《印刷材料学》PPT课件.ppt
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1、第一篇 承印材料第一章 印刷纸的组成第一节 印刷纸的基本组成植物纤维 一、造纸植物纤维原料的种类1、木材纤维原料 2、非木材纤维原料,亚麻木棉丝微细纤维,几种纤维的比较,二、造纸纤维原料的化学组成及特点,1、纤维素 2、半纤维素 3、木素 4、木材、草类和棉纤维的组成特点,不同造纸纤维原料的化学组成,纤维素cellulose的化学结构,Comparison between the typical chemical composition of woody and non-woody feedstocks used for pulping(%of the feedstock dry solids
2、).,三、纤维的结构,Key:ML=middle lamella,P=primary wall,S1=outer layer of the secondary wall,S2=middle layer of the secondary wall,T(or S3)=inner layer of the secondary wall,and W=warty layer.,第二节 辅料,一、胶料 1、施胶取得憎液性能的原理 2、内部施胶用胶料 3、表面施胶用胶料 4、表面施胶对印刷纸性能的影响,施胶取得憎液性能的原理,施胶取得憎液性能的原理,1、常用填料2、填料对纸张性质的影响 三、色料,二、填料,
3、未涂布纸的常用填料,四、其它化学助剂 1、湿强剂 2、干强剂 3、助留剂 4、消泡剂 5、抗水剂,第三节 印刷纸制造概述,一、制浆 1、化学法制浆 2、机械法制浆二、漂白三、纸料的制备 1、打浆 2、调料,Bauer double disc refiner from the early 1950s.磨木浆机,四、纸页的抄造 1、抄造方法和设备2、抄造过程及特点五、纸页的涂布加工 1、涂布加工的目的及对纸张性质的影响 2、印刷涂料纸的种类 3、印刷涂料纸的生产,Scanning electron microscope(SEM)images of uncoated and coated paper
4、,and also a cross-section of coated paper.Images courtesy of KCL(Finnish Pulp and Paper Research Institute).,涂布纸的网点再现,未涂布纸的网点再现,第二章 纸张的结构 第一节 概述,纸张的结构:构成纸张的元素及它们在整个纸页中的排列和分布。纸张的结构特点:1、具有多相复杂的结构元素2、结构元素在三个方向上分布各向异性3、具有孔隙结构4、结构元素之间存在结合力,构成纸张强度基础5、多数纸张结构具有两面性,第二节 纸张的基本结构性质一、纸张的正面和反面 1、纸张两面性2、纸张两面不匀的现象3
5、、对印刷纸质量的影响4、克服纸张两面性的措施:采用立式加网造纸机5、如何鉴别正反面,纸张的两面性对印刷的影响,纸张的两面性对印刷品质量影响很大,纸张两面平滑度和施胶度的差别,造成纸张两面对油墨的接受性和吸收性不同。当纸张两面吸收性差别较大时,印品两面墨迹深浅不一,甚至会发生透印故障。纸张的正面平滑度较高,着墨效果较好,但表面强度较反面低,在印刷中更易发生拉毛现象。相反,纸张的反面较粗糙,着墨效果较正面差,但表面强度高,在印刷中不易发生拉毛现象。在实际印刷中也发现,与纸张正面接触的橡皮布表面的堆粉堆毛现象要比反面严重得多。,二、纸张的纵向和横向1、概念 纵向:与纸机运行方向平行 横向:与纸机运行
6、方向垂直 纸张的方向性:纸张的纵向与横向在各种性能上的差别2、在单张纸平印中,纸张方向对印刷的影响很大3、纸张纵横向的差异,三、纸张的匀度1、概念:指纸张中纤维分布的均匀程度2、对纸张性能的影响:外观、物理、化学性能3、匀度的测量,MK Formation Analyzers:Drum Scanner Model MK975,第三节 纸张的水平结构及垂直结构,一、纸张的水平结构 纸页的力学性质不仅取决于纤维间的接触,即纤维间交叉总量,还取决于纤维网络中每根纤维的交叉数量。,Microscopic image of paper surface纸张表面微观结构,Two-dimensional ra
7、ndom fiber network approximation excluding the free fiber ends.,二、纸张的垂直结构:1、纤维间粘结的程度垂直结构中最重要的结构性质Z向强度:纸张在垂直方向的抗张强度现象:胶印中的拉毛现象 相对粘结面积:(RBA)RBA=,测量方法:(1)N2吸收法(2)光散射法 2、细小纤维和填料在Z向的分布另一重要的结构性质,Two cross-sections of a hand sheet comparing regions of low and high basis weight(top and bottom,respectively).
