книги из ГПНТБ / Березин, Борис Иванович. Полиграфические материалы учебник для учащихся полиграфических техникумов

Для испытания гладкости бумаги применяют прибор Ю. Бек­ ка, позволяющий определить полноту контакта поверхности испытуемой бумаги с поверхностью гладкой, плотно прижатой

5= 10см!, Wсм1 базЗуга

вмомент испытания гладкости бумаги.

кбумаге стеклянной пластинкой, в зависимости от скорости просачивания между ними определенного объема воздуха.

Схема устройства прибора Бекка изображена на рис. 27, а; на рис. 27, б показан главный узел прибора. Испытуемый обра­

прокладкой 4 прижимает образец испытуемой бумаги 3 к стек­ лянной пластинке 1 винтом 5 давлением 1 кг/сл2, создаваемым рычагом 7, без дополнительного груза 6, показанного на ри­ сунке. Трехходовой кран 8 поворачивают в положение, изобра­ женное на схеме, так, чтобы воздушный резервуар 9 соединялся

сручным вакуумным насосом 10. Посредством насоса создают в резервуаре разряжение в 0,5 ат, которое контролируют ва­ куумметром 11. При этом ртутный столбик вакуумметра дохо­ дит до верхней красной черты шкалы, соответствующей разря­ жению в 0,5 ат. Затем трехходовой кран 8 поворачивают в по­ ложение, показанное на рис. 27, в, когда воздушный резервуар

сразреженным воздухом соединяется с отверстием стеклянной пластинки 1. В результате воздух начинает просачиваться меж­

ду поверхностью испытуемой бумаги и стеклянной пластинки

внаправлении, показанном на рис. 27, б стрелками, и поступает

врезервуар 9. Кран закрывают, когда столбик ртути вакуум­ метра опустится до нижней красной черты, что соответствует просачиванию точно 10 см3 воздуха.

Гладкость бумаги характеризуется временем в секундах, необходимым для просачивания 10 см3 воздуха между поверх­ ностью бумаги и гладкой поверхностью стекла площадью 10 см2 под действием вакуума в 0,5 ат. При испытании бумага при­ жата к стеклянной пластинке давлением в 1 кг/см2.

Чем меньше гладкость поверхности бумаги, тем меньше вре­ мени потребуется для просачивания определенного количества воздуха. Наоборот, чем ровнее бумага, тем больше потребуется времени для просачивания того же объема воздуха.

Прибор Бекка позволяет также испытать коэффициент сгла­ живания бумаги. Чтобы узнать коэффициент сглаживания бумаги, нужно произвести два испытания ее гладкости, сперва под давлением 1 кг/см2, а второй— 10 кг/см2. Для второго испы­ тания на рычаг 7 устанавливают груз 6. Коэффициент сглажи­ вания вычисляют по формуле:

где К — коэффициент сглаживания, Р]— гладкость бумаги в се­ кундах при грузе в 1 кг/см2, Pw — гладкость бумаги в секундах при прузе 10 кг)см2.

Иногда вместо гладкости испытывают показатель лоска бумаги (в градусах лоска по Кизеру), однако этот показатель характеризует не столько гладкость (ровность) поверхности бумаги, сколько ее глянцевитость — лоск.

ними вопросы проклейки являются одними из наиболее важных с практической точки зрения и сложных в теоретическом отно­ шении. Многое в этой области остается еще не вполне ясным, дискуссионным.

Проблему впитывающей способности нельзя решить одно­ значно, приписывая большую или меньшую впитывающую спо­ собность бумаги действию проклейки, хотя качество и степень проклейки существенно влияют на впитывающую способность бумаги. Нужно рассматривать вопрос во всем его, многообразии,

Говоря о впитывающей способности бумаги, нужно разли­ чать: 1) впитывание масла и масляных красок и 2) впитывание воды, чернил, туши и акварельных красок.

Путями для проникновения жидкостей (вода, масло) явля­ ются поры бумаги и капилляры, имеющиеся внутри волокон.

Влияние различных видов проклейки на свойства бумаги рассматривалось нами в § И; здесь необходимо остановиться на способности поверхности бумаги и составляющих ее волокон и частичек наполнителя смачиваться в той или иной степени водой и маслом, или, другими словами, говорить о молекуляр­

ной природе бумаги.

Говоря о молекулярной природе бумаги, нужно иметь в виду, что целлюлоза и целлюлозосодержащие волокна хорошо смачи­ ваются как водой, так и маслами. Следовательно, природа во­ локна сама по себе не влияет на впитывающую способность бумаги, но имеет значение дисперсность растительных волокон, образующих бумагу. Например, древесная масса придает хоро­ шую впитывающую способность бумаге, в состав которой она входит, вследствие своей коротковолокнистости, раздроблен­ ности и наличия значительного количества бесформенной дре­ весной мелочи — «древесной муки».

