纸张表面强度及引起印刷故障的排除

张世俊

【摘 要】随着印刷速度的提高，与纸张表面强度相关的故障频繁出现，故需要印刷生产者根据印刷机型与方式调整印刷工艺使之与纸张相适应，以保证印刷作业顺利进行。

【关键词】纸张 印刷 表面强度 拉毛

1 纸张表面强度的影响因素与测量

纸张结构是植物纤维间通过氢键相互黏结起来的随机取向的层次网络。在造纸工艺过程中，为满足纸张的不同使用性能必须加入填料、胶料以及色料等辅料，纤维间通过氢键黏结是构成纸张一切强度的基础。

纸张表面强度是指纸张表面纤维、胶料、填料间或纸张表面涂料粒子间及涂层与纸基之间的结合强度，结合强度一方面取决于纤维自身的强度，还与造纸工艺过程中以下几个因素有关。

（1）打浆工艺。未经打浆的纸浆不能直接用来造纸。打浆的目的与作用就是将混合在水中的粗纤维在外力搓揉的作用下细纤维化，使部分纤维横向切断，最终纤维表面和两端帚化发毛，增加了纤维的比表面积，提高其交织能力。同时纤维表面游离出大量具有亲水性能的羟基，在纸张成形过程中增加了纤维之间通过氢键结合的机会，提高了纸张的强度。若打浆过度，会使纤维过短，反而使强度下降，所以控制合适的打浆度是纸张强度和表面强度的关键。

（2）加填量。为改进纸张的白度、平滑度、不透明度等印刷适性，造纸时需在浆料中加入高白度、高折射率、颗粒细小、化学稳定性好的白色填料，如滑石粉、碳酸钙、钛白等。但由于填料与植物纤维化学结构上不相似，填料粒子的加入将会降低纤维间通过氢键结合的机会，导致纸张强度的下降，印刷中容易发生掉粉掉毛，甚至拉毛现象。因此在造纸工艺中必须根据纸张用途严格控制填料的用量。一般普通印刷纸中填料含量约为10%～15%。

（3）表面施胶工艺。施胶是为增加纸张抗液体渗透和扩散的性能，在纸张内部或表面施加某些具有抗液性的胶体物质。施胶工艺有内部施胶和表面施胶两种。实验证明，无论是淀粉还是聚乙烯醇作为表面施胶剂，施胶后的纸张表面强度均明显提高，其原因是表面施胶剂不仅会渗入纸张内部增加纤维间的粘结，同时还会增加表面纤维间及与纸体间的黏结。

目前纸张表面强度最科学的测量方法是IGT印刷适性仪加速印刷法，是基于流体在平面之间分离时的分离力与分离的速度成正比关系的理论设计的，即分离速度越快，分离力越大。在印刷时，当油墨的分离力大于纸面粒子间的结合力时，纸面将产生肉眼可见的破裂现象，即所谓的拉毛现象，把纸张开始拉毛时的印刷速度称之为拉毛速度（临界拉毛速度）。对于一定的油墨和印刷压力，纸张的表面强度越大，拉毛速度也越大，抗油墨分裂的能力越强。印刷中采用这种模拟实际印刷的方法测得的拉毛速度大小表示纸张表面强度的高低，是国际标准方法，也是我国标准方法。

2 低表面强度纸张对印刷的影响

低表面强度的纸张在印刷中表现为掉粉掉毛和拉毛剥纸。掉粉掉毛是由于润湿液的润湿或机械摩擦作用下导致纸面松散粒子的脱落；拉毛剥纸是当油墨的分离力大于纸面粒子之间的结合力时，导致纸面相互结合的粒子剥落。不管是因掉粉掉毛脱落的松散粒子，还是拉毛剥落的粒子，都会堆积在橡皮布表面，部分转移到印版上。

堆积在橡皮布表面的粒子会使橡皮布表面亲油性能下降，亲水性能上升。亲油性能下降使印版上的油墨不能正常通过橡皮布转移到纸张上，容易造成印品小网点丢失、印迹发虚；亲水性能上升使更多的润湿液转移到纸张上，使纸张尺寸稳定性降低，套印难度增大，同时纸张由于含水量增加，表面强度下降，又加剧了掉粉掉毛和拉毛现象的发生。

