【教学课件】第二章纸的结构与性能.ppt

第二章 纸的结构与性能第一节 纸的结构 一、概述 二、纸的结构间的结合 三、纸的三维结构 四、纸的匀度 五、纸的两面性 六、纸的多孔性第二节 纸的性能 一、一般性能 二、机械强度 三、渗透性能 四、光学性能 五、表面性能 六、印刷性能 七、环境条件对纸页 性能的影响5 5、纸的结构具有两面性。、纸的结构具有两面性。一、概述一、概述纸张的结构特点：纸张的结构特点：1 1、由多相复杂的结构要素、由多相复杂的结构要素组成的非均质的薄页；组成的非均质的薄页；2 2、纸的结构间具有结合力；、纸的结构间具有结合力；3 3、具有复杂的多孔结构；、具有复杂的多孔结构；4 4、具有三维结构；、具有三维结构；第二章 纸的结构与性能二、纸的结构间的结合二、纸的结构间的结合纸的结构纸的结构间间的结合力的结合力氢键结合（最主要）氢键结合（最主要）化学主价键力化学主价键力范德华力范德华力表面交织力表面交织力第二章 纸的结构与性能纤维形成氢键结合的条件：有游离羟基;两羟基间的距离在 2.8 之内。纤维形成的氢键结合第二章 纸的结构与性能纵向：纸机的运行方向，也称MD向，纤维轴向沿该方向多；三、纸的三维结构横向：与纸机运行方向垂直的方向，也称CD向，纤维轴向沿该方向少；Z向：垂直与纸面的方向，呈层状结构。第二章 纸的结构与性能由于纤维在纸中的分布不同，造成纸张的各向异性，即纸张的各个方向的性能不同。Z向横向纵向第二章 纸的结构与性能匀度表示纸的结构的均匀性，即纸的各结构要素分布的均匀性。匀度对纸的性能有直接的影响，匀度好，则纸的性能就好。磨砂玻璃状，匀度好；四、纸的匀度云彩斑点状，匀度差。第二章 纸的结构与性能正反面间存在两面差，影响着纸的性能和使用。五、纸的五、纸的两面性两面性大多数纸张具有两面性，有正面和反面之分。反面：贴向网子的一面，比较粗糙，细小纤维含量少，结构比较疏松。正面：背离网子的一面，比较平滑，细小纤维含量多，结构比较紧密;正面 反面第二章 纸的结构与性能六、纸的多孔性六、纸的多孔性纸的结构不具有连续性，是一种多孔性物质。1、穿透纸张的开孔：约占 1.6%；2、凹穴，纸张一面开口的小孔；3、纤维内部的空隙：和凹穴一起约占 98.4%纸孔的三种形式：第二章 纸的结构与性能纸的性能第二章 纸的结构与性能定量和厚度是纸和纸板的最基定量和厚度是纸和纸板的最基本的性能，对纸的性能有很大本的性能，对纸的性能有很大的影响。的影响。1 1、定量：单位面积纸或纸板的重、定量：单位面积纸或纸板的重量，以量，以 g/m g/m2 2 表示表示2 2、厚度：指在一定的单位面、厚度：指在一定的单位面积的压力下，纸的两个表面间积的压力下，纸的两个表面间的垂直距离。的垂直距离。一一.一般性能一般性能第二章 纸的结构与性能3 3、紧度：单位体积纸的重量，即定、紧度：单位体积纸的重量，即定量和厚度的比值。量和厚度的比值。D紧度，紧度，g/cm3 或或 Kg/m3 G定量，定量，g/m2 或或 Kg/m2 T厚度，厚度，cm 或或 mD=G/T松厚度：一定重量纸的体积，是紧度的倒数。松厚度：一定重量纸的体积，是紧度的倒数。第二章 纸的结构与性能4、尺寸稳定性：指纸或纸板在水分发生变化时，保持其尺寸和形状不变的能力。吸湿放湿产生原因：（1）单根纤维的润胀或收缩;（2）纤维间的散开或拧紧。第二章 纸的结构与性能二、机械强度(一)、抗张强度抗张强度：指一定宽度的试样所能承受的最大张力，单位为 kN/m，衡量纸张抵抗外力拉伸的能力。1、定义第二章 纸的结构与性能第二章 纸的结构与性能2、纸页在拉力作用下的变化OA段：弹性阶段纸是一种纸是一种弹塑性体弹塑性体aO应变应力弹性模量 E=tgaAB C AB段：屈服阶段BC段：断裂阶段第二章 纸的结构与性能（1）裂断长裂断长：表示一定宽度的纸条被本身的重量所拉断时的长度，是抗张强度和定量的比值。