СКРУЧИВАЕМОСТЬ И ВОЛНИСТОСТЬ БУМАГИ

§ 77.

СКРУЧИВАЕМОСТЬ И ВОЛНИСТОСТЬ БУМАГИ

Повышенная скручиваемость бумаги в значительной степени затрудняет ее применение потребителями и может служить, например, одной из причин брака беловых товаров: блокнотов, записных книжек, альбомов, тетрадей и др. Перфокарты, используемые при механизированном машинном счете, должны быть плоскими, так как заметная их скручиваемость вызывает нарушение нормальной работы машин, через которые они проходят (рис. 119).

Скручиваемость бумаги вызывает затруднения при наклеивании этикеток, при использовании форзацной бумаги, а также многочисленных видов бумаги, имеющих одностороннее покрытие (гуммированной, баритованной, карбонированной, плюшевой, лакированной, бумаги для переводных изображений и др.). Чрезмерная скручиваемость обойной бумаги влечет за собой затруднения, связанные с тем, что деформированное бумажное полотно, поступающее в фестонную сушильную камеру с бумагокрасильной или печатной машины, имеет свернутые края и выпуклость посередине. В этом случае образование нормальных фестонов невозможно, так как при подъеме наклонным цепным конвейером полотно бумаги ломается в различных направлениях, что приводит к перекосам фестонов, к их сдавливанию и слипанию окрашенных поверхностей. Скручиваемость обойной и цветных декоративных видов бумаги наблюдается чаще всего при односторонней окраске, печатании рисунка водными красочными составами и обработке различными эмульсиями (рис. 120).

Скручиваемость бумаги в большинстве случаев является одним из видов проявления ее разносторонности. Чем больше различие в ориентации волокон на сторонах бумажного листа при одной и той же массе 1 м2 бумаги и при всех прочих равных условиях, а также чем больше различие во влажности обеих сторон бумаги, тем сильнее проявляет себя скручивание. Дело в том, что растительные волокна при полном их набухании увеличиваются по длине всего лишь на 1—2 %, а в тех же условиях по ширине на 20—30 %. Таким образом, в результате неравномерной ориентации волокон на обеих сторонах листа возникают даже при одинаковой степени увлажнения различные по величине напряжения. Под воздействием большего напряжения или, вернее, под влиянием разности этих напряжений и происходит скручивание бумаги.

Если по каким-либо причинам оказалось, что стороны листа бумаги имеют неодинаковую влажность, степень набухания волокон на сторонах бумаги будет также различной. Различными окажутся и напряжение, возникающее вследствие этого на сторонах бумажного листа, что и будет служить причиной одностороннего скручивания бумаги. Понятно, что впитывающая бумага, обеспечивающая быстрое выравнивание влажности на сторонах листа, будет более плоско лежать на гладкой поверхности по сравнению с клееной бумагой, в которой из-за проклейки затруднен влагообмен между сторонами и медленно выравнивается влажность по толщине листа.

Рис. 119. Виды скручивания перфокарт:
1 — поперечное; 2 — продольное; 3 — диагональное

Рис. 120. Поведение обойной бумаги в фестонном сушильном аппарате при одностороннем увлажнении:
а — отсутствие скручивания; б — скручивание

На двухсеточной бумагоделательной машине можно вырабатывать более однородную по свойствам бумагу. Поэтому подобные машины считаются наиболее пригодными для выработки плосколежащей бумаги.

Причины разной влажности сторон бумаги могут быть различными: различная влажность верхних и нижних сушильных сукон одной и той же сушильной группы, неравномерное увлажнение бумаги перед ее каландрированием и др.

Пористая неклееная бумага, приготовленная из массы садкого помола, практически не скручивается. Вместе с тем плотная бумага, у которой влажность между сторонами листа выравнивается за более длительный промежуток времени, скручивается в большей степени, чем пористая бумага той же толщины.

