紙張表面強(qiáng)度及引起印刷故障的排除

張世俊

【摘 要】隨著印刷速度的提高，與紙張表面強(qiáng)度相關(guān)的故障頻繁出現(xiàn)，故需要印刷生產(chǎn)者根據(jù)印刷機(jī)型與方式調(diào)整印刷工藝使之與紙張相適應(yīng)，以保證印刷作業(yè)順利進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】紙張 印刷 表面強(qiáng)度 拉毛

1 紙張表面強(qiáng)度的影響因素與測(cè)量

紙張結(jié)構(gòu)是植物纖維間通過(guò)氫鍵相互黏結(jié)起來(lái)的隨機(jī)取向的層次網(wǎng)絡(luò)。在造紙工藝過(guò)程中，為滿足紙張的不同使用性能必須加入填料、膠料以及色料等輔料，纖維間通過(guò)氫鍵黏結(jié)是構(gòu)成紙張一切強(qiáng)度的基礎(chǔ)。

紙張表面強(qiáng)度是指紙張表面纖維、膠料、填料間或紙張表面涂料粒子間及涂層與紙基之間的結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)合強(qiáng)度一方面取決于纖維自身的強(qiáng)度，還與造紙工藝過(guò)程中以下幾個(gè)因素有關(guān)。

（1）打漿工藝。未經(jīng)打漿的紙漿不能直接用來(lái)造紙。打漿的目的與作用就是將混合在水中的粗纖維在外力搓揉的作用下細(xì)纖維化，使部分纖維橫向切斷，最終纖維表面和兩端帚化發(fā)毛，增加了纖維的比表面積，提高其交織能力。同時(shí)纖維表面游離出大量具有親水性能的羥基，在紙張成形過(guò)程中增加了纖維之間通過(guò)氫鍵結(jié)合的機(jī)會(huì)，提高了紙張的強(qiáng)度。若打漿過(guò)度，會(huì)使纖維過(guò)短，反而使強(qiáng)度下降，所以控制合適的打漿度是紙張強(qiáng)度和表面強(qiáng)度的關(guān)鍵。

（2）加填量。為改進(jìn)紙張的白度、平滑度、不透明度等印刷適性，造紙時(shí)需在漿料中加入高白度、高折射率、顆粒細(xì)小、化學(xué)穩(wěn)定性好的白色填料，如滑石粉、碳酸鈣、鈦白等。但由于填料與植物纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)上不相似，填料粒子的加入將會(huì)降低纖維間通過(guò)氫鍵結(jié)合的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致紙張強(qiáng)度的下降，印刷中容易發(fā)生掉粉掉毛，甚至拉毛現(xiàn)象。因此在造紙工藝中必須根據(jù)紙張用途嚴(yán)格控制填料的用量。一般普通印刷紙中填料含量約為10%～15%。

（3）表面施膠工藝。施膠是為增加紙張抗液體滲透和擴(kuò)散的性能，在紙張內(nèi)部或表面施加某些具有抗液性的膠體物質(zhì)。施膠工藝有內(nèi)部施膠和表面施膠兩種。實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)論是淀粉還是聚乙烯醇作為表面施膠劑，施膠后的紙張表面強(qiáng)度均明顯提高，其原因是表面施膠劑不僅會(huì)滲入紙張內(nèi)部增加纖維間的粘結(jié)，同時(shí)還會(huì)增加表面纖維間及與紙?bào)w間的黏結(jié)。

目前紙張表面強(qiáng)度最科學(xué)的測(cè)量方法是IGT印刷適性儀加速印刷法，是基于流體在平面之間分離時(shí)的分離力與分離的速度成正比關(guān)系的理論設(shè)計(jì)的，即分離速度越快，分離力越大。在印刷時(shí)，當(dāng)油墨的分離力大于紙面粒子間的結(jié)合力時(shí)，紙面將產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的破裂現(xiàn)象，即所謂的拉毛現(xiàn)象，把紙張開始拉毛時(shí)的印刷速度稱之為拉毛速度（臨界拉毛速度）。對(duì)于一定的油墨和印刷壓力，紙張的表面強(qiáng)度越大，拉毛速度也越大，抗油墨分裂的能力越強(qiáng)。印刷中采用這種模擬實(shí)際印刷的方法測(cè)得的拉毛速度大小表示紙張表面強(qiáng)度的高低，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法，也是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)方法。

2 低表面強(qiáng)度紙張對(duì)印刷的影響

低表面強(qiáng)度的紙張?jiān)谟∷⒅斜憩F(xiàn)為掉粉掉毛和拉毛剝紙。掉粉掉毛是由于潤(rùn)濕液的潤(rùn)濕或機(jī)械摩擦作用下導(dǎo)致紙面松散粒子的脫落；拉毛剝紙是當(dāng)油墨的分離力大于紙面粒子之間的結(jié)合力時(shí)，導(dǎo)致紙面相互結(jié)合的粒子剝落。不管是因掉粉掉毛脫落的松散粒子，還是拉毛剝落的粒子，都會(huì)堆積在橡皮布表面，部分轉(zhuǎn)移到印版上。

堆積在橡皮布表面的粒子會(huì)使橡皮布表面親油性能下降，親水性能上升。親油性能下降使印版上的油墨不能正常通過(guò)橡皮布轉(zhuǎn)移到紙張上，容易造成印品小網(wǎng)點(diǎn)丟失、印跡發(fā)虛；親水性能上升使更多的潤(rùn)濕液轉(zhuǎn)移到紙張上，使紙張尺寸穩(wěn)定性降低，套印難度增大，同時(shí)紙張由于含水量增加，表面強(qiáng)度下降，又加劇了掉粉掉毛和拉毛現(xiàn)象的發(fā)生。

