Бумага и картон. Получение, состав, свойства. Прочностные свойства бумаги.

Прочность бумаги зависит: 1) от сил сцепления волокон между собой; 2) от прочности самих волокон; 3) от ориентации волокон в бумаге.

Основной вклад в прочностные свойства, как считает ряд авторов, вносят водородные связи. Они образуются между гидроксильными группами макромолекул целлюлозы при ее высушивании. Чем полнее при высушивании удаляется вода, тем больше гидроксильных групп целлюлозы способны образовывать водородные связи и тем прочнее становится бумага. Количество контактов между волокнами для не размолотой целлюлозы составляет 20 % , а для размолотой эта до 90 %. Увеличение количества контактов ведет к росту числа водородных связей, участвующих в образовании прочностных свойств. Эти данные подтверждаются изменением прочности бумаги в зависимости от степени помола. Целлюлоза, полностью освобожденная от гемицеллюлоз, обладает чрезвычайно низкой прочностью. Очевидно, что важным носителем водородных связей в целлюлозе являются гемицеллюлозы, которые способны набухать в воде и образовывать «склейки» после высушивания. О прочности растительных волокон можно косвенно судить по так называемой нулевой разрывной длине. Для ее измерения зажимы специальной разрывной машины сближаются до величины 0,2 мм (условный нуль). Принято считать, что величина разрывной нагрузки в значительной степени характеризует прочность индивидуальных волокон. Нулевая разрывная длина лишь приблизительно характеризует прочность собственно индивидуального волокна, так как истинная прочность волокна обычно в 3 раза выше.

На практике для характеристики прочности бумаги используется ряд показателей: разрывная длина, относительное удлинение, сопротивление продавливанию, сопротивление раздиранию, сопротивление излому.

Разрывная длина бумаги является косвенным показателем механической прочности, величиной, под которой понимают расчетную длину полоски бумаги, которая, будучи подвешенной, за один конец, разорвется под действием собственного веса. Единицей измерения разрывной длины является метр. Для определения разрывной длины полоску бумаги закрепляют в зажимах разрывной машины и определяют усилие, при котором произошел разрыв бумаги. При практическом применении бумага подвергается нагрузкам, которые не превосходят ее разрывную длину. Важным показателем является удлинение бумаги до разрыва (растяжимость). Этот показатель важен для рулонной бумаги, которая эксплуатируется в процессе печатания в режиме натяжения. Увеличение растяжимости бумаги зачастую более важно, чем повышение показателя разрывной длины. Повышение растяжимости бумаги способствует уменьшению обрывности. Единственным способом увеличения растяжимости является поддержание влажности на уровне выше 6 %. Особенно актуальным является наличие достаточной растяжимости для газетной бумаги, печатающейся на скоростных машинах. Показатель сопротивление излому определяется на полоске бумага стандартной ширины при ее натяжении силой в один кг. Образец бумаги, закрепленный в зажимах, перегибается вперед-назад (один двойной перегиб) с определенной скоростью. Величина сопротивления излому измеряется в количестве двойных перегибов. Обычно сопротивление излому для печатных бумаг невелико и по нормам стандарта в большинстве не превышает 10 двойных перегибов.

Сопротивление раздиранию характеризуется силой, вызывающей раздирание предварительно надрезанной по кромке бумаги до определенной ее длины. Близким по сущности является показатель сопротивления надрыву кромки листа. Он характеризуется силой, которую надо приложить, чтобы разорвать кромку бумаги. Для его определения испытуемый образец закрепляют в зажимах разрывной машины с перекосом. При таком способе зажима образца бумаги разрыв происходит за счет надрыва. Сопротивление надрыву важно для полиграфического картона, используемого для изготовления игральных карт. Сопротивление продавливанию характеризует прочность бумаги усилию, направленному перпендикулярно ее поверхности. Для печатных видов бумаги этот показатель не нормируется. Упруго-пластичные свойства бумаги. Процесс взаимодействия краски с бумагой происходит под давлением. Причем максимальное давление характерно для высокого способа печати, затем следуют способы глубокой и офсетной печати. При приложении нагрузки к бумаге следует остановиться на ее упруго-пластичных свойствах, особенно проявляющихся при сжатии.

Всякое изменение формы тела под действием внешних сил называется деформацией. Все 33.1 виды деформации делятся на обратимые и необратимые (остаточные). При обратимой деформации после устранения внешних сил тело восстанавливает свою первоначальную форму. Такие материалы называются эластичными или упругими. Если тело после снятия нагрузки сохраняет приобретенную форму то, такие виды деформации называются пластичными. Бумага при приложении к ней нагрузки проявляет упруго-пластичную деформацию.

В процессе печати давление на бумагу не является постоянным. Оно быстро растет, а затем падает до 0. Одновременно с повышением давления растет и степень сжатия бумаги, а при сбросе нагрузки наблюдается лишь частичное восстановление размера, т.е. и в этом случае проявляется остаточная деформация.

Т.о., общая деформация бумаги складывается как из упругой, так и пластической деформации. Это означает, что при приложении определенного сжимающего усилия бумага способна лишь частично восстановить свои размеры. Иными словами, бумага после приложения сжимающего давления обладает остаточной деформацией. Наличие в бумаге наполнителей или древесной массы повышает величину остаточной деформации.