印刷材料学

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Comparisonbetweenthetypicalchemicalcompositionofwoodyandnon-woodyfeedstocksusedforpulping(%ofthefeedstockdrysolids).ComponentWoodyfeedstockNonwoodyfeedstockCarbohydrates65-8050-80Cellulose40-4530-45Hemicelluloses25-3520-35Lignin20-3010-25Extractives2-55-15Proteins0.55-10Inorganic0.1-10.5-10SiO20.10.5-7三、纤维的结构Key:ML=middlelamella,P=primarywall,S1=outerlayerofthesecondarywall,S2=middlelayerofthesecondarywall,T(orS3)=innerlayerofthesecondarywall,andW=wartylayer.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Bauerdoublediscrefinerfromtheearly1950s.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Scanningelectronmicroscope(SEM)imagesofuncoatedandcoatedpaper,andalsoacross-sectionofcoatedpaper.ImagescourtesyofKCL(FinnishPulpandPaperResearchInstitute).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、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MKFormationAnalyzers:DrumScannerModelMK975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。Microscopicimageofpapersurface纸张表面微观结构Two-dimensionalrandomfibernetworkapproximationexcludingthefreefiberends.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==纸页中纤维间的总粘结面积发生粘结纤维的部面积　feefebSSSS1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Twocross-sectionsofahandsheetcomparingregionsoflowandhighbasisweight(topandbottom,respectively).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fpdd1绝干纤维的密度纸张的表观密度::fpdddVWW12苯的密度纸张的体积饱和后试样重量饱和前试样重量:::2:1dvWW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Sartoriusbs2202s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ThicknessmeasurementdeviceL&WMicrometer51.三、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、松厚度：指1克重的纸张的体积，以表示1000nmTgWDm2）（厚度）（定量紧度cm3ggcm3WT1000松厚度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BendtsenRoughnessandAirPermeanceTester3)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ParkerPrint-Surf(PPS)CalibrationSet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：PPS＝2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m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）2cos)cos2(82LGLGRthghRhdtdhR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tdPR22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IGTAIC2-5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%100&%100&RRRNKRRNKFF3、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