Механическая прочность и
деформационные свойства бумаги
Деформация бумаги при увлажнении и остаточная
деформация
Увеличение размеров увлажненного листа бумаги по его ширине и длине,
выраженное в процентах по отношению к первоначальным размерам сухого
листа, носит название линейной деформации при увлажнении. Сокращение
размеров увлажненного листа бумаги при высушивании, выраженное в
процентах по отношению к первоначальным размерам сухого листа,
называется линейной деформацией при высыхании. Линейная деформация
бумаги вследствие ее высушивания и последующего кондиционирования носит
название остаточной линейной деформации бумаги.
При высушивании влажный лист бумаги значительно сокращается в размерах,
которые оказываются при этом меныпшЛи даже по сравнению с
первоначальными размерами этого листа в сухом состоянии. При намокании в
воде или вследствие повышенной влажности окружающего воздуха размер
листа бумаги увеличивается не только по его длине и ширине, но и по
толщине.
Значения деформации бумаги при увлажнении и остаточной деформации
являются важными показателями для многих видов бумаги (литографской,
офсетной, диаграммной, картографической, основы фотоподложки, бумаги с
водными знаками и др.). Высокие значения показателей деформации бумаги
приводят к несовмещению контуров красок при литоофсетной печати. Из-за
повышенной деформации картографической бумаги может наблюдаться при
многоцветной печати географических
карт наложение контуров цветных границ одного
государства на границы другого или даже полное поглощение границ
маленьких государств государственными границами соседних стран. Наряду с
необходимостью совмещения красок при изготовлении географических карт
следует иметь в виду и сохранение масштабности карт, что также зависит
от величины остаточной деформации бумаги после высушивания.
Повышенная деформация бумаги-основы фотобумаги приводит к возникновению
в бумаге местных напряжений, проявляющихся в неравномерной усадке
бумажного полотна и образовании пузырей в готовой фотобумаге при
проявлении фотоотпечатков.
Физический смысл явлений, происходящих при деформации, следует искать в
природе бумаги как капиллярно-пористого коллоидного материала. При
увлажнении растительные волокна, из которых состоит бумага, набухают и
увеличиваются в размерах, что сказывается на изменении размеров
бумажного листа.
Наименьшую деформацию при увлажнении обнаруживают пористые виды бумаги и
наибольшую — бумага с сомкнутой структурой, изготовленная из массы
жирного помола. В пористой бумаге увеличение размеров волокон вследствие
их набухания не оказывает заметного влияния на изменение линейных
размеров листа бумаги. В плотной бумаге с сомкнутой структурой
увеличение размеров волокон при их набухании неизбежно деформирует
бумагу, а нередко приводит и к короблению ее поверхности. Отсюда
понятно, что минеральный наполнитель и канифольная проклейка бумаги,
повышающие ее пористость, приводят к уменьшению деформации бумаги;
крахмальная же проклейка, повышающая сомкнутость бумаги, влечет за собой
увеличение деформации при ее увлажнении.
Чем больше гидрофобность проклеивающего вещества, тем меньше деформация
при увлажнении бумаги, проклеенной этим веществом. Например, бумага,
проклеенная парафиновым клеем, обладает меньшей деформацией, чем бумага,
проклеенная канифольным клеем. Сернокислый алюминий создает в бумаге
кислую среду, ограничивающую степень набухания растительных волокон.
Поэтому действие сернокислого алюминия несколько снижает деформацию
бумаги после ее увлажнения. Еще больше снижается деформация бумаги от
совместного действия канифольного клея и сернокислого алюминия.
При увлажнении волокна значительно больше увеличивают свои размеры по
диаметру, чем в длину. Поэтому, а также вследствие преимущественной
ориентации волокон в машинном направлении бумажного полотна обычно в
этом направлении деформация бумаги меньше, а в поперечном — больше.
Бумага деформируется не только из-за набухания волокон, но и в
результате проникновения в промежутки между волокнами воды, которая
раздвигает их. Поэтому, если волокна
связаны между собой влагопрочными связями,- следует
ожидать снижение деформации бумаги. Это положение получило практическое
подтверждение при использовании меламино- и кар-бамидоформальдегидных
смол в производстве разных видов бумаги с пониженной деформацией при
увлажнении (основа фотоподложки, офсетная, картографическая и др.).
Чем больше фибриллированы растительные волокна в результате их размола,
тем больше усадка изготовляемой бумаги, более плотным и сомкнутым
оказывается вырабатываемое бумажное полотно, обнаруживающее вследствие
этого повышенную деформацию бумаги при ее увлажнении.
Степень деформации бумаги зависит от рода исходных волокон: малая
деформация проявляется у тряпичных видов бумаги, а большая — у бумаги из
древесной целлюлозы. Небеленая целлюлоза по сравнению с беленой больше
склонна к деформации при увлажнении. Это характеризуется склонностью
соответствующих волокон к набуханию, что определяется химическим
составом волокон, в первую очередь наличием в их-составе гемицеллюлоз,
обладающих повышенной склонностью к набуханию в воде. Тряпичные волокна
обладают малым содержанием гемицеллюлоз, поэтому они меньше набухают и
меньше способствуют деформации бумаги, состоящей из таких волокон.
Наименьшую деформацию обнаруживает бумага, изготовленная из волокон
эспарто, обладающих минимальной склонностью к набуханию, и не
подверженных при размоле фибриллирова-нию. Волокна соломенной целлюлозы,
имеющие высокое содержание гемицеллюлоз, образуют плотный, сомкнутый
лист бумаги с высокой степенью деформации при увлажнении.
Дополнительные сведения о структурно-механических свойствах бумаги
приведены в книге [20, с. 262—407].