А. Физико-механические характеристики

Одной из главных и чаще всего упоминаемых физико-механических характеристик является массой одного квадратного метра бумаги. Формальное определение этого термина звучит так: масса волокнистых полуфабрикатов, наполняющих и проклеивающих веществ на площади в 1 м². Единица измерения – грамм на 1 м² (г/м²). К сожалению, на практике этот параметр часто называют плотностью бумаги – и это неправильно.

Таблица 7.3.1

Измеряется масса 1 м² очень просто – вырезают 10 листов определенных размеров и взвешивают на весах, шкала которых уже проградуирована в граммах на 1 м². Результаты измерений усредняют. Можно также взвешивать образцы бумаги на лабораторных листах, тогда массу 1 м² рассчитывают. Допустимые отклонения для бумаги с разной массой 1 м² также различны. Например, для 60 г/м² – ±2, для 70 г/м² – ±2,5 и т.д.

Эта и другие характеристики бумаги измеряются при стандартных условиях – постоянной влажности 50±5% и температуре 20±2°С. Причем выборка образцов выполняется для средней партии. Отбор проб описывается в ГОСТе 8047–78 «Бумага и картон. Правила приемки. Отбор проб для испытаний».

Поддержание постоянства массы 1 м² в процессе изготовления бумаги — задача непростая, ведь ширина бумажного полотна может достигать нескольких метров. Впрочем, практически на всех бумагоделательных машинах перед секцией наката установлен датчик с жестким излучением (приемник – ионизационная камера), который «бегает» поперек полотна, непрерывно измеряя массу 1 м². При обнаружении отклонений от стандартного значения, срабатывает автоматическая обратная связь, уменьшающая или увеличивающая подачу бумажной массы. Механизм поддержания постоянства значения массы 1 м² хорошо отлажен производителями, поэтому значительные отклонения от допустимого диапазона в реальной жизни встречаются редко.

Какова может быть практическая польза от измерения массы 1 м² ? Пример из жизни: вы заказываете печать журнала на бумаге массой 1 м² 70 г, а в типографии «схалтурили» и использовали для изготовления бумагу меньшей массы, оставшуюся от предыдущего тиража. В итоге, журнал получается заметно тоньше – страдает имидж издания. Доказать, что подмена имела место, можно измерив массу 1 м² в тираже.

Следующий важный параметр бумаги – ее толщина. Здесь все довольно просто. Измеряется толщина толщинометром, единица измерения называется микроном. В процессе производства толщина бумаги регулируется давлением между валами бумагоделательной машины или суперкалландра. Однородность значения толщины по всей площади бумажного полотна зависит от качества отлива и точности валов. Если толщина «плывет», то в процессе печати меняется давление между цилиндрами печатной пары и бумагой. Это оказывает негативное воздействие на красковосприятие и, следовательно, на насыщенность оттисков.

Толщина бумаги также определяет информационную емкость издания. Если общее количество страниц невелико – предпочтительнее выбрать бумагу повышенной толщины, тогда издание будет выглядеть «солиднее». Для справочников, энциклопедий и библий, наоборот, стараются использовать бумагу потоньше.

Плотностью бумаги «по науке» называется отношение массы 1 м² к толщине. Выражается плотность в граммах на один кубический сантиметр (г/см³). Чем плотнее бумага – тем выше ее непрозрачность и хуже впитываемость краски. Самая плотная бумага – около 1,1 г/см³ – применяется для глубокой печати.

В процессе печати бумага порой подвергается очень мощным механическим воздействиям. Например, сила растяжения в захватах может достигать 18 кг/см, а давление между цилиндрами печатной машины – порядка 30 кг/см². Чем ниже механическая прочность бумаги – тем больше отходы, а печать на бумаге с пониженной прочностью, когда нарушены стандарты, может оказаться просто невозможной. Не меньше бед может доставить и плохая регулировка секций печатной машины – в подобных случаях отсутствие запаса по прочности бумаги может сыграть с печатником плохую шутку.

Следующая группа печатных свойств — это механические свойства бумаги, которые можно подразделить на прочностные и деформационные. Деформационные свойства проявляются при воздействии на материал внешних сил и характеризуются временным или постоянным изменением формы или объема тела. Основные технологические операции полиграфии сопровождаются существенным деформированием бумаги, например: растяжению, сжатию, изгибу. От того, как ведет себя бумага при этих воздействиях, зависит нормальное (бесперебойное) течение технологических процессов печатания и последующей обработки печатной продукции. Так, при печатании высоким способом с жестких форм при больших давлениях бумага должна быть мягкой, то есть легко сжиматься, выравниваться под давлением, обеспечивая наиболее полный контакт с печатной формой.

