Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология послепечатных процессов. Учебно-методическое пособие
.pdf
уменьшено при двусторонней поверхностной обработке (например,
при меловании) и тщательном каландрировании.
Существует и неоднородность строения бумаги (бумажного листа). Она может проявляться на макро-, мезо- и микроуровне. Макронеоднородность свидетельствует о нарушении технологического режима.
Это брак технологического процесса. Дискретная микронеоднородность характеризуется линейным масштабом размера частиц наполнителя. Дискретная неоднородность не уничтожается каландрированием.
Дискретная мезонеоднородность порождается сетчатой структурой, на которой формируется бумажное полотно. Частично этот тип неоднородности нивелируется при поверхностном меловании и каландрировании.
Как правило, в бумаге отмечается и мезонеоднородность с линейным порядком на порядок больше сетчатого. Это связано с неоднородностью концентрации дисперсной фазы в пульпе при ее подаче на
сетку, а также с особенностями стекания и отсасывания воды.
Бумага и переплетные материалы на основе целлюлозы при нормальной, нормируемой ГОСТом влажности порядка 5–10 % вряд ли
способна к пластической деформации, вязкому течению, описываемому уравнениями (1.8) и (1.9).
Целлюлоза, основной компонент бумаги, – сравнительно жесткоцепный полимер, температура плавления которого выше температуры
термической деструкции, а нагревание ее свыше температуры стеклования (около 220 °С) может привести лишь к разложению макромолекул.
Термическая деструкция целлюлозы начинается уже при температуре 150 °С, а при температуре свыше 300 °С происходит пиролиз.
В сухой целлюлозе практически все ОН-группы целлюлозы
участвуют в образовании водородных связей между молекулами в
микро-, макрофибриллах и в волокнах. Энергия водородной связи
весьма высока (в воде при 0 °С она равна 20 кДж/моль), поэтому вероятность разрыва водородных связей при деформировании материалов
на основе целлюлозы маловероятна. Связь между волокнами бумаги и
картона осуществляется за счет значительно более слабых ван-дер-ваальсовых сил, а в бумагах и картоне, содержащих относительно грубые
и шероховатые волокна древесной массы, и за счет сил трения. Преодоление этих сил может сопровождаться относительным смещением волокон; в процессах разрезки и тиснения возможно разделение волокон
на фибриллы и микрофибриллы, но этот процесс следует отнести
21
к механической деструкции надмолекулярной структуры, но не к вязкому течению в жидкостях.
При склеивании бумаги и картона клеями с большим содержанием воды водородные связи между молекулами целлюлозы заменяются мостиковыми связями через диполи воды. Такая связь сравнительно легко может быть разрушена при силовом воздействии, но это
уже другой материал – «папье-маше».
Гладкий срез бумаги и картона, получаемый в процессах разрезки, перфорации и высечки, не может служить свидетельством наличия в них пластической деформации, так как механическое разрушение
надмолекулярной структуры, раздвижение агрегатов микрофибрилл на
половину их длины обеспечивает класс шероховатости поверхности,
соответствующий высшему классу чистоты механической обработки
14в, полированной поверхности (0,025–0,032 мкм).
Из геометрических параметров бумажного листа основным является толщина. Отклонение толщины на небольшом расстоянии вдоль
плоскости листа характеризуют шероховатость поверхности бумаги.
Бурное развитие индустрии упаковки породило изготовление бумаги для этикеток. В зависимости от типа (одноразовая или многоразовая), времени и условий эксплуатации упаковки, а также от вида упакованного продукта используются самые разнообразные виды бумаги и
пленочных материалов, которые, помимо общих требований, должны
удовлетворять и некоторым специальным требованиям, связанным
с нанесением адгезива и с возможностью быстрого и несложного удаления этикетки с многоразовых упаковок.
