Свойства бумаги. 
Основы полиграфического производства

Разнообразные свойства бумажного полотна легче всего рассматривать в сгруппированном виде. В связи с этим, в отечественном материаловедении выделяют несколько общепринятых признаков, по которым классифицируют основные свойства бумаги. Сводная таблица свойств позволяет определить те из них, что имеют конкретные единицы измерения и составляют техническую характеристику бумаги (табл. 2).

Таблица 2

Характеристики бумаги.

Окончание табл. 2

Оптические свойства бумаги включают: оптическую яркость, цвет, лоск, светопроницаемость (прозрачность). Важность этих свойств определяется тем, что бумага — носитель визуализированной информации и основа показателя читабельности издания.

Оптическая яркость — это способность бумаги отражать свет рассеянно и равномерно во всех направлениях. Она измеряется как коэффициент отражения света при длине волны 457 нм (синяя часть спектра).

Бумага может быть белой или цветной, но в большинстве случаев, за исключением рекламных или дизайнерских изданий, предпочтительнее использование белой бумаги. В этом случае измеряют показатель белизны.

Для увеличения белизны в дорогие сорта бумаги вводят оптические отбеливатели — люминофоры, а также синие и фиолетовые красители. Мелованные бумаги без оптического отбеливателя имеют белизну около 76%, а с ним более 84%. Средняя белизна газетных бумаг ~ 65%.

Лоск, или глянец — свойство, характеризующее наличие предпочтительного угла отражения. От зеркальной поверхности весь отраженный свет идет под углом, равным углу падения, взятому с противоположным знаком. От шероховатой поверхности отражается рассеянный свет.

Лоск достигается обработкой бумаги в суперкаландре. Глянец глазированной (каландрированной) бумаги может составлять 75—85%, а матовой — менее 30%. Глянец нужен далеко не всегда. Например, для воспроизведения текста или штриховых иллюстраций применяют бумагу с минимальным глянцем (машинной гладкости), а проспекты, этикетки, репродукции часто печатают на бумаге с высоким глянцем.

Светопроницаемость (прозрачность) — это способность материала пропускать свет без рассеяния. Коэффициент пропускания увеличивается с уменьшением толщины бумаги. Чаще всего в полиграфии светопроницаемость — это недостаток бумаги. Непрозрачность бумаги особенно важна при двусторонней печати. Для повышения непрозрачности подбирают композицию волокнистых материалов, комбинируют степень их помола, вводят наполнители.

Физические свойства бумаги включают: пористость, текстуру, анизотропию, однородность строения, гигроскопичность.

Пористостью называется доля объема материала, приходящаяся на поры. Пористость влияет на способность бумаги впитывать печатную краску и определяет качество печати. На пористой бумаге (например, газетной) невозможно добиться насыщенных цветов, поскольку краска глубоко проникает в поры.

Под текстурой понимается комплекс геометрических параметров пор, распределение их по радиусам, длина пор, коэффициент извилистости. Различают крупные («транспортные») поры, микропоры и промежуточные между ними мезопоры.

Все немелованные бумаги — макропористые. Общий объем пор в таких бумагах достигает 60% и более, средний радиус пор — около 0,16—0,18 мкм. Мелованные бумаги относятся к микропористым, иначе капиллярным. Их пористость не превышает 30%, размер пор находится в пределах 0,03 мкм.

Анизотропия (путь, направление) — зависимость свойств бумаги от направления расположения волокон. Анизотропия бумаги обусловлена технологическими процессами ее изготовления, так как воздействия на бумажную массу (отжатие и сушка, движение в бумагоделательной машине) осуществляются в определенных направлениях. Все это формирует машинное (долевое) и поперечное направление. Известно несколько способов определения направления бумажного полотна (см. рис. 23).

Рис. 27. Способы определения анизотропии:

а) определение направления полотна путем его разрыва: 1 — разрыв по направлению отлива — края ровные; 2 — разрыв в поперечном направлении — края неровные; б) определение направления волокон бумаги по образцам, вырезанным из листа В долевом направлении бумага более жесткая и деформируется меньше, чем в поперечном, поэтому в ходе брошюровочно-переплетных процессов (например, изготовлении форзацев) долевое направление должно совпадать с направлением последнего фальца.

Неоднородность бумажного листа может проявляться на макро-, мезои микроуровне. Макронеоднородность — это брак, свидетельствующий о нарушении технологического режима. Дискретная мезонеоднородностъ порождается сетчатой структурой, на которой формируется бумажное полотно и нивелируется при поверхностном меловании и каландрировании. Дискретная микронеоднородностъ характеризуется размером частиц наполнителя и не уничтожается каландрированием. Существенно, чтобы ее масштаб был меньше размера наименьшего печатающего элемента.