裂断长和抗张强度的关系是：L裂断长（m）Gp抗张强度（kN/m）W定量（g/m2）L=102 Gp/W3、衡量抗张强度的物理量第二章 纸的结构与性能4、抗张强度的影响因素（1）纤维结合强度（最重要）（2）纤维本身的强度（3）纤维平均长度（4）纤维交错系数第二章 纸的结构与性能2.意义：伸长率是衡量纸和纸板在拉力作用下的形变能力，伸长率越大，形变能力越强，韧性越好。(二）伸长率1.定义：纸和纸板受到张力作用，至断裂时所增加的长度与纸和纸板原长度的百分比。伸长率伸长率=(L-L0)/L0 100%L0试样测试前的长度（mm）L试样断裂时的长度（mm）第二章 纸的结构与性能3、伸长率的影响因素（1）纤维结合强度（最重要）（2）纤维本身的强度（3）纤维平均长度（4）纤维交错系数（5）纸页平衡含水率第二章 纸的结构与性能指纸张被拉断时外力所做的功，它的几何意义就是抗张强度与伸长率曲线所包围的面积，抗张能量吸收值是表示纸张的强韧性的物理量。伸长率抗张强度（三）抗张能量吸收值伸性纸袋纸普通纸袋纸第二章 纸的结构与性能抗压强度：材料受压后至压潰所能承受的最大压力。抗压强度是白纸板和瓦楞纸板的重要性能指标。环压强度平压强度边压强度1、表征纸板抗压强度的指标（四）抗压强度第二章 纸的结构与性能第二章 纸的结构与性能第二章 纸的结构与性能定义：在一定的速度下，使环形试样平行受压，压力逐渐增加至使试样压潰时的压力。P（1 1）环压强度）环压强度意义：是纸板的一项重要指标，和纸盒、纸箱的抗压强度有密切关系。纸纸板板的的纵纵向向环环压压强强度度大于横向环压强度大于横向环压强度第二章 纸的结构与性能纸箱堆码第二章 纸的结构与性能r环压指数，N.m/gR环压强度，N/mP试样所能承受的最大压力，NW定量，g/m2r r=R/W =R/W (R=P/0.152)(R=P/0.152)环压强度常用环压指数表示环压强度常用环压指数表示第二章 纸的结构与性能（2）纸板在压力作用下的屈服形式纸板在压力作用下发生的变化受纸板的粗细比的影响。l纸板高度h纸板厚度屈服形式压断：失稳：当粗细比 30时；当粗细比 30时第二章 纸的结构与性能第二章 纸的结构与性能粗细比抗压力30100当粗细比30时，抗压强度反映的是材料本身的真正的抗压能力。第二章 纸的结构与性能（2 2）平压强度平压强度平压强度按下式计算：X=10F/A X=10F/AX平压强度，N/m2F 试样承受的最大压缩力,NA试样面积，g/m2在一定的速度下，使试样受到垂直于纸面的压力，压力逐渐增加至使试样压潰时的压力。它是瓦楞纸板的一项重要指标。平面压力第二章 纸的结构与性能（3）边压强度边压强度按下式计算：X=1000F/L X=1000F/LX边压强度，N/mF 试样承受的最大压缩力,NL试样长边尺寸，mm在一定的速度下，使直立的试样受压，压力逐渐增加至使试样压潰时的压力。它是瓦楞纸板的一项重要指标。垂直压力平行压力第二章 纸的结构与性能 纤维本身的强度；纤维本身的强度；纤维结合强度；纤维结合强度；纸板厚度；纸板厚度；纸板定量；纸板定量；纸板平衡含水率。纸板平衡含水率。（4 4）抗压强度的影响因素）抗压强度的影响因素第二章 纸的结构与性能（三）耐破性能1 1、耐破度、耐破度(1)定义：指一定面积的纸和纸板在匀速加压直至破裂时所能承受的最大压力，以压力表示。它属于静态强度。意义：包装用纸和纸板，在使用过程中，常受到外力的挤压、顶撞、冲击等，纸和纸板须具有一定的耐破能力。衡量耐破能力的物理量:耐破度和戳穿强度。第二章 纸的结构与性能耐破度的大小常用耐破因子或耐破指数表示耐破因子X=100 P/W P试样绝对耐破度，即压力 表或显示器的读数，KPa W试样的定量，g/m2 X耐破因子，Kpa.m2/g耐破指数 I耐破指数,kPa.m2/g W，P同上I=P/W（2）表征耐破度的物理量：第二章 纸的结构与性能（3）耐破度的影响因素）耐破度的影响因素抗张强度抗张强度伸长率伸长率第二章 纸的结构与性能（1）定义：指一个由高处落下的三角锥体戳穿纸板时所做的功，单位为 J 或 kgf.cm2。（2）意义：戳穿强度属于动态强度。