При изготовлении синтетической бумаги происходит замена части
волокон целлюлозы на полиамидные, полиэтиленовые, полиэфирные,
полиакрилонитрильные и другие синтетические волокна. Они отличаются от волокон клетчатки тем, что не поддаются размолу, а могут быть
лишь разрезаны до длины 5–10 мм. Введение 50 % синтетических гидрофобизирующих материалов не только делает бумагу гидрофобной и водостойкой, но и существенно улучшает ее прочностные свойства.
1.3. Сущность явлений при блинтовом тиснении
При блинтовом тиснении материал под плоскостью давящих элементов штампа испытывает деформацию сжатия. При тиснении переплетной крышки, состоящей из покровного материала и картона, деформации сжатия возрастают по мере углубления штампа в переплетную крышку.
По мере сжатия крышки покровный материал, клеевая пленка,
а затем и верхние слои картона в близлежащей области пробельных
элементов начинают испытывать деформации растяжения, так как сам
покровный материал склеен по всей поверхности с картоном, а расположенные под давящими элементами участки переплетной крышки из
толстого картона утапливаются ими на глубину до 0,75 мм.
Наибольшую деформацию растяжения испытывают покровный
материал и его лицевое покрытие и верхние слои картона, а наименьшую – слои картона у внутренней поверхности крышки под давящими
элементами штампа.
Деформация сжатия материалов переплетной крышки сопровождается уменьшением объема макро- и микропор, сжатием защемленного в них воздуха, сближением и увеличением площади контакта волокон друг с другом, изменением формы всей надмолекулярной структуры и конформации макромолекул полимеров, а при значительных
напряжениях растяжения и сдвига – и нарушением межмолекулярных
связей и механической деструкцией отдельных макромолекул.
Полная относительная деформация при рекомендуемых для
блинтового тиснения давлениях и горячем штампе достигает 20–25 %,
и это свидетельствует о том, что общий объем пор под давящими элементами штампа уменьшается примерно на 40 %.
В процессе деформирования в материалах переплетной крышки
возникают значительные напряжения. Сразу же после снятия нагрузки
происходит быстрое и значительное восстановление первоначальной
формы в результате релаксации деформации, сопровождающейся резким спадом внутренних напряжений.
В зависимости от режимов и технологических факторов тиснения
восстановление может составлять 38–55 % от величины полной абсолютной деформации. Частичное восстановление может быть обусловлено внутренними силами упругости переплетной крышки, но величина упругой деформации в используемых материалах весьма мала
23
(не более 0,2 % от полной деформации), и в большей степени восстановление, видимо, обязано высокоэластической деформации и упругим
свойствам сжатого воздуха, защемленного в макро- и микрокапиллярах. Около 45–62 % величины полной абсолютной деформации переплетной крышки не восстанавливается после снятия нагрузки. Эта
часть деформации называется остаточной, и она может быть обусловлена вынужденной высокоэластической деформацией и механической
деструкцией надмолекулярной структуры волокнистых полимеров.
Пластическая же деформация характерна лишь для процессов
сварки и тиснения пластмассовых крышек и для полимерного покрытия
переплетных материалов. За пластическую деформацию в материалах на
основе целлюлозы часто принимают вынужденную высокоэластическую
деформацию, но она существенно отличается от нее, так как при нагревании полимера или выдержке во влажном воздухе полностью исчезает.
Из-за высокой концентрации напряжений на краях и частичного
разрушения структуры картона при сдвиговых деформациях под линией контура давящего элемента штампа остаточная деформация получается максимальной по краям и минимальной в геометрическом центре изображения, в результате чего поверхность изображения становится несколько выпуклой.
С повышением температуры штампа остаточная деформация возрастает, а обратимая деформация уменьшается, причем их зависимости
от температуры имеют линейный характер (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Зависимость остаточной деформации от времени
после снятия нагрузки: 1 – при температуре штампа 20 °С;
2 – при температуре штампа 120 °С
24
1.4 . Деформационные свойства стеклообразных
полимеров
При исследовании механических свойств полимеров их обычно
испытывают на разрывных машинах или динамометрах. При этом регистрируется постепенное изменение длины образца l и возрастающая
во времени нагрузка. Последнюю относят к площади поперечного сечения образца и получают значение напряжения Ϭ.