转移到印版上粒子先与水辊接触沾水而无法上墨，与此对应的橡皮布的位置也无法上墨，从而使图文部分产生白斑。随着印刷的进行，这种白斑会越积越多。另外堆积在橡皮布或印版上的大片粒子在印刷时这一局部将高于印版或橡皮布的其它部分，导致图文与之对应的局部出现一个周围无法上墨的环状白斑。

拉毛严重时这些脱落的粒子有可能逆向传递与油墨混合，再转移到印版上网点或线条间的空隙处造成糊版；还会出现纤维沉积在油墨槽中或印版版面受到粒子磨损的现象，影响印刷的继续进行。

纸张出现掉粉掉毛、拉毛现象都会使图文部分污染，图文清晰度下降，影响印刷品质量。为生产出合格印品，纸张在发生拉毛后一定会增加停机清洗橡皮布、印版和墨辊的次数，导致生产效率下降。

3 拉毛纸张的印刷工艺控制

表面强度相对较低的纸张，在印刷中很有可能产生拉毛剥纸现象，而对于给定的纸张其表面强度几乎是恒定的，印刷企业很难提高，只能通过改进或调整印刷工艺使之与印刷纸张相适应。从力学角度分析，当表面强度F满足：

时，纸张的拉毛剥纸现象不会发生。

式中FX、FU和FN分别表示油墨对纸张的粘力、剥离张力（惯性力）和印刷橡皮布的粘度或印版版面对油墨的吸附力。改进或调整印刷工艺就是降低式中FX、FU和FN的值。

（1）降低FX值的方法。降低印刷油墨的粘度。美国纸张化学学院的研究表明，对于一定的纸张其拉毛速度与拉毛实验油墨塑性粘度的乘积（VVP值）为一常数。因此，降低印刷油墨的粘度不仅可以降低油墨对纸张的粘力，而且还提高了纸张拉毛速度，所以采用适当降低印刷油墨的粘度方法是减轻或避免拉毛现象的有效途径。

油墨对纸张的粘力与单位面积内接受油墨量即纸张上的油墨厚度和印刷压力有关。在一定范围内FX值随油墨厚度和印刷压力的增加而增加。因为墨厚度和印刷压力越大，纸张凹陷和空隙处的油墨越多，油墨与纸张实际接触面积增大，油墨对纸张的粘力增强。因此可在不降低墨膜光学密度的情况下，通过适当降低墨层厚度和印刷压力的方法降低FX的值。

（2）降低FU值的方法。剥离张力（惯性力）FU值由印刷速度和压印滚筒的半径决定。印刷速度越大，压印滚筒半径越小，剥离张力FU越大，反之则小。对于给定的印刷机，压印滚筒的半径不可能变大，降低FU值的方法只能是降低印刷速度。另外印刷速度降低还会使油墨的粘着性（tack值）下降，也间接地降低了油墨对纸张的粘力FX值。但对于表面强度很低的纸张只适合在大滚筒的低速印刷机上进行印刷。

（3）降低FN值的方法。橡皮布的表面胶层在长时间光照和受热以后會呈现老化现象，表面胶层变硬、发粘，使橡皮布的粘度FN值变大，这种情况下只能更换新的橡皮布。印版版面对油墨的吸附力与印版上构成图文部分的材料有关，不可改变。

纸张发生拉毛现象是纸张、印刷机械、印刷工艺条件等多种因素造成的，调整工艺是主要手段，单一调节某一工艺参数往往很难达到预期的效果，而且很多工艺参数相互制约。所以在印刷生产中要综合考虑，在不影响印品质量的前提下，找到各工艺参数与该纸张相匹配的平衡点，使印刷生产正常进行。

结语

纸张的表面强度是印刷纸张的一个主要性能。表面强度低的纸张在印刷中一定会带来很多弊病。而印刷企业又不可能提高纸张的表面强度。

调整、优化工艺参数，使印刷工艺条件与纸张相适应，减轻掉粉掉毛、避免拉毛剥纸现象的出现，是保证印品质量、提高生产效率的重要途径。

参考文献

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