和耐破度相比，更具有实际意义，戳穿强度是包装纸和纸板的一项重要指标。2、戳穿强度第二章 纸的结构与性能（3）构成：戳穿强度由撕裂纸板所需的能量 和穿透纸板所需的能量构成。纤维结合强度；纤维本身的强度；纤维平均长度；纤维交错系数；纸页平衡含水率。（4）戳穿强度的影响因素第二章 纸的结构与性能（2）意义：耐折度对制箱、制盒用纸板特别重要，反映了纸盒和纸箱摇盖的可折叠次数。（四）耐折度（1）定义：指试样在一定张力的条件下，将其折叠一定角度至其断裂时的折叠次数。（3）纸和纸板的纵向耐折度大于横向耐折度。第二章 纸的结构与性能第二章 纸的结构与性能 纤维本身的强度；纤维结合强度；纤维平均长度；纤维交错系数；纸页平衡含水率。（4）耐折度的影响因素第二章 纸的结构与性能 撕裂度的构成：抵抗撕裂的力主要表现为两部分，纤维间的结合力和纤维本身的强度。（五）撕裂度 意义：包装用的某些纸和纸板在使用过程中，要受到撕扯的作用。撕裂度是衡量纸或纸板耐撕裂能力的物理量。定义：撕裂度是指预先将试样切出一定长度的裂口，然后在从裂口处撕至一定长度所需要的力，以 N或 mN表示。第二章 纸的结构与性能第二章 纸的结构与性能 撕裂度常用撕裂指数表示撕裂指数X=T/WX=T/WX撕裂指数，mN.m2/gT撕裂度，mNW试样定量，g/m2第二章 纸的结构与性能 撕裂度的影响因素（1）纤维平均长度（最重要）（2）纤维结合强度（3）纤维本身的强度（4）纤维交错系数第二章 纸的结构与性能（六）（六）挺度挺度（1）定义：在一定条件下，弯曲一端夹紧的纸板 至15度时的力矩。（2）意义：挺度是表征纸和纸板抵抗弯曲能力的 物理量。第二章 纸的结构与性能（3）挺度的影响因素挺度的影响因素 纤维结合强度;纤维平均长度;打浆度;半纤维素的含量;木素的含量;纸板的厚度与紧度;第二章 纸的结构与性能当当紧紧度度一一定定时时，挺挺度度和和厚厚度度的的三三次次方方成成正正比；当厚度一定时，挺度和紧度成正比比；当厚度一定时，挺度和紧度成正比。第二章 纸的结构与性能（七）湿强度1.定义：指纸页在润湿的状态下所表现出来的强度。它比干强度低的多，一般只有干强度的 410%。4.提高湿强度的措施：为了改善湿强度，须向纸浆中添加湿强剂。3.表征湿强度的物理量：纸的湿强度一般是指抗张强度或耐破度，以润湿后的实际强度或以湿强度对润湿前试样强度的百分率表示。2.意义：提高湿强度对包装纸和纸板具有特别重要的意义。第二章 纸的结构与性能三、渗透性能纸的渗透性能包括透气性、透湿性、憎液性等，渗透性能和纸的多孔结构有关。（一）透气性 1.概念：在一定的压力作用下，空气可以穿透纸页，纸 页具有透气性。定义：透气度是在一定面积、一定真空度下，以每秒透过的空气量或透过 100 cm3 空气所需要的时间来表示，单位为 mL/min或s/100mL。2.表征透气性大小的物理量:透气度第二章 纸的结构与性能 意义：透气度反映了纸页中的空隙程度及纸页的防潮能力。紧度施胶填料 透气度的影响因素：透气度是纸袋纸、卷烟纸等的重要指标。第二章 纸的结构与性能2.意义：透湿度衡量纸和纸板抵抗水蒸汽透过的能力，也就是防潮的能力。通过纤维本身传递.3.透湿的成因：纸页的孔隙;1.定义：透湿度指材料的两个面在一定的蒸汽压力条件下，水蒸汽从一面透到另一面，以单位表面积在一定的时间内透过的水蒸汽量表示，单位是g/m2（二）透湿度第二章 纸的结构与性能（三）憎液性能憎液性能是和吸收性能相对的一个概念，是指纸和纸板抗拒液体渗透和扩散的能力，常以施胶度和透油度表示。1.1.施胶度施胶度墨水划线法、考勃表面吸收重量法（2）测试方法：测试方法：施胶度施胶度是评价纸和纸板憎水能力的 物理量。(1)(1)意义：意义：第二章 纸的结构与性能 墨水划线法:定义：利用标准墨水在纸上划线，考察纸张对墨水不洇、不渗透的程度，单位为 mm。应用：该法适合于书写纸等文化用纸。第二章 纸的结构与性能（2）应用：该法适合于包装纸和纸板。