Гигроскопичность бумаги — это поглощение бумагой воды из влажного воздуха. Излишне сухая бумага легко рвется в бумагопроводящих системах полиграфических машин, кроме того, на ней скапливаются большие заряды статического электричества и создают пожароопасность. Слишком большая влажность бумаги активизирует примеси отбеливателей, и вызывает нежелательные взаимодействия с красками. В переувлажненной бумаге также легче развиваются микроорганизмы и плесени.

Оптимальная влажность бумаги находится в диапазоне А—8%. Для типографий, расположенных в районах с резкими перепадами температур, поддерживать оптимальную влажность бумаги следует путем кондиционирования воздуха.

Механические свойства бумаги составляют прочность бумаги на растяжение, прочность бумаги на излом, стойкость к выщипыванию, разрывная длина. Эти свойства важны не только для качества конечного продукта, но и для технологических процессов его изготовления: бумага должна выдерживать напряжение в транспортирующих системах, при печатании, фальцевании и т. д.

Прочность бумаги на растяжение определяют как силу, необходимую для разрыва полоски бумаги стандартной ширины. Повышают этот показатель волокна целлюлозы, предел прочности которых сопоставим с прочностью металлов. Прочность бумаги тем больше, чем выше ее плотность и степень помола целлюлозы.

Введение

древесной массы и наполнителей отчасти снижает прочность бумаги.

Стойкость к выщипыванию — это сопротивление выдергиванию частиц с поверхности бумаги при печати. В том случае, когда липкость краски больше, чем способность к схватыванию между покровным слоем и бумагой-основой, в ходе запечатывания бумажного листа может происходить выщипывание частиц бумаги с ее поверхности липкой краской.

Прочность бумаги на излом (изгиб) — это способность выдерживать многократные перегибания, измеряется количеством перегибов в ед. В этом свойстве большое значение имеет состав пористо-волокнистой структуры бумаги, так как наличие жестких частиц наполнителя приводит к снижению прочности на изгиб за счет перетирания волокон клетчатки.

Разрывная длина — это предельная длина в метрах полоски бумаги стандартной ширины. При превышении этой длины полоска, подвешенная за один конец, разрывается под действием своего веса.

Геометрические свойства бумаги представляют собой толщину, гладкостъ/шероховатостъ, плотность (массу), пухлость.

В результате изготовления бумага приобретает гладкость, т. е. микрорельеф поверхности, который определяет разрешающую способность бумаги — способность передавать без разрывов и искажений тончайшие красочные линии и точки. Чем выше гладкость бумаги, тем выше качество печати изображений.

Гладкость бумаги измеряется в секундах и оценивается временем, в течение которого объем цилиндра с вакуумом (100 см³) заполнится воздухом при помещении его на поверхность бумажного листа. Машинная гладкость бумаги колеблется в пределах 100—120 сек., каландрированная бумага имеет гладкость до 250 сек., суперкаландрированная бумага — до 350 сек.

Шероховатость является обратной величиной гладкости. Она измеряется в мкм и напрямую характеризует микрорельеф поверхности бумаги. Как правило, в технических спецификациях бумаги указывают одну из этих двух величин.

Бумага с повышенной шероховатостью хуже воспринимает и удерживает краски, поэтому печатник вынужден усиливать давление или увеличивать подачу краски. Такие меры нежелательны, так как связаны с ухудшением качества оттисков, снижением тиражестойкости печатной формы, перерасходом краски.

Из размерных параметров бумажного листа основным является толщина, которая измеряется в мкм и легко определяется на ощупь. Толщиной бумаги определяется ее сорт, используемый для различных видов работ (переплетный картон, крафт-бумага, писчая, газетная бумага и т. д.).

Плотность бумаги или масса измеряется в г/см³ и особенно учитывается при тиснении и высокой печати. Большая плотность позволяет избегать пробивания бумаги типографскими штампами и печатными формами, а также препятствует просвечиванию типографской краски с обратной стороны бумажного листа.

Пухлость — степень спрессованности бумаги, измеряется в см³/г. Пухлость печатных бумаг колеблется в среднем от 2 см³/г для рыхлых (пористых) до 0,73 см³/г — для высокоплотных каландрированных бумаг.

Пухлость тесно связана с непрозрачностью. Чем пухлее бумага, тем она более непрозрачна при одинаковой массе с непухлой бумагой. На практике это означает, что при равной непрозрачности в тонне пухлой бумаги будет больше листов.

Унификация перечисленных свойств осуществляется путем стандартизации показателей, соответствующих определенным видам бумаги, поэтому современные бумагопроизводители предоставляют подробную спецификацию на товар для четкого определения ее потребительского сегмента. В полиграфии необходим учет этих свойств, поскольку они гарантируют хорошее качество оттиска и определяют основные параметры печати: контрастность, оптическую плотность, точность совмещения красок и пр.