包装材料学chapter02课件

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 纸的结构与性能,第一节 纸的结构,一、概述,二、纸的结构间的结合,三、纸的三维结构,四、纸的匀度,五、纸的两面性,六、纸的多孔性,第二节 纸的性能,一、一般性能,二、机械强度,三、渗透性能,四、光学性能,五、表面性能,六、印刷性能,七、环境条件对纸页 性能的影响,Next,Back,5、纸的结构具有两面性。,一、概述,纸张的结构特点：,1、由多相复杂的结构要素组成的非均质的薄页；,2、纸的结构间具有结合力；,3、具有复杂的多孔结构；,4、具有三维结构；,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,二、纸的结构间的结合,纸的结构,间的结合力,氢键结合（最主要）,化学主价键力,范德华力,表面交织力,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,纤维形成氢键结合的条件：, 有游离羟基;, 两羟基间的距离在 2.8,之内。,Next,Back,纤维形成,的,氢键结合,第二章 纸的结构与性能,纵向,：纸机的运行方向，也称,MD,向，纤维轴向沿该方向多；,Next,Back,三、,纸的,三维结构,横向：与纸机运行方向垂直的方向，也称,CD,向，纤维轴向沿该方向少；,Z,向：垂直与纸面的方向，呈层状结构。,第二章 纸的结构与性能,由于纤维在纸中的分布不同，造成纸张的各向异性，即纸张的各个方向的性能不同,。,Next,Back,Z向,横向,纵向,第二章 纸的结构与性能,匀度表示纸的结构的均匀性，即纸的各结构要素分布的均匀性。,Next,Back,匀度对纸的性能有直接的影响，匀度好，则纸的性能就好。,磨砂玻璃状，匀度好；,四、纸的匀度,云彩斑点状，匀度差。,第二章 纸的结构与性能,正反面间存在两面差，影响着纸的性能和使用。,五、纸的,两面性,大多数纸张具有两面性，有正面和反面之分。,反面：贴向网子的一面，比较粗糙，细小纤维含量少，结构比较疏松。,正面：背离网子的一面，比较平滑，细小纤维含量多，结构比较紧密;,Next,Back,正面 反面,第二章 纸的结构与性能,六、纸的多孔性,纸的结构不具有连续性，是一种多孔性物质。,Next,Back,1、穿透纸张的开孔：约占 1.6%；,2、凹穴，纸张一面开口的小孔；,3、纤维内部的空隙：和凹穴一起约占 98.4%,纸孔的三种形式：,第二章 纸的结构与性能,纸的性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,定量和厚度是纸和纸板的最基本的性能，对纸的性能有很大的影响。,1、定量：单位面积纸或纸板的重量，以,g/m,2,表示,2、厚度：指在一定的单位面积的压力下，纸的两个表面间的垂直距离。,Next,Back,一. 一般性能,第二章 纸的结构与性能,3、紧度：单位体积纸的重量，即定量和厚度的比值。,D,紧度，,g/cm,3,或,Kg/m,3,G,定量，,g/m,2,或,Kg/m,2,T,厚度，,cm,或,m,D=G/T,松厚度：一定重量纸的体积，是紧度的倒数。,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,4、尺寸稳定性：,指纸或纸板在水分发生变化时，保持其尺寸和形状不变的能力。,Next,Back,吸湿,放湿,产生原因：（1）单根纤维的润胀或收缩;,（2）纤维间的散开或拧紧。,第二章 纸的结构与性能,二、机械强度,(一)、抗张强度,Next,Back,抗张强度：,指一定宽度的试样所能承受的最大张力，单位为,kN,/m，,衡量纸张抵抗外力拉伸的能力。,1、定义,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,2、纸页在拉力作用下的变化,Next,Back,OA,段：弹性阶段,纸是一种,弹塑性体,a,O,应变,应力,弹性模量,E=,tga,A,B,C,AB,段：屈服阶段,BC,段：断裂阶段,第二章 纸的结构与性能,（1） 裂断长,裂断长：表示一定宽度的纸条被本身的重量所拉断时的长度，是抗张强度和定量的比值。,裂断长和抗张强度的关系是：,L,裂断长（,m）,Gp,抗张强度（,kN,/m）,W,定量（,g/m,2,）,L=102,Gp,/W,Next,Back,3、衡量抗张强度的物理量,第二章 纸的结构与性能,4、抗张强度的影响因素,（1） 纤维结合强度（最重要）,Next,Back,（2） 纤维本身的强度,（3） 纤维平均长度,（4） 纤维交错系数,第二章 纸的结构与性能,2. 