Мягкость бумаги связана с ее структурой, то есть с ее плотностью и пористостью. Так крупнопористая газетная бумага может деформироваться при сжатии до 28%, а у плотной мелованной бумаги деформация сжатия не превышает 6-8%. Для высокой печати важно, чтобы эти деформации были полностью обратимыми, чтобы после снятия нагрузки, бумага полностью восстанавливала первоначальную форму. В противном случае, на оттиске видны следы оборотного рельефа, свидетельствующие о том, что в структуре бумаги произошли серьезные изменения. Если же бумага предназначена для отделки тиснением, то целью становится, наоборот, остаточная деформация, а показателем качества является ее необратимость, то есть устойчивость рельефа тиснения.

Важной характеристикой бумаги, наряду с толщиной и массой 1 м², является пухлость. Она характеризует степень спрессованности бумаги и очень тесно связана с такой оптической характеристикой, как непрозрачность. То есть, чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при равном граммаже. Пухлость измеряется в см³/г. Пухлость печатных бумаг колеблется, в среднем, от 2 см³/г (для рыхлых, пористых) до 0,73 см³/г (для высокоплотных каландрированных бумаг).

{В практическом приложении это означает, что, если брать более пухлую бумагу меньшего граммажа, то при равной непрозрачности, в тонне бумаги будет больше листов}.

Пористость непосредственно влияет на впитывающую способность бумаги, то есть на ее способность воспринимать печатную краску и вполне может служить характеристикой структуры бумаги. Бумага является пористо-капиллярным материалом, при этом различают макро- и микропористость. Макропоры, или просто поры, - это пространства между волокнами, заполненные воздухом и влагой. Микропоры, или капилляры, - мельчайшие пространства неопределенной формы, пронизывающие покровный слой мелованных бумаг, а также образующиеся между частичками наполнителя или между ними и стенками целлюлозных волокон у немелованных бумаг. Капилляры есть и внутри целлюлозных волокон. Все немелованные, не слишком уплотненные бумаги, например, газетная - макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, а средний радиус пор составляет около 0,16-0,18 мкм. Такие бумаги хорошо впитывают краску, благодаря своей рыхлой структуре, то есть сильноразвитой внутренней поверхности.

Мелованные бумаги относятся к микропористым, иначе капиллярным бумагам. Они тоже хорошо впитывают краску, но уже под действием сил капиллярного давления. Здесь пористость составляет всего лишь 30%, а размер пор не превышает 0,03 мкм. Остальные бумаги занимают промежуточное положение.

{Фактически, это означает, что при печати на офсетной бумаге в поры проникают как растворители, содержащиеся в краске, так и красящие пигменты. Таким образом, концентрация пигмента на поверхности невелика и невозможно добиться насыщенных цветов. При печати же на мелованной бумаге, диаметр пор мелованного слоя настолько мал, что в поры впитываются только растворители, в то время, как частицы пигмента остаются на поверхности бумаги. Поэтому изображение получается очень насыщенное}.

Для офсетной печати на высокоскоростных ротационных машинах очень важными являются прочностные характеристики бумаги, а именно: прочность на разрыв, излом, стойкость к выщипыванию, влогопрочность.

Прочность бумаги зависит не от прочности отдельных компонентов, а от прочности самой структуры бумаги, которая формируется в процессе бумажного производства. Это свойство характеризуется обычно разрывной длиной в метрах или разрывным усилием в ньютонах.

Начнем с разрывной длины – это длина полосы бумаги, которая разрывается под собственным весом. Обычно разрывная длина составляет не менее 3500–4000 метров. Разумеется, при измерении «масштаб» образца поменьше: на динамометр закрепляют полоску шириной 15 мм и длиной 200–220 мм (расстояние между клеммами – 180 мм), а затем рвут, замеряя предел прочности в ньютонах. Результаты по специальной формуле пересчитываются в метры разрывной длины.

Еще одна характеристика, тесно связанная с разрывной длиной – удлинение бумаги. Это изменение длины образца бумаги в процентах до момента разрыва. Удлинение характеризует эластичность бумаги. Произведение удлинения на предел прочности называется работой разрыва. Чем больше работа разрыва – тем лучше проходимость бумаги на печатной машине.

Потребительские свойства бумаги характеризует сопротивление излому. Измеряется на образце шириной 15 мм и длиной 120 мм (расстояние между клеммами – 100 мм) при натяжении 1 кг или 0,5 кг. Полоска закрепляется в специальном устройстве с движущимся клином, попеременно сгибающим образец в противоположные стороны под углом 180°. Количество двойных перегибов до разрушения образца принимается за величину сопротивления излому.

Поскольку бумага является анизотропным материалом, ее прочность в направлении отлива и поперек волокон различна в соотношении примерно 1:2,5. Величина сопротивления излому измеряется в направлении меньшей прочности. Для бумаги с повышенной прочностью, например, документной, количество двойных перегибов может достигать 250.

Важным параметром, особенно для газетной бумаги, является сопротивление раздиранию. Оно измеряется при помощи прибора с маятником, разрывающим бумагу. После разрыва стрелка на шкале прибора показывает значение сопротивления раздиранию в граммах.