9. Механическая прочность бумаги. Анизотропия

Анизотропия - различия в физических и технологических св-вах, по ширине и длине, по верхней и сеточной сторонам листа. В продольном упругопластичные св-ва на 20-50% выше. Для рулонной бумаги указывается прочность в машинном направлении, в направлении натяжения рулона; допустимое значение деформации при увлажнении — в поперечном направлении (в нем деформация больше); макс. отклонение белизны с двух сторон, зольность, гладкость.

Прочностные свойства зависят от: анизотропии, прочности индивидуального волокна, влажности (измерения при отн. влажности 60-65%), наличия водородных связей (они образуются между молекулами, в кот. есть атомы N, O, F, Н).

Показатели прочности:

РАЗРЫВНАЯ ДЛИНА - длина полоски бумаги, которая, будучи подвешена за один конец, разорвется под собственной массой. Метры (реже км). Для полиграфических бумаг больше или равна 3000-3500 мм. Ее определяют на разрывной машине. Разрывной груз, при кот. произошел разрыв, пересчитывают в разрывную длину. Зажимы для этой величины отдаляются друг от друга на 100 мм. Если зажимы максимально сближены, то определяют НУЛЕВУЮ РАЗРЫВНУЮ ДЛИНУ, кот. характеризует прочность индивидуальных волокон. Нулевая разрывная длина выше, чем разрывная длина.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ УДЛИНЕНИЕ (РАСТЯЖИМОСТЬ) – отн. удлинение при разрыве. Для бумаги сост. 1-5%. Чем выше растяжимость, тем стабильнее прочностные свойства => ниже обрывность бумаги в печати. Для повышения растяжимости поднимают отн. влажность бумаги с 5-6% до 7-8%. Др. испытания бумаги: сопротивление излому, раздиранию, продавливанию, расслоению; испытание на сжатие кольца; определение жесткости при статическом изгибе; потеря механической прочности при старении бумаги.

10. Межволоконные силы связи в структуре бумаги

Прочность индивидуального волокна зависит от способа получения, породы древесины, степени помола; наличия водородных связей. Если в соединении есть N, O, F, то могут образоваться водородные связи. Водородные связи образуются между молекулами, которые имеют в своем составе атомы N, O или F и атомы Н. Водородные связи сами по себе очень слабые, но в молекуле целлюлозы содержатся миллионы гидроксильных групп и поэтому суммарный эффект водородных связей способен обеспечить прочность бум. листа. Можно провести простой эксперимент, доказывающий влияние водородных связей на прочность бумаги. Для этого бум. лист необходимо замочить в воде, спирте и минеральном масле. В первом случае прочность бумаги – наименьшая, в последнем – наибольшая. В 1-м случае молекулы воды разрушат водородные связи между молекулами целлюлозы. В последнем случае минеральное масло не имеет в своем составе N, O, F и поэтому прочность бумаги не изменится. Если бумагу начать высушивать, то между молекулами целлюлозы вновь образуются водородные связи и прочность бумаги вырастет; г) влажность окружающего воздуха. Поэтому все измерения свойств бумаги проводят в стандартных условиях при относительной влажности окружающего воздуха 60-65%.

На практике для характеристики прочности бумаги используют ряд следующих показателей: 1) нулевая разрывная длина; 2) разрывная длина; 3) относительное удлинение.

РАЗРЫВНАЯ ДЛИНА – косвенная величина, которая характеризует длину полоски бумаги, которая будучи подвешена за один конец, разорвется под действием собственной массы. Разрывную длину измеряют в метрах (реже км). Для большинства полиграфических бумаг разрывная длина должна быть больше или равна 3000-3500 мм. На практике разрывную длину определяют на разрывной машине путем разрыва полоски бумаги в определенных условиях. Затем разрывной груз, при котором произошел разрыв, по формуле пересчитывают в разрывную длину. Для определения разрывной длины зажимы машины отдаляются друг от друга на 100 мм. Если зажимы разрывной машины максимально сближены, то определяют НУЛЕВУЮ РАЗРЫВНУЮ ДЛИНУ. Она характеризует прочность индивидуальных волокон. Так как нулевая разрывная длина выше, чем разрывная длина, то прочность индивидуальных волокон выше прочности бум. листа.

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ УДЛИНЕНИЕ (РАСТЯЖИМОСТЬ)

При разрыве бумаги она удлиняется. Это удлинение опредлеяется как относительное удлинение при разрыве и вычисляется по формуле 1. Величина относительного удлинения для бумаги составляет 1-5%. Из теории сопротивления материалов известно: чем выше растяжимость, тем стабильнее прочностные свойства материалов, работающих при напряжении. Таким образом, чем выше растяжимость, тем ниже обрывность бумаги в печати. На практике для повышения растяжимости стараются поднять относительную влажность бумаги с 5-6% до 7-8%. На практике, кроме показателя разрывной длины и относительного удлинения используют следующие виды испытаний бумаги: а) сопротивление излому; б) сопротивление раздиранию; в) сопротивление кромки листа; г) сопротивление продавливанию; д) испытание на сжатее кольца; е) определение жесткости при статическом изгибе; ж) сопротивление расслоению; з) потеря механической прочности при старении бумаги.

СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗЛОМУ определяется на полоске бумаги при ее натяжении. При этом образец бумаги перегибается вперед-назад на угол 180. Одно движение вперед-назад называется двойным перегибом, а сопротивление излому измеряется в ч. д. п. – числе двойных перегибов. Большинство полиграфических бумаг характеризуется сопротивлением излому больше или равно 1012 ч.д.п. 2. СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗДИРАНИЮ характеризуется силой, вызывающей раздирание предварительно надрезанной по кромке бумаги до определенной ее длины. Испытанию подвергают 4 образца бумаги, которые предварительно надрезают по кромке, а затем разрезают ножом маятникового типа. Для печатных видов бумаги этот показатель используется в стандарте на газетную бумагу. 3. СОПРОТИВЛЕНИЕ НАДРЫВУ КРОМКИ ЛИСТА. Он характеризуется силой, которую надо приложить, чтобы надорвать кромку листа. Этот показатель важен для полиграфического картона, используемого для изготовления игральных карт. Характеризует прочность бумаги, зажатой по кольцу, усилию, направленному перпендикулярно ее поверхности. В основном это показатель используется для оценки картонов. Определение жесткости при статическом изгибе заключается в определении силы, приложенной к свободному концу консольно закрепленного образца картона и изгибающей его на определенный угол. Испытание на сжатие кольца – предусматривает измерение разрушающего усилия при осевом сжатии поставленной на ребро и свернутой в кольцо полоски бумаги. Испытание сопротивления к расслаиванию: заключается в определении силы, необходимой для расслоения испытуемого образца. Определение потери механической прочности при старении. Заключается в выдерживании образца бумаги в воздушном термостате при температуре 150 градусов определенное время и измерении стандартных показателей прочности. Потерю прочности выражают в процентах от исходной. А наибольшей чувствительностью к старению обладает показатель сопротивления излому. Для характеристики старения бумаги по аналогичной методике определяют потери в белизне.