Text
                    МИНИСТЕРСТВО  КУЛЬТУРЫ  РСФСР
 ГЛАВНОЕ  УПРАВЛЕНИЕ  УЧЕБНЫХ  ЗАВЕДЕНИЙ  И  КАДРОВ
 6.  И.  Б  Е  Р  Е  I  И  Н
 ПОЛИГРАФИЧЕСКИЕ
 МАТЕРИАЛЫ
 //
 У  Ч  Е  Б  Н  И  К
 РЕКОМЕНДОВАН
ГЛАВНЫМ  УПРАВЛЕНИЕМ
УЧЕБНЫХ  ЗАВЕДЕНИЙ  И  НАДРОВ
МИНИСТЕРСТВА  НУЛЬТУРЫ  РСФСР
ДЛЯ  УЧАЩИХСЯ
 ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ  ТЕХНИКУМОВ
 С  О
 'fyzQai
 ВЕТСКАЯ  РОССИЯ
 М  о  с  ква  —  1960


Книга «Полиграфические материалы» является учебником для учащихся заочных, а также днев¬ ных и вечерних полиграфических техникумов по специальностям: технология изготовления форм высокой печати, технология фотомеханических процессов, технология высокой печати, техноло¬ гия плоской (офсетной) печати, технология бро¬ шюровочно-переплетных процессов. В ней изло¬ жены научные основы курса «Полиграфические материалы», читаемого в полиграфических техни¬ кумах. Книга может также служить пособием для студентов полиграфических институтов и быть по¬ лезна инженерно-техническим работникам поли¬ графической промышленности и ряда отраслей промышленности, вырабатывающих бумагу, кар¬ тон, органические красители, лаки и краски, син¬ тетические смолы, пластические массы, резину, фотографические и многие другие материалы.
ОТ АВТОРА При написании учебника «Полиграфические материалы» ав¬ тор руководствовался «Законом об укреплении связи школы с жизнью и о дальнейшем развитии системы народного образова¬ ния в СССР», требующим от выпускников техникумов высокого уровня теоретической подготовки и хорошего знания практики современного производства, базирующегося на новейших дости¬ жениях науки и техники. В настоящем учебнике, в основу которого положен ранее из¬ дававшийся учебник «Материаловедение полиграфического про¬ изводства» (Гизлегпром, 1948 и «Искусство», 1956), коренным образом переработаны разделы: бумага и картон, синтетические полимеры (смолы, пластические массы, каучук и резина), печат¬ ные краски, переплетные материалы (переплетные ткани, пере¬ плетный клей). Вновь написаны разделы: фотографические мате¬ риалы и проявляющие вещества, кислоты, щелочи и соли. В остальные разделы внесены необходимые изменения и уточ¬ нения. В книге с возмЪжно большей полнотой, в доступной для уча¬ щихся техникума форме излагаются научные основы курса «Полиграфические материалы». При переработке учебника учтены достижения науки и техники в полиграфической промыш¬ ленности, а также в соответствующих областях химии, физико- химии и химической технологии. Научно-техническая литерату¬ ра просмотрена и использована по 1958 год включительно. В книге нашли отражение работы в области полиграфических материалов Всесоюзного научно-исследовательского института полиграфической промышленности, исследовательских лабора¬ торий ведущих полиграфических предприятий, Первого и Второго м\йодов полиграфических красок, а также работы автора, .выпол¬ ненные, в частности, по бумаге, краскам и их взаимодействию в процессе печатания. Содержание учебника приведено в соответствии с учебными программами для заочных, дневных и вечерних полиграфических
4 От авторе техникумов, утвержденных Министерством культуры РСФСР. Учебник построен так, что обеспечивает наиболее обстоятель¬ ное изучение курса «Полиграфические материалы» по каждой технологической специальности. Автор надеется, что в настоящем виде учебник может выпол¬ нить свое назначение в деле подготовки квалифицированных средних технических кадров полиграфической промышленности. Автор выражает признательность профессору Д. П. Татиеву и инженеру А. В. Парилову, просмотревшим учебник в рукописи и сделавшим ряд ценных замечаний, которые учтены при подготов¬ ке книги к изданию, а также кандидату технических наук С. И. Шапошникову за помощь, оказанную при составлении раз¬ дела «Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии», и канди¬ дату технических наук О. Б. Купцовой — раздела «Средства для лакирования» и инженеру А. В. Сидоровой — раздела «Переплет¬ ный клей». Отзывы просьба направлять в Главное управление учебных заведений и кадров по адресу: Москва, Ж-74, Китайский проезд, д. 7, Министерство культуры РСФСР. Б. Березин
ПРЕДИСЛОВИЕ XXI съезд КПСС .наметил грандиозную программу дальней¬ шего подъема духовной культуры советского народа. Среди важнейших показателей расцвета социалистической культуры почетное место занимает печать. Контрольными цифрами разви¬ тия народного хозяйства СССР предусмотрено повышение общего тиража книг в 1965 году до одного миллиарда шестисот миллио¬ нов, журналов более чем в два раза; годовой тираж газет воз¬ растет более чем в полтора раза. Партия и правительство позаботились о том, чтобы матери¬ ально-техническая база советской печати была прочно обеспе¬ чена. Принято специальное решение о значительном усилении мощности полиграфической промышленности. В этом решении предусматривается строительство новых крупных полиграфиче¬ ских комбинатов, реконструирование и оснащение современным оборудованием действующих типографий, создание целого ряда полиграфических предприятий, призванных удовлетворить нужды местных издательств. Резко увеличится производство полиграфи¬ ческих материалов. Курс «Полиграфические материалы» и ставит своей задачей изучение важнейших материалов, применяемых в полиграфиче¬ ской промышленности: бумаги, металлов и сплавов, красок, пла¬ стических масс, резины, вальцевой массы, переплетных тканей, переплетного клея, продуктов основной химической промышлен¬ ности (щелочи, кислоты, соли) и других. Полиграфические материалы — это продукты промышленного производства, применяемые для изготовления печатной продук¬ ции. Они разделяются на две группы: а) входящие в состав печатной продукции, например бумага, краски, переплетные ικ.ιιιπ, клей; б) применяемые .в технологическом процессе поли- I рпфичоского производства, например типографские сплавы, ппиковые и алюминиевые пластины, фотографические материалы п многочисленные химикаты. 11;ιука о полиграфических материалах— новая, быстро разви- юиощаяся пограничная область науки, объединяющая .неоргани¬
β Предисловие ческую, органическую, физическую и коллоидную химию с тех¬ нологией полиграфической промышленности; эти дисциплины, а также физико-химическая механика являются научной базой материаловедения полиграфической промышленности. Материаловедение как наука должно выявить все полезные свойства многочисленных полиграфических материалов; оно на¬ мечает пути для правильного их использования, что способствует своевременному выпуску печатной продукции на высоком уровне полиграфического выполнения. Материаловедение устанавливает зависимость свойств полиграфических материалов от их состава и строения (структуры) и изучает изменение этих свойств в зависимости от условий применения полиграфических материа¬ лов в технологическом процессе полиграфических предприятий. Дает ответ на вопросы: чем определяется качество материала, как произвести лабораторные испытания и отличить доброка¬ чественный материал от недоброкачественного и как обнаружить и устранить то или иное затруднение, связанное со свойствами полиграфических материалов, возникающее иногда в процессе изготовления .печатной продукции. Значительное место отводит¬ ся экономическим видам материалов, в особенности синтетиче¬ ским, позволяющим заменить дефицитные материалы, улучшить качество полиграфического выполнения печатной продукции, рационализировать и удешевить ее производство. Большое внимание уделяется государственным стандартам (ГОСТ) и техническим условиям (ТУ), имеющимся на все основ¬ ные виды полиграфических материалов, содействующим норма¬ лизации технологических процессов полиграфической промыш¬ ленности.
Раздел первый БУМАГА И КАРТОН § 1. Общие сведения о бумаге и картоне. § 2. Из истории производства бума¬ ги. § 3. Древесина. § 4. Целлюлоза и вещества ей сопутствующие. § 5 Про¬ изводство целлюлозы § 6 Изготовление тряпичной полумассы. § 7 Древесная масса. § 8. Соломенная мЪсса, тростниковая масса и макулатура. § 9. Мас¬ сный размол. § 10. Наполнение бумажной массы. § 11. Проклейка бумажной массы. § 12 Подцветка и окраска бумаги. § 13. Отливка бумаги. § 14. Отделка бумаги. § 15. Упаковка бумаги. § 16 Хранение и акклиматизация бумаги. § 17. Общие требования к печатной бумаге. § 18. Печатные свойства бумаги. § 19. Внешний осмотр бумаги и отбор пробы для испытания § 20 Испытание состава бумаги. § 21. Испытание веса 1 м*, толщины и объемного веса бумаги. § 22. Испытание расположения волокон в листе и деформации бумаги. § 23, Ис¬ пытание оптических свойств бумаги. § 24. Испытание ровности и гладкости поверхности бумаги, § 25 Испытание впитывающей способности бумаги. § 26 Испытание упруго-эластично-пластичных свойств бумаги. § 27 Испытание механической прочности бумаги. § 28. Классификация бумаги. § 29. Газетная печатная бумага. § 30. Типографская бумага. § 31. Офсетная бумага. § 32 Бумага для глубокой печати. § 33 Печатная тонкая словарная бумага. § 34. Картографическая бумага. § 35 Мелованная бумага § 36. Афишная и другие виды бумаги, применяемые в полиграфии § 37. Жиронепроницаемая бумага § 38. Писчая и чертежно-рисовальная бумага. § 39. Технологический процесс производства картона. § 40. Виды переплетного и коробочного карто¬ на. § 41. Матричный картон. § 42. Переплетная бумага. § 43. Техническая бумага, применяемая в полиграфии. § 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУМАГЕ И КАРТОНЕ Бумага в виде листов или широких лент, смотанных в рулоны, состоит из специально обработанных мельчайших растительных целлюлозных волокон, прочно соединенных между собой силами молекулярного взаимодействия, химической водородной связью и силами трения, возникающими при их обработке и формирова¬ нии листа бумаги на сетке бумагоделательной машины. Расти¬ тельные целлюлозные волокна, из которых состоит бумага, име¬ ют длину, приблизительно равную 0,8 мм при диаметре 25 мик¬ ронов (или 0,025 мм). Следовательно, длина волокон в тридцать раз превышает их диаметр. Бумага формируется на сетке бума¬ годелательной машины из бумажной массы, состоящей в основ¬ ном из соответствующим образом обработанных целлюлозных растительных волокон, наполнителей, проклеивающих веществ н воды, причем содержание последней в бумажной массе дости¬ гает 99—99,7%. Пространство между отдельными переплетенными раститель¬ ными волокнами (поры) может быть частично заполнено мине¬ ральными веществами — наполнителями, например мельчайши¬ ми зернами каолина, или белой глины, которые улучшают пе¬
8 Полиграфические материалы чатные свойства бумаги, делают ее более гладкой, более пластич¬ ной и менее прозрачной. Кроме наполнителей, в состав бумаги обычно вводят клеящие вещества (проклейку), ограничивающие способность бумаги впитывать влагу, делающие бумагу удобной для письма черни¬ лами. Клеящие вещества обычно вводят в состав бумажной мас¬ сы, но иногда бумагу проклеивают и с поверхности, нанося на поверхность бумаги тонкий слой клеящего вещества — желатина, крахмала, карбооксиметилцеллюлозы и др. Для улучшения цвета белой бумаги бумажную массу слегка подцвечивают красителями и пигментами^соответствующего цве¬ та, например синего. Цветную бумагу, например обложечную, цветную писчую, окрашивают в массе красителями или пигмен¬ тами в различные цвета. На поверхность так называемой мело¬ ванной бумаги, предназначенной для иллюстрационного печата¬ ния, наносят тонкий слой белых пигментов и наполнителей в смеси с клеящими веществами. Это придает бумаге наивысшую белизну, ровность поверхности и глянцевитость. При изготовле¬ нии переплетной и крашеной бумаги на ее поверхность наносят красящий слой для придания бумаге требуемого цвета, непро¬ зрачности и влагоустойчивости. Обязательной составной частью бумаги является влага. Со¬ держание в бумаге 7—10% воды, делающей ее слегка влажной, необходимо потому, что пересушенная бумага плохо принимает печать, становится ломкой и жесткой, легко намагничивается, листы ее под действием статического электричества слипаются или, наоборот, отталкиваются друг от друга, что затрудняет про¬ цесс печатания на ней и вызывает брак. При нормальном содер¬ жании влаги слегка увлажненная бумага становится более пла¬ стичной, менее жесткой. Картон, так же как и бумага, состоит из растительных целлю¬ лозосодержащих волокон, но отличается от нее весом квадратно¬ го метра. Вес 1 м2 бумаги не превышает 250 а, вес же 1 ж2 карто¬ на — более 250 г. Кроме того, бумага обычно однослойна, а кар¬ тон спрессовывается или склеивается из нескольких слоев, состоящих, как и бумага, из растительных волокон. Отдельные волоконца бумаги можно увидеть, рассматривая невооруженным глазом или же через лупу рваный край бумаги. Пользуясь микроскопом, можно хорошо различить форму и стро¬ ение этих волоконец, а также установить их длину и степень раз¬ работки. Под микроскопом можно с практической точностью подсчитать количество волокон различного происхождения и разработки (техника микроскопического испытания бумаги при¬ водится в § 20). В зависимости от природы волокна, характера ого разработки, количества наполняющих, проклеивающих и красящих веществ,
Раздел первый. Бумага и картон а также в зависимости от содержания в бумаге влаги получают бумагуч с различными свойствами. Технологический процесс изготовления бумаги состоит из сле¬ дующих основных производственных стадий: 1. Производство волокнистых полуфабрикатов (древесная и соломенная целлюлоза, тряпичная полумасса, древесная мас¬ са и др.). 2. Производство бумажной массы в виде однородной взвеси в воде измельченных и разработанных растительных целлюлозо¬ содержащих волоконец, наполнителя, проклейки. 3. Отливка бумаги на бумагоделательной машине. 4. Отделка бумаги, т. е. выравнивание ее поверхности и тол¬ щины (увлажнение и каландрирование), разрезка бумаги по формату, сортировка и упаковка. § 2. ИЗ ИСТОРИИ ПРОИЗВОДСТВА БУМАГИ Бумага впервые появилась в Китае в I веке нашей эры. До изобретения и распространения бумаги китайцы применяли для письма деревянные или бамбуковые пластинки и шелк, который называли «джи». Но шелк был дорог, а бамбук — тяжел; они неудобны для изготовления книг. Изобретателями бумаги были талантливые труженики из народа, имена которых, к сожале¬ нию, до нас не дошли. В то время для изготовления бумаги бра¬ ли шелковую вату и обрабатывали ее в воде до получения одно¬ родной массы. Затем зачерпывали эту массу частой бамбуковой сеткой; эта снятая с сетки и высохшая масса и была бумагой. Поскольку бумага в то время делалась из шелковых волокон, за пей сохранялось тогда название «джи». В 105 г. китайский сановник Цай Лунь предложил изготов¬ лять бумагу из коры деревьев, конопли, тряпья и старых рыбо¬ ловных сетей. Конечно, это было большим шагом вперед, так как дорогая и не всегда доступная шелковая вата заменялась дешевыми и легко доступными материалами 1. На рис. 1. изо¬ бражена старинная китайская бумажная мастерская. До изобретения и распространения бумаги в Европе для письма повсеместно пользовались папирусом, пергаментом и глиняными табличками. Папирус вошел в употребление еще четыре тысячи лет назад, сперва в древнем Египте, а затем и в некоторых других стра¬ нах. Папирус выделывали из тростника, похожего на наш ка¬ мыш, росшего в изобилии в илистых местах реки Нил. Очищен¬ ный от коры тростник разрезали на очень тонкие пластинки, ко¬ торые затем склеивали между собой (рис. 2), сушили и поли- ропали пемзой. Получались листы светло-коричневого цветд тол- 1 Лю Го-цзюнь. Рассказы о китайской книге. Перевод с китайского, предисловие и примечание А. А. Москалева. «Искусство», 1957, стр. 35.
1· Полиграфические материалы щиной примерно как тонкое полотно. Полосы папируса изготов¬ ляли любой длины до двадцати метров. В течение очень долгого времени папирус был в употребле¬ нии по всей Европе; только в начале средневековья этот мате¬ риал для письма был окончательно вытеснен хотя и более доро¬ гим, но зато чрезвычайно прочным и долговечным пергаментом. Рис. 1. Старинная китайская бумажная мастерская. Пергамент — это особо выделанная, очищенная кожа живот¬ ных (баранов, коз, козлят и др.). Существует легенда, что название пергамента произошло от имени города Пергама в Малой Азии, где царь Эвмен II, желая создать библиотеку, вынужден был искать подходящий для письма материал, так как египетские цари, боясь конкуренции, не пожелали продавать Эвмепу папирус. В России наряду с пергаментом для деловой повседневной пе¬ реписки находила применение простая береста, т. е. кора бере¬ зового дерева. Из Китая способ изготовления бумаги постепенно распрост¬ ранялся в другие страны мира. В 1751 г. под руководством ки¬ тайских мастеров бумагу начинают изготовлять в Средней Азии, в Самарканде. В 793 г. бумагу начали изготовлять в Багдаде, в 900 г. — в Египте и в 1100 г. — в Марокко. В 1150 г. бумага про¬ никла в Европу, где ее стали изготовлять в Испании. Приблизи¬ тельно в 1276 г. бумагу стали изготовлять в Италии, затем в
Раздел первый. Бумага и картон 11 1391 г. — в Германии и в 1494 г. — в Англии. В России первая бумажная мельница была построена в 1564 г., а в Америке — в 1690 г. Длительное время производство бумаги было ручным, полу¬ кустарным (волокнистые материалы измельчали в ручной сту¬ пе, а отливали бумагу на сетке ручным чер¬ панием бумажной массы). Только в XIII ве¬ ке бумагоделательное производство начина¬ ют механизировать и ручную ступу заменя¬ ют толчеей, представляющей собой длинное деревянное или каменное корыто с падаю¬ щими в него массивными пестами. Послед¬ ние поднимались из корыта посредством го¬ ризонтально расположенного деревянного вала с зубцами, которые захватывали зуб¬ цы соответствующих пестов и поднимали их. Вал приводился в движение от водяного ко¬ леса, в связи с чем бумажные предприятия того времени назывались «бумажными мель¬ ницами». Дальнейшее совершенствование бумагоделательного произ¬ водства состояло в замене примитивной толчеи, не позволяющей регулировать в нужной степени характер размола волокна, бо¬ лее совершенной машиной — массным роллом. Массный ролл был изобретен в Голландии в XVII веке, в других странах эта машина появляется в XVIII веке. Бумажная фабрика XVIII века показана на рис. 3. С некоторыми конструктивными, но не принципиальными из¬ менениями массный ролл и теперь является важным оборудова¬ нием бумагоделательного производства. В 1799 г. француз Николай Луи Робер изобрел машину для отливки бумаги в виде бесконечной ленты (рис. 4), но ему не удалось осуществить своего гениального изобретения; в 1828 г. он умер в глубокой бедности. Изобретение Робера осуществил англичанин Доикен, который в 1803 г. построил первую бумаго¬ делательную машину. Во Франции машина появилась в 1815 г., в России — в 1817г., в Германии — в 1819г. ив Америке — в 1827 г. В конце XIX века производство бумаги и полиграфия разви¬ ваются в крупные отрасли промышленности, имеющие большое культурное и экономическое значение. В России первые бумажные мельницы были построены в XVI веке при Иване IV. Есть сведения, что бумага вырабатыва¬ лась па бумажной мельнице в селе Вантеевка в 30 верстах от Москвы в 1564 г., но эта бумажная мельница просуществовала недолго. В первой четверти XVII века бумага производилась в Киеве, Рис. 2. Склеенные по¬ лоски папируса.