Зависимость напряжение – деформация выражают так называемой деформационной кривой, вид которой зависит от фазового и физического состояния полимера.
Для стеклообразного состояния полимеров характерны малые деформации при небольших напряжениях. Однако в отличие от простых
низкомолекулярных стекол стеклообразные полимеры сохраняют в некотором интервале температур способность подвергаться при приложении больших усилий значительным деформациям, достигающим иногда сотен процентов. Высокомолекулярные стекла приобретают хрупкость часто при температурах, на много десятков градусов ниже температуры стеклования. Способность стеклообразных полимеров значительно деформироваться без разрушения и обусловливает возможность
такого широкого их применения.
В течение длительного времени полагали, что значительные деформации, вызванные большими усилиями, являются результатом процессов течения, которые называли «холодным течением». Однако течение, т. е. взаимное перемещение макромолекул, в стеклообразном состоянии маловероятно.
Большие деформации, развивающиеся в стеклообразных полимерах лишь под влиянием значительных напряжений, но близкие по своей
природе к высокоэластическим, называются вынужденно-эластическими, а само явление – вынужденной эластичностью.
Вынужденно-эластические деформации могут проявляться
только под влиянием больших напряжений. После прекращения действия напряжения скорость исчезновения вынужденно-эластических
деформаций очень мала, и при температуре ниже Т
При температурах выше Т
образец полностью восстанавливает свои
с
они не снимаются.
с
размеры. Таким образом, деформация стеклообразных полимеров всегда носит обратимый характер.
25
При деформировании многих стеклообразных полимеров (полистирол, поливинилхлорид и др.) при некотором значении напряжения в
деформируемом образце образуется (скачкообразно) участок со значительно уменьшенным поперечным сечением, получивший название
«шейки». Деформация растяжения, сопровождаемая образованием
шейки, как правило, описывается кривой, представленной на рис. 1.5.
Рис. 1.5. Деформация растяжения
Кривую Ɛ = f(Ϭ) (рис. 1.5) можно разделить на несколько участ-
ков, характеризующих различные стадии процесса деформирования.
Начальная область (область Оа), представляющая собой прямолинейный участок, соответствует деформации, которая формально подчиняется закону Гука. В области ab тангенс угла наклона кривой к оси абсцисс с увеличением напряжения уменьшается. Это связано с началом
развития в образце вынужденной эластичности.
С ростом напряжения скорость развития вынужденно-эластической деформации быстро увеличивается, что приводит к дальнейшему
уменьшению тангенса угла наклона кривой деформации. В максимуме
(рис. 1.5) касательная к кривой горизонтальна, т.е. скорость вынужденно-эластической деформации становится равной полной скорости
деформации, задаваемой прибором.
Напряжение, при котором это происходит, называется пределом
вынужденной эластичности.
26
В области максимума и в области спада напряжения наблюдается
начало образования шейки (рис. 1.5, 1.6). К концу спада напряжения
формирование шейки заканчивается.
Рис. 1.6. Стадии деформации стеклообразного полимера:
а – исходный образец; б – незначительное уменьшение поперечного
сечения за счет увеличения обшей длины; в – начало образования
шейки; г – весь образец перешел в шейку, кроме тех его частей,
которые находятся в зажимах динамометра;
д – разрушение шейки
Область cd (рис. 1.5) – часть кривой, параллельная оси абсцисс –
соответствует удлинению шейки за счет сокращения соседних, мало деформированных частей образца (Ϭ = const). В точке d рост шейки пре-
кращается, т. е. толщина всего образца становится равной толщине
шейки. Область cd соответствует дальнейшей деформации образца
уменьшенного сечения.