轉(zhuǎn)移到印版上粒子先與水輥接觸沾水而無(wú)法上墨，與此對(duì)應(yīng)的橡皮布的位置也無(wú)法上墨，從而使圖文部分產(chǎn)生白斑。隨著印刷的進(jìn)行，這種白斑會(huì)越積越多。另外堆積在橡皮布或印版上的大片粒子在印刷時(shí)這一局部將高于印版或橡皮布的其它部分，導(dǎo)致圖文與之對(duì)應(yīng)的局部出現(xiàn)一個(gè)周圍無(wú)法上墨的環(huán)狀白斑。

拉毛嚴(yán)重時(shí)這些脫落的粒子有可能逆向傳遞與油墨混合，再轉(zhuǎn)移到印版上網(wǎng)點(diǎn)或線條間的空隙處造成糊版；還會(huì)出現(xiàn)纖維沉積在油墨槽中或印版版面受到粒子磨損的現(xiàn)象，影響印刷的繼續(xù)進(jìn)行。

紙張出現(xiàn)掉粉掉毛、拉毛現(xiàn)象都會(huì)使圖文部分污染，圖文清晰度下降，影響印刷品質(zhì)量。為生產(chǎn)出合格印品，紙張?jiān)诎l(fā)生拉毛后一定會(huì)增加停機(jī)清洗橡皮布、印版和墨輥的次數(shù)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。

3 拉毛紙張的印刷工藝控制

表面強(qiáng)度相對(duì)較低的紙張，在印刷中很有可能產(chǎn)生拉毛剝紙現(xiàn)象，而對(duì)于給定的紙張其表面強(qiáng)度幾乎是恒定的，印刷企業(yè)很難提高，只能通過(guò)改進(jìn)或調(diào)整印刷工藝使之與印刷紙張相適應(yīng)。從力學(xué)角度分析，當(dāng)表面強(qiáng)度F滿足：

時(shí)，紙張的拉毛剝紙現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。

式中FX、FU和FN分別表示油墨對(duì)紙張的粘力、剝離張力（慣性力）和印刷橡皮布的粘度或印版版面對(duì)油墨的吸附力。改進(jìn)或調(diào)整印刷工藝就是降低式中FX、FU和FN的值。

（1）降低FX值的方法。降低印刷油墨的粘度。美國(guó)紙張化學(xué)學(xué)院的研究表明，對(duì)于一定的紙張其拉毛速度與拉毛實(shí)驗(yàn)油墨塑性粘度的乘積（VVP值）為一常數(shù)。因此，降低印刷油墨的粘度不僅可以降低油墨對(duì)紙張的粘力，而且還提高了紙張拉毛速度，所以采用適當(dāng)降低印刷油墨的粘度方法是減輕或避免拉毛現(xiàn)象的有效途徑。

油墨對(duì)紙張的粘力與單位面積內(nèi)接受油墨量即紙張上的油墨厚度和印刷壓力有關(guān)。在一定范圍內(nèi)FX值隨油墨厚度和印刷壓力的增加而增加。因?yàn)槟穸群陀∷毫υ酱?，紙張凹陷和空隙處的油墨越多，油墨與紙張實(shí)際接觸面積增大，油墨對(duì)紙張的粘力增強(qiáng)。因此可在不降低墨膜光學(xué)密度的情況下，通過(guò)適當(dāng)降低墨層厚度和印刷壓力的方法降低FX的值。

（2）降低FU值的方法。剝離張力（慣性力）FU值由印刷速度和壓印滾筒的半徑?jīng)Q定。印刷速度越大，壓印滾筒半徑越小，剝離張力FU越大，反之則小。對(duì)于給定的印刷機(jī)，壓印滾筒的半徑不可能變大，降低FU值的方法只能是降低印刷速度。另外印刷速度降低還會(huì)使油墨的粘著性（tack值）下降，也間接地降低了油墨對(duì)紙張的粘力FX值。但對(duì)于表面強(qiáng)度很低的紙張只適合在大滾筒的低速印刷機(jī)上進(jìn)行印刷。

（3）降低FN值的方法。橡皮布的表面膠層在長(zhǎng)時(shí)間光照和受熱以后會(huì)呈現(xiàn)老化現(xiàn)象，表面膠層變硬、發(fā)粘，使橡皮布的粘度FN值變大，這種情況下只能更換新的橡皮布。印版版面對(duì)油墨的吸附力與印版上構(gòu)成圖文部分的材料有關(guān)，不可改變。

紙張發(fā)生拉毛現(xiàn)象是紙張、印刷機(jī)械、印刷工藝條件等多種因素造成的，調(diào)整工藝是主要手段，單一調(diào)節(jié)某一工藝參數(shù)往往很難達(dá)到預(yù)期的效果，而且很多工藝參數(shù)相互制約。所以在印刷生產(chǎn)中要綜合考慮，在不影響印品質(zhì)量的前提下，找到各工藝參數(shù)與該紙張相匹配的平衡點(diǎn)，使印刷生產(chǎn)正常進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

紙張的表面強(qiáng)度是印刷紙張的一個(gè)主要性能。表面強(qiáng)度低的紙張?jiān)谟∷⒅幸欢〞?huì)帶來(lái)很多弊病。而印刷企業(yè)又不可能提高紙張的表面強(qiáng)度。

調(diào)整、優(yōu)化工藝參數(shù)，使印刷工藝條件與紙張相適應(yīng)，減輕掉粉掉毛、避免拉毛剝紙現(xiàn)象的出現(xiàn)，是保證印品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要途徑。

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