характер размола сильно влияет на впитывающую способность бумаги. Аналогичное действие оказывает и усиленное каланд­ рирование— уплотнение бумаги.

Наполнитель — каолин, имеющийся в бумаге, улучшает как смачивание бумаги водой и проникновение ее в поры и капил­ ляры бумаги, так и смачивание бумаги маслами. Следовательно, наполнитель способствует впитыванию и воды и масел; воды —

ности, которую он придает бумаге, и хорошей адсорбционной способности поверхности частичек наполнителей.

Сильная крахмальная проклейка ограничивает впитывание в бумагу чернил не потому, что изменяется молекулярная при­ рода бумаги (как известно, при крахмальной проклейке по­ верхность бумаги становится более гидрофильной), а исключи­ тельно потому, что закрываются капилляры волокнистых и не­ волокнистых компонентов бумаги.

Подытоживая сказанное, можно прийти к выводу, что боль­ шую или меньшую впитывающую способность определят не толь­ ко те факторы, которые существенно меняют молекулярную при­ роду бумаги (например, при проклейке кремнийорганическими полимерами), но и факторы, которые существенно меняют структуру бумаги (например, размолом, наполнением, каланд­ рированием— уплотнением и т. д.).

Впитывающая способность бумаги имеет особо важное зна­ чение, когда печатание осуществляется невысыхающими краска­ ми, например газетными, книжными, а также при печатании на ротационных машинах. В этих случаях закрепление — пленкообразование ■— краски на оттисках происходит в результате впи­ тывания порами и капиллярами бумаги сравнительно маловяз­ ких, низкомолекулярных составных частей краски и адсорбции тончайшей смоляной пленки на поверхности волокон и наполни­ телей бумаги. При иллюстрационной печати впитывающая спо­ собность бумаги также имеет значение. В одном случае при пе­ чатании красками, закрепляющимися на оттиске преимуществен­ но окислительной полимеризацией связующего вещества, впиты­ вающая способность бумаги должна быть минимальной, так как, впитывая краску, оттиски теряют насыщенность и становятся матовыми. В другом случае, когда печатание производится быстровысыхающими иллюстрационными красками, закрепляющи­ мися в результате избирательного впитывания в бумагу связую­ щего вещества, соответствующая впитывающая способность бумаги имеет решающее значение на результат печатания.

Впитывание бумагой краски происходит вследствие ее вдав­ ливания печатным цилиндром и последующего за этим действия капиллярных сил, развивающихся в порах и особенно в капил­

лярах бумаги.

Испытание впитывающей способности бумаги методом Го­ знака. Метод основан на измерении времени, необходимого для полного высыхания на поверхности испытуемой бумаги капли ксилола, подкрашенного нефтяным битумом. Испытание произ­ водят на приборе, устройство которого показано на рис. 28. На поверхность образца испытуемой бумаги, укрепленного на шта­ тиве /, наносят посредством бюретки 2 каплю ксилола, подкра-

испытания впитывающей способности сравнительно гладких слабовпитывающих бумаг: для глубокой печати и мелованной. Его не рекомендуется применять для испытания сравнительно шеро­ ховатых (офсетных) и сильно впитывающих бумаг (типограф­ ская № 2 и др.), так как капля ксилола или чрезмерно задержи­ вается в неровностях бумаги, или почти моментально впитывает­ ся в бумагу и испаряется.

Испытание впитывающей способности бумаги при помощи капли касторового масла. Впитывающая способность газетной и других видов хорошо впитывающей бумаги может быть испытана по скорости проникновения капли касторового масла на оборот­ ную сторону бумаги. Для испытания применяют прибор (рис. 29), где имеется делительная капельная воронка, заполненная касто­ ровым маслом 1, столик с отверстием для закрепления образца бумаги 2, зеркальце 3 для наблюдения за пропитыванием образ­ ца бумаги насквозь, матовое стекло 4, за которым расположена электрическая лампочка, освещающая оборотную сторону испы­ туемой бумаги.

Микроскопический метод испытания впитывающей способно­ сти бумаги заключается в следующем. Готовят отпечатки соот­ ветствующих красок на типографской, офсетной и т. п. бумаге в

74 Полиграфические материалы

стандартных условиях. Оттиски зажимают в специальном шта­ тиве, затем аккуратно срезают незажатую их часть и рассмат­ ривают полученные таким образом поперечные срезы под ми­ кроскопом. Глубину и характер впитывания краски в бумагу измеряют в микронах, пользуясь окулярмикрометром.