8、,第四节 纸张的孔隙结构 一、孔隙率 指纸张孔隙体积与纸张的总体积之比即测定方法的比较:1、上述方法简单,但误差相当大2、用苯去饱和在不同温度下干燥的手抄纸样,二、平均孔半径指长度等于纸页厚度之孔隙的当量半径仅表示孔隙量的相对大小,并不能说明孔隙的大小、形状和分布经测定发现:沿纸页纵向的平均孔径半径最大沿厚度方向的平均孔径半径最小 三、孔径分布孔径分布对于印刷纸的重要性,第三章 纸和纸板的基本物理性能,第一节 概述一、纸张的质量指标1、外观质量 肉眼可以观察到的缺陷:尘埃、孔洞、针眼、透明点、皱纹等对印刷的影响:零部件、设备、物理性能 2、基本物理性质 较普遍的性能:定量、厚度、表观密度、平滑
9、度、吸收性,3、力学性质 静态强度:纸张在缓慢受力情况下所能承受的最大力,即最终强度主要包括抗张强度、耐破度、撕裂度、耐折度等动态强度:纸张能经受瞬时冲击的程度,它反映了纸张受力后瞬时扩散的动态情况主要包括:戳穿强度,环压强度,压缩强度等,4、化学性质 包括纸张的化学组成,纸张吸收性、分解性、耐碱性 5、光学性质 白度、色泽、光泽度、透明度、不透明度 二、纸张的印刷性能与纸张的质量 纸张的印刷性能:纸张的印刷运行性能:保证印刷生产正常进行,纸和纸板应具备的性能,纸张的印刷适性:获得了预期的印刷效果,纸和纸板应具备的性能纸张运行性能:是纸张外观的质量、流变性能、强度和吸湿性 三、纸张印刷性能的评
10、价方法 1、实际印刷法 耗费大,不适于科学研究2、间接测试法 与实际印刷差距较大的3、模拟印刷适性仪测试法 操作方便,广泛应用,第二节 定量、厚度和紧度一、定量指纸张单位面积的质量,以g/m2表示 对其他性能的影响:强度性能的裂断长、抗张指数表示 Sartorius bs2202s量程2200g精度0.01g,二、厚度 影响印刷纸的不透明度和可压缩性 测量:一定条件下测量压力接触面积 一定压力下纸张两个表面之间的垂直距离Thickness measurement device L&W Micrometer 51.,三、紧度和松厚度 1、紧度:指每立方厘米纸张的质量,以 表示,亦称表观密度 2、
11、松厚度:指1克重的纸张的体积,以 表示,3、紧度与纸张其他性能的关系 紧度取决于纤维种类、打浆程度与方式、网部脱水情况、湿压程度、压光程度等 紧度对主要强度性能、吸墨性、不透明度、吸收性等的影响,第三节 平滑度与表面可压缩性 一、表观平滑度与印刷平滑度 1、平滑度:指纸张表面的平整程度,描述了纸张的表面结构特性,也常用粗糙度表示 2、表面可压缩性:决定纸张的印刷平滑度,3、纸张表观平滑度 纸张在自由状态下纸张表面的平滑度。取决于纸张的外观纹理结构 4、纸张印刷平滑度 在印刷压力作用下纸张的平滑度。它是以纸张表观平滑度和表面可压缩性的综合效应,二、表面可压缩性 当压力作用于材料表面时,可压缩性表
12、面粗糙度会减小,在一定压力下,表面可压缩性系数值大的纸张较值小的纸张具有更高的印刷平滑度 测量:通过测量纸张无压力作用下或不同压力下的平滑度或粗糙度来估算纸张的表面可压缩性,三、纸张表观平滑度的测量 1、显微照相方法2、触针法原理:应用扩大纸张表面凹凸的方法,对纸张平滑度进行测定 3、OCR法 原理:利用光学信号传递信息 4、激光粗糙度测量系统原理:材料表面散射光的变化与表面粗糙度成正比,四、纸张印刷平滑度的测量1、光学接触法 2、空气泄漏法:原理:在一定压力下和一定面积,测量一定量空气通过纸张表面与另一个表面之间的间隙所需时间,或侧定空气的流速、流量的以及空气压力的变化 1)Bekk型平滑度