意义：伸长率是衡量纸和纸板在拉力作用下的形变能力，伸长率越大，形变能力越强，韧性越好。,(二）伸长率,1. 定义：纸和纸板受到张力作用，至断裂时所增加的长度与纸和纸板原长度的百分比。,伸长率,=(,L-L,0,)/L,0,1,00%,L,0,试样测试前的长度,（,mm）,L,试样断裂时的长度,（,mm）,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,3,、伸长率的影响因素,（,1,） 纤维结合强度（最重要）,Next,Back,（,2,） 纤维本身的强度,（,3,） 纤维平均长度,（,4,） 纤维交错系数,（,5,） 纸页平衡含水率,第二章 纸的结构与性能,指纸张被拉断时外力所做的功，它的几何意义就是抗张强度与伸长率曲线所包围的面积，抗张能量吸收值是表示纸张的强韧性的物理量 。,伸长率,抗张强度,（三）抗张能量吸收值,Next,Back,伸性纸袋纸,普通纸袋纸,第二章 纸的结构与性能,抗压强度：材料受压后至压潰所能承受的最大压力。,Next,Back,抗压强度是白纸板和瓦楞纸板的重要性能指标。,环压强度,平压强度,边压强度,1、表征纸板抗压强度的指标,（四）抗压强度,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,定义：在一定的速度下，使环形试样平行受压，压力逐渐增加至使试样压潰时的压力。,P,（1）环压强度,Next,Back,意义：是纸板的一项重要指标，和纸盒,、,纸箱的抗压强度有密切关系。,纸板的纵向环压强度大于横向环压强度,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,纸箱堆码,第二章 纸的结构与性能,r,环压指数，,N.m/g,R,环压强度，,N/m,P,试样所能承受的最大压力，,N,W,定量，,g/m,2,r,=R/W (R=P/0.152),Next,Back,环压强度常用环压指数表示,第二章 纸的结构与性能,（2）纸板在压力作用下的屈服形式,Next,Back,纸板在压力作用下发生的变化受纸板的粗细比的影响。,l,纸板,高度,h,纸板,厚度,屈服形式,压断：,失稳：,当粗细比,30时；,当粗细比,30时,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,粗细比,抗压力,30,100,Next,Back,当粗细比30时，抗压强度反映的是材料本身的真正的抗压能力。,第二章 纸的结构与性能,（2） 平压强度,Next,Back,平压强度按下式计算,：,X=10F/A,X,平压强度，,N/ m,2,F ,试样承受的最大压缩力,N,A,试样面积，,g/m,2,在一定的速度下，使试样受到垂直于纸面的压力，压力逐渐增加至使试样压潰时的压力。它是瓦楞纸板的一项重要指标。,平面压力,第二章 纸的结构与性能,（3） 边压强度,Next,Back,边压强度按下式计算：,X=1000F/L,X,边压强度，,N/ m,F ,试样承受的最大压缩力,N,L,试样长边尺寸，,mm,在一定的速度下，使直立的试样受压，压力逐渐增加至使试样压潰时的压力。它是瓦楞纸板的一项重要指标。,垂直压力,平行压力,第二章 纸的结构与性能,纤维本身的强度；,纤维结合强度；,Next,Back,纸板厚度；,纸板定量；,纸板平衡含水率。,（4）抗压强度的影响因素,第二章 纸的结构与性能,（三） 耐破性能,1、耐破度,Next,Back,(1) 定义：指一定面积的纸和纸板在匀速加压直至破裂时所能承受的最大压力，以压力表示。它属于,静态强度,。,意义：包装用纸和纸板，在使用过程中，常受到外力的挤压、顶撞、冲击等，纸和纸板须具有一定的耐破能力。,衡量耐破能力的物理量:,耐破度,和,戳穿强度,。,第二章 纸的结构与性能,耐破度的大小常用,耐破因子,或,耐破指数,表示,耐破因子,X=100,P/W,P,试样绝对耐破度，即压力 表或显示器的读数，,KPa,W,试样的定量，,g/m,2,X,耐破因子，,Kpa,.m,2,/g,耐破指数,I,耐破指数,kPa,.m,2,/g,W，P,同上,I=P/W,Next,Back,（2）表征耐破度的物理量：,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,（3）耐破度的影响因素,抗张强度,伸长率,第二章 纸的结构与性能,（1）定义：指一个由高处落下的三角锥体戳穿纸板时所做的功，单位为,J,或,kgf,.cm,2,。,Next,Back,（2）意义：戳穿强度属于动态强度。和耐破度相比，更具有实际意义，戳穿强度是包装纸和纸板的一项重要指标。