Упругоэластические и пластические свойства бумаги

В полиграфическом производстве бумага испытывает различного рода деформации. Так, при высокой печати на бумагу давят рельефные печатающие элементы пе­чатной формы, в брошюровочно-переплетном производст­ве бумага фальцуется в тетради и спрессовывается. В одном случае деформации бумаги могут быть обрати­мыми, т. е. исчезающими при снятии напряжения, в дру­гом - необратимыми, т. е. сохраняющимися после сня­тия напряжения.

Под действием печатного цилиндра бумага деформи­руется, однако в зависимости от степени механического напряжения (усилия, отнесенного к единице площади) возникают деформации разного характера: упругие, эластические и пластические.

Свойство материала мгновенно изменять свою форму и размеры под действием соответствующего напряже­ния и после прекращения его действия также мгновен­но восстанавливать первоначальную форму и размеры называется упругостью. Следовательно, упругие - это мгновенно возникающие, полностью обратимые де­формации, они в соответствии с законом Гука пропор­циональны прилагаемому напряжению. Эластичность - свойство материала изменять форму и разме­ры под действием напряжения в течение некоторого промежутка времени и постепенно полностью восста­навливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия этого напряжения. Эластические деформации возникают постепенно, вслед за упругими и также постепенно исчезают после прекращения дей­ствия соответствующего напряжения. Свойство же ма­териала сохранять полученную деформацию после сня­тия механического напряжения, вызывающего его, на­зывается пластичностью. Следовательно, упругоэластические деформации полностью обратимы, а пластические — остаточные. Упругоэластические свойства бумаги во многом зависят от влажности и степени уплотнения, каландри­рования бумаги.

Надо иметь в виду, что повысить в значительной сте­пени упругоэластические свойства бумаги не представ­ляется возможным, а для брошюровочно-переплетных работ и нежелательно. В то же время задача повышения пластичности легко решается несколькими путями. Так бумага, содержащая древесную массу, сравнительно укороченные, не слишком фибриллированные волокна целлюлозы, значительное количество наполнителя и осо­бенно влаги, будет пластичной.

Влага в бумаге может быть химически связанной, адсорбционной и структурированной (механической). Хи­мическая влага соединяется с целлюлозой посредством водородных связей. Адсорбционная влага обволакивает целлюлозные волокна мономолекулярным слоем. Структурированная влага конденсируется в порах и капилля­рах или обволакивает волокна тончайшей прослойкой.

Влагосодержание бумаги зависит от влажности ок­ружающей среды, с которой она находится в динамичес­ком равновесии. Так, при нормальных атмосферных ус­ловиях (температуре 20 °С, относительной влажности 55-60%) в бумаге имеется химически связанная и ад­сорбционная влага и только при переувлажнении появ­ляется влага механическая.

Различают абсолютную и относительную влажность того или иного объекта. Абсолютная влажность бума­ги - это процентное количество в ней влаги. Относи­тельная влажность воздуха - это процентное отношение содержащейся в нем влаги к влажности воздуха, до от­каза насыщенного парами воды (над зеркалом воды в закрытом сосуде воздух будет иметь 100%-ную относи­тельную влажность). Или, иначе, отношение упругости паров воды в данном объекте к упругости пара воздуха над зеркалом воды.

Слабо увлажненная (сухая) ненаполненная бумага не дает остаточных деформаций, а обнаруживает только замедленные эластические деформации. При больших напряжениях в структуре бумаги происходит разрыв отдельных волокон, что и выражается в появлении оста­точных деформаций. При переувлажнении бумаги ее волокна раздвигаются тончайшими прослойками воды, сила связи между отдельными волокнами ослабевает, и структура приобретает подвижность. В достаточно влаж­ной бумаге под действием усилий происходит течение - нарастание остаточных деформаций во времени в ре­зультате «вытаскивания» из структуры бумаги волокон, а не их разрыва. Высоконаполненные бумаги также по­казывают остаточные пластические деформации вслед­ствие относительного перемещения - скольжения по отношению друг к другу и к волокнам целлюлозы части­чек наполнителя, например каолина, талька.