Влияние минерального наполнителя на склонность бумаги к скручиванию весьма сложно. Он повышает пористость бумаги и этим снижает как деформацию бумаги при намокании, так и склонность к скручиванию. Вместе с тем частицы минерального наполнителя располагаются по толщине бумажного листа неравномерно и этим увеличивают разносторонность бумаги. Этот фактор действует в противоположную сторону и способствует скручиванию. Однако преобладающим является влияние первого фактора и, как правило, наличие минерального наполнителя в композиции бумаги снижает ее склонность к скручиванию.

Наблюдениями установлено, что, чем сильнее натяжение бумажного полотна в машинном направлении, тем в большей степени наблюдается скручивание бумаги из-за появления повышенного при этом удлинения увлажненной бумаги в поперечном направлении и чем больше различие в относительной влажности воздуха, омывающего противоположные стороны бумажного листа, т. е. чем больше различие во влажности этих сторон бумаги, тем в большей степени наблюдается и явление скручи-ваемости. На кромках бумажного полотна скручивание бумаги наблюдается в большей степени, чем в середине полотна. Это связано с тем, что на краях широкого полотна бумаги деформация бумаги при увлажнении, как и соответственно усадка при высыхании бумаги, больше, чем в середине полотна.

Введение в бумажную массу крахмала, особенно крахмала щелочной клейстеризации, способствует увеличению усадки бумаги при ее сушке, увеличению плотности и уменьшению ее пористости. Следовательно, опасность скручивания бумаги при этом возрастает.

Бумага односторонней гладкости имеет склонность к повышенному скручиванию. У такой бумаги более пористой и влагопроницаемой стороной является матовая сторона листа. Именно эту сторону обычно у такого рода бумаги (бумаги для спичечных коробок, афишной и др.) смачивают клеем.

Влага довольно быстро впитывается пористой поверхностью

и проникает в толщу бумаги, задерживаясь у более плотного слоя вблизи гладкой ее стороны. Поэтому волокна на матовой стороне набухают и увеличиваются, тогда как на гладкой стороне листа этого не происходит, что и приводит к возникновению скручивания бумаги с вогнутостью на гладкой стороне листа.

Для предотвращения скручивания бумаги с односторонним покрытием часто возникающие при этом напряжения уравновешивают нанесением противоскручивающего слоя на противоположную сторону листа. При выработке односторонне мелованной бумаги таким противоскручивающим слоем является раствор казеина.

При выработке фотокальки для компенсации возникающих напряжений от подслоя, связывающего лакированную поверхность бумаги со светочувствительным слоем, на противоположную, также лакированную сторону листа наносится так называемый контрслой (слабый раствор желатинового клея), который препятствует скручиванию бумаги.

Иногда свернутую скручиванием поверхность бумаги расправляют механическим путем. Например, после высушивания фотоотпечатки делают плоскими, выправляя их перегибанием на металлическом стержне. Слегка скрученные перфокарты иногда перегибают на специальном комплекте прутьев. Скручивающуюся гуммированную бумагу перематывают на специальном станке, проходя через который она несколько раз перегибается под углом в 45° и благодаря этому приобретает плоскостность.

При склеивании двух образцов бумаги часто наблюдается скручиваемость или волнистость поверхности. Это обусловлено неравномерной впитываемостью влаги из клея слоями склеенного материала и различными по величине напряжениями, возникающими в этих слоях. Для предотвращения указанного желательно склеивать между собой, особенно при использовании водных клеев, однородную по композиции и по структуре бумагу, а сам клей должен быть по возможности более концентрированным. Склеиваемые образцы бумаги или картона должны иметь приблизительно одинаковую влажность.

Бумага, изготовленная из смеси волокон различного происхождения, отличающихся между собой различным морфологическим строением, химическим составом и степенью помола, обнаруживает меньшую склонность к скручиванию, чем бумага, состоящая из однородных волокон. Поэтому для получения плосколежащей бумаги целесообразно использовать композицию из разнородных волокон, например добавку к целлюлозе хвойных пород древесины древесной массы, целлюлозы лиственных пород древесины или соломенной целлюлозы. Этим практически и пользуются при выработке перфокарточной бумаги. Даже добавка к сульфитной целлюлозе в композицию бумаги некоторого количества сульфатной целлюлозы заметно

уменьшает склонность бумаги скручиваться. Желательно при этом, чтобы и степень помола компонентов была бы различной.