,2、,戳穿强度,第二章 纸的结构与性能,（3）构成：戳穿强度由撕裂纸板所需的能量 和穿透纸板所需的能量构成。,Next,Back,纤维结合强度,；,纤维本身的强度,；,纤维平均长度,；,纤维交错系数,；,纸页平衡含水率,。,（4）戳穿强度的影响因素,第二章 纸的结构与性能,（2）意义：耐折度对制箱、制盒用纸板特别重要，反映了纸盒和纸箱摇盖的可折叠次数。,（四）耐折度,（1）定义：指试样在一定张力的条件下，将其折叠一定角度至其断裂时的折叠次数。,Next,Back,（3）纸和纸板的纵向耐折度大于横向耐折度。,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,纤维本身的强度；,纤维结合强度；,Next,Back,纤维平均长度；,纤维交错系数；,纸页平衡含水率。,（4）耐折度的影响因素,第二章 纸的结构与性能,撕裂度的构成：抵抗撕裂的力主要表现为两部分，纤维间的结合力和纤维本身的强度。,（五）撕裂度,意义：包装用的某些纸和纸板在使用过程中，要受到撕扯的作用。撕裂度是衡量纸或纸板耐撕裂能力的物理量。,定义：撕裂度是指预先将试样切出一定长度的裂口，然后在从裂口处撕至一定长度所需要的力，以,N,或,mN,表示。,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,第二章 纸的结构与性能, 撕裂度常用撕裂指数表示,撕裂指数,X=T/W,X,撕裂指数，,mN,.m,2,/g,T,撕裂度，,mN,W,试样定量，,g/m,2,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,撕裂度,的影响因素,（1）纤维平均长度（最重要）,Next,Back,（2）纤维结合强度,（3）纤维本身的强度,（4） 纤维交错系数,第二章 纸的结构与性能,（六） 挺度,（1）定义：在一定条件下，弯曲一端夹紧的纸板 至15度时的力矩。,Next,Back,（2）意义：挺度是表征纸和纸板抵抗弯曲能力的 物理量。,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,（3）,挺度的影响因素,纤维结合强度;,纤维平均长度;,打浆度;,半纤维素的含量;,木素的含量;,纸板的厚度与紧度;,第二章 纸的结构与性能,Next,Back,当紧度一定时，挺度和厚度的三次方成正比；当厚度一定时，挺度和紧度成正比,。,第二章 纸的结构与性能,（七）湿强度,1. 定义：指纸页在润湿的状态下所表现出来的强度。它比干强度低的多，一般只有干强度的 410%。,Next,Back,4. 提高湿强度的措施：为了改善湿强度，须向纸浆中添加湿强剂。,3. 表征湿强度的物理量：纸的湿强度一般是指抗张强度或耐破度，以润湿后的实际强度或以湿强度对润湿前试样强度的百分率表示。,2. 意义：,提高湿强度对包装纸和纸板具有特别重要的意义。,第二章 纸的结构与性能,三、渗透性能,纸的渗透性能包括透气性、透湿性、憎液性等，渗透性能和纸的多孔结构有关。,（一） 透气性,1. 概念：在一定的压力作用下，空气可以穿透纸页，纸 页具有透气性。,定义：透气度是在一定面积、一定真空度下，以每秒透过的空气量或透过 100,cm,3,空气所需要的时间来表示，单位为,mL,/min,或,s/100mL。,Next,Back,2. 表征透气性大小的物理量: 透气度,第二章 纸的结构与性能,意义：透气度反映了纸页中的空隙程度及纸页的防潮能力,。,Next,Back,紧度,施胶,填料,透气度,的影响因素,：,透气度是纸袋纸,、,卷烟纸等的重要指标。,第二章 纸的结构与性能,2.,意义：透湿度衡量纸和纸板抵抗水蒸汽透过的能力，也就是防潮的能力。,Next,Back,通过纤维本身传递,.,3.,透湿的成因：,纸页的孔隙,;,1.,定义：透湿度指材料的两个面在一定的蒸汽压力条件下，水蒸汽从一面透到另一面，以单位表面积在一定的时间内透过的水蒸汽量表示，单位是,g/m,2,（二）透湿度,第二章 纸的结构与性能,（三）憎液性能,憎液性能是和吸收性能相对的一个概念，是指纸和纸板抗拒液体渗透和扩散的能力，常以施胶度和透油度表示。,Next,Back,1.,施胶度,墨水划线法、考勃表面吸收重量法,（2）,测试方法：,施胶度,是评价纸和纸板憎水能力的,物理量。,(1) 意义：,第二章 纸的结构与性能,Next,Back, 墨水划线法:,定义,：利用标准墨水在纸上划线，考察纸张对墨水不洇、不渗透的程度，单位为,mm。,应用,：该法适合于书写纸等文化用纸。,第二章 纸的结构与性能,（2）应用：该法适合于包装纸和纸板。,Next,Back, 考勃表面吸水重量法,一定时间内，单位面积的纸和纸板一面在98,Pa.S,压力下与水接触时所吸收水的重量，以,g/m,2,表示。