考勃表面吸水重量法一定时间内，单位面积的纸和纸板一面在98 Pa.S 压力下与水接触时所吸收水的重量，以 g/m2 表示。（1）定义：第二章 纸的结构与性能（1）概念：指在一定的温度和压力的条件下，标准变压器油在一定时间内以一定面积的纸页上渗透过来的重量，以 mg 表示。（2）意义：透油度是用于包装油脂类食品的防油纸的重要指标。2.透油度透油度第二章 纸的结构与性能（一）纸被光照射后的反映镜面反射透射漫反射吸收四、光学性能折射第二章 纸的结构与性能 （二）表征光学性能的物理量1、白度意义：表示纸和纸板的洁白程度。概念：白度表示白色或接近白色的纸和纸板表面对波长为457nm的蓝光的反射度与氧化镁标准板在同样光照射下的反射度的百分比，也称为亮度。反射散射第二章 纸的结构与性能2、光泽度测试角度：光泽度就是试样表面在镜面反射的方向反射到规定孔径的光通量与标准条件下标准镜面反射光通量之比。反射光泽度是纸面发生镜面反射的一种性质。它能反映印刷品光泽和光彩上的质量。第二章 纸的结构与性能透明度是单层试样反映被覆盖透明度是单层试样反映被覆盖物的显明程度，以物的显明程度，以%表示。表示。T =Rw-RoRw 100%Rw单层试样背衬白色标准板的反射率Ro单层试样背衬黑色标准板的反射率3 透明度第二章 纸的结构与性能不透明度是垫在全吸收的黑色衬垫上的单张试样对光的反射率与完全不透明的若干张试样的相应的反射率之百分比。O=100%RoRRo单层试样背衬黑色 标准板时的反射率R 试样的白度4不透明度第二章 纸的结构与性能1.意义：平滑度是表征纸张表面凹凸和平整程度的一个物理量。2.定义：平滑度指在一定的真空度下，一定体积的空气，通过受一定压力、一定面积的试样的表面与玻璃面之间的间隙所需要的时间，以秒表示。表面性能是纸与纸板印刷适应性的一个重要指标，通常以平滑度来表征纸的表面性能。五、表面性能第二章 纸的结构与性能 纸页表面填料的分布状况；纸页表面纤维的分布状况；湿纸页的压榨程度；纸页是否经过压光。3.平滑度的影响因素第二章 纸的结构与性能表面强度通常用 IGT 型印刷适性仪测定，在一定压力下，以一定粘度的油墨，使纸在不同的速度下印刷，纸张表面出现起毛时的最大速度。六、印刷性能 影响印刷效果的因素很多，如平滑度、施胶度、尺寸稳定性、挺度、表面强度、油墨吸收性等。1、表面强度:是指纸和纸板的印刷表面的拉毛阻力，也叫拉毛速度。第二章 纸的结构与性能2、油墨吸收性常用的方法是K&N油墨吸收试验：用特制的K&N油墨，在无压力和速度下，由纸页吸收一段时间后，再将未吸收的油墨擦去，检查纸页反射率的变化情况K&N值=100 （R1-R2）R1+bR1未涂墨时纸的反射率,%R2油墨斑的反射率，%b 油墨系数第二章 纸的结构与性能1、纸页的吸湿和放湿相对湿度含水率放湿吸湿七、环境条件对纸页性能的影响环境条件主要指温度和湿度吸湿滞后吸湿滞后第二章 纸的结构与性能2、湿度对纸页性能的影响相对湿度纸页性能的变化耐破度抗张力撕裂度耐折度挺度原因：纸页含水率发生变化，影响了纤维的结合。第二章 纸的结构与性能3、温度对纸页性能的影响当温度发生变化时，即使相对湿度保持不变，纸页的平衡含水率也会发生改变，从而引起纸页强度发生改变，因此，把温度对纸页性能的影响归结为纸页的平衡含水率的影响。温度（温度（）20.020.026.726.732.832.8相对湿度（相对湿度（%）656565656565含水率（含水率（%）7.80.27.80.27.10.27.10.26.50.26.50.2温度与纸页平衡含水率的关系第二章 纸的结构与性能4、纸页测试时的温湿度条件标准名称标准名称 温度温度（）相对湿度相对湿度（%RH）ISO231502DIN20652BS202652TAPPI232502GB202652第二章 纸的结构与性能一、纸的结构特点二、纸页的结合三、纸的纵横向、正反面的差异四、纸的性能：一般性能、机械性能、渗透性能、光学 性能、表面性能、印刷性能五、环境条件对纸页性能的影响（湿度、温度）重点回顾