Односторонне увлажненная бумага из небеленых видов целлюлозы проявляет большую склонность скручиваться, чем из беленых, и из лиственной целлюлозы — большую, чем из хвойной. Это может быть объяснено повышенным содержанием легко набухающей части технической целлюлозы — гемицеллюлоз в небеленых видах целлюлозы по сравнению с белеными и в лиственной целлюлозе по сравнению с хвойной. Кроме того, более короткие волокна лиственной целлюлозы сравнительно с волокнами хвойной целлюлозы оказывают меньшее сопротивление напряжениям, вызывающим скручивание бумаги.

Было установлено, что степень скручивания бумаги при высоком коэффициенте корреляции (0,90—0,97) находится в прямой линейной зависимости от величины возникающих при сушке усадочных напряжений. Таким образом, для уменьшения степени скручивания бумаги при ее одностороннем увлажнении нужно стремиться к уменьшению ее усадки при сушке.

Экспериментально был установлен очень важный вывод

о существовании прямой пропорциональной зависимости между степенью скручивания бумаги при ее одностороннем увлажнении и величиной сил межволоконной связи при коэффициенте корреляции 0,86—0,96. Эксперименты, позволившие прийти к этому выводу, проводились с использованием различных образцов клееной и неклееной бумаги с разной массой 1 м2 из сульфитной беленой и из сульфатной небеленой видов целлюлозы. Тогда же была показана линейная зависимость межволо-конных сил связи от усадочных напряжений при коэффициенте корреляции, близком к единице.

Введение в бумажную массу синтетических смол (мелами-НО- или карбамидоформальдегидной) способствует усилению явления скручивания бумаги. С точки зрения указанного выше, этот факт влияния синтетических смол на склонность бумаги скручиваться объясняется имеющим при этом усилением меж-волоконных связей.

Часто скручивание и волнистость бумаги могут быть предотвращены пластификацией ее растворами глицерина, сорбита или их смесью. Благодаря своим гигроскопическим свойствам эти пластификаторы способствуют быстрому и равномерному выравниванию влажности бумаги, что облегчает снятие местных напряжений, проявляющихся в виде волнистости или скручивания бумаги. По этой же причине влажная бумага скручивается относительно меньше, чем очень сухая. К тому же во всех этих случаях снижаются силы связи между волокнами. Так как напряжения, появляющиеся в бумажном листе и вызывающие его скручивание, передаются всему листу посредством системы межволоконных связей, очевидно, что уменьшение сил связи между волокнами способствует и уменьшению явления скручивания бумаги. Наоборот, усиление сил связи

между волокнами, например при увеличении степени помола исходной бумажной массы, всегда приводит к ярко выраженной склонности бумаги скручиваться.

Так как в результате каландрирования бумаги увеличивается ее плотность и уменьшается толщина, то склонность бумаги к скручиванию в результате каландрирования увеличивается. Однако осторожным каландрированием можно несколько сгладить волнистость поверхности бумаги.

При обычном однослойном отливе бумажного полотна чаще всего бумага скручивается в сеточную сторону, содержащую большее количество волокон, ориентированных в машинном направлении. Поэтому целесообразно последние сушильные цилиндры верхнего ряда нагревать сильнее нижних. При этом на верхней стороне бумаги возникает повышенная усадка и стягивающие усилия будут заставлять лист скручиваться на верхнюю сторону, что может нейтрализовать естественную тенденцию полотна скручиваться в сеточную сторону. Таким образом, изменением температурного режима сушки можно уменьшить абсолютную величину скручиваемости бумаги.