13、仪工作原理:在一定真空度和压力下,,测出一定量的空气通过试样表面与支承玻璃砧接触面所需时间 测量条件:压力1kg/cm2,有效面积,空气量,真空度,孔径面积特点:对低平滑度试验较适宜,2)本特生平滑度仪(Bendtsen)工作原理:使微弱压缩空气通过一定测量面积的金属环,以漏过空气多少来测定纸及纸板粗糙度特点:操作简单,测量快速准确,测量稳定性好,还可以测定的可压缩性及弹性 Bendtsen Roughness and Air Permeance Tester,3)PPS型粗糙度仪 特点:测量压力接近实际印刷状态,采用印刷中常用的背衬材料,测量环具环形保护环,提高测量精度,测量压力采用气动加压
14、,Parker Print-Surf(PPS),Calibration Set,五、绝对单位粗糙度与PPS粗糙度仪的应用1、绝对单位粗糙度 粗糙度:为纸面偏离理想参考平面或滚筒参考平面的程度 2、PPS粗糙度仪的应用 PPR值:PPS2 时的压力称为需用印刷压力 PPS值:利用PPS粗糙度仪测得的绝对粗糙度值,综上所述,印刷质量不单取决于纸张表面可压缩性,也不单取决于纸张表观平滑度,而是取决于二者综合参数,即所需印刷压力,六、印刷平滑度对印刷品质量的影响及不同印刷方式对纸张印刷平滑度的要求,影响:印刷平滑度影响纸张油墨需要量;印刷平滑度影响纸张着墨均匀性;印刷平滑度影响印刷品的光泽度。,不同印
15、刷平滑度纸张的网点再现性,第四节 纸张的油墨吸收性能 一、油墨接受性能与油墨吸收性能 指纸张表面在印刷过程中在印刷机上压印瞬间接收转移油墨的能力 它与纸张以下几个方面性能的紧密相关:纸张表面的被印刷油墨润湿的能力 纸张表面吸收一定油墨组分的能力 纸张表面固定和保留均匀墨膜的能力,与纸张的油墨吸收性能的区别:发生的时间段不同:前者发生在压印瞬间的现象;而后者发生在从油墨与纸张接触到完全固化在纸面的一个较长时间。影响因素不同:前者与油墨转移性能有关;而后者与纸张毛细孔对油墨中的低粘度组分的吸收和油墨中某些组分向纸内渗透作用有关,二、印刷过程中纸张对油墨的吸收及对印刷的影响 1、纸张对油墨的吸收的两
16、个阶段1)加压渗透(依靠印刷压力)2)自由渗透(依靠纸张的毛细管作用力),2、实际印刷中,影响油墨吸收的因素表明了油墨被压入纸张的深度主要与以下因素有关:印刷压力,印刷时间,油墨粘度,纸张毛细管半径,油墨吸收模型,三、压印瞬间油墨吸收性能的测量 利用IGT印刷适性仪,IGT AIC2-5印刷适性仪,四、毛细管吸收性能的测量,1)油吸收方法 2)油墨脏污试验法 美国 中国、英国,3、影响油墨脏污试验结果的因素1)油墨与纸张的接触时间2)纸张对油墨的吸收量3)实验油墨的粘度影响4)当用Q值表示纸张对油墨的吸收能力时应考虑纸张表面的光反射能力5)考虑纸张表面粗糙度 五、不同印刷方法对纸张油墨吸性能的
17、要求,第四章 纸和纸板的力学性质,第一节 概述第二节 纸张的流变性质 一、纸张的粘弹性变形 1、应力:物质为抵抗外力,在单位面积上发生的内力2、变形:使物体尺寸发生变化的数量对原有尺寸的比率,3、最大应力:物体在保持能恢复其原有形态条件下能承受的最大负荷,亦成为弹性极限 4、粘弹性变形:加在物体上的应力因产生变形所用的时间而变化,这种特定的变形称为粘弹性变形 对于理想弹性固体:(无时间因素)对于粘弹性(理想液体):(有时间因素),二、纸张的蠕变特性 1、蠕变:在负荷保持不变时,纸张无限流 动,直至发生断裂,这种滞延流动叫蠕变2、变形的恢复可用两部分表示:瞬时部分;与时间有关的部分三、纸张的应力
