lпраз – разрывная длина бумаги соответственно в машинном и поперечном направлениях.

Важная характеристика, тесно связанная с lраз, – растяжимость (эластичность) бумаги, которая характеризуется удлинением бумажного образца при растяжении. Растяжимость оценивается по величине относительного удлинения при разрыве (ε):

ε = (l – lо)·100/ lо,

где l – абсолютное значение удлинения образца при разрыве, мм. Этот показатель наиболее важен для рулонной бумаги, которая

эксплуатируется в процессе печатания в режиме натяжения. Повышение растяжимости бумаги способствует уменьшению ее обрывности. Особенно актуальным является наличие достаточной растяжимости для газетной бумаги, печатающейся на скоростных машинах.

Цель работы: изучение способа определения прочности на разрыв (при растяжении) и растяжимости печатной бумаги.

Приборы и принадлежности: линейка, ножницы, разрывная машина Testwinner 992 (Германия) с усилием 5,5 кН. Общий вид разрывной машины представлен на рис. 1.8.

27

Таблица 1.13. Результаты определения прочностных и деформационных показателей различных видов печатной бумаги

$ $.

'

Бумага во время увлажнения и высушивания деформируется. Деформация бумаги при увлажнении и остаточная деформация после высушивания являются важными показателями для многих видов печатной бумаги (офсетной, картографической, бумаги с водяными знаками и т. д.).

Вследствие анизотропии бумаги деформация бумажного образца в поперечном и продольном направлениях неодинакова. Она вызвана разной степенью набухания целлюлозных волокон в двух направлениях. Наибольшую деформацию при увлажнении бумага имеет в поперечном направлении, в котором она удлиняется в три раза сильнее, чем в машинном направлении. Это обусловлено тем, что целлюлозные волокна набухают и расширяются главным образом по диаметру. При увлажнении бумага теряет форму, коробится и морщится, а при высушивании происходит обратный процесс: бумага дает усадку, в результате чего изменяется формат бумажного листа. На величину деформации при увлажнении влияет пористость, а следовательно, вид печатной бумаги.

Относительная линейная деформация бумаги в процентах после увлажнения (εув) и высушивания (εсух) для обоих направлений рассчитывается по формулам

29

где l0 – первоначальная длина контрольных линий, мм; lув – длина контрольных линий после увлажнения, мм; lсух – длина контрольных линий после высушивания, мм.

За результат принимается среднее арифметическое результатов всех измерений линейной деформации (отдельно для каждого направления и толщины), округленное до 0,1 %.

Цель работы: определение линейной деформации бумаги после увлажнения (намокания) и высушивания для представления о взаимосвязи деформируемости бумаги с ее структурой и степенью проклейки.

Приборы и принадлежности:

-контрольная линейка с точностью 0,1 мм;

-чашки Петри с дистиллированной водой;

-сушильный шкаф с термометром до 100 °С.

Объекты исследования: образцы различных видов печатной бумаги, вырезанные в машинном направлении, с размерами 60×60 (мм) и двумя взаимно перпендикулярными контрольными линиями, проведенными параллельно машинному и поперечному направлениям.

Порядок выполнения работы:

1)измерение контрольной линейкой длину контрольных взаимно перпендикулярных линий;

2)погружение бумажных образцов в чашки Петри с дистиллированной водой, имеющей комнатную температуру;

3)выемка образцов из чашек Петри по истечении 30 мин и удаление излишек воды фильтровальной бумагой;

4)измерение той же линейкой длины контрольных линий;

5)помещение образцов в сушильный шкаф, нагретый до температуры 60–80 °С;

6)измерение длины контрольных линий после высушивания образцов в течение 20 мин.

Важным требованием к испытанию является то, чтобы на бумагу не действовала никакая нагрузка, пока бумага мокрая, так как большинство видов печатной бумаги становится при увлажнении очень слабыми, и для их растяжения достаточна очень незначительная нагрузка.

Результаты измерений сводятся в табл. 1.14 и формулируются соответствующие выводы о деформации различных видов печатной бумаги после увлажнения и высушивания.

30