,（1）定义：,第二章 纸的结构与性能,（1）概念：,指在一定的温度和压力的条件下，标准变压器油在一定时间内以一定面积的纸页上渗透过来的重量，以,mg,表示。,（2）意义：,透油度是用于包装油脂类食品的防油纸的重要指标。,Next,Back,2.,透油度,第二章 纸的结构与性能,（一）纸被光照射后的反映,镜面反射,透射,漫反射,吸收,四、光学性能,Next,Back,折射,第二章 纸的结构与性能,（二）表征光学性能的物理量,1、白度,意义：表示纸和纸板的洁白程度。,概念：白度表示白色或接近白色的纸和纸板表面对波长为457,nm,的蓝光的反射度与氧化镁标准板在同样光照射下的反射度的百分比，也称为亮度。,Next,Back,反射,散射,第二章 纸的结构与性能,2、光泽度,Next,Back,测试角度,：,光泽度,就是试样表面在镜面反射的方向反射到规定孔径的光通量与标准条件下标准镜面反射光通量之比。,反射,光泽度,是纸面发生镜面反射的一种性质。它能反映印刷品光泽和光彩上的质量。,第二章 纸的结构与性能,透明度是单层试样反映被覆盖物的显明程度，以%表示。,T =,Rw,-Ro,Rw,100%,Rw,单层试样背衬白色标准板的反射率,Ro,单层试样背衬黑色标准板的反射率,Next,Back,3 透明度,第二章 纸的结构与性能,不透明度是垫在全吸收的黑色衬垫上的单张试样对光的反射率与完全不透明的若干张试样的相应的反射率之百分比。,Next,Back,O =,100%,R,o,R,Ro,单层试样背衬黑色 标准板时的反射率,R ,试样的白度,4不透明度,第二章 纸的结构与性能,1. 意义：,平滑度是表征纸张表面凹凸和平整程度的一个物理量。,2. 定义：平滑度指在一定的真空度下，一定体积的空气，通过受一定压力、一定面积的试样的表面与玻璃面之间的间隙所需要的时间，以秒表示。,Next,Back,表面性能是纸与纸板印刷适应性的一个重要指标，通常以,平滑度,来表征纸的表面性能。,五、表面性能,第二章 纸的结构与性能,纸页表面填料的分布状况；,纸页表面纤维的分布状况；,Next,Back,湿纸页的压榨程度；,纸页是否经过压光。,3. 平滑度的影响因素,第二章 纸的结构与性能,表面强度通常用,IGT,型印刷适性仪测定，,在一定压力下，以一定粘度的油墨，使纸在不同的速度下印刷，纸张表面出现起毛时的最大速度。,六、印刷性能,影响印刷效果的因素很多，如,平滑度,、,施胶度,、,尺寸稳定性,、,挺度,、表面强度、油墨吸收性等。,1、表面强度:是指纸和纸板的印刷表面的拉毛阻力，也叫拉毛速度。,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,2、油墨吸收性,常用的方法是,K&N,油墨吸收试验：,用特制的,K&N,油墨，在无压力和速度下，由纸页吸收一段时间后，再将未吸收的油墨擦去，检查纸页反射率的变化情况,K&N,值,=,100,（,R,1,-R,2,）,R,1,+ b,R,1,未,涂墨时纸的反射率, %,R,2,油墨斑的反射率，%,b ,油墨系数,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,1、纸页的吸湿和放湿,相对湿度,含水率,放湿,吸湿,七、环境条件对纸页性能的影响,环境条件主要指,温度,和,湿度,Next,Back,吸湿滞后,第二章 纸的结构与性能,2、湿度对纸页性能的影响,相对湿度,纸页性能的变化,耐破度,抗张力,撕裂度,耐折度,挺度,原因：,Next,Back,纸页含水率发生变化，影响了纤维的结合。,第二章 纸的结构与性能,3、温度对纸页性能的影响,Next,Back,当温度发生变化时，即使相对湿度保持不变，纸页的平衡含水率也会发生改变，从而引起纸页强度发生改变，因此，把温度对纸页性能的影响归结为纸页的平衡含水率的影响。,温度（）,20.0,26.7,32.8,相对湿度（%）,65,65,65,含水率（%）,7.80.2,7.10.2,6.50.2,温度与纸页平衡含水率的关系,第二章 纸的结构与性能,4,、纸页测试时的温湿度条件,标准名称,温度,（,）,相对湿度,（,%RH,）,ISO,23,1,50,2,DIN,20,65,2,BS,20,2,65,2,TAPPI,23,2,50,2,GB,20,2,65,2,Next,Back,第二章 纸的结构与性能,一、,纸的结构特点,二、,纸页的结合,三、纸的,纵横向,、,正反面,的差异,四、纸的性能：,一般性能,、,机械性能,、,渗透性能,、,光学 性能,、,表面性能,、,印刷性能,五、环境条件对纸页性能的影响（,湿度,、,温度,）,Next,Back,重点,回顾,