§ 26. ИСПЫТАНИЕ УПРУГО-ЭЛАСТИЧЕСКО-ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУМАГИ

Бумага, состоящая в основном из целлюлозы, пронизанная системой пор и капилляров, содержащая мелкораздробленные минеральные наполнители и некоторое количество влаги под дей­ ствием некоторого давления деформируется, т. е. изменяет свою форму и размеры в зоне действия деформирующего усилия (дав­ ления), проявляя при этом свои упруго-эластическо-пластические свойства. Таким образом, бумага под давлением печатного ци­ линдра деформируется (несколько сжимается), а после прекра­ щения давления или возвращается в свое первоначальное поло­ жение, или сохраняет едва заметную деформацию. При чрезмер­ ном давлении остаточная деформация настолько значительна, что оттиски приобретают оборотный рельеф.

Способность листа бумаги несколько сжиматься (уменьшать свою толщину, уплотняться) в процессе печатания под действием давления печатного цилиндра, а после прекращения давления восстанавливать свою первоначальную толщину, свои первона­ чальные размеры называется упругостью и эластичностью бу­ маги. Способность листа бумаги сохранять после прекращения давления, например после вывода оттиска, полученную деформа­ цию называется пластичностью бумаги. В данном случае дефор­ мация заключается в изменении формы листа в результате вдав­ ливания шрифта и других графических элементов печатной фор­ мы. Следовательно, у бумаги могут наблюдаться обратимые и необратимые деформации в зависимости от величины давления

печатного цилиндра.

В процессе печатания наличие ровной и гладкой поверхности бумаги еще недостаточно для обеспечения полного, совершенно­ го контакта с поверхностью печатной формы вследствие того, что, во-первых, толщина бумаги у различных листов и на разных участках листа несколько меняется и, во-вторых, поверхность пе­ чатающих элементов не располагается строго на одном уровне. Таким образом, для достижения полного контакта поверхности бумаги с поверхностью печатной формы бумага должна дефор­ мироваться под действием печатного цилиндра, т. е. проявлять свои упруго-эластическо-пластические свойства, так как только в этом случае можно получить высокое качество печати.

Как мы уже говорили, бумага может иметь упругие, эласти­

ческие и пластические свойства. Эти свойства зависят от струк­ туры бумаги и проявляются при ее деформировании, под дей­ ствием соответствующего усилия, почему они и получили на­ звание деформационных свойств, или, иначе, структурно-меха­ нических.

При наложении груза (усилия) бумага испытывает первона­ чально мгновенную деформацию, полностью обратимую при сня­ тии груза при условии, что груз не слишком велик. Такая мгновен­ ная, полностью обратимая деформация называется упругой. При действии на образец бумаги груза, превышающего предел упругости, кроме мгновенной, или упругой, деформации, наблю­ дается замедленная, постепенно нарастающая и постепенно полностью исчезающая при снятии груза деформация. Такая полностью обратимая по величине, постепенно нарастающая и также постепенно исчезающая деформация называется эластич­ ной, или деформацией упругого последействия. Все сказанное, однако, справедливо при том условии, что деформирующее уси­ лие не превышает верхнего предела эластичности, или предела текучести. Если деформирующее усилие превышает этот предел, то у бумаги наблюдается появление остаточных, или пластиче­ ских, деформаций. Следовательно, пластичностью называются необратимые деформации, появляющиеся («натекающие») в ре­ зультате действия груза, превышающего верхний предел эластич­ ности, или предел текучести.

Упруго-эластическо-пластические свойства бумаги, так же как и аналогичные свойства синтетических полимеров и дисперс­ ных систем, иначе называются структурно-механическими свой­ ствами, так как проявляются при деформации этих систем и оп­ ределяются их строением, т. е. физико-химическим взаимодей­ ствием частиц и макромолекул. Структурно-механические свой­ ства бумаги, полимеров, печатных красок и многих других кол­ лоидных систем управляются законами физико-химической ме­ ханики— новой области науки, успешно развиваемой в нашей стране академиком П. А. Ребиндером и сотрудниками его науч­ ной школы. Физико-химическая механика открывает законы строения многих технически важных материалов и находит на­ дежные эффективные способы улучшения полезных свойств этих материалов в соответствии с требованиями промышленности и запросами народного хозяйства. В частности, развитые физикохимической механикой закономерности позволяют не только ко­ ренным образом улучшить свойства главных полиграфических материалов — бумаги, красок, печатных форм и проч., но и науч­ но организовать процесс печатания. В этом направлении значи­ тельные работы выполнены Л. А. Козаровицким (ВНИИПП)