Вынужденная эластичность, так же как и высокая эластичность,
зависит от скорости деформации, что указывает на ее релаксационный
характер. Чем больше скорость деформации, тем больше напряжение,
вызывающее вынужденную эластичность. Это означает, что предел вынужденной эластичности с увеличением скорости деформации повышается.
27
К онтрольные вопросы
1. Каким видам деформаций подвергаются издания и изделия
в процессе брошюровочно-переплетны
х и отделочных процессов?
2. Какие силы нужно преодолеть при получении упругой дефор-
мации?
3. Какая величина упругой деформации может быть в полиме-
рах (%)?
4. Чем выражается зависимость упругой деформации от напря-
жения?
5. Какой величины (%) может достигать обратимая деформация
при блинтовом и конгревном тиснении?
6. Когда возникает высокоэластическая деформация и для ка-
кого класса веществ она характерна?
7. Что такое вынужденная высокоэластическая деформация?
8. Когда проявляется пластическая деформация и чем она обу-
словлена?
9. В чем заключаются особенности деформационных свойств бу-
маги и картона?
10. В чем заключается сущность явлений при блинтовом тиснении?
11. Какими деформационными свойствами обладают стеклооб-
разные полимеры?
12. Какие стадии деформации характерны для стеклообразных
полимеров?
13. Какие процессы протекают при разрезке стопы листов на ре-
зальной машине?
14. Чем сопровождается любое силовое воздействие на материал?
15. Из каких деформаций складывается полная деформация тела?
16. Какой вид деформации возникает в первую очередь при приложении силовой нагрузки в плотных и однородных по структуре материалах?
17. Как развиваются деформации в неоднородных по структуре
и плотности материалах?
18. Что такое относительная деформация?
19. Характерна ли пластическая деформация для бумаги и переплетных материалов на основе целлюлозы?
20. Как влияет влажность и наличие наполнителей на остаточные деформации в бумагах?
28
Т естовые задания
1. Изменение структуры макромолекулы под действием внешних сил
называется:
А) полимеризация
Б) деформация
В) разрушение
Г) плавление
2. Растяжение, сжатие, удар, изгиб относится:
А) к видам деформации
Б) свойствам полимеров
В) объемным характеристикам полимеров
Г) весовым характеристикам полимеров
3. Способность материала к вязкому течению полимера характеризует:
А) влажность
Б) объемные характеристики
В) текучесть
Г) дисперстность
4. Относительное смещение частиц тела, при котором непрерывность
самого тела не нарушается:
А) деформация
Б) термодинамика
В) реология
Г) статика
5. Процесс, который происходит при прекращении деформирования полимера под действием внешних сил - механических или электрических:
А) реология разрушения полимеров
Б) статика
В) термодинамика
Г) давление процесса
6. Виды деформации:
А) прямая и обратная
Б) гомогенная и гетерогенная
29
В) вязкая и пластическая, упругая
Г) упругая и стеклообразная
7. Виды деформации:
А) обратимая и необратимая
Б) гомогенная и гетерогенная
В) каталитическая и некаталитическая
Г)
прямая и обратная
8. Основные сведения о деформационных свойствах полимеров полу-
т при испытаниях:
чаю
А) на изгиб
Б) все ответы верны
В) сжатие
Г) растяжение
10. Основные виды деформации:
А) кручение
Б) всестороннее сж
атие
В) все ответы верны
Г) изгиб
11. Условия дефо
рмирования оказывают большое влияние:
А) на химическое состояние полимеров
Б) деформационные свойства полимеров
В) физическое состояние полимеров
Г)
эксплуатационные свойства полимеров
12. Свойство тела восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия внешних сил называют:
А) надежность
Б) деформация
В) упругость
Г) мягкость
13. Свойство твердого тела разрушаться при малых упругих деформациях:
А) газопроницаемость
Б) деформация
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]