12 Полиграфические материалы Рис. 3. Бумажная фабрика XVIII века. Рис. 4. Схема устройства бумажной машины самочерпки Луи Робера: / — ванна с бумажной массой: 2 — колесо с лопастями, подающими бумажную массу на сетку бумагоделательной машины: /У — егкп бумагоделательной машины, натянутая на два вала в виде беско¬ нечной ленты; 4 — пресс; 5 — валик-ровнитель.
Раздел первый. Бумага и картон 1Э а также в Литве и Белоруссии. Дальнейшее, более серьезное развитие русская бумажная промышленность получила лишь при Петре I. По его указу в 1708 г. была построена казенная бумаж- ная фабрика на реке Пахре в 20 верстах от Москвы, близ села Богородского. Кроме того, в России были построены и другие бумажные фабрики, причем две из них в Петербурге. Бумагу стали производить' в таком количестве, что стал ощу¬ щаться недостаток в тряпье — основном сырье бумагоделатель¬ ного производства того времени. В связи с этим Петр I издал указ, предписывающий собиоать тряпье и негодную бумагу и доставлять их на бумажные мельницы за установ¬ ленную плату. В 30-х годах XVIII века была сооружена «Казенная бумажная ма¬ нуфактура» — ныне действующая Красносельская бумажная фабрика. Бумажные мельницы появляются в Калужской (ныне действующая Троицкая бумажная фабрика), Во¬ ронежской, Ярославской и других губерниях. В 70-х годах XVIII века издается предписание, в силу кото¬ рого «присутственные места (т. е. учреждения) обязаны были приобретать писчую бумагу русской выделки». В эти же годы была построена «Фабрика для выделки ассигнаций» в окрестностях Москвы, переведенная в 1812 г. в Петербург, где она и получила название «Экспедиции заготовле¬ ния государственных бумаг» (ныне действующая фабрика «Гознак»). В 1817 г. в Петродворце была пущена Бумажная мануфак¬ тура, на которой впервые в России начали выделку бумаги ма¬ шинной вычерпки. В середине XIX века в России насчитывалось уже много бу¬ мажных фабрик, оборудованных бумагоделательными машина¬ ми. По в царской России не были созданы условия для развития бумагоделательного производства. Бумагу вырабатывали преи¬ мущественно из импортных полуфабрикатов, своей целлюлозной н дрсвомассной промышленности почти не было. Бумагодела¬ тельные машины также привозились из-за границы. Только при советской власти производство бумаги в нашей стране получи¬ ло необходимый размах, став одной из крупных отраслей про¬ мышленности. У нас построены современные целлюлозные и бу¬ магоделательные комбинаты: Балахнинский, Камский, Красно- шпперекий, Кондопожский и многие другие. Николай Луи Робер (1761—1828).
Μ Полиграфические материалы ОСНОВНЫЕ ПОЛУФАБРИКАТЫ БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Из многочисленных растительных целлюлозосодержащих (технических) волокнистых материалов для изготовления бу¬ маги и картона применяют главным образом волокна древесной целлюлозы и древесной массы, соломенной целлюлозы и солот мепной массы, а также волокна хлопка, льна и некоторые другие. Волокна тростника также являются вполне подходящим мате¬ риалом для этой цели. Все эти волокнистые материалы в основ¬ ном состоят из целлюлозы, § 3. ДРЕВЕСИНА Древесиной называют внутреннюю часть деревьев, лежащую Под корой и составляющую основную растительную ткань, из которой образуется ствол. Древесина построена из вытянутых в длину веретенообраз¬ ных клеток, имеющих оболочку, состоящую главным образом из целлюлозы. Длина клеток древесины хвойных пород достигает 4—5 мм, при диаметре от 0,02 до 0,04 мм (рис. 5, а). Растительные клет¬ ки деревьев лиственных пород имеют длину 0,7— 1,6 мм, диаметр 0,02—0,05 мм и очень толстые стенки (рис. 5, б). Живая клетка растущего дерева имеет обо¬ лочку (стенки), внутреннюю полость, заполнен¬ ную протоплазмой, и ядро. Живая клетка обла¬ дает свойством делиться и образовывать из года в год в растущем дереве новые слои древесины. Живые клетки с течением времени подверга¬ ются одревеснению, приводящему в конечном счете к полному их омертвлению. Одревеснение клетки происходит главным образом в результа¬ те появления в ней лигнина. Древесина на 90— 95% состоит из отмерших клеток, лишенных про¬ топлазмы и ядра, не способных к делению, внут¬ ренняя полость которых заполнена водой и воз¬ духом. На клеточной стенке концентрически распола¬ гаются фибриллы, или элементарные волоконца, состоящие из молекул целлюлозы. Длина фиб¬ рилл около 0,5 мм при диаметре в 0,3 0,5 мик¬ рона. Они тянутся, не прерываясь, вдоль всего волокна под некоторым углом к продольной оси волокна, прини¬ мая форму спирали. Фибриллы, как мы увидим дальше, имеют очень большое значение в технологии изготовления бумаги. а б Рис. 5. Клетки древесины: а—хвойных пород; б—лиственных по¬ род.
Раздел первый. Бумага и картон 15 Химический состав древесины очень сложен. Основное ве¬ щество древесины— стенки клеток — представляют собой цел¬ люлозу, или клетчатку. В состав древесины, кроме целлюлозы, входят гемицеллюлск зы, лигнин, смолы, жиры и др. Нужно иметь также в виду, что свежесрубленная древесина содержит до 60% воды. Пример¬ ный состав абсолютно сухой древесины разных пород дерева указан в табл. 1. Таблица ί Химический состав древесины некоторых пород (в %) Составные части Ель Сосна Осина Целлюлоза 48,8 49,0 53,0 Гемицеллюлозы 21,2 19,1 23,8 Лигнин 28,0 27,0 21,4 Смолы 1,1 3,5 1,0- Жиры, воски 0,5 1,0 0,5 Минеральные вещества—зола .... 0,4 0,4 0,3 Преобладающее количество целлюлозы обуславливает хими: ческие свойства древесины, а именно ее горючесть, отношение к минеральным кислотам и щелочам и др. Древесина обладает неплохими механическими свойствами, и особенности если учесть ее легкость. Так, прочность на разрыв (вдоль волокна) для древесины различных пород составляет 700—1300 кг!см2 при удельном весе 0,5 (сосна), 0,7 (дуб, лиственница) и 0,8 (граб). Более тяжелые породы древесины шачительно прочнее легких. Прочность древесины в различных направлениях различна: поперек волокон (поперек ствола) она меньше, чем вдоль. Древесина имеет разнообразное применение, в частности она является основным сырьем для производства целлюлозы и бума- III, а также многих ценных химических продуктов. В полигра¬ фии из древесины готовятся крупнокегельные афишные шрифты, подставки под клише, марзаны резальных машин, мебель для наборных цехов и пр. § 4. ЦЕЛЛЮЛОЗА И ВЕЩЕСТВА, ЕЙ СОПУТСТВУЮЩИЕ Целлюлоза — белый, гибкий, очень прочный волокнистый м.мерпал растительного происхождения — главная составная чаги, клеточных стенок деревьев и растений. Хлопковые волок¬ на, образующиеся в семенных коробочках хлопчатника и покрыт n.iioimie семена пушистым слоем, представляют собой почти чист ί \ίο целлюлозу. Волокна древесины также в значительной час 1Ц
Полиграфические материалы (около Г)0%) состоят из целлюлозы. Стебли льна, конопли, пшеницы, ржи, камыша, крапивы и многих других растений сос¬ тоят из целлюлозосодержащих волокон. Строение целлюлозы. Целлюлоза — типичный представитель высокомолекулярных (высокополимерпых) соединений — принадлежит к классу углеводов (полисахаридов). Целлюло¬ за имеет вытянутую в длину нитеобразную гигантскую молеку¬ лу, состоящую из многократно повторяющихся элементарных звеньев (структурных единиц)—остатков глюкозы. Эмпири¬ ческая формула целлюлозы (СбНюОб),*, где п — коэффициент полимеризации, показывающий, сколько раз элементарное зве¬ но — остаток глюкозы — повторяется в молекуле целлюлозы. Каждые два остатка глюкозы, соединенные между собой кисло¬ родным мостиком, образуют в свою очередь остаток дисахари¬ да— целлобиоза. Таким образом, молекула целлюлозы имеет следующее химическое строение: И действительно, путем гидролиза, т. е. присоединения воды в результате действия, например сверхконцентрированной со¬ ляной кислоты, молекулы целлюлозы распадаются сперва на целлобиозу, а затем на глюкозу, являющуюся конечным продук¬ том гидролитического расщепления целлюлозы. П НС1 л ^ п НС1 (CeH10O.<j)/z+ ~2~ Н2О ^"2” С12Н22О11+ ~2~ ЧгО п СвНхгОв целлюлоза полисахарид целлобиоза дисахарид глюкоза моносахарид Целлюлоза различного происхождения имеет различный коэффициент полимеризации, а следовательно, и различный мо¬ лекулярный вес (табл. 2). Чем выше молекулярный вес, тем крупнее молекула и тем прочнее техническое целлюлозное волок¬ но. Вот почему самым прочным волокном будет льняное, затем— хлопковое и наконец — древесное.
Раздел первый. Бумага и картон 17 Таблица 2 Молекулярный вес и коэффициент полимеризации целлюлозы различного происхождения Вид целлюлозы Коэффициент полимеризации Молекулярный вес Целлюлоза льняного волокна .... 36 000 5 900 000 Целлюлоза хлопкового волокна . . . 12 000 2 000 000 Целлюлоза из ели 4 000 600 000 Вещества, сопутствующие целлюлозе, или инкрустирующие вещества, главным образом лигнин, сильно влияют на качество технического целлюлозного волокна; чем меньше содержание этих сопутствующих целлюлозе веществ (за исключением геми¬ целлюлоз), тем прочнее и долговечнее целлюлозное волокно и бумага, из него приготовленная. Вытянутые в длину, близко расположенные по отношению друг к другу молекулы целлюлозы, прочно соединенные между собой силами молекулярного притяжения (силами Ван-дер- Ваальса и водородными связями), образуют плотно упакован¬ ные пучки молекул — фибриллы, или элементарные волоконца. Фибриллы, плотно прилегая друг к другу, переплетаясь между собой, а иногда закручиваясь по спирали образуют прочную, вытянутую в длину оболочку растительной клетки, или техниче¬ ское волокно древесной, хлопковой, льняной и т. п. целлюлозы. Целлюлоза имеет аморфное строение, при котором отсутст¬ вует правильная ориентация молекул в волокне, и только на некоторых участках технического целлюлозного волокна наблю¬ дается местное упорядочение звеньев, т. е. макромолекул целлю¬ лозы с образованием кристаллической структурной решетки. Физические и химические свойства целлюлозы определяются, с одной стороны, наличием трех гидроксильных групп в каждом элементарном звене целлюлозы и, с другой, длиной молеку¬ лярной цепи, т. е. молекулярным весом целлюлозы. Физические свойства целлюлозы. Технический продукт — целлюлоза — представляет собой, как уже указывалось, прочный волокнистый материал, который не плавится, при нагревании выше 200° начинает разлагаться. Целлюлоза долговечна и свето¬ прочна, т. е. не изменяет своих прочностных показателей и цвета при длительном хранении и облучении солнечными лучами. В воде и органических растворителях целлюлоза совершенно не растворяется. Она не растворяется и в не очень концентриро¬ ванных растворах щелочей и в разбавленных минеральных кис¬ лотах. Целлюлоза растворяется в медноаммиачном основании В Змк.'т № 443
in Полиграфические материалы (реактив Швейцера) Си^Нз)^· (ОН)2. Из реактива Швейцера целлюлоза осаждается кислотами в химически неизменном состоянии, но приобретает при этом другую физическую струк¬ туру. Такая персосажденная физическая модификация целлюло¬ зы носит название гидратцеллюлозы. Каждое волокно целлюло¬ зы имеет внутри капилляр, по этой причине с некоторым прибли¬ жением его можно сравнить с полой трубкой очень небольшого диаметра. Кроме того, целлюлоза как технический продукт, т. е. совокупность большого числа волокон — клеток, пронизана си¬ стемой пор. Чистая целлюлоза очень гигроскопична, она хорошо смачивается водой и способна хорошо впитывать влагу из окру¬ жающего воздуха. Но молекулярная природа целлюлозы тако¬ ва, что она хорошо смачивается и маслами. Разница в действии воды и масла на целлюлозу (и на бумагу) состоит в том, что вода смачивает и гидратирует целлюлозу, т. е. ослабляет водородные связи; масло же —только смачивает ее. Таким образом понятно, почему целлюлозу считают гидрофильным коллоидом, что, стро¬ го говоря, не вполне правильно. Целлюлоза хорошо поддается механической обработке — измельчению, а в водной среде — раз¬ делению на фибриллы, что и используется в процессе массного размола. Химические свойства целлюлозы определяются наличием в каждом элементарном ее звене (остатке глюкозы) трех гидро¬ ксильных групп. Так, подобно многоатомным спиртам целлюло¬ за, не теряя своей волокнистой структуры, реагирует со ще¬ лочью, образуя соединения типа алкоголятов по схеме: [С6Н702(0Н)з ]п + 3 п NaOH -> [Ce Н702 (ONa)3 ]п + 3 п Н20. Щелочная целлюлоза более реакционноспособна, чем цел¬ люлоза, и применяется поэтому для получения различных произ¬ водных целлюлозы, например карбооксиметилцеллюлозы. Физически процесс набухания целлюлозы представляет со¬ бой проникновение раствора едкого натра внутрь волокна цел¬ люлозы. Это проникновение сначала в неориентированную часть волокна, в капиллярные трещины, пронизывающие волокна, а затем уже между отдельными ориентированными молекулами целлюлозы вызывает ослабление вандерваальсовских сил и водо¬ родных связей, раздвигает отдельные молекулы и приводит во¬ локно в другое физическое состояние 1. При промывке водой щелочная целлюлоза превращается в гидратцеллюлозу, которая химически одинакова с исходной природной целлюлозой, но отличается лишь физическим состоя¬ нием. Такая целлюлоза называется регенерированной. Целлюлоза образует простые и сложные эфиры. 1 В. М. Никитин. Химия древесины и целлюлозы. Гослесбумиздат, 1951, стр. 265.