и др. • Теперь изобразим результаты опыта деформации образца бу­

маги в течение некоторого периода времени при некотором посто­ янном усилии (грузе) Р графически так, как это принято в физикохимической механике. Сначала рассмотрим развитие (кинетику)

Рис. 30. Кинетика упруго-эласти­ ческих деформаций бумаги при

Р<Рк

Рис. 31. Кинетика упруго-эластическо- пластических деформаций бумаги при

Р>Рк

деформации образца для того случая, когда Р<РК (Р к—верх­ ний предел эластичности, или предел текучести), т. е. случая раз­ вития упругих и эластичных, полностью обратимых деформаций (рис. 30). Как видно из рисунка, отрезок £<> характеризует мгновенно появляющиеся и мгновенно исчезающие упругие де­ формации, точка А характеризует предел упругости, кривая АВ

показывает постепенное нарастание во времени эластических деформаций; отрезок ет—ео характеризует эластичные деформа­ ции, или деформации упругого последействия, точка В показыва­ ет верхний предел эластичности, он же предел текучести в том случае, если Р = Рк-, отрезок гт характеризует сумму упругих и эластичных деформаций. Рисунок показывает, что при разгрузке системы в точке В' (Р = 0) полностью исчезает сперва мгновенная упругая деформация, а затем — постепенно эластичная.

Теперь рассмотрим другой случай когда Р>РК, т. е. когда наблюдаются и упруго-эластические (обратимые) и пластические (необратимые, остаточные) деформации (рис. 31); здесь, в отли­ чие от предыдущего случая, линия АС показывает не только на­ растание эластических, но и пластических деформаций, а отре­ зок еост характеризует пластичность. Как видно из рисунка, при снятии нагрузки (точка С) мгновенно исчезают упругие де­ формации, затем постепенно исчезают эластические деформации (точка D) и остаются неизменными только пластические остаточ­ ные деформации бумаги.

Слабо увлажненная (сухая) ненаполненная бумага не дает остаточных деформаций, а обнаруживает только медленные эла­ стические деформации. При больших напряжениях (усилиях, от­ несенных к единице площади), близких к пределу текучести, в структуре бумаги происходит разрыв отдельных волокон, что и выражается в появлении остаточной деформации.

При переувлажнении бумаги ее гидрофильные волокна раз­ двигаются тончайшими прослойками воды, силы связи между

бумаге под действием усилий происходит течение — нарастание остаточной деформации во времени (см. рис. 31) в результате сдвига волокон без их разрушения, и самый разрыв может про­ исходить в результате не разрыва волокон, а их «вытаскивания» из структуры.

Высоконаполненные бумаги также показывают пластические деформации за счет скольжения по отношению друг к другу и к волокнам частичек наполнителя, например каолина.

Причина упруго-эластическо-пластических деформаций бума­ ги объясняется природой строения макромолекулы целлюлозы как полимера и структурой (строением) бумаги. Так, упругие и эластические деформации бумаги определяются величиной мак­ ромолекул целлюлозы, их нитевидным строением, а также си­ лами молекулярного притяжения, действующими между молеку­ лами целлюлозы в техническом целлюлозном волокне. Большое значение имеют водородные связи между близко расположенны­ ми друг к другу макромолекулами целлюлозы и фибриллами технических целлюлозных волокон.

Пластичность бумаги зависит от нескольких причин, причем разнородный состав бумаги предполагает различную природу

пластических деформаций, например наполнителя и волокнистых структурных элементов бумаги.

Изменение структуры бумаги в процессе ее сдавливания со­

сывания упругих напряжений сдвига при постоянстве первона­ чально заданной деформации, т. е. постепенного рассеивания упругой энергии, запасенной в деформируемом теле путем пере­ хода ее в тепло1. Поясним явление релаксации примером. Бума­ га для свертывания в трубку требует некоторого усилия и сразу же распрямляется, если это усилие снять, вследствие упругих на­ пряжений, возникших в бумаге при ее свертывании. Та же самая бумага, через некоторое время пребывания в свернутом состо­ янии, теряет способность распрямляться, так как ее упругие на­ пряжения, возникшие при свертывании (деформации), постепен­ но «рассосались», т. е. исчезли.

Явление релаксации характерно не только для бумаги, но и для многих других коллоидных систем, например печатных кра­ сок, переплетных клеев, синтетических волокон и проч.

Л. А. Козаровицкий и Р. Э. Каганова разработали метод ис­ пытаний упруго-эластично-пластичных свойств бумаги с исполь­ зованием в качестве измерительного прибора обычного верти­ кального оптиметра, предназначенного для сравнительного пзме-

•П А Ребиндер. Физико-химическая механика. Изд-во «Знание», 1958, стр. 8.