Бумага может скручиваться при длительном хранении ее в рулоне из-за механического искривления бумаги, возрастающего по мере приближения к центру рулона. Эти напряжения сохраняются, и бумага имеет неллоскую форму даже после того, как уже не находится в свернутом виде. Для того чтобы уменьшить степень скручивания бумаги, целесообразно наматывать рулон бумаги таким образом, чтобы указанное механическое скручивание бумаги, намотанной в рулоне, было бы направлено в противоположную скручиванию сторону бумаги из-за различия в свойствах сторон листа.

Волнистость и скручивание бумаги — явления во многом сходные. Волнистость бумаги возникает из-за неравномерного распределения влаги по ее толщине. Чем больше неоднородность структуры бумаги, чем сильнее она уплотнена и чем выше степень помола бумажной массы, из которой изготовляется бумага, тем легче возникает ее волнистость. Последняя обнаруживается в виде вогнутости с той стороны, которая высушивается позднее, т. е. с той стороны, которая была более влажной.

Листовая бумага, полученная в результате разрезания рулонов, имеет волнистые края в машинном направлении в тех случаях, когда рулоны хранились в условиях повышенной влажности. Влага в бумагу при этом впитывается с торцов рулона, что приводит к увеличению размеров (деформации) краев бумажной ленты и их волнистости.

Если кипу бумаги с нормальной влажностью подвергнуть действию сухого воздуха, то края листов потеряют часть своей влаги и сократятся в размерах, особенно в поперечном направлении. Остальная часть поверхности листов на длительное время остается без изменений. В результате появится волни-стость центральной части листов. Подобная волнистость бумаги образуется и при хранении рулонов в слишком сухом воздухе за счет сжатых краев ленты в машинном направлении.

Основные факторы, оказывающие влияние на волнистость и скручивание бумаги, могут быть систематизированы следующим образом.

Факторы, повышающие образование волнистости и скручивания бумаги: 1) неоднородность влажности бумаги, массы

1 м2, просвета, ориентации врлокон, распределения наполняющих и проклеивающих веществ; 2) различие в свойствах верхней и сеточной сторон листа; 3) неравномерное и чрезмерно высокое натяжение бумажного полотна на бумагоделательной машине; 4) сильная канифольная проклейка; 5) повышенное содержание крахмала; 6) каландрирование; 7) повышенные усадка и деформация; 8) жирный помол массы с наличием фибриллированных волокон и установлением в бумаге прочных межволоконных связей; 9) различная влажность сушильных сукон в соответствующих группах верхнего и нижнего рядов сушильных цилиндров; 10) механическое скручивание при длительном хранении бумаги в рулонах (особенно у слоев бумаги, расположенных вблизи от центра рулона); 11) хранение чрезмерно влажной бумаги при сухом воздухе или пересушенной бумаги во влажном воздухе; 12) свисание края бумаги при ее хранении на стеллажах или в кипах. .

Факторы, ослабляющие волнистость и скручивание бумаги:

I) повышение толщины бумаги; 2) уменьшение плотности; 3) повышение зольности и содержания в композиции волокон древесной массы, а также наличие в композиции разнородных волокнистых материалов; 4) повышение температуры последних сушильных цилиндров верхнего ряда по сравнению с температурой соответствующих цилиндров нижнего ряда; 5) пластификация бумаги глицерином, сорбитом или другими пластификаторами; G) акклиматизация перед каландрированием увлажненной бумаги в помещении с относительной влажностью воздуха 85—90 %; 7) акклиматизация перед нанесением печати; 8) достижение кондиционной влажности бумаги; 9) покрытие мелованной бумаги с немелованной стороны противо-скручивающим слоем (раствор казеина); 10) увлажнение на печатной машине стороны листа, не покрытой печатью, и регулирование количества воды, подаваемой на печатную форму;

II) применение специальных станков для перемотки и выравнивания поверхности бумаги; 12) применение водо-и паронепроницаемой упаковки; 13) хранение бумаги при постоянных относительной влажности воздуха и температуре; 14) модификация бумаги ее частичным ацетилированием.

Дополнительные сведения по материалу настоящего раздела можно прочесть в книге [20, с. 623—639].

содержание .. 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 ..