Раздел первый. Бумага и картон 19 Карбооксиметилцеллюлоза, или целлюлозогликолевая кис¬ лота, является простым моноэфиром целлюлозы. Получается действием на щелочную целлюлозу (у которой атом водорода одного гидроксила каждого остатка глюкозы замещен атомом натрия) монохлоруксусной кислотой по схеме: iC6H702 (ОН) 2 0№]я + п Cl СН2 СООН [CGH7 (ОН)2 О · СН2 СООН]л + п NaCl щелочная целлюлоза монохлоруксусная карбооксиметил-целлюлоза хлористый кислота натрий Карбооксиметилцеллюлоза (моноэфир в виде целлюлозгли- колевой кислоты, как это показано на схеме, или моноэфир в ви¬ де натровой соли целлюлозгликолевой кислоты) хорошо раство¬ рима в горячей и холодной воде и образует высоковязкие клей¬ кие растворы, применяемые в качестве переплетного клея для приклейки бумаги, а также для изготовления различного рода водных красок, например для закраски обрезов книжных блоков. Н сн2—о-сн2соон н он н ’-о-... н он сн2-о—СНзСООН карбооксиметилцеллюлоза Нитроцеллюлоза. Путем обработки целлюлозы смесью кон¬ центрированных азотной и серной кислот (серная кислота — водоотнимающее средство) получается сложный азотнокислый эфир, называемый нитроцеллюлозой. В зависимости от числа замещенных гидроксильных атомов водорода получают мононит¬ раты, динитраты и тринитраты целлюлозы по схемам: (CgHgO^ · ОН)η “I- η HNO3 —(СбН904 · О · Ш2)л -f· п Н20 целлюлоза азотная мононитроцеллюлоза вода кислота [С6Н80з (ОН)2]п + 2 η HN03-> [С6Н80з (0-Ш2)а]л + 2/2 Н20 целлюлоза азотная динитроцеллюлоза вода кислота [С6н702 (ОН)з ]/г -f- 3 τι ΗΝΟ3—> [С6н702 (0-N02)s]« ~h 3 /zH20 целлюлоза азотная тр’инитроцеллюлоза вода кислота Смесь моно- и динитроклетчатки называется коллоксилином. Коллоксилин хорошо растворяется в ацетоне, в смеси спирта и эфира, в сложных эфирах уксусной кислоты (бутилацетате., амилацетате, этилацетате и др.) и применяется для изготовле¬ ния нитролаков и коллодия, з*
•jo Полиграфические материалы Τίΐ к и с' нитроцеллюлозные лаки применяются, например, для лакирования печатной продукции способом глубокой печати; они имеют много достоинств: совершенно бесцветны, имеют вы¬ сокий блеск и чрезвычайно эластичны; но их применение свяэа- по с трудностями, главными из которых являются взрывоопас¬ ность коллоксилина и необходимость при работе с ним применять растворители, вредно влияющие на здоровье. Иногда нитроцел¬ люлозные лаки идут для изготовления красок глубокой печати, в особенности для трехкрасочного печатания. Из коллоксилина изготовляют прозрачную пластическую массу — целлулоид, применяемую в полиграфии для матрици¬ рования при изготовлении гальваностереотипов и для изготовле¬ ния текстовых диапозитивов и негативов в глубокой печати и в офсете. Нитроцеллюлозную мастику (раствор коллоксилина в органических растворителях в смеси с пластификаторами и пиг¬ ментами) наносят на поверхность хлопчатобумажных тканей в процессе производства переплетного ледерина (см. § 140). Коллоксилин в виде спирто-эфирного раствора, называемого кол¬ лодием, используют для изготовления светочувствительных слоев в мокроколлодионном копировальном процессе. Тринитроклетчатка представляет собой взрывчатое вещест¬ во — пироксилин. Ацетилцеллюлоза — сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты — получается при действии на целлюлозу смеси уксус¬ ного ангидрида, уксусной кислоты и небольшого количества серной кислоты. Наибольшее значение имеет диацетат целлюло¬ зы [С6Н803(0 · СН3СО)2]ч, известный под названием ацетилцел¬ люлозы. Ацетилцеллюлоза отличается от нитроцеллюлозы полной не¬ горючестью, из ,нее в смеси с пластификаторами получают проз¬ рачные пластины и пленки, которые применяют, например, для изготовления многокрасочных прозрачных альбомов наглядных пособий, а также для изготовления бронзовой и красочной (цветной) фольги для тиснения на переплетах. Широкому рас¬ пространению ацетилцеллюлозы, несмотря на ее негорючесть, мешает нерастворимость в большинстве растворителей. Ацетил- целлюлозные пластины применяются в процессе получения мат¬ риц для гальваностереотипов. Применение целлюлозы в промышленности огромно. Из нее делают бумагу, искусственный шелк, лаки и краски, прозрачные пленки и пластины, пластические массы, клеящие вещества, взрывчатые вещества и многое другое. Хлопковая целлюлоза применяется для изготовления хлопчатобумажных тканей и ни¬ ток. Гидролизная промышленность превращает древесину {опилки) в глюкозу, а затем в этиловый спирт. Гемицеллюлозы — полисахариды, сопутствующие целлюлозе
Раздет первый. Бумага и картон 21 в различных растениях и, в отличие от нее, легко гидролизую¬ щиеся разбавленными минеральными кислотами до моносахари¬ дов — пентоз и гексоз. Гемицеллюлозы растворяются при кипя¬ чении с разбавленными водными растворами щелочей, образуя густые растворы, из которых могут быть выделены, после ней¬ трализации, спиртом. По своему характеру гемицеллюлозы занимают среднее положение между крахмалом и целлюлозой (клетчаткой). Гемицеллюлозы разделяют на гексозаны, пост¬ роенные из остатков гексоз (главным образом ксилозы), и пентозаны, состоящие из остатков пентоз (главным образом маннозы). Гемицеллюлозы выполняют в растениях функции ре¬ зервных питательных веществ и способствуют защите растений от инфекций. Гемицеллюлозы не являются вредными примесями целлю¬ лозных волокон, так как облегчают процесс массного размола (см. § 9) и в известной степени способствуют упрочению струк¬ туры бумаги. Лигнин (от латинского слова лигнум — дерево) содержит¬ ся в древесине различных пород в количестве 20—30%. Выде¬ ленный из древесины, например, действием 70-процентной серной кислотой, лигнин имеет вид коричневого порошка, не раствори¬ мого в воде и в органических растворителях. Процесс образования лигнина в растениях, так же как и его химическое строение, еще не установлен. Появляется он только в одревесневших мертвых клетках растительной ткани и при¬ дает последней твердость, как бы «цементируя» отдельные клет¬ ки растительной ткани в прочную твердую древесину. Лигнин, в отличие от целлюлозы, менее химически устойчив, он растворяется в разбавленных щелочах и некоторых минераль¬ ных кислотах. Лигнин способен к фотохимическим реакциям; поэтому бумага, изготовленная из древесной массы, содержа¬ щей лигнин, темнеет под действием света, теряет механическую прочность и становится ломкой. Для качественного распознавания лигнина в одревесневших тканях и в бумаге, содержащей древесную массу, имеются цвет¬ ные реакции. Так, например, солянокислый раствор флороглюци- на дает пурпурно-красное окрашивание, водный раствор серно¬ кислого анилина — ярко-желтое окрашивание. Основным структурным звеном лигнина является аромати¬ ческий бета-оксиконфериловый спирт сложного строения. § 5. ПРОИЗВОДСТВО ЦЕЛЛЮЛОЗЫ Целлюлоза, как уже было сказано, устойчива к действию разбавленных кислот и щелочей, в то время как лигнин, геми¬ целлюлозы и другие инкрустирующие вещества в них растворя¬ ются. Таким образом, в результате воздействия на измельченную
Полиграфические материалы п древесину водных растворов кислот или щелочей при соответст¬ вующим образом подобранном технологическом режиме — варке (концентрация химических реагентов, температура, давление, продолжительность) — удается почти полностью перевести в раствор лигнин, а также вещества, сопутствующие целлюлозе, и получить почти неповрежденные волокна целлюлозы. В нашей стране целлюлозу изготовляют главным образом из ели, в сравнительно меньших количествах из сосны, а также из деревьев лиственных пород и соломы хлебных злаков. Получение целлюлозы достигается обработкой древесины растворами веществ, способных растворять лигнин и гемицел¬ люлозы, не затрагивая практически самой целлюлозы (клет¬ чатки). В промышленности применяются кислотный и щелочной спо¬ собы изготовления целлюлозы. Кислотный способ иначе называется сульфитным, так как древесину варят в растворе бисульфита кальция Са(Н30з)2 с избытком сернистого газа SO2. Бисульфит кальция в водной среде распадается на сернистую кислоту и сернокислый кальций по схеме Са (HS03)2 -> H2S03 + Са S03 бисульфит серная сернистокислый кальция кислота кальций Сернистая кислота, будучи газ S02 H2S03 непрочной, Н20 -f- SO2 вы дел яет сер н исты й сернистая вода сернистый газ кислота Чтобы сохранить сернистую кислоту как химический реагент, растворяющий лигнин, варочную кислоту готовят с избытком SO2. Таким образом, химическими реагентами в процессе сульфитной варки древесины будут Ca(HS03)2, H2S03 и S02. Сульфитный способ варки применяется преимущественно для изготовления целлюлозы из ели и не может применяться для изго¬ товления целлюлозы из сосны из-за повышенной смолистости этой породы дерева: слабая сернистая кислота не может растворить смолы, имеющиеся в древесине сосны. При щелочном способе изготовления целлюлозы (сульфатный и содовый) основными химическими реагентами являются едкий натр NaOH, сернистый натрий Na2S и сульфогидрат натрия NaHS. Сернистый натрий в водной среде гидролизуется с обра¬ зованием едкого натра и сульфогидрата натрия по схеме Na2S + Н20 ч± NaOH + NaHS сернистый вода едкий сульфогидрат натр натр натрия
Раздел первый. Бумага и картон 2S В процессе варки целлюлозы лигнин химически взаимодей¬ ствует с едким натром и сульфогидратом натрия, образуя соот¬ ветственно: в первом случае—щелочной лигнин и во втором — тиолигнин. Оба эти соединения лигнина растворяются в водных растворах едкого натра, что и используется для извлечения лиг¬ нина из древесины в процессе производства целлюлозы. Тиолиг¬ нин растворяется в водных растворах едкого натра гораздо быстрее и полнее, чем щелочной лигнин. Вот почему предпочита¬ ют пользоваться сульфатным способом производства целлюлозы, при котором для восстановления потерь химических реагентов применяется сульфат натрия. Отработанные щелока упаривают и сжигают в присутствии сульфата натрия. При этом сульфат нат¬ рия восстанавливается углем до сернистого натра по схеме. NCI2SO4 2С “>■ N32S -(- 2СОг сульфат уголь сернистый углекислый натрия натр газ Различные соединения натрия, имеющиеся в варочном раст¬ воре, при сжигании переходит в соду Na2C03, которую переводят затем в едкий натр действием негашеной извести. N32CO3 -f- CaO -f- Н2О —>- 2NaOH -f- СаСОз сода негашеная вода едкий углекислый известь натр кальций Целлюлозу варят по сульфитному способу в стальных котлах- автоклавах цилиндрической формы емкостью до 300 ж3. Варку целлюлозы производят в течение 10—15 часов при давлении пара около 5—6 ат. Первоначальная температура варки 100°, после¬ дующая 145—150°. В процессе варки (при температуре 145—150° и давлении па¬ ра 5—6 ат) сернистая кислота растворяет гемицеллюлозы и всту¬ пает в реакцию с лигнином, образуя лигносульфоновые кислоты. Находящийся в варочной кислоте сернистокислый кальций нейтра¬ лизует эти кислоты, превращая их в кальциевые соли и тем самым предотвращая разрушительное действие лигносульфоновых кис¬ лот на целлюлозу. По окончании процесса варки целлюлозу выгружают через нижний люк котла в бассейн, называемый сцежей, где ее промы¬ вают, чтобы освободить от отработанного варочного раствора. Промытая целлюлоза не представляет собой однородной волок¬ нистой массы; в ней имеются размягченные, но сохранившие свою форму щепки, непроваренные сучки, песчинки, попавшие вместе с водой, и тому подобные загрязнения. Дальнейшую обработку целлюлозы производят в сепараторе — механизме, разбивающем сгустки, комки, целлюлозы. После выхода из сепаратора целлюлозу сильно разбавляют во¬ дой и подают в сучколовитель для удаления из целлюлозы сучков. Сучколовитель представляет собой медленно вращающийся в на-
Полиграфические материалы Л клоппом положении цилиндрический резервуар с сетчатой, щеле- внднон поверхностью, имеющей отверстия шириной 3 мм. Волок¬ на целлюлозы, взвешенные в оводе, проходят через эти отверстия, сучки же задерживаются сеткой. Очищенную от сучков целлюлозу пропускают через песочник, т. е. через плоский неглубокий желоб длиной около 30 ж, с косо поставленными на дне перегородками. Взвешенные в воде волокна целлюлозы, медленно двигаясь по желобу, очищаются от песка и других тяжелых посторонних загрязнений, которые осаждаются на дно желоба и задерживаются перегородками. После этого целлюлозу пропускают через центробежную сорти¬ ровку, где ее очищают от грубых, неразработанных пучков воло¬ кон, костры и пр., а затем, если это требуется, отбеливают и обез¬ воживают. В зависимости от полноты удаления из древесины лигнина различают три марки целлюлозы: мягкая, содержащая до 2% лигнина и других инкрустирующих .веществ, средняя — до 5% и жесткая — до 7 %. Волокна целлюлозы на этой стадии ее обработки не имеют чисто белого цвета, они имеют свинцово-серый оттенок, поэтому некоторое количество вырабатываемой целлюлозы подвергают от¬ белке. Такую целлюлозу называют беленой и применяют для из¬ готовления высокосортной печатной бумаги и других видов бума¬ ги ответственного применения. Отбелку сульфитной целлюлозы производят окислителями. Обычно применяются водные растворы хлорной извести CaCl 2О или гипохлорита кальция Са(ОС1)2, гипохлорита натрия NaOCl, а также перекиси водорода Н202. Хлорная известь, или, как ее называют, (белильная известь, в водной среде гидролизуется с выделением хлорноватистой кислоты. 2СаС120 + 2Н20 ч* 2 НСЮ + Са (ОН)2 + СаС12 хлорная вода хлорноватис- гидрат окиси хлористый известь тая кислота кальция кальций Хлорноватистая кислота неустойчива и распадается с выделе¬ нием закиси хлора С120 по схеме: 2 НСЮ ч* С120 + Н20 хлорноватис- закись вода тая кислота хлора Белящими свойствами в этом случае при pH = 9 обладает ион сернистой кислоты ОСК. Закись хлора С120, по мере расходова¬ ния хлорноватистой кислоты, присоединяя воду, образует хлор¬ новатистую кислоту. Обычно белящий раствор подкисляют соляной -кислотой до рН = 1, в этом случае реакция идет о выделением хлора
Раздел первый. Бумага и картон нею + НС1 - Н20 + С12 хлорноватис- соляная вода хлор тая кислота кислота Таким образом, активными окислительными агентами про¬ цесса беления целлюлозы являются хлорноватистая кислота и г азообр азны й хло р. Варку сосновой щепы сульфатным 'способом производят в же¬ лезных котлах при температуре 165—175° в конечной стадии вар¬ ки и при давлении 7,5—9 ат в течение 2,5—5 часов. Сульфатная целлюлоза может быть получена способом непре¬ рывной варки, при котором предварительно пропаренная щепа очень быстро пропитывается щелоком и процесс варки идет интен¬ сивно в течение 1,5—2 часов при температуре 165—170° и при дав¬ лении 11 —12 ат. Пропаренная щепа, пропитанная щелоком, время от времени подается в верхнюю часть котла и выгружается (выдувается) из нижней части котла через особый аппарат в бак, а затем направляется на промывку. Сульфатная целлюлоза за последнее время начинает получать все большее распространение вследствие ее исключительно высо¬ кой механической прочности и возможности использования для ее производства древесины сосны. Но сульфатная целлюлоза имеет коричневатый цвет, трудно поддающийся отбелке, а поэтому из нее изготовляют преимущественно технические виды бумаги, в частности прочную переплетную бумагу, оберточную бумагу, кабельную бумагу и заменитель шпагата. Отбелка сульфатной целлюлозы, предназначенной для изго¬ товления печатной бумаги, производится обычно в три или в че¬ тыре стадии: 1) хлорирование, 2) обработка едким натром, 3) обработка раствором гипохлорита, 4) кисловка раствором серной или соляной кислоты. Последняя производится для сни¬ жения содержания в целлюлозе золы и для повышения ее белизны. После каждой ступени отбелки волокна производится тщательная промьгвка его водой. Беленая 'сульфатная целлюлоза является полноценной заменой тряпичной полумассы во всех видах печатной и чертежно-рисо¬ вальной бумаги. Особенно желательно применение беленой суль¬ фатной целлюлозы для изготовления обложечной бумаги, а также бумаги, от которой требуется большая механическая прочность, в том числе и прочность поверхности (например, для картографи¬ ческой, фототипной и пр.). На рис. 6 показаны волокна хвойной целлюлозы, видимые в микроскоп при увеличении в сто раз. Они гораздо короче воло¬ кон хлопка и льна и имеют длину 5—6 мм. Бумага, изготовлен¬ ная из сульфитной еловой целлюлозы, почти не отличается от бумаги из тряпичного волокна, но несколько уступает ей в проч¬ ности и в пластичности. 2 Заказ № 443
Полиграфические материалы 20 Сульфатная еловая целлюлоза (беленая и небеленая) яв¬ ляется теперь основным сырьем бумагоделательного производ¬ ства; из нее изготовляются печатные и многие другие виды бумаги. Волокна лиственной целлюлозы значительно короче волокон хвойной целлюлозы; поэтому их обычно применяют в смеси с дру¬ гими, более длинными волокнами. Лиственная целлюлоза прида¬ ет печатной бумаге свойство пластичности. Соломенная целлюлоза. Соло¬ менную целлюлозу варят по щелоч¬ ному (сульфатному) способу. Пред¬ назначенная в производство солома, например ржаная, подвергается тщательной очистке от сорняков, песка и тому подобных загрязнений. Затем солома режется на соломо¬ резке и обрабатывается («варится») с 5—6%-ным раствором едкого нат¬ ра при давлении в 5 ат и температу¬ ре 150° в течение 3—3,5 часа, чаще всего во вращающихся шарообраз- Рис. 6. Волокна хвойной цел· ных стальных котлах. Таким обра- люлозы под микроскопом. зом, соломенная целлюлоза варится в более мягких условиях, чем дре¬ весная целлюлоза. По окончании процесса варки щелоки сливаются и целлюло¬ за вымывается из котла в сцежу, где и промывается тщательно водой. Идущая в производство печатной и писчей бумаги соло¬ менная целлюлоза подвергается отбелке белильной известью. Соломенная целлюлоза имеет тонкую структуру и содержит до 35% клеток неволокнистого строения; ее механическая проч¬ ность невысока. Но тонкие и мелкие волокна соломенной целлю¬ лозы легко поддаются размолу (легко гидратируются) и при отливке бумаги обеспечивают ей однородную структуру. Бумага с соломенной целлюлозой приобретает хорошую пластичность, особенно при некотором увлажнении бумаги. Поэтому беленую соломенную целлюлозу применяют в смеси с беленой сульфитной целлюлозой для выработки высококачественных печатной и пис¬ чей бумаги и особенно для матричного картона. § 6. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРЯПИЧНОЙ ПОЛУМАССЫ Тряпичная полумасса — это полуфабрикат бумагоделательно¬ го производства, состоящий из хлопковых или лубяных (лен, конопля) волокон. Тряпичная полумасса получается переработ¬ кой тряпья — ношеной ткани и старых (отслуживших) льно¬
Раздел первый. Бумага и картон 27 пеньковых, веревочно-канатных и сете-снастных изделий, а также из отходов текстильного и канатно-веревочного производства: об¬ резки новых хлопчатобумажных, льняных и пеньковых тканей и изделий и т. in. Кроме этого, для изготовления тряпичной полу¬ массы применяют отходы волокон хлопчатника — линт и делинт (короткие волокна хлопка, непригодные для текстильного произ¬ водства) . Хлопковые, льняные и конопляные (пенька) волокна пред¬ ставляют собой почти чистую целлюлозу. Так, хлопковые волок- Рис. 7. Волокна хлопка под микроскопом. Рис. 8. Волокна льна под мик¬ роскопом. на содержат около 95% целлюлозы при полном отсутствии лиг¬ нина, льняные волокна — 75—80% целлюлозы и 2—3% лигнина, конопляные (пеньковые) волокна —70—85% целлюлозы и 8— 15% лигнина. Длина хлопковых волокон (рис. 7) колеблется от 12 до 50 мм при поперечном сечении 20—25 микронов. Зрелое хлопко¬ вое волокно имеет характерный вид плоской ленты, в большей части штопорообразно закрученной, что называется извитостью. Внутри хлопкового волокна (внутри клетки) имеется относи¬ тельно широкий канал — капилляр. Элементарные волокна льна (рис. 8) представляют собой толстостенные глухие клетки веретенообразной формы с острыми концами; внутри клетки имеется узкий канал — капилляр. Длина волокон колеблется от 4 до 70 мм, средняя длина — 25 мм, сред¬ няя толщина—15—17 микронов. Льняное волокно гораздо прочнее хлопкового (прочность на разрыв — 15 г), что объяс¬ няется большей толщиной его стенок. Многочисленные волоконца (фибриллы) расположены параллельно оси волокна и при об¬ рыве дают растрепанные концы; кроме того, фибриллы отделя¬ ются от волокна при механической обработке по всей его длине* Волокна пеньки по строению очень похожи на льняные волок- 2й
Полиграфические материалы 2 Н па, по несколько более длинные и толстые, а поэтому и гораздо прочнее льняных. Концы конопляных волокон раздвоены. При микроскопическом исследовании по внешнему виду бывает труд¬ но отличить волокна льна от волокон пеньки. Но волокна льна легко и без остатка растворяются в реактиве Швейцера (в ам¬ миачном растворе гидрата окиси меди), тогда как волокна пеньки растворяются медленно и не полностью. Льио-пеньковая беленая тряпичная полумасса, вследствие ее исключительной механической прочности и долговечности, приме¬ няется для изготовления высокосортной бумаги, от которой тре¬ буется высокая механическая прочность и долговечность: доку¬ ментная, картографическая, чертежная, фототипная, а также для тонкой бумаги: словарная, папиросная и копировальная. Хлопчатобумажная беленая полумасса из-за постоянства ее химического состава, высокого содержания целлюлозы, полного отсутствия лигнина, хорошей механической прочности, долговеч¬ ности, хорошей впитывающей способности, мягкости применяется для изготовления высокосортной нотной, бюварной, фильтроваль¬ ной бумаги и основы для пергамента; небеленая хлопчатобумаж¬ ная полумасса применяется для изготовления основы для фибры, толя, стелечных картонов и пр. Тряпичная полумасса в печатных бумагах применяется обыч¬ но в смеси с беленой сульфитной целлюлозой. Как уже указывалось, волокна хлопка, льна и конопли по¬ ступают на бумажные фабрики главным образом в виде тряпья— ношеной ткани^ отработанных мешков, канатов, сетей и пр., кото¬ рые перерабатывают и получают волокнистую массу — полуфаб¬ рикат, называемый тряпичной полумассой. Кроме тряпья, для изготовления тряпичной полумассы применяют короткие хлопко¬ вые волокна — линт и'делинт. Из продезинфицированного и высушенного тряпья удаляют пыль и другие загрязнения на специальных машинах —отпыли- телях. После этого тряпье сортируют по природе волокна, степени его изношенности, толщине, цвету и по степени загрязнения. Отсортированное тряпье рубят механической тряпкорубкой на куски размером 5—6 см, вторично очищают от пыли и разрыхля¬ ют на отпылителе. Затем тряпье подвергают химической обра¬ ботке— варке с раствором гашеной извести Са(ОН)2 в сталь¬ ных шарообразной формы котлах, вращающихся вокруг горизон¬ тальной оси. Варка тряпья с 8—15%-ным раствором гашеной извести продолжается 3—12 часов при температуре 130—150° и при давлении пара 3—5 ат. Варка тряпья производится с целью его очистки от жировых загрязнений и клеящих веществ (ап¬ прета), ослабления искусственной окраски красителями и облег¬ чения последующего размола на полумассу, т. е. разделения на отдельные нити. Если тряпье очень сильно загрязнено, то варку
Раздел первый. Бумага и картон производят но с гашеной известью, а с более сильно действующим раствором каустической соды NaOH. По окончании варки котел останавливают и удаляют из него пар и варочную жидкость через трубопровод в цапфе. После этого проваренное тряпье вывалива¬ ют через горловину в специальный резервуар под котлом, так называемую сцежу. Часть щелока отде¬ ляется от тряпья через ложное дно сцежи. Однако ткань остается насыщенной варочным щелоком, удалить ко¬ торый удается только тщательной промывкой тряпья водой в процес¬ се его размола на по¬ лумассу. Промывка прова¬ ренного тряпья и его размол на полумассу производится в полу- массных роллах. Полу- массный ролл (рис. 9) —это овальная не¬ высокая ванна 1 из чу¬ гуна или железобетона, имеющая два вращаю¬ щихся барабана: раз¬ мольный 2 и промыв- ныйЗ. Ванна разделена на две части продоль¬ ной перегородкой 4, не доходящей до противо¬ положных стенок ванны, вследствие чего в ванне образуется кольцевой канал, по которому передвигается загруженный в ролл материал. В одной половине дно ролла постепенно повы¬ шается, образуя так называемую «горку» 5 с крутым спуском. Перед горкой на горизонтальной оси укреплен размольный ба¬ рабан 2, на цилиндрической поверхности которого параллельно его оси насажены стальные ножи 6. У основания горки под бара¬ баном находится планка 7, состоящая из ряда («пачки») ножей. Зазор между ножевым барабаном и ножами планки можно ре¬ гулировать при помощи подъемного механизма 8. Проваренное тряпье загружают в ванну ролла, наполовину на¬ полненную водой. Ножи барабана, вращающегося со скоростью 125—200 оборотов в минуту, захватывают загруженный в ролл / г ДТТП TMHljl в : ι U ■’ □ —' δ' Рис. 9. Полумассный ролл.