18、松弛特性 1、应力松弛:当纸张的变形保持一定,应力随时间而减小的现象称之为应力松弛,第三节 纸张的Z向压缩变形特性 一、Z向压缩变形的整体特性 二、Z向压缩变形随时间变化的特性 三、Z向变形特性对印刷的影响,第四节 纸和纸板的机械强度一、抗张强度与伸长率 1、抗张程度:指纸或纸板在断裂时所能承受的最大张力,以宽度为15mm的标准试样测得的纸样断裂时荷重来表示。有以下几种表示方式:(1)绝对抗张力:以纸或纸板标准所规定的试样宽度,在抗张强度测定仪上直接读出的荷重F,用N计量,(2)裂断长:指纸条长度达到不能承受本身的重量时而自行裂断时的长度,与厚度无关,适用于比较不同定量的纸和纸板 F N B
19、m W,(3)抗张指数:2、伸长率:纸或纸板受张力至断裂时的伸长与原长之比的百分率 3、测定:常采用肖伯尔抗张强度仪 4、应用:各种纸(尤其是卷筒纸)的抗张强度的要求,M.C.TEC Tensile Tester,摆锤式抗张试验机,二、耐折度:1、表示纸或纸板抵抗往复折叠的能力,其测定纸张受一定力的拉伸后,在经来回折叠而使其断裂,以折叠的次数表示 2、应用及重要性3、测定:常用的肖伯尔型、MIT型,Tinius Olsen M.I.T.Folding Endurance Testers,三、耐破度:1、耐破度:指纸张在一定面积下,以匀速加压至破裂时所能承受的最大压力,它是抗张强度与伸长率的复合
20、函数2、耐破度与抗张强度的关系:,3、测定:采用缪纶式耐破度仪,电脑测控纸板(纸张)耐破度仪,四、撕裂度1、撕裂度:指撕裂一定距离纸页所需的力2、测定:采用爱利门道夫撕裂度仪3、影响撕裂度的因素:主要是纸张的纤维的长度,还有处理方式,撕裂度仪,五、挺度1、挺度:指纸张抵抗弯曲的性质,即刚性 B:宽度 L:长度 T:厚度2、测定(1)Taber挺度仪(2)Gualey挺度仪3、重要性:单长纸印刷中的输纸、收纸,Taber挺度仪,第五节 纸张的表面强度 一、纸张的表面强度与拉毛 1、表面强度:指纸张表面纤维、胶料、填料间和纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的结合强度,它表示纸张在印刷过程中抗油墨分
21、裂力的能力,又称拉毛阻力 2、拉毛:在破裂的纸面出现不连续的或连续的未着墨区域的现象。,3、在印刷过程中影响拉毛的因素:(1)油墨对纸张的粘着力(2)剥离张力(3)印刷橡皮布的粘度基印刷版面对油墨的吸附力 二、拉毛对印刷的影响 1、造成图文部分的污染(1)白斑的产生(2)由细微的纸粉和微细的涂料粒子等的拉毛引起,通常在橡皮布上发生堆墨现象2、胶印中橡皮布及墨辊清洗次数增加,三、纸张的干拉毛与湿拉毛 1、干拉毛与水无关,是在纤维或填料之间结合力小于油墨的分离力时发生的2、湿拉毛与纸张的耐水性有关 四、掉粉掉毛 1、掉粉掉毛:指在印刷过程中纸张表面松散粒子的脱落现象,2、与拉毛现象的区别:掉粉掉毛
22、:由于润版液的润湿和机械摩擦作用导致纸面松散粒子的脱落 拉毛:油墨的分离力大于纸面粒子之间的结合力时发生脱落现象(1)现象不同:松散粒子的脱落(2)由不同作用引起:取决于纸面的洁净程度 3、掉粉掉毛的危害4、测定:IGT悬浮物试验法,五、纸张表面强度的测量 1、Dennision蜡棒法2、加速印刷法六、纸张表面强度的表示方法VVP值VVP值:临界拉毛速度与拉毛试验油墨塑性粘度的乘积意义:为比较不同粘度拉毛油墨测定的纸张表面强度提供了便利 七、纸张表面强度分布对拉毛试验的影响,用IGT适性仪 做拉毛实验,第五章 纸张的光学性质,第一节 概述 光照在纸张表面发生的光学现象示意图,第二节 纸和纸板的
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