.10 Полиграфические материалы материал и перебрасывают его через горку, откуда, вследствие сильного уклона дна, он самотеком идет по каналу и снова пода¬ ется к ножевому барабану. В начальной стадии работы расстоя¬ ние между ножами барабана и планки устанавливают около 1 сму поэтому никакого размалывания тряпья не происходит, а выпол¬ няется только его промывка водой с помощью промывного бара¬ бана (рис. 10), который установлен в узкой части канала и имеет сетчатые стенки. Внутри промывного бара¬ бана находятся изогну¬ тые черпаки, предназна¬ ченные для удаления из ролла грязной воды в сливную трубу при вра¬ щении барабана. При промывке происходит не¬ прерывная подача в ролл чистой воды. После того как промывка тряпья за¬ кончена, приступают к размолу тряпья на полу¬ массу, для чего поднимают промывной барабан, прекращают подачу чистой воды в ванну, а ножевой барабан приближают к ножам планки. При размоле тряпья на полумассу расстояние между ножами барабана и планки устанавливают с таким расчетом, чтобы про¬ исходило не размалывание (измельчение) тряпья, а только разделение его на отдельные нити, а нити — на пучки волокон. Размол ведут до тех пор, пока полумасса не станет однородной. Превращение нитей и пучков волокон в волокнистую массу: раз¬ деление на отдельные волокна, их укорачивание и частичное разделение на фибриллы— осуществляется при массном размоле (см. § 9). По внешнему виду тряпичная полумасса в воздушносухом со¬ стоянии напоминает техническую вату серого или желтовато-се¬ рого цвета. Ее отбеливают 5%-ным водным раствором белильной извести в отбельных роллах, по своей конструкции напоминаю¬ щих полумассные. Химизм процесса отбелки белильной (хлор¬ ной) известью волокнистого материала был рассмотрен ранее (см. § 5, стр 24). Отбеленную полумассу выгружают из отбельного ролла в специальный резервуар — сцежу, где и происходит удаление не¬ которой части воды через ложное дно сцежи до содержания 15— 20% волокна в пересчете на абсолютно сухое. В таком виде тря¬ пичная полумасса направляется для дальнейшего использования в бумагоделательном производстве. Если тряпичная полумасса Рис. Ю. Устройство барабана для промыв¬ ки тряпья в полумассном ролле.
Раздел первый. Бумага и картон 31 рассчитана на продолжительное хранение или подлежит транс* портировке на другое предприятие, то содержание в ней влаги доводят до 10—12% сперва прессованием, а затем высушиванием в камерной сушилке. § 7. ДРЕВЕСНАЯ МАССА Древесной массой называют волокнистый материал в виде древесных волокон, пучков волокон и частей их, получаемый истиранием древесины зернистой поверхностью цилиндрического камня древотерочной машины (дефибрера) в присутствии во¬ ды. Для производства древесной массы стволы деревьев тщательно очищают от коры, распиливают на балансы, т. е. на поленья метровой длины, и истирают их на дефибрере, или, как говорят, дефибрируют. В зависимости от применяемой породы дерева и способа его пере¬ работки различают несколько видов древесной массы: белая, беленая, бурая и химическая. Белая древесная масса получает¬ ся дефибрированием балансов из ели, реже из пихты, осины и тополя, не подвергнутых какой-либо терми¬ ческой или химической обработке. Дефибрер (рис. 11) имеет ци¬ линдрический прочный камень, на¬ саженный на горизонтальной вра¬ щающейся оси. Поверхность камня шероховатая — имеет «насечку». Над камнем расположена шахта для загрузки балансов, которые подво¬ дятся и прижимаются к поверхности камня четырьмя мощными медленно двигающимися цепями. Во время работы дефибрера камень обильно смачивается водой, она охлаждает камень, сма¬ чивает балансы и смывает с поверхности камня истертую массу. Кроме рассмотренного нами цепного дефибрера непрерывного действия, существуют дефибреры других конструкций, например прессовые гидравлические дефибреры периодического и непре¬ рывного действия, кольцевые дефибреры и др. Древесная масса, вышедшая из дефибрера, неоднородна. В ней, наряду с тонкими волокнами, всегда имеется некоторое количество недостаточно разделенных крупных пучков волокон, щепы и сучков, которые должны быть удалены. Поэтому вышед¬ шую из дефибрера массу разжижают водой и пропускают через Рис. 11. Схема устройства де¬ фибрера.
Полиграфические материалы 32 щеполовку, т. с. через приспособление вроде сита с диаметром отверстия () 8 мм, для улавливания щепок. Мелкую массу, про¬ шедшую через дырчатое дно щеполовки, дополнительно разжижа¬ ют водой и направляют для окончательного (тонкого) сортиро¬ вания на сортировку. Отсортированная тонкая масса выходит из сортировки с со¬ держанием всего 0,2—0,3% сухого волокна, что неудобно для ее дальнейшей обработки и транспортировки. Поэтому древесную массу обезвоживают на машине — сгустителе — до содержания 2—6% сухого волокна. Древесная масса, как это можно установить под микроско¬ пом (рис. 12), состоит из отдельных воло¬ кон, частично разрезанных и раздавлен¬ ных, а также из небольших пучков воло¬ кон одновременно с бесформенной ме¬ лочью, так называемой «древесной му¬ кой». Такой разнородный состав древес¬ ной массы объясняется следующим: как известно, в древесине отдельные волокна прочно соединены, «сцементированы», ли¬ гнином и другими инкрустирующими ве¬ ществами; поэтому при механическом ис¬ тирании древесины невозможно получить однородные неразрушенные волокна, как это имеет, например, место при изготовлении целлюлозы. Химический состав древесной массы тот же, что и у исходной древесины. Древесная масса содержит значительное количество лигнина, волокна ее коротки, жестки и хрупки, поэтому белую древесную массу применяют для изготовления газетной бумаги и для массовых видов печатной бумаги в смеси с сульфитной целлюлозой. Белая древесная масса имеет желтоватый цвет, ха¬ рактерный для древесины, из которой она получается. Беленая древесная масса получается путем отбелки белой дре¬ весной массы бисульфитом кальция Ca(HS03)2, гидросуль¬ фитом цинка ZnS204, перекисью водорода Н202 и другими хи¬ мическими отбеливающими средствами. Этим способом удается повысить белизну древесной массы до уровня, близкого к беле¬ ной целлюлозе. Включение беленой древесной массы в состав чисто целлю¬ лозной бумаги значительно улучшает ее просвет, впитывающую способность, пластичность и внешний вид. Присущее древесной массе свойство непрозрачности позволяет уменьшить вес 1 ж2, а следовательно, и толщину бумаги, предназначенной для двусто¬ ронней печати. Применение целлюлозы повышенной механической прочности позволяет увеличить содержание беленой древесной массы в бу¬ Рис. 12. Волокна древес¬ ной массы под микроско¬ пом.
Раздел первый. Бумага и картон 33 маге, не ухудшая ее прочности. Но беленая древесная масса не¬ пригодна для производства бумаги, которая должна быть осо¬ бенно долговечна и иметь высокие показатели механической проч¬ ности. Бурая древесная масса получается истиранием (дефибриро¬ ванием) предварительно хорошо пропаренных балансов из ели, пихты, сосны, осины, тополя, березы и др. Обработка древесины в котлах паром давлением 2,5—6 ат при температуре 140—160° в продолжение 6—24 часов приводит к изменению физических и химических свойств древесины: частично гидролизуются геми¬ целлюлозы, растворяются смолы и жиры, древесина становится мягкой и сравнительно легко поддается истиранию, в результате чего образуется длинноволокнистая древесная масса. Под дей¬ ствием пара и высокой температуры происходит размягчение и частичное растворение смолистых и инкрустирующих веществ, находящихся в древесине, и они окрашивают полученную массу в бурый цвет, практически не поддающийся отбелке. Поэтому бурая древесная масса применяется только для изготовления прочной оберточной бумаги и переплетного картона. Во время пропаривания из смолистых веществ древесины образуется ес¬ тественный клей, поэтому картон и бумага из бурой древесной массы имеют довольно хорошую естественную проклейку и срав¬ нительно малую водопроницаемость. Химическая древесная масса получается дефибрированием балансов из березы, бука и осины, предварительно подвергнутых химической обработке раствором моносульфита натрия Na2S03 и бикарбоната натрия NaHC03 в течение 4—4,5 часа при темпера¬ туре около 150° и под давлением 9—10 ат. Волокна химической массы длинные, тонкие и эластичные, резко отличающиеся от волокон древесины, полученных на де¬ фибрере без пропитки, и от белой древесной массы из ели. Хими¬ ческая древесная масса — ценный полуфабрикат бумагоделатель¬ ного производства. Например, применение химической древесной массы позволяет улучшить качество газетной бумаги при одно¬ временном снижении содержания в ней сульфитной еловой целлю¬ лозы до 10%. § 8. СОЛОМЕННАЯ МАССА, ТРОСТНИКОВАЯ МАССА И МАКУЛАТУРА Соломенная масса получается в результате термохимической обработки соломы ржи и пшеницы. Солому измельчают на со¬ ломорезке и очищают от примесей, так же как и при производ¬ стве соломенной целлюлозы. Соломенную сечку подают в ва¬ рочный котел и проваривают в водном растворе гашеной извести для размягчения волокон и частичного удаления из них инкрус¬ тирующих веществ и кремнекислых солей.
34 Полиграфические материалы Чтобы разделить проваренную солому на волокна, ее обра¬ батывают на бегунах. Бегуны (рис. 13) состоят из гранитной или металлической плоской чаши 2, по дну которой прокатыва¬ ются два массивных каменных катка 1. Камни укреплены на оси с таким расчетом, что при движении один катится по центральной части чаши, а другой — ближе к краям. Бегуны приводятся в движе¬ ние приводным валом 3. Вместе с гранитными кам¬ нями вращаются гребки 4, отбрасывающие перераба¬ тываемый материал под вращающиеся камни. В дни¬ ще чаши имеется выгрузоч¬ ное отверстие 5, которое во время работы бегунов быва¬ ет закрыто. Соломенная масса неод¬ нородна по составу, она со¬ держит волокна разной дли¬ ны и пучки волокон, скреп¬ ленных лигнином и другими инкрустирующими вещест¬ вами. Наличие лигнина и кремнекислых солей, а так¬ же пониженное содержание гемицеллюлоз (пентазанов) делают волокна соломенной массы жесткими и хрупки¬ ми. Поэтому соломенную массу применяют только для изготовления оберточной бумаги и упаковочного желтого картона. Тростниковая масса получается переработкой тростника, про¬ израстающего на заболоченных берегах рек Узбекской ССР, на Украине и в других местах СССР. Тростник имеет полый стебель высотой 2—3 м и диаметром 0,5—1,5 см. Клетки (волокна) тро¬ стника по строению и размерам близки к клеткам соломы. Трост¬ ник пригоден для производства переплетных и коробочных кар¬ тонов и оберточной бумаги. Для этих целей тростник измельчается, обрабатывается рас¬ твором гашеной извести или едкой щелочи (мацерация), про¬ мывается в сцежах и измельчается на бегунах или в роллах. Другое применение тростника — это изготовление вполне пол¬ ноценной целлюлозы по щелочному способу.
Раздел первый. Бумага и картон 35 Отходы бумаги (макулатура и бумажный брак). Макулату¬ ра, т. е. старые ненужные книги, журналы, газеты, исписанные тетради и проч., для бумажной промышленности является вто¬ ричным сырьем, использование которого в некоторых зарубеж¬ ных странах достигает до 35% и более от общего потребления бумажной и картонной продукции. Макулатура из бумаги высших марок, не содержащей дре¬ весной массы, разваривается со щелочами для частичного удале¬ ния типографской краски, а затем перерабатывается в смеси с другими волокнистыми полуфабрикатами в полноценные виды печатной бумаги. Макулатуру из бумаги, в которой имеется дре¬ весная масса, подвергать варке со щелочами нельзя, так как от этого древесная масса темнеет. Ее перерабатывают на бегунах, где смоченная водой макулатура раздирается на отдельные воло¬ конца, поступающие затем в окончательную разработку в мас¬ сный ролл. Переработанная таким образом макулатура приме¬ няется для изготовления оберточной бумаги и картона. На бумажных фабриках имеется так называемый оборотный бумажный брак: срывы с бумажных машин, отходы бумаги от резки, сортировки и т. п. Чистые бумажные обрезки и оборотный бумажный брак после измельчения на бегунах обычно идут для производства того же вида бумаги, при производстве которого они образовались. ПРОИЗВОДСТВО БУМАЖНОЙ МАССЫ Волокнистые полуфабрикаты превращают в бумажную массу, из которой посредством бумагоделательной машины изготов¬ ляют бумагу. Для этого волокнистые полуфабрикаты подвергают массному размолу, смешивают в определенном процентном соот¬ ношении, прибавляют наполнители, клеящие вещества и под¬ крашивают органическими красителями. Совокупность волокни¬ стых материалов, составляющих бумагу, называется композицией бумаги. Например, композиция печатной бумаги № 2 состоит из 50%( беленой сульфитной целлюлозы и 50% белой древесной массы. Смешение волокнистых полуфабрикатов в определенной пропорции называется составлением композиции. § 9. МАССНЫЙ РАЗМОЛ Массный размол имеет очень важное значение в процессе изготовления бумаги. В результате массного размола из очень небольшого числа волокнистых полуфабрикатов изготовляют массу для многочисленных видов бумаги с самыми различными техническими свойствами. Например, из тряпичной хлопковой
Полиграфические материалы Э6 полумассы можно, применяя тот или иной характер размола, из¬ готовить прочную плотную документную бумагу или фильтро¬ вальную бумагу. Большинство растительных целлюлозосодержащих волокон, выделенных тем или иным способом из древесины, тряпья, со¬ ломы и т. д., не представляет собой продукта, готового для не¬ медленной отливки бумаги. Эти волокнистые полуфабрикаты еще нужно подвергнуть процессу массного размола. Массный размол имеет сво¬ ей целью: во-первых, измель¬ чить, укоротить растительные волокна и, во-вторых, что осо¬ бенно важно, расщепить во¬ локна на мельчайшие волокон¬ ца, называемые фибриллами. Эти фибриллы не отделяются совершенно от обрабатываемо¬ го исходного сырья, а пред¬ ставляют собой как бы его за¬ усеницы (рис. 14). Массный размол потому и осуществим, что стенки растительных воло- Схема .процесса массного кон (растительные клетки) не размола? монолитны, а состоят из боль- фибрилл, прочно Рис. 14. cl волокно целлюлозы до рззмол з; б ΤΙΙΟΓΟ ЧИСЛЯ первая стадия размола — измельчение во- υ ^пиш локна целлюлозы; в — вторая стадия раз- СОеДИНеННЫХ ДРУГ С ДРУГОМ ΒΟ- мола — фибриллирование, или разработка, волокна целлюлозы. ДОрОДНЫМИ СВЯЗЯМИ И СИЛИМИ трения. Массный размол растительных волокон производят с большим количеством воды (в водной сре¬ де) в массном ролле между ножами барабана и планки. Кон¬ струкция массного ролла такая же, как и у рассмотренного ранее полумассного ролла, с той лишь разницей, что в массном ролле отсутствует промывной барабан. В зависимости от степени сближения ножей получают различ¬ ный по характеру размол волокна. При сильном сближении но¬ жей происходит укорачивание, разрезание волокон (рис. 15, а), в результате чего получают тощий помол волокна. При наличии некоторого зазора между ножами барабана и планки происхо¬ дит раздавливание волокон и их расщепление на фибриллы, что приводит к получению жирного помола (рис. 15, б). В зависимости от длины волокна различают помолы: длин¬ ный, средний и короткий, а в зависимости от степени разработки (фибриллирования) — очень жирный, жирный и тощий. На рис. 16 показан жирный длинный помол, а на рис. 17 — тощий короткий:
Раздел первый. Бумага и картон 37 Измельчение, укорачивание волокна способствует получению однородного, с равномерным просветом листа бумаги ограничен¬ ной прочности и с большой впитывающей способностью. Расщеп¬ ление волокон на фибриллы содействует лучшему сцеплению во¬ локон между собой при формировании бумаги и повышению прочности листа бумаги с одновременным уменьшением впиты¬ вающей способности. Тощий помол дает на сетке бумагоделательной машины пух¬ лый слой бумаги, легко отдающий воду. При очень жирном по¬ моле вследствие наличия фиб¬ рилл и слизи получается плот¬ ный, гладкий, с соединенными волокнами, прочный лист бумаги. Долгое время массный ролл был единственным механизмом для размола волокнистых мате¬ риалов. Теперь все большее при¬ менение для размалывания бу¬ мажного волокна получают кони¬ ческие мельницы, которые позво¬ ляют осуществить высокопроиз¬ водительный непрерывный про¬ цесс изготовления бумажной массы при одновременном улуч¬ шении качества бумаги. Коничес¬ кая мельница (рис. 18) состоит из полого чугунного конического барабана — ротора (конуса) 5 с размольными ножами 4 на поверхности и окружающего его чугунного корпуса-статора 6, на внутренней поверхности кото¬ рого имеются также размольные ножи 7. Ротор (конус) прочно укреплен на горизонтальном валу 2, вращающемся на подшип¬ никах 1 посредством редуктора 9. Таким образом, статор выпол¬ няет роль планки по отношению к ножам конусного раз¬ малывающего барабана. Масса с концентрацией волокна в 3—4% поступает через патрубок 8 в узкой части мельницы. Под действием разности напора и создавае¬ мой внутри мельницы центробежной силы, большей по величине в широкой части конуса, размалываемая масса прохо¬ дит между ножами ротора и корпуса и удаляется из мельницы после её размола через патрубок 3 в широкой части мельницы. Каолиновую суспензию можно вводить не в подготовительный бассейн, а непрерывно посредством насоса в бумажную массу перед ее подачей в бассейны подготовительного отдела бумаго¬ делательной машины. Массному размолу в роллах и в конических мельницах под¬ вергают древесную целлюлозу и тряпичную полумассу. Рис. 15. Схема действия ножей при массном размоле.
38 Полиграфические материалы Лиственная целлюлоза имеет очень небольшую длину волок- па и поэтому ,массному размолу не подвергается. При отливке бумаги ее волокна являются как бы своеобразным «наполните¬ лем», заполняющим пространства между другими волокнами, Рис. 16. Волокна жирного помола Рис. 17. Волокна тощего помола под микроскопом при сильном уве- под микроскопом при сильном уве¬ личении. личении. например волокнами хвойной целлюлозы. Поэтому лиственную целлюлозу используют для производства бумаги в смеси с дру¬ гими, более длинными и прочными волокнами. Рис. 18. Схема устройства конической мельницы. Волокна соломенной целлюлозы только расщепляются (раз¬ малываются, фибриллируются), но не укорачиваются, так как они и без того очень коротки Древесную массу размолу в массных роллах и в конических мельницах не подвергают, и она после сортировки идет для изго¬ товления бумаги в смеси с некоторым количеством хорошо раз¬ молотой древесной целлюлозы. Процесс массного размола придает бумажной массе способ-
Раздел первый. Бумага и картон 39 на¬ но- У V -он 'о- л/ < V V Ho¬ rn -о -он т- но- Οί S*. /ν * / ность формироваться на сетке бумагоделательной машины в ви¬ де однородного влажного волокнистого слоя, который после высушивания превращается в однородный достаточно прочный слой бумаги. Прочность листа бумаги зависит: а) прежде всего от молеку¬ лярного взаимодействия гидроксильных групп, имеющихся на поверхности соприкасающихся друг с другом целлюлозных воло¬ кон, и образования между ними водородных связей, б) от нор¬ мальных сил молекулярного при¬ тяжения Ван-дер-Ваальса и, на¬ конец, в) от сил трения, возника¬ ющих между фибриллированны- ми волокнами. Достаточно полное и совер¬ шенное фибриллирование позво¬ ляет значительно увеличить, раз¬ вить поверхность растительного целлюлозного волокна и открыть тем самым все новые и новые ре¬ акционноспособные гидроксиль¬ ные группы, сделать их способны¬ ми для образования водородной * -он * / "0- ж ./ * А / Ό- а) 6) /* ■ОН чи Рис. 19. Строение целлюлозы: а—параллельные молекулярные цепи целлю- СВЯЗИ между близко расположен- лозы> соединенные между собой водородными связями (водородные связи показаны пунктн- НЫМИ растительными волокнами ром); б-молекулярные цепи целлюлозы в ув- И ИХ фибриллами В Процессе фор- лажненном состоянии разъединены молекула- мирования листа бумаги на бу¬ магоделательной машине. При фибриллировании целлюлозного волокна в водной среде имеющиеся на его поверхности реакционноспособные гидро¬ ксильные группы связывают некоторое количество воды; при высушивании слоя бумаги эта вода выделяется, и гидроксильные группы стремятся связаться с гидроксильными группами сосед¬ него волокна; так образуются водородные связи в виде непре* рывной сетки (рис. 19). При действии воды волокна целлюлозы легко гидратируются, водородная связь между ними ослабляется. По этой причине прочность бумаги при сильном увлажнении резко понижается, в то время как при намокании бумаги в органических растворите¬ лях, например в бензоле, понижения прочности бумаги не наблю¬ дается, так как бензол не разрушает водородной связи между волокнами бумаги. Для улучшения свойств бумаги в состав бумажной массы вводят наполнители, проклейку и подцветку и только после этого производят отливку бумаги.
Полиграфические материалы 40 § 10. НАПОЛНЕНИЕ БУМАЖНОЙ МАССЫ I IcUiojiпение бумаги заключается в введении в композицию бумаги мелкораздробленных минеральных веществ, заполняю¬ щих пространство между волокнами бумаги. В качестве напол¬ нителя печатной бумаги применяют, как правило, каолин — белую глину, химический состав которой определяется формулой А1203 · Si02 · 2Н20. Частички каолина имеют форму узких длин¬ ных чешуек размером 2—4 микрона. Гипс CaS04, сернокислый барий — бланфикс BaS04, двуокись титана ТЮ2 и тому подобные вещества могут быть также исполь¬ зованы в качестве наполнителей, но их применяют редко и только при изготовлении специальных видов бумаги. Наполнитель в виде водной суспензии вводится в состав бу¬ мажной массы после окончания ее размола, перед введением проклейки. Наполнитель делает бумагу более ровной, гладкой, хорошо воспринимающей отделку; повышает непрозрачность бумаги, делает ее более тяжелой. Печатные свойства бумаги улучшают¬ ся. Бумага в результате введения в ее состав наполнителя ста¬ новится более пластичной. Очень важно влияние наполнителя на впитывающую способность бумаги. Наполнитель заполняет поры бумаги и вместе с тем резко увеличивает число капилляров, хорошо доступных для проникновения в них краски. У ненапол- ненной бумаги размер пор примерно равен диаметру целлюлоз¬ ного волокна, т. е. 25 микронам. В случае введения в бумагу на¬ полнителя— каолина — образуются многочисленные поры меж¬ ду частичками наполнителей, диаметр которых не превышает 1—2 микронов. Следовательно, хорошо наполненная бумага имеет множество очень мелких пор, и поэтому сила капиллярного всасывания краски, или сила капиллярной пропитки, у хорошо наполненной бумаги гораздо сильнее, чем у ненаполненной или слабо наполненной бумаги. Каолин повышает белизну бумаги, изготовленной из небеленой целлюлозы и из древесной массы. Но каолин препятствует образованию водородной связи между волокнами целлюлозосодержаЛцих волокон и тем самым заметно понижает механическую прочность бумаги, не говоря уже о по¬ вышенной пылимости высоконаполненных видов бумаги. По этой причине ограничивают количество наполнителя в бумаге, при¬ держиваясь необходимого минимума. В различных видах печат¬ ной бумаги содержание каолина составляет 10—18%, однако оно может быть и большим (25—30%), если нужно повысить непрозрачность тонкой бумаги, повысить гладкость и впитываю¬ щую способность (капиллярность) бумаги для быстрозакреп- ляющихся красок или сэкономить целлюлозное волокно.
Раздел первый. Бумага и картон 41 § 11. ПРОКЛЕЙКА БУМАЖНОЙ МАССЫ Печатная бумага (кроме газетной), все писчие и многие дру¬ гие виды бумаги проклеиваются главным образом в целях умень¬ шения их гигроскопичности. Введение проклейки связано с из¬ менением и других свойств бумаги: в одном случае несколько повышается механическая прочность бумаги и уменьшается ее деформация при увлажнении; иногда, в результате введения проклейки, механическая прочность несколько понижается; в ря¬ де случаев изменяется молекулярная природа бумаги, т. е. бума¬ га становится гидрофобной, отталкивающей воду; в других слу¬ чаях молекулярная природа бумаги остается почти без измене¬ ния или, наоборот, становится еще фолее гидрофильной. Непроклеенная писчая бумага непригодна для письма черни¬ лами, а печатание офсетным способом на недостаточно проклеен¬ ной бумаге крайне затруднительно. Кроме того, определенная степень проклейки способствует удержанию наполнителей в бу¬ маге при ее изготовлении, а также предохраняет бумагу от пор¬ чи при хранении во влажных условиях. Из числа многочисленных клеящих веществ практическое зна¬ чение для проклейки бумаги имеют: канифоль, парафин, крах¬ мал, меламино-альдегидная смола, кремнийорганические поли¬ меры и др. Проклейку писчей и печатной бумаги производят, как пра¬ вило, канифольным клеем, который вводят в состав бумажной массы. Иногда для этой цели применяют канифольно-парафино¬ вую проклейку; применение парафина вызвано желанием сэко¬ номить некоторое количество канифоли. Офсетная и литограф¬ ская бумага, кроме канифольной проклейки, дополнительно про¬ клеивается крахмалом. Лучшие виды офсетной бумаги проклеиваются меламино-альдегидной смолой. Проклейка кремнийорганическими полимерами производится при выработке специальных видов бумаги (в том числе и печатной офсетной), отличающихся совершенной и полной гидрофобностью. Бумага, проклеенная меламино-альдегидной смолой, становится настоль¬ ко водоустойчивой, что не теряет своей прочности при намокании, а в мешках из бумаги, проклеенной кремнийорганическими по¬ лимерами, можно носить воду. Раньше бумагу проклеивали с поверхности желатином или крахмалом, теперь такая проклейка почти не применяется, она сохранена только в производстве чертежно-рисовальных и неко¬ торых других видов бумаги. Канифольная проклейка. Канифоль не растворяется в воде и не смачивается ею. Для того чтобы перевести канифоль в мелко¬ раздробленное, взвешенное в воде состояние, т. е. в так называе¬ мый канифольный клей, ее расплавляют, нагревая вместе с во¬
42 Полиграфические материал#. дой до температуры выше 70°, Энергично перемешивают и ча¬ стично омыляют содой Na2C03 или едким натром NaOH, с ко¬ торой она образует натровую соль абиетиновой кислоты CioH^COONa (резинат). Эта растворимая в воде натровая соль абиетиновой кислоты (канифольное мыло — резинат), являясь поверхностно-активным веществом, способствует равномерному распределению в воде мельчайших частичек канифоли в виде тонкой устойчивой взве¬ си (суспензии). Проклейку бумажной массы производят в роллах или в мас¬ сных бассейнах (см. ниже), куда вводят канифольный клей в ко¬ личестве, например, 3—4% от веса воздушносухого волокна. Ча¬ стички канифоли и канифольное мыло осаждают на поверхности волокна, приливая раствор сернокислого глинозема A12(S04)3* • 18Н20, который переводит канифольное мыло в нерастворимое состояние, нарушая тем самым устойчивость канифольной сус¬ пензии. Растительные волокна, благодаря высокоразвитой поверхно¬ сти, образовавшейся в результате размола, хорошо адсорбируют частички канифоли, выделяющиеся из суспензии. Кроме того, коагулятор (сернокислый глинозем), нейтрализуя отрицательный электрический заряд, имеющийся у частичек смолы, тем самым способствует ее осаждению на поверхности растительного волок¬ на которое также заряжено отрицательно. Процесс канифольной проклейки заканчивается на сушиль¬ ных цилиндрах бумагоделательной машины, когда частички ка¬ нифоли (свободной смолы) и резината плавятся и равномерно распределяются в вцде мельчайших частичек, прочно прилип¬ ших к поверхности растительного волокна, не закрывая поры и капилляры бумаги. Проклейка — один из наиболее сложных и важных коллоид¬ но-химических процессов бумагоделательного производства. Л. П. Жеребов 1 первым из ученых дал правильное научное объ¬ яснение сущности канифольной проклейки бумаги, указав, что проклейка не может закрывать поры бумаги и что главная роль при проклеивании бумаги принадлежит свободной смоле, хотя в этом процессе имеет значение и наличие смолянокислого гли¬ нозема. Дальнейшее развитие теория канифольной проклейки бумаги в нашей стране получила в работах Я. Г. Хинчина, С. С. Воюцкого и др. Канифольная проклейка придает бумаге водонепроницае¬ мость, т. е. препятствует проникновению в нее влаги, но совер¬ шенно не уменьшает способность бумаги впитывать масляные 1 Л. П. Жеребов. Теория и практика проклейки бумаги. Изд. К. А. Казначеева, М., 1900.
Раздел первый. Бумага и картон 43 печатные краски; наличие в составе бумаги смолы в мелкораз¬ дробленном состоянии может только облегчить проникновение в бумагу масляных красок, так как смола (канифоль) хорошо смачивается маслом. Способность бумаги впитывать масляные печатные краски, как мы увидим дальше, зависит вовсе не от степени проклейки, а от ее пористости и капиллярности. Сильно уплотненные и малонаполненные виды бумаги плохо впитывают печатные краски по сравнению с менее уплотненными и хорошо наполненными, так как у последней, во-первых, сохранены, не сдавлены, капилляры, имеющиеся внутри растительных волокон и, во-вторых, появилось множество новых мелких капилляров между частичками наполнителя, хорошо доступных для прони¬ кновения жидкостей. Канифольно-парафиновая проклейка, как уже говорилось, производится главным образом с целью экономии некоторого количества канифоли. В других отношениях эта проклейка не имеет преимуществ перед проклейкой канифолью,— наоборот, при канифольно-парафиновой проклейке несколько снижается прочность бумаги. Крахмальная проклейка. Офсетная, литографская, чертежная, рисовальная и некоторые другие виды бумаги проклеиваются крахмалом. Крахмальный клейстер 2—4%-ной концентрации до¬ бавляется к бумажной массе до введения канифольного клея, наполнителя и глинозема в количестве от 1 до 12%- крахмала к весу волокна. Удержание крахмального клейстера в бумаге не превышает 40.%·. Крахмальная проклейка делает бумагу звонкой, жесткой, с более прочной и более гладкой (сомкнутой) поверхностью, уст¬ раняет пыление и возможность выщипывания печатной краской мелких волоконец бумаги и наполнителя, повышает сопротивле¬ ние бумаги истиранию, повышает механические свойства бумаги, увеличивает лоск при каландрировании, а также увеличивает удержание наполнителей. Таким образом, крахмальная проклей¬ ка значительно улучшает качество офсетной и литографской бумаги, она преграждает в какой-то степени доступ влаги в наи¬ более мелкие поры, капилляры бумаги вследствие обволакива¬ ния волокнистого материала тончайшей пленкой крахмала, ана¬ логично аппретированной ткани. Меламино-альдегидная проклейка производится введением водорастворимой меламино-альдегидной смолы в состав бумаж¬ ной массы, находящейся в роллах, в зависимости от вида бумаги в количестве от 2 до 6% к весу абсолютно сухого волокна. Вслед¬ ствие разности знаков электрических зарядов частиц смолы (по¬ ложительный) и волокон бумаги (отрицательный) происходит абсорбция частиц смолы волокнами без применения каких-либо вспомогательных химических веществ.
Полиграфические материалы 44 Меламино-альдегидная смола придает бумаге хорошую вла- гоустойчивость, повышает механическую прочность, бумага не теряет механической прочности при увлажнении; офсетная бума¬ га, проклеенная меламино-альдегвдной смолой практически не имеет деформации при увлажнении. У бумаги с меламино-альде¬ гидной проклейкой сопротивление излому и разрыву возрастает на 10—20%, резко увеличивается сопротивление истиранию, уменьшается пылимость, лучше удерживается каолин, значитель¬ но увеличивается растяжимость бумаги во влажном состоянии и полностью устраняется образование пузырей при погружении бумаги в щелочные растворы (фотоподложка); влагопрочность бумаги повышается в спирте, бензине, керосине и минеральном масле, в отдельных случаях ιβ воде она достигает 50—60%; при длительном воздействии влаги влагопрочность бумаги остается неизменной; значительно уменьшается деформация бумаги (при увлажнении и остаточная), резко улучшаются печатные свойства. Проклейка бумаги кремнийорганическими полимерами. Крем- нийорганические полимеры, например этилгидросилоксановый полимер, элементарным звеном которого является С2Н5 Н применяются в бумажной промышленности в виде эмульсии для придания бумаге и картону высшей степени гидрофобноегги и влагопрочное™ и для предотвращения их высокой деформации; применение кремнийорганических полимеров для проклейки бу¬ маги ведет к некоторому снижению ее прочности. Технологическая схема производства бумаги и картона с при¬ менением эмульсии кремнийорганических полимеров остается примерно такой же, как и при проклейке бумаги канифольным клеем К В заключение следует подчеркнуть, что способность бумаги впитывать влагу зависит не только от характера и степени ее проклейки (исключение составляет только бумага, проклеенная кремнийорганическими полимерами, которые придают полную водоустойчивость бумаге вне зависимости от других факторов, т. е. от размола, каландрирования и пр.), но и от структуры бу¬ маги, от характера размола бумажной массы, природы целлю¬ лозосодержащих волокон, характера наполнения и особенно от характера отделки — уплотнения, т. е. от пористости, объемного веса и капиллярности бумаги. 1 С. А. Пузырев, С. Н. Толстая. Применение кремнийорганических соединений в производстве бумаги и картона. Журн. «Бумажная промыш¬ ленность», 1958, № 9, стр. 8.
Раздел первый. Бумага и картон 45 § 12. ПОДЦВЕТКА И ОКРАСКА БУМАГИ Волокнистые материалы, применяемые для изготовления бу¬ маги (даже отбеленные), имеют свойственный им желтоватый или сероватый оттенок. Для того чтобы повысить белизну бума¬ ги, бумажную массу подкрашивают различными красящими ве¬ ществами, большей частью синтетическими. Подкраску бумажной массы производят в роллах или бассейнах с массой, куда вводят растворы искусственных органических красителей или суспензии пигментов. Обычно для подцветки бумаги применяют органиче¬ ские красители группы основных, хорошо воспринимающиеся растительными волокнами; могут также применяться кислотные и прямые (субстантивные) красители. Окраску цветной бумаги, афишной, обложечной, печатной, писчей и другой производят таким же образом, но с увеличенным содержанием красящих веществ в соответствии с желаемым цве¬ том бумаги. Однако, пользуясь основными, прямыми и кислотными орга¬ ническими красителями, удается получить очень яркие, но чрез¬ вычайно несветопрочные окраски, выцветающие нацело при непродолжительном солнечном освещении. Поэтому за последнее время стали пользоваться для подцветки и окраски бумаги све¬ топрочными органическими пигментами в чрезвычайно раз¬ дробленном состоянии в виде водных паст или сухих порошков в смеси с поверхностно-активными веществами, которые не толь¬ ко улучшают смачивание поверхности частичек пигмента водой, но и придают им способность почти мгновенно распределяться в воде в виде тончайшей устойчивой взвеси. Такие органические пигменты, специально предназначенные для окраски и подцвет¬ ки бумаги, называются пигмозолями. Наиболее передовые методы придания бумаге высокой степе¬ ни белизны основаны на применении органических люминофоров, т. е. синтетических ароматических веществ, способных светиться под действием ультрафиолетовых лучей. Такие люминофоры, на¬ пример бланкофор Р, вводятся в ничтожных количествах в со¬ став бумажной массы и осаждается (адсорбируется) на поверх¬ ности целлюлозных волокон. <3- NH-CO-HN H08S бланкофор Р =сн- 3 >■ -NH-CO-HN —, / ч S08H
40 Полиграфические материалы Люминофоры типа бланкофора Р под действием ультрафио¬ летовых лучей, всегда имеющихся в лучах видимого дневного света или искусственного электрического, светятся сине-фиолето¬ вым светом, который в сочетании с желтоватым цветом волокна создает впечатление чисто белого цвета. Такой способ отбелива¬ ния печатной бумаги называется физическим способом отбели¬ вания. В настоящее время известны органические люминофоры све¬ тящиеся, например, желтым, зеленым и другими цветами. Одним из наиболее ярких цветных люминофоров являются меламино-альдегидные смолы, окрашенные основными красите¬ лями, например родамином Ж или родамином С. С их применени¬ ем удается получить необычайно яркие цветные виды бумаги. ОТЛИВКА И ОТДЕЛКА БУМАГИ § 13. ОТЛИВКА БУМАГИ Отливка бумаги производится посредством бумагоделатель¬ ных машин, представляющих собой сложный конвейер, действую¬ щий непрерывно и автоматически. Обычно ширина бумажной ленты на такой машине не превышает 6,8 м, а скорость — 600 м в минуту. Это значит, что за один час работы бумагоделательной машины, можно, например, выработать около 3 млн. м2 или 160 т газетной бумаги. Имеются бумагоделательные машины, работающие со скоростью до 1200 м в минуту. Машины с шири¬ ной сетки более 10 м становятся нерентабельными в эксплуа¬ тации. Бумагоделательная машина (рис. 20) состоит из следующих основных частей: а) подготовительной, не показанной на рисун¬ ке, б) сеточной, в) прессовой, г) сушильной и д) отделочной. Подготовительная часть бумагоделательной машины, хотя и не является элементом конвейера, но составляет неотъемлемое звено в непрерывном процессе выработки бумаги из готовой бу¬ мажной массы; без исправно действующей подготовительной части становится невозможной работа собственно бумагодела¬ тельной машины. Назначение подготовительной части бумагоделательной ма¬ шины состоит в создании достаточно большого запаса однород¬ ной бумажной массы стандартной композиции и вполне опреде¬ ленной концентрации волокнистых и неволокнистых материалов; эта бумажная масса должна быть тщательно очищена от песка, узелков и т. п. загрязнений, ухудшающих качество бумаги. В со¬ ответствии с этим подготовительная часть бумагоделательной машины состоит из метальных бассейнов большой емкости, регуляторов концентрации бумажной массы, а в некоторых слу-
48 Полиграфические материалы чаях и регуляторов композиции, машинных бассейнов, приспо¬ соблений и устройств для разбавления массы, устройства для очистки массы от песка и т. п. загрязнений. Бумажная масса, после того как она очищена от песка, тяже¬ лых частиц, узелков, комочков, поступает в напорный ящик высо¬ кого давления (в машинах старой конструкции — в напускной ящик, не создающий большого напора массы). Из напорного ящика, снабженного устройствами для равномерного распределе¬ ния волокна и равномерной подачи, бумажная масса с концент¬ рацией волокна 0,3—1% равномерным широким потоком подает¬ ся на сеточную часть бумагоделательной машины. Сеточная часть, или сеточный стол, бумагоделательной маши¬ ны представляет собой бронзовую сетку, натянутую в виде бес¬ конечной ленты в начале стола на грудной вал и в конце сеточ¬ ного стола на нижний вал гауч-пресса. Во время работы бумаго¬ делательной машины сетка находится в непрерывном движении. Бумажная масса, находящаяся на поверхности движущейся сет¬ ки, отдает значительную часть воды, которая стекает через сетку, а волокна и значительная часть имеющегося в бумажной массе наполнителя оседают на поверхности сетки, образуя сырой тон¬ кий волокнистый слой будущего бумажного полотна. По бокам сетки проходят каучуковые полосы — декельные ремни, ограничивающие ширину бумажной ленты. Декельные ремни, так же как и сетка, совершают непрерывное движение, огибая ролики, имеющиеся над сеткой. Над сеткой установлены также в поперечном направлении одна или две линейки, которые задерживают пену, образующуюся в массе (пузырьки пены, ло¬ паясь, могут оставить на бумаге прозрачные круглые пятна). Под сеткой расположены регистровые валики, предохраняю¬ щие сетку от прогибания и способствующие обезвоживанию бу¬ мажного полотна. В регистровой части машины бумажная масса в зависимости от размола содержит от 3 до 4% сухого вещества, и дальнейшее свободное ее обезвоживание становится уже крайне затрудни¬ тельным. Поэтому дальнейшее обезвоживание бумажного полот¬ на на сетке бумагоделательной машины осуществляется посредст¬ вом отсасывающих устройств — металлических ящиков, закры¬ тых со всех сторон, кроме верхней (этой стороной они плотно прилегают к сетке с бумажным полотном). Отсасывающие ящики соединены трубами с вакуум-насосом, создающим необходимое в них разрежение воздуха. Содержание сухого вещества в бумажном полотне, после того как оно прошло над отсасывающими ящиками, возрастает до 8—12%. в зависимости от характера размола бумажной массы. Сеточному столу большинства современных бумагоделатель¬ ных машин в регистровой его части придается сотрясательное
49 Раздел первый. Бумага и картон движение, имеющее целью содействовать более однородному и равномерному распределению бумажной массы. В конце сеточного стола, обычно перед последним отсасываю¬ щим ящиком, устанавливается легкий сетчатый валик (или эгу- стер)—ровнитель, имеющий целью выровнять и неколько уп¬ лотнить бумажное полотно, улучшить просвет бумаги. Если по¬ верхность такого валика имеет рельефный узор или изображе¬ ние, то на бумаге образуется соответствующий «водяной знак», видимый на просвет. Края бумажного полотна должны быть ровными и достаточно прочными, чтобы не рваться при заправке бумаги с гауч-пресса на прессовую часть машины. Для этого кромки влажного полотна бумаги отсекаются, а края несколько утолщаются при помощи спрысков, которые подают тонкую струю воды под давлением, отсекающую кромки и утолщающую края бумажного полотна. Сеточная часть бумагоделательной машины заканчивается гауч-прессом. Назначение его состоит в дальнейшем обезвожи¬ вании бумажного полотна до содержания сухого вещества 14— 18% и в его уплотнении. Гауч-пресс состоит из двух металличе¬ ских валов: нижнего несколько большего диаметра, чем верхний. На верхний вал надевается мягкий шерстяной чулок, так как сла¬ бое бумажное полотно еще не может выдержать давления твер¬ дого вала. Из гауч-пресса бумага поступает (направляется) в прессовую часть бумагоделательной машины, состоящую из нескольких (обычно 3—4) мокрых прессов. Каждый мокрый пресс состоит из двух валов: верхнего каменного, к поверхности которого не пристает бумажное волокно, и нижнего металлического, покрыто¬ го слоем резины для предохранения бумажного полотна от раз¬ давливания, а пресса — от преждевременного изнашивания. Назначение прессовой части — удалить как можно больше воды из бумажного полотна. На прессовую часть бумажное по¬ лотно поступает обычно с содержанием 14—18% сухого вещест¬ ва, но после третьего пресса содержание сухого вещества возра¬ стает до 27—40%. Бумажное полотно проводится в прессовой части посредством сукон, которые проходят по сукноведущим и правильным валикам. Иногда, после мокрых прессов, на бумагоделательной маши¬ не устанавливается сглаживающий («офсетный») пресс, состоя¬ щий из двух металлических валов: верхнего обрезиненного и нижнего, покрытого бронзовой рубашкой. Сглаживающий пресс предназначен для разглаживания бумаги с обеих сторон и устранения, таким образом, разносторонности бумаги, что осо¬ бенно важно при выработке печатной бумаги. Бумажное полотно проходит офсетный пресс без сукна, что повышает сглаживаю¬ щую способность пресса. 5 Заказ № 443
ДО Полиграфические материалы После мокрых прессов бумага все еще содержит большое количество воды, которую удаляют в сушильной части бумагоде¬ лательной машины. Сушильная часть бумагоделательной машины состоит из си¬ стемы вращающихся пустотелых, обогреваемых изнутри паром, бумагосушильных и сукносушильных цилиндров, которые смон¬ тированы на массивной станине. Число бумагосушильных ци¬ линдров в современной бумагоделательной машине достигает 40 штук. Обогревание цилиндров производят таким образом, чтобы бумага высыхала постепенно, т. е. первые цилиндры нагре¬ вают меньше, чем последующие; температура поверхности завер¬ шающих сушильных цилиндров в случае канифольной проклейки бумаги достигает 95—96°, но не выше, так как слишком интенсив¬ ное испарение влаги может вызвать порчу бумаги. При мелами¬ но-альдегидной проклейке бумажную ленту высушивают при тем¬ пературе сушильных цилиндров выше 100°, что необходимо для завершения процесса конденсации смолы. Бумажная лента при прохождении сушильной части бумагоделательной машины при¬ жимается к нагретой поверхности цилиндров при помощи сукон и высушивается до воздушно-сухого состояния, т. е. до стандарт¬ ной влажности 7±2%. Слишком пересушенная бумага, как уже указывалось, становится жесткой и ломкой, а чрезмерно влаж¬ ная— мягкой, непрочной. При выходе из сушильной части бума¬ годелательной машины бумага бывает нагрета до 80—90°, поэто¬ му перед дальнейшей обработкой ее нужно охладить, что и выпол¬ няется холодильником, состоящим из одного или двух пустотелых холодильных цилиндров. Огибая эти цилиндры, бумага охлаж¬ дается, а затем поступает на машинный каландр для некоторого уплотнения и выравнивания. Машинный каландр представляет собой несколько лежащих друг на друге металлических валов с полированной поверхностью. Бумажная лента, выйдя охлажден¬ ной после сушильной части бумагоделательной машины, прохо¬ дит пружинный регулятор натяжения, а затем через машинный каландр, в котором она сдавливается между несколькими лежа¬ щими друг на друге чугунными полированными цилиндрами. На каландрах бумагоделательной машины при выработке печатной, писчей и некоторых других технических видов бумаги она не может быть получена необходимой степени уплотнения и гладкости. Поэтому такая бумага, прошедшая машинный ка¬ ландр, называется бумагой машинной гладкости, матовой, или неглазированной, в отличие от бумаги, отделанной дополнитель¬ но на суперкаландре. Бумага, выработанная на бумагоделательной машине, имеет несколько различные свойства в двух взаимно перпендикуляр¬ ных направлениях: по длине полотна и по ширине полотна, что находится в связи с преимущественным расположением волоко¬
Раздел первый. Бумага и картон 51 нец в направлении хода сетки бумагоделательной машины. По¬ этому в листе бумаги различают два направления: а) по ходу бумагоделательной машины, или продольное направление, и б) поперек хода бумагоделательной машины, или поперечное направление. Лист бумаги в продольном направлении всегда име¬ ет сравнительно большую механическую прочность на разрыв и излом и гораздо меньшую деформацию при увлажнении, чем в поперечном направлении. Только бумага ручной вычерпки (выс¬ ший сорт чертежной бумаги, так называемый «кустарный ват¬ ман») имеет совершенно равномерное распределение волокон и одинаковые свойства (механическая прочность, деформация) в любых направлениях. Кроме того, различают лицевую сторону бумаги, т.е. ее сторону, противоположную сетке бумагоделательной машины, и сеточную сторону, соприкасавшуюся с сеткой бумагоделательной машины при ее изготовлении. Лицевая сторона бумаги всегда бывает более гладкой, чем сеточная, так как последняя несет на своей поверхности отпечаток сетки, маркировку сетки; слои бумаги, расположенные ближе к лицевой стороне, содержат сравнитель¬ но большее количество наполнителя, чем слои бумаги, прилегаю¬ щие к оборотной сеточной стороне. § 14. отделка бумаги Печатные, писчие и некоторые технические виды бумаги для улучшения показателя гладкости, а также для получения нужной степени уплотнения и однородности толщины дополнительно от¬ делываются на суперкаландре( рис. 21). В отличие от каландров бумагоделательной машины, они имеют большое число валов, причем полые, обогреваемые изнутри паром металлические валы чередуются с бумажными набивными, создающими эластичный контакт в зоне каландрирования и позволяющими .вести процесс каландрирования при более высоком давлении, не опасаясь раз¬ давливания бумажного волокна. Привод суперкаландра осущест¬ вляется от нижнего вала или, чаще, от третьего вала снизу; остальные валы вращаются от трения одного вала об другой. Каландрирование бумаги осуществляется пропусканием че¬ рез суперкаландр слегка увлажненной бумаги. Применяя различ¬ ный нагрев, давление и различное число валов, можно придать бумаге необходимую гладкость, в том числе и одностороннюю. Бумага, прошедшая суперкаландр, в отличие от бумаги ма¬ шинной гладкости, называется каландрированной, лощеной или глазированной. Пройдя машинный каландр или суперкаландр и получив тре¬ буемую степень отделки, бумажная лента разрезается и наматы- 5*
52 Полиграфические материалы мается в рулоны, которые затем упаковывают или разрезают на листовую бумагу установленных форматов. Нельзя, однако, чрезмерно каландрировать бумагу, так как в результате излишнего каландрирования она становится более жесткой, менее пластичной и печатные свойства ее, несмотря на большую гладкость, понижаются. Поэтому нужно добиваться Рис. 21. Схема устройства суперкаландра: /—разматываемый рулон бумаги; 2— распрямляющая дуга; 3—разгонный валик; 4—верхний вал супер-каланд¬ ра; 5—набивной вал; 6—средний металлический вал; 7 — нижний вал суперкаландра; 8 — бумаговедущий ва¬ лик; 9 — цилиндр наката; 10 — наматываемый рулон от- каландрированной бумаги; 11 — механизм прижима и подъема валов суперкаландра. ровности поверхности бумаги и равномерности ее толщины не усиленным каландрированием, а рационально построенной техно¬ логией, обеспечивающей получение достаточно гладкой бумаги на самой машине и требующей для повышения ее ровности воз¬ можно меньшего каландрирования. Разумно используя средства для сглаживания бумаги, имеющиеся в бумагоделательной ма¬ шине (ровнительный валик, сглаживающий пресс, машинный каландр), можно значительно повысить качество бумаги и ее гладкость.
Раздел первый. Бумага и картон 53 § 15. УПАКОВКА БУМАГИ Для предохранения бумаги от механических повреждений и сохранения в ней стандартной нормы влажности кипы и рулоны бумаги защищаются надежной упаковкой. Рулоны бумаги обматывают снаружи несколькими слоями толстой клееной оберточной бумаги, заворачивая ее на торец рулона, и приклеивают два круга из оберточной бумаги. Листовые бумаги, отсчитанные стопами по 1000 листов и по- лустопами по 500 листов, обычно заклеивают в толстую оберточ¬ ную бумагу, а затем складывают в кипы весом около 100 кг. Кипы завертывают в рогожу или плотную бумагу и упаковыва¬ ют между двумя деревянными щитами, которые затягивают же¬ лезными обручами. Картографические и некоторые другие вы¬ сокосортные виды бумаги, кроме того, заворачивают в один-два листа водонепроницаемой упаковочной бумаги. Бумагу попереч¬ ной и продольной резки следует упаковывать отдельно. § 16. ХРАНЕНИЕ И АККЛИМАТИЗАЦИЯ БУМАГИ Бумага, в том числе и проклеенная канифольным клеем икрах- малом, — материал чрезвычайно гигроскопичный, т. е. способный воспринимать влагу из воздуха при хранении в условиях повы¬ шенной влажности и, наоборот, отдавать, терять влагу при хра¬ нении в чрезмерно сухом помещении. При относительной влаж¬ ности воздуха 65—70% равновесная влажность бумаги составля¬ ет около 7%. Такая влажность по ГОСТ считается нормальной для бумаги, однако допустимо увеличивать влажность бумаги до 10%, так как при такой влажности печатные свойства бумаги, особенно ее пластичность, существенно улучшаются. Волокна бумаги, впитывая в себя влагу, увеличиваются в объеме и, на¬ оборот, отдавая влагу (высыхая), уменьшаются в объеме. При увлажнении волокна набухают и увеличиваются в диаметре до 30% и по длине до 1%; при высушивании размеры волокна уменьшаются практически в такой же степени. С изменением раз¬ меров волокна связана деформация бумаги при ее увлажнении и высушивании. При изменении относительной влажности воздуха на 10% содержание влаги в бумаге изменяется на 1%, а бумаж¬ ный лист увеличивается или уменьшается в размерах в среднем на 0,1%, причем изменение размеров (деформация) бумаги по¬ перек отливки в 2—10 раз больше, чем в направлении отливки. Поэтому хранить бумагу нужно только в специально оборудован¬ ных отапливаемых складах с нормальной влажностью воздуха и температурой, оборудованными просторными площадками для хранения бумаги и необходимыми транспортными средствами.
Г» 4 Полиграфические материалы Хранить бумагу в неприспособленных, неотапливаемых поме¬ щениях, а тем более на открытом воздухе — под навесом или под брезентом — не допускается. При таком хранении изменение атмосферных условий вызовет резкое понижение качества бума¬ ги и даже ее порчу. Так, неправильный режим влажности при храпении может явиться причиной скручивания бумаги, появле¬ ния волнистых краев, изменения линейных размеров и т. д. Чрез¬ мерная влажность понижает прочность бумаги и способствует появлению плесени, недостаточная влажность приводит к пере¬ сыханию бумаги, а следовательно, вызывает повышение ее жест¬ кости и появление статического электричества. Укладка бумаги на пол в складе не допускается: между полом и кипами бумаги должно оыть расстояние около 10 см. Уклады¬ вать рулоны бумаги на торец, а кипы на ребро нельзя. Перед тем как пустить бумагу в печать, ее подвергают аккли¬ матизации, чтобы привести ее влажность в соответствие с влаж¬ ностью воздуха печатного цеха. Иначе можег произойти несовпа¬ дение красок при многокрасочной печати из-за деформации бу¬ маги, вызываемой изменением влагосодержания в бумаге. Д. П. Татиев1 установил, что при акклиматизации бумаги большое значение имеет эффект релаксации напряжений, т. е. освобождение бумаги от внутренних напряжений, полученных ею в процессе изготовления и каландирования. Простейший способ акклиматизации заключается в том, что бумагу выдерживают в течение 10—15 суток в распакован¬ ном виде или подвешивают небольшими пачками на специаль¬ ных приспособлениях — «вешелах» в течение 4—5 часов. В ре¬ зультате бумага приобретает влажность, соответствующую влаж¬ ности окружающего воздуха, остаточные напряжения волокон снимаются — релаксируются — и завершается деформация бумаги. Пользуясь специальными акклиматизационными уста¬ новками, удается значительно сократить время акклиматизации бумаги до нескольких часов. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ .К ПЕЧАТНОЙ БУМАГЕ, ЕЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ § 17. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПЕЧАТНОЙ БУМАГЕ Получение полноценного отпечатка и нормальное выполнение технологического процесса печатания возможно только в том случае, если печатная бумага удовлетворяет следующим основ¬ ным техническим требованиям, общим для разных способов пе¬ чатания. 1 Д. П. Татиев. Акклиматизация офсетной бумаги. Геодезиздат, 1951.
Раздел первый. Бумага и картбп 66 1. Бумага должна иметь возможно более белый цвет или бе¬ лый цвет с определенным оттенком, строго соответствующим ус¬ тановленному образцу. Цвет и оттенок бумаги должны быть однородными как в одном и том же листе, так и в разных листах данной партии бумаги. Наличие пятен не допускается. Число воз¬ можных соринок (сорность бумаги) строго ограничивается дей¬ ствующими государственными стандартами. 2. Бумага должна иметь достаточную для данного вида пе¬ чатной продукции светопрочность. 3. Прозрачность бумаги, предназначенной для двусторонней печати, должна быть минимальной, дырчатость бумаги не до¬ пускается. 4. Механическая прочность бумаги должна обеспечить про¬ должительную сохранность печатной продукции без заметного разрушения. Прочность бумаги должна обеспечить нормальное выполнение процесса печатания: отсутствие разрывов при рота¬ ционном печатании, выщипывания краской волокон бумаги, пыле- ния бумаги и др. 5. Толщина листов бумаги должна быть однородной. 6. У бумаги должны отсутствовать магнитные, а также абра¬ зивные свойства. 7. Бумага должна иметь однородную структуру, обеспечиваю¬ щую постоянство свойств бумаги у всех листов данной партии. Просвет бумаги должен быть ровным, не облачным. 8. Листы бумаги должны иметь строго прямоугольную форму. Намотка ролевой бумаги должна быть равномерно плотной на прочных втулках. 9. Упаковка бумаги должна обеспечить сохранность качества ее и постоянство стандартной влажности бумаги (обычно 7±1%) при ее транспортировке и при хранении. § 18. ПЕЧАТНЫЕ СВОЙСТВА БУМАГИ Бумага, предназначенная для разных способов печатания, отличается следующими основными печатными свойствами: ров¬ ностью и гладкостью поверхности, упруго-эластично-пластиче¬ скими свойствами, структурой — пористостью, характером и сте¬ пенью проклейки, степенью деформации. Ниже приводится краткая характеристика основных печатных свойств бумаги и указывается их значение в разных способах печатания. Ровность и гладкость поверхности бумаги. К наиболее глад¬ кой бумаге относятся: 1) типографская мелованная и немелован¬ ная бумага для иллюстрационной печати с мелколиниатурных растровых клише и для трех- и четырехкрасочного печатания и 2) бумага для глубокой печати.
56 Полиграфические материалы Требование паивысшей гладкости поверхности для типограф¬ ской иллюстрационной бумаги станет понятным, если учесть, что иллюстрационные растровые клише могут иметь около 3000 пе¬ чатающих элементов (растровых точек) на каждый квадратный сантиметр поверхности (при растре в 54 линии на см) и более 6000 печатающих элементов (при растре в 80 линий на см). Эти точки настолько мелки, что их не видно невооруженным глазом, по каждая из них должна быть четко отпечатана на поверхности бумаги. Кроме того, типографская иллюстрационная печать с сетчатых клише осуществляется слоем краски минимальной тол¬ щины, чтобы не было забивания, загрязнения клише, и поэтому отпадает возможность компенсировать неровность бумаги уве¬ личением подачи краски в процессе печатания. В глубокой печати поверхность бумаги должна плотно приле¬ гать всеми своими точками к поверхности печатной формы, имею¬ щей мельчайшие углубленные печатающие элементы. Если тако¬ го совершенного прилегания бумаги к печатной форме нет, то краска не будет извлекаться поверхностью бумаги из всех углуб¬ лений (ячеек) травленой печатной формы и изображение на бу¬ маге получится прерывистым. Гладкость поверхности бумаги нужно всегда рассматривать в связи с упруго-эластично-пластическими свойствами бумаги. Ес¬ ли бумага обладает большой пластичностью, например из-за содержания древесной массы, то требования к гладкости бумаги могут быть несколько снижены без ущерба для качества печати. Типографская бумага может иметь ограниченную гладкость только при печатании с текстовых форм. Офсетная бумага имеет гораздо меньшую гладкость, чем ти¬ пографская иллюстрационная бумага, так как печатание, нане¬ сение слоя краски на бумагу осуществляется в офсете поверхно¬ стью резиновой пластины. Но для тонких и многокрасочных оф¬ сетных работ нужна достаточно гладкая бумага и одновременно с равномерно зернистой развитой поверхностью. Преимущества применения гладкой и одновременно зерни¬ стой бумаги в офсетной печати заключаются в том, что облег¬ чается переход краски с офсетной резины на бумагу: мелкозер¬ нистая поверхность бумаги воспринимает сравнительно большее количество краски, чем гладкая. Равномерно зернистая поверх¬ ность офсетной бумаги препятствует отмарыванию краски на оттисках, особенно при многокрасочном печатании. Практика показывает, что при печатании на идеально ровной бумаге имеет место тесное прилегание оттисков, что способствует отмарыва¬ нию, в особенности при печатании на многокрасочных и на -ро¬ тационных офсетных машинах. Применение ровной бумаги с развитой зернистой поверхностью уменьшает отмарывание. Литографская бумага должна иметь очень гладкую поверх¬
Раздел первый. Бумага и картон 57 ность, так как печать с гладкого литографского камня или цин¬ ковых и алюминиевых пластин производится при сравнительно небольшом удельном давлении на печатную форму. При таких условиях печати пластичные свойства бумаги практически ис¬ пользованы быть не могут. Упруго-эластично-пластические свойства бумаги. Для типо¬ графской бумаги наибольшее значение имеет пластичность, так как типографское печатание идет при сравнительно высоком удельном давлении на поверхность печатной формы и всегда свя¬ зано с появлением у оттисков ед¬ ва заметных необратимых пласти¬ ческих деформаций. Во многих случаях эта деформация за¬ метна на оттисках в виде так на¬ зываемого оборотного рельефа. Специальные методы испытаний позволяют установить наличие оборотного рельефа при типо¬ графском печатании даже в тех случаях, когда эта деформация невидима невооруженным глазом. Пластичность бумаги способствует получению четких графиче¬ ских элементов на отпечатке (рис. 22). Свойство упругости и эластичности типографской бумаги теряет свое значение, по¬ скольку пластические деформации бумаги в типографской печати во много раз больше упруго-эластичных. Причем необходимый комплекс упруго-эластичных свойств бумаги, необходимый с точки зрения приведения бумаги в контакт с печатной формой (работа самонакладчика), вывода оттиска и брошюровочно-пе¬ реплетных работ, всегда и полностью обеспечивается, так как эти свойства неразрывно связаны с структурой бумаги и харак¬ терны для целлюлозосодержащих волокон. Упруго-эластично-пластические деформации в офсетной пе¬ чати в момент контакта бумаги с поверхностью офсетного цилиндра значения не имеют, так как они намного перекры¬ ваются упруго-эластическими свойствами офсетного резинового полотна, поверхность которого переносит краску с формы на бумагу. Это лучше всего иллюстрирует безукоризненное каче¬ ство оттисков, полученных офсетным способом на жести. Для фототипной печати упруго-эластично-пластические свой¬ ства бумаги также не существенны, так как у желатиновой печатной формы они значительно выше, чем у бумаги. В литографской печати, как уже указывалось, в силу специ¬ фических особенностей этого способа печатания, названные свойства бумаги не могут проявить себя в полной мере в момент получения отпечатка. 4 Заказ № 443 3 Рис. 22. Вдавливание в бумагу пе¬ чатающих элементов типографской формы: У—печатная форма; 2—слой краски на форме; 3—бумага.
58 Полиграфические материалы В глубокой печати упруго-эластические свойства бумаги теоретически, казалось бы, должны иметь наибольшее значение. Однако, если учесть, что безукоризненные оттиски глубокой печати получаются только при применении высоконаполненной бумаги, отличающейся наивысшей пластичностью, следует сде¬ лать вывод, что в глубокой печати наибольшее значение имеет пластичность бумаги. Структура бумаги и ее пористость играют важную роль, так как это определяет способность бумаги впитывать краски и в известной степени пластические свойства бумаги. Чем больше пористость бумаги, тем лучше ее впитывающая способность и тем более она пластична. Наибольшую пористость имеет бумага машинной гладкости, содержащая древесную массу, например газетная, предназна¬ ченная для печатания невысыхающими типографскими красками на ротационных типографских машинах. Высоконаполненные типографские и мелованные бумаги, хотя и не имеют большой пористости, но пронизаны многочисленными капиллярами, хо¬ рошо избирательно впитывающими сравнительно маловязкие составные части связующих веществ печатных красок. Во всех случаях справедливым будет правило, заключающееся в том, что тем более уплотнена—откаландрирована — бумага, тем она будет менее пористой и ее впитывающая способность будет ми¬ нимальной. Характер и степень проклейки бумаги. Высокая степень про¬ клейки обязательна для всех видов бумаги, на которой произ¬ водится печатание с печатных форм, увлажняемых водой, т. е. для офсетной, литографской и фототипной бумаги, причем эти виды бумаги должны, например, проклеиваться меламино-альде¬ гидной смолой и канифолью или канифолью и крахмалом. Такая проклейка делает бумагу влагоустойчивой. Если в офсете производить печатание на недостаточно проклеенной бумаге, то она будет сильно впитывать влагу и деформироваться, что при¬ ведет к несовпадению красок при многокрасочном печатании, а иногда и к скручиванию бумаги. Кроме того, большая степень проклейки офсетной бумаги необходима для предотвращения выщипывания бумажных волокон вязкими и липкими офсет¬ ными красками. Выщипывание может произойти из-за пониже¬ ния прочности бумаги при ее намокании. Вопросы теории про¬ клейки и впитываемости бумаги рассматривались ранее в § 11. Влагоустойчивость и степень проклейки типографской бума¬ ги и бумаги для глубокой печати значения не имеют, так как при печатании этими способами печатная форма не увлаж¬ няется. Офсетная и литографская бумага имеет степень проклейки не менее 1,25 мм, картографическая — не менее 1,5 мм, типо¬
Раздел первый. Бумага и картон 59 графская бумага и бумага для глубокой печати — не более 0,5 мм. Степень деформации бумаги. Офсетная, картографическая, фототипная и литографская бумага должна иметь минималь¬ ную деформацию при увлажнении и высушивании, так как она соприкасается с влажной поверхностью печатной формы и оф¬ сетной |резины. Типографская иллюстрационная бумага для многокрасочного печатания также должна возможно меньше деформироваться, потому что даже незначительное изменение размеров бумаги при изменении относительной влажности воз¬ духа и увлажнения бумаги может вызвать заметное несовпаде¬ ние красок. Деформация типографской бумаги и бумаги для глубокой печати, применяемой для однокрасочных работ, зна¬ чения не имеет. § 19. ВНЕШНИЙ ОСМОТР БУМАГИ И ОТБОР ПРОБЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ Бумагу и картон, поступающие в типографию, подвергают внешнему осмотру и предварительной оценке качества. Цель предварительного осмотра — установить исправность упаковки, непов|режденность бумаги или картона, а также наличие явно выраженных дефектов бумаги. К таким недостаткам относятся: а) разнооттеночность, б) волнистость, в) наличие рваных, мятых и промасленных листов, г) неправильная укладка листов (в сто¬ пе все листы должны быть уложены или сеточной, или лицевой стороной), д) недостача или излишек листов в кипе, е) непра¬ вильный формат бумаги и возможная косина листов. Образцы бумаги для лабораторного анализа нужно отби¬ рать размером не менее 40X40 см. Для каждой направляемой на анализ партии бумаги нужно иметь не менее пяти листов, взятых из разных мест стопы или из (разных стоп данной партии бумаги. С образцами бумаги для анализа нужно обращаться очень осторожно: их нельзя сминать и скручивать. Отобранные листы бумаги, называемые пробой бумаги, нужно аккуратно укладывать между двумя кусками фанеры или картона и обвя¬ зывать бечевой. Для отбора ролевой бумаги с рулона снимают вначале слой поврежденной бумаги (надорванной, помятой и т. д.), после чего аккуратно сматывают на заранее приготов¬ ленную втулку несколько метров бумаги. Допускается упаковка пробы ролевой бумаги так же, как и листовой, т. е. в виде отдельных листов размером не менее 40X40 см. Пробу бумаги заворачивают в оберточную бумагу и снабжают этикеткой, в ко¬ торой указывают торговый номер и наименование бумаги, наименование фабрики, изготовившей эту бумагу, дату ее выра- 4*
Полиграфические материалы ΘΘ ботки и номар заводской партии бумаги. Все эти сведения спи¬ сывают с этикетки, имеющейся на каждой стопе или на рулоне бумаги. После внешнего осмотра и получения (результатов лабора¬ торных испытаний бумагу сортируют. Сортировку производят для того, чтобы обнаружить и удалить дефектные листы бумаги с рваными и мятыми краями, с очень разными оттенками и т. п. § 20. ИСПЫТАНИЕ СОСТАВА БУМАГИ Качественное испытание присутствия в бумаге одревеснев¬ ших волокон (древесной массы, соломенной полумассы, небе¬ леного джута, небеленой манильской пеньки) производят дейст¬ вием индикаторов: подкисленного соляной кислотой спиртового раствора флороглюцина или водного раствора сернокислого анилина. Бумага, содержащая значительное количество одре¬ весневших (волокон, при смачивании подкисленным спиртовым раствором флороглюцина окрашивается в интенсивный малино¬ во-фиолетовый цвет, а при отсутствии одревесневших волокон — в слабо-желтый цвет. Бумага, содержащая одревесневшие во¬ локна, при смачивании водным раствором сернокислого анилина окрашивается в ярко-желтый цвет; при отсутствии их никакого окрашивания не происходит. Состав волокна, из которого изготовлена бумага, или компо¬ зиция, определяется с помощью микроскопа. Полоски испытуе¬ мой бумаги выдерживают -в течение 3—5 минут в 1.%-ном растворе едкого натра, а затем в дистиллированной воде, меняя ее два или три раза до полного удаления остатков щелочи. При испытании неклееной или слабоклееной бумаги вместо щелочи применяют дистиллированную воду. При помощи специальных игл берут небольшое количество испытуемой бумаги и превра¬ щают ее в однородную волокнистую массу на предметном стекле. Из волокон удаляют излишнюю воду фильтровальной бумагой, после чего прибавляют одну-две капли реактива хлор- цинк-иод, окрашивающего волокла различного происхождения в разные цвета: хлопковые, льняные и конопляные — в винно¬ красный цвет, волокна древесной и соломенной целлюлозы — в сине-фиолетовый цвет, волокна древесной и соломенной мас¬ сы— в желтый цвет. Закрыв приготовленный препарат покров¬ ным стеклом, его рассматривают под микроскопом с увеличе¬ нием в 80—100 раз. В зависимости от окрашенности и строения волокон подсчитывают с точностью 5—10% волокнистый состав бумаги, или ее композицию. Степень разработки и длина воло¬ кон позволяет определить характер их помола. Различают в за¬ висимости от размеров волокон длинный, средний и корог-
Раздел первый. Бумага и картон 61 кий помолы, а в зависимости от степени разработки — фибрил- лирования, как уже указывалось, — очень жирный (почти все волокна расщеплены на фибриллы), жирный (большая часть волокон расщеплена на фибриллы) и тощий (почти неизменные целлюлозосодержащие волокна и отсутствие фибрилл) помолы. Испытание степени проклейки бумаги. Как указывалось в § 11, проклейка характеризует степень влагонепроницаемое™ бумаги. Степень проклейки бумаги испытывают нанесением на ее поверхность специальными чернилами с помощью рейсфедера ряда последовательно утолщающихся линий длиной 75 мм. Сначала проводят линии (штрихи) толщиной 0,25 мм, затем — толщиной 0,5 мм, 0,75 мм и т. д. Толщину линий последова¬ тельно увеличивают на 0,25 мм до тех пор, пока штрих не начнет расплываться на поверхности бумаги и проходить на оборот¬ ную сторону листа. Степень проклейки (степень влагонепроницаемости) бумаги характеризуется шириной последнего штриха (в мм), не рас¬ плывающегося на поверхности бумаги и не проходящего на ее оборотную сторону. Испытание влажности бумаги. В предварительно высушен¬ ный и взвешенный на аналитических весах стеклянный стакан¬ чик (бюкс) отвешивают 5—10 г бумаги и помещают в сушиль¬ ный шкаф, где ее высушивают при температуре 100—105° до по¬ стоянного веса. Бюкс с высушенной бумагой охлаждают и взве¬ шивают. Потеря в весе характеризует влажность бумаги, которую выражают в процентах, отнесенных к первоначальному весу образца бумаги. Испытание зольности бумаги. 1—2 г просушенной до постоян¬ ного веса бумаги сжигают в предварительно прокаленном, просушенном, охлажденном и взвешенном фарфоровом тигле. После сжигания образца бумаги тигель с золой прокаливают до постоянного веса, охлаждают и взвешивают. По разности весов тигля с золой и тигля без золы узнают вес золы (зольность бумаги), которую выражают в процентах к исходной навеске образца абсолютно сухой бумаги. Зольность бумаги показывает содержание в ней минеральных наполнителей, так как золь¬ ность самой целлюлозы ничтожна (не превышает 0,8'%). Испытание концентрации водородных ионов (pH) бумаги. Концентрация водородных ионов pH, или водородный показа¬ тель бумаги, имеет значение в процессе офсетного и литограф¬ ского печатания, так как применение бумаги с неподходящим значением pH (например, ниже 4) может явиться причиной зажиривания печатной формы, т. е. разрушения слоя гидро¬ фильного коллоида на пробельных участках формы. Кроме того, pH бумаги, особенно мелованной, заметно влияет на высыхание
62 Полиграфические материалы красок. Так, например, у немелованных бумаг при pH менее 5 и у мелованных — менее 7,5 закрепление красок будет замед¬ ленным. Чем выше величина ιρΗ бумаги, тем быстрее высыхает масляная краска. Контроль pH у водной вытяжки, полученной при длитель¬ ном нагревании навески испытуемой бумаги в дистиллирован¬ ной воде, выполняют несколькими методами, например потен- циометрически с применением потенциометра ПТ-3 или более примитивно с применением набора полосок индикаторной бумаги. § 21. ИСПЫТАНИЕ ВЕСА 1 м2 ТОЛЩИНЫ И ОБЪЕМНОГО ВЕСА БУМАГИ Испытание веса 1 м2 бумаги или картона производят взве¬ шиванием образца размером 10X10 см на аналитических весах. Для быстрых испытаний веса квадратного метра с достаточной для практических целей точностью пользуются специальными квадрантными весами (рис. 23). На этих весах квадраты бумаги или картона указанного на весах формата помещают на площадку 3. Формат образца установлен с таким расчетом, что стрелка ве¬ сов 2 сразу показывает на шка¬ ле 1 вес 1 м2 испытуемого образца бумаги. Проверка точности пока¬ заний квадрантных весов долж¬ на производиться путем парал¬ лельных испытаний веса 1 м2 ана¬ литическими весами. Испытание толщины бумаги (в микронах) производят на при¬ боре толщиномере. Толщиномер ТБ-3 (рис. 24) представляет со¬ бой массивную станину 1, на ос¬ новании которой имеется строго горизонтальная, тщательно отпо¬ лированная площадка 2. С этой площадкой соприкасается наконечник 3 груза 4, укрепленного на стержней с выемкой в центральной части. В эту выемку захо¬ дит приспособление 6 с рычагом 7, служащее для подъема стержня с грузом. С верхней частью (площадкой) стержня со¬ прикасается стебель 8 индикатора 9. Нажимая на рычаг 7, под¬ нимают стержень с грузом и в образовавшееся пространство между наконечником груза и площадкой основания помещают Рис. 23. Квадрантные весы.
Раздел первый. Бумага и картон 63 образец бумаги или картона, толщину которого хотят опре¬ делить. При опускании рычага 7 наконечник 3 груза 4 плотно при¬ жимает испытуемый образец бу¬ маги или картона, а стрелка ин¬ дикатора 9 показывает его тол¬ щину в микронах. Испытание объемного веса бу¬ маги. Вес" 1 сж3 бумаги (объем¬ ный вес) вычисляется по фор¬ муле: Д а ΊΓ где Д — объемный вес бумаги, а — вес 1 ж2 бумаги в граммах, б — толщина листа бумаги в мик¬ ронах. Объемный вес является важ¬ ным показателем, характеризую- ь щим в известной мере строение листа бумаги, его пористость, а следовательно, и его впитываю¬ щую способность по отношению к масляным краскам; чем больше объемный вес, тем плотнее бума¬ га и тем меньше ее впитывающая способность. Кроме того, как пра¬ вило, чем больше объемный вес бумаги, тем ровнее ее поверх¬ ность. В зависимости от объемного веса целесообразно разделить бумаги на четыре группы: Рис. 24. Толщиномер ТБ-3. Очень плотная, например литографская Плотная, например типографская № 1 Средней плотности, например типо¬ графская № 2 Пористая, например газетная .... с объемным весом выше 1 от 0,8 до 1,0 » 0,6 » 0,8 ниже 0,6 При печатании на пористой бумаге закрепление — пленко- образование краски на оттисках — происходит почти исключи¬ тельно вследствие избирательного впитывания сравнительно низкомолекулярных компонентов связующего вещества краски, а при печатании на плотной бумаге — преимущественно окисли¬ тельной полимеризацией связующего вещества, испарения из него органических растворителей и пр.
64 Полиграфические материалы § 22. ИСПЫТАНИЕ РАСПОЛОЖЕНИЯ ВОЛОКОН В ЛИСТЕ И ДЕФОРМАЦИИ БУМАГИ Испытание расположения волокон в листе. Чтобы опреде¬ лить преимущественное направление волокон в листе бумаги, нужно из листа испытуемой бумаги вырезать по двум взаимно перпендикулярным направлениям две одинаковые полоски, за¬ тем сложить их вместе и держать за один конец пальцами, оставляя свободные концы висеть в воздухе так, чтобы они торой покажет направление волокна в листе бумаги. Испытание деформации бумаги, вызванной изменением ее влажности. Деформация бумаги особенно нежелательна при многокрасочном печатании, где она вызывает несовпадение последовательно налагаемых красок. Для переплетной бумаги важны как линейная деформация, т. е. изменение размеров бумаги при увлажнении, так и скручивание. Бумага, сильно скручивающаяся п,ри намазывании ее клеем, малопригодна для переплетных работ. Деформацию бумаги при изменении ее влажности опреде¬ ляют измерением размеров образца бумаги 200x200 мм после его погружения в воду, а затем после высушивания. Деформа¬ цию бумаги определяют в двух взаимно перпендикулярных направлениях (по ходу и поперек отливки) и выражают в про¬ центах к первоначальным размерам, т. е. вычисляют деформа¬ цию при увлажнении, а затем при высушивании. Скручивание переплетной бумаги испытывают в зависимости от степени скручивания кружка бумаги диаметром 100—150 мм при одностороннем намазывании костным клеем 30%-ной кон¬ могли или соприкасаться друг с другом (рис. 25 а), или расходиться (рис. 25, б). Продольному направ¬ лению (по ходу отливки бумаги) будет соответст¬ вовать в первом случае нижняя полоска, а во втором — верхняя. Рис. 25. Испытание направления волокон в листе бумаги. а Б По другому способу из бумаги вырезают кружок, предварительно отметив его расположение в листе, и осторожно кладут на поверхность воды. Этот кружок по мере впитыва¬ ния влаги начнет сверты¬ ваться трубочкой, ось ко-
Раздел первый. Бумага и картон 65 центрации (о деформации бумаги, происходящей под натиском печатного цилиндра, см. § 26 и 18). § 23. ИСПЫТАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУМАГИ К оптическим свойствам бумаги относятся степень белизны бумаги, ее цвет и оттенок, глянцевитость, непрозрачность и светопрочность. Испытание степени белизны бумаги. Степень белизны — одно из наиболее важных свойств печатной бумаги, так как четкость оттисков зависит в основном от контрастности запечатанных и пробельных участков. На белой бумаге лучше получаются многокрасочные изображения: чем белее бумага, тем она более пригодна для трех- и четырехкрасочного печатания. Если какая-либо поверхность равномерно по всему спектру отражает почти полностью все падающие на нее лучи дневного света, то она воспринимается нами как белая. Поверхность будет казаться тем белее, чем больший процент падающих на нее лучей видимого солнечного спектра она отражает. Наобо¬ рот, нейтрально-черная поверхность (черная без какого-либо оттенка) поглощает почти все лучи солнечного видимого спект¬ ра примерно в равных количествах. Чем меньше лучей отра¬ зится от поверхности, тем более черной она воспринимается нашим глазом. Коэффициент отражения бумаги (равно как и поглощения) обычно выражают в процентах белого, считая полным отраже¬ нием 100%. Степень белизны бумаги испытывается фотометром — при¬ бором, позволяющим сравнить интенсивность двух световых потоков, один из которых отражается от поверхности контроли¬ руемого образца, а другой — от эталона белого цвета (условно 100% белого). Фотометр суммарно измеряет коэффициенты от¬ ражения двух ахроматических объектов по шкале отношением площадей диафрагм, через которые проходят световые потоки, отраженные от контролируемого образца и от эталона белого цвета. В качестве последнего при испытании степени белизны бумаги принимается пластинка из сернокислого бария. Фото¬ метрическую степень белизны бумаги выражают в процентах белого. Испытание белизны бумаги на фотометре производят последовательно с тремя светофильтрами: красным, зеленым, и синим; белизна испытуемого образца бумаги определяется как среднее арифметическое результатов определения с каж¬ дым из трех светофильтров и выражается в процентах белого. Если применяемые светофильтры точно соответствуют трем стандартным цветам* и пропускают лучи, в сумме составляю¬ щие белый цвет, то посредством светофильтров устраняется
Полиграфические материалы М влияние на результат измерения того или иного оттенка бумаги. Следовательно, контроль оттенка бумаги должен обязательно производиться дополнительным испытанием, как это указано ниже. Результаты измерения фотометром степени белизны контро¬ лируемого объекта не лишены некоторой субъективности, за¬ висящей от индивидуальных особенностей зрения специалиста, производящего измерение; кроме того, имеет значение и утом¬ ляемость глаза при продолжительной работе с фотометром. Все это послужило причиной разработки объективных фото¬ электрических фотометров, в которых человеческий глаз заме¬ нен фотоэлементом. Если фотоэлемент осветить лучами света, то он изменяет свои электрические свойства, и в цепи возникает электрический ток, сила которого будет пропорциональна осве¬ щенности. Сила электрического тока измеряется гальваномет¬ ром, отградуированным в процентах белого, отражаемого от контролируемого образца, по сравнению с эталоном заранее известной степени белизны (или степени черноты). Испытание цвета и оттенка бумаги. Наиболее простой и доступный, точный для практических целей метод испытания цвета и оттенка бумаги состоит в сравнении ее цвета и оттенка с цветом и оттенком заранее заготовленных эталонов. Недоста¬ ток этого метода заключается в трудности создания достаточ¬ ного числа эталонов и в невозможности выразить результаты измерения в принятых в оптике единицах. Поэтому в хорошо оснащенных лабораториях цвет и оттенок бумаги испытывают спектрофотометрами и колориметрами — приборами, характе¬ ризующими цвет и оттенок испытуемых образцов в виде спект¬ ров отражения или колориметрическими константами (длина доминирующей волны, чистота и яркость). Характеристика этих оптических констант, а также сведения о связи окраски со спектрами отражения см. в § 103 и 115. Испытание сорности бумаги. Сорностью называют посторон¬ ние включения, имеющиеся у бумаги: частицы коры, костры, кусочки плохо разработанной макулатуры, черные угольные точки, частицы краски, минеральные и металлические включе¬ ния, видимые невооруженным глазом на поверхности бумаги. Хотя сорность и не является, строго говоря, оптическим показа¬ телем, но она существенно влияет на оптические свойства бу¬ маги и поэтому рассматривается в настоящем разделе. Сорность определяется подсчетом соринок, размер и допу¬ стимое количество которых указывается в ГОСТ на соответ¬ ствующие виды бумаги, например размером от 0,5 до 2,0 мм (по ГОСТ 7501—56. Бумага печатная) в испытуемом образце бумаги размером 250x250 мм и пересчитывается затем на со¬ держание соринок в 1 м2 испытуемой бумаги.
Раздел первый. Бумага и картон «7 Испытание светопрочности бумаги. Светопрочность бумаги характеризуется устойчивостью, неизменяемостью ее цвета и оттенка, а также постоянством механических свойств (проч¬ ность на разрыв и излом) в результате воздействия рассеянного дневного света или прямых солнечных лучей. Светопрочность белой бумаги зависит главным образом от содержания в ней лигнина. При большом содержании лигнина бумага быстро желтеет и становится хрупкой, при ограниченном его содержа¬ нии бумага более долговечна. Следовательно, все виды бумаги, содержащие в своем составе древесную массу, как, например, печатная бумага № 2 и № 3, песветопрочны; чисто целлюлозная бумага № 1 достаточно светопрочна. Светопрочность цветной бумаги и оттенок белой бумаги зависит от светопрочности орга¬ нических красителей, которыми эта бумага окрашена. Наиболее надежный способ испытания светопрочности бу¬ маги— освещение ее лучами солнца. Но этот метод не всегда применим из-за непостоян¬ ства солнечного освещения в различное время года и длительности испытания. Для быстрого испытания светопрочности бумаги мож¬ но пользоваться светом ртутной кварцевой лампы. Степень светопрочности ус¬ танавливают сравнением цвета и оттенка, а также ме¬ ханических характеристик бумаги до и после ее осве¬ щения. Испытание прозрачности бумаги. Иногда печать, на¬ несенная на одной стороне оттиска, становится разли¬ чимой с оборотной стороны. Причина этого (если бумага нормально, не слишком глу¬ боко впитала краску) за¬ ключается в чрезмерной прозрачности бумаги. Прозрачность или не¬ прозрачность бумаги зави¬ сит от композиции бумаги, содержания в ней наполнителя, характера размола волокна и степени уплотнения — каландрирования. Чисто целлюлозная бу¬ мага всегда гораздо прозрачнее бумаги с древесной массой; Рис. 26. Диафанометр Клемма — прибор для испытания прозрачности бумаги: 1 — фитильная лампа стандартного источника света; 2—зрительная труба; 3 — екошечко зрительной трубы, к которому прижимаются листочки испытуемой бумаги; 4 — крючки, удерживающие образцы бумаги; 5 — станина прибора.
68 Полиграфические материалы более жирный размол делает бумагу более прозрачной; чем меньше в бумаге наполнителя и чем сильнее бумага уплотне¬ на— каландрирована, тем она будет более прозрачна. Непрозрачность бумаги объясняется резкой разницей в по¬ казателях преломления растительных волокон, наполнителя и воздуха, имеющегося в порах бумаги. Проникающие в слой бумаги лучи при переходе из одной среды в другую (волокна, наполнитель, воздух) преломляются, частично рассеиваются в результате диффузного отражения и не достигают противопо¬ ложной стороны оттиска. Степень непрозрачности испытывается диафанометром Клем¬ ма (рис. 26) и выражается числом листочков бумаги, затем¬ няющей пламя лампочки определенной силы света. В данном случае применяется небольшая фитильная лампа, наполненная амилацетатом. Степень непрозрачности бумаги можно также испытать пу¬ тем промера фотометром белизны бумаги, наложенной сперва на белую поверхность, а затем на лист черной фотографической упаковочной бумаги. Если испытуемая бумага прозрачна, то степень ее белизны на фоне черной бумаги заметно снижается. Неровность просвета («облачность») бумаги испытывают, рассматривая листы испытуемой бумаги в проходящем рассеян¬ ном свете. § 24. ИСПЫТАНИЕ РОВНОСТИ И ГЛАДКОСТИ ПОВЕРХНОСТИ БУМАГИ Ровность и гладкость поверхности бумаги, т. е. микрогеомет¬ рия ее поверхности, имеет очень большое значение в процессе печатания, так как от степени гладкости бумаги зависит ров¬ ность наложения слоя краски, четкость и ясность графических элементов. Гладкость бумаги в сочетании с ее упруго-пластическими свойствами являются главными показателями печатных свойств бумаги. Оттиск, изготовленный на достаточно гладкой упруго¬ пластической бумаге, уже при минимальном давлении печатного цилиндра точно повторяет рисунок печатной формы. Понятно, что чем меньше давление, необходимое для равномерного запе¬ чатывания бумаги, тем выше будет качество отпечатка и мень¬ ше износ печатной формы. Даже самая гладкая на глаз бумага в действительности имеет несколько шероховатую поверхность, причем степень этой шероховатости у разных бумаг различна. Вот почему, прежде чем пустить бумагу в производство, нужно испытать ее гладкость и убедиться, что показатель гладкости соответствует установленным нормам.
Раздел первый. Бумага и картон 69 Для испытания гладкости бумаги применяют прибор Ю. Бек¬ ка, позволяющий определить полноту контакта поверхности испытуемой бумаги с поверхностью гладкой, плотно прижатой Рис. 27. Прибор Бекка для испытания гладкости бумаги: а — схема устройства; б — главный рабочий узел; в — положение трехходового крана в момент испытания гладкости бумаги. к бумаге стеклянной пластинкой, в зависимости от скорости просачивания между ними определенного объема воздуха. Схема устройства прибора Бекка изображена па рис. 27, а; на рис. 27, б показан главный узел прибора. Испытуемый обра¬ зец бумаги 3 помещают на круглую стеклянную пластинку 1 с отверстием в центре; сверху бумаги кладут резиновую про¬
70 Полиграфические материалы кладку 4 и металлическую крышку 2. Крышка 2 с резиновой прокладкой 4 прижимает образец испытуемой бумаги 3 к стек¬ лянной пластинке 1 винтом 5 давлением 1 кг/см2, создаваемым рычагом 7, без дополнительного груза 6, показанного на ри¬ сунке. Трехходовой кран 8 поворачивают в положение, изобра¬ женное на схеме, так, чтобы воздушный резервуар 9 соединялся с ручным вакуумным насосом 10. Посредством насоса создают в резервуаре разряжение в 0,5 ат, которое контролируют ва¬ куумметром 11. При этом ртутный столбик вакуумметра дохо¬ дит до верхней красной черты шкалы, соответствующей разря¬ жению в 0,5 ат. Затем трехходовой кран 8 поворачивают в по¬ ложение, показанное на рис. 27, в, когда воздушный резервуар с разреженным воздухом соединяется с отверстием стеклянной пластинки 1. В результате воздух начинает просачиваться меж¬ ду поверхностью испытуемой бумаги и стеклянной пластинки в направлении, показанном на рис. 27, б стрелками, и поступает в резервуар 9. Кран закрывают, когда столбик ртути вакуум¬ метра опустится до нижней красной черты, что соответствует просачиванию точно 10 см3 воздуха. Гладкость бумаги характеризуется временем в секундах, необходимым для просачивания 10 см3 воздуха между поверх¬ ностью бумаги и гладкой поверхностью стекла площадью 10 см2 под действием вакуума в 0,5 ат. При испытании бумага при¬ жата к стеклянной пластинке давлением в 1 кг/см2. Чем меньше гладкость поверхности бумаги, тем меньше вре¬ мени потребуется для просачивания определенного количества воздуха. Наоборот, чем ровнее бумага, тем больше потребуется времени для просачивания того же объема воздуха. Прибор Бекка позволяет также испытать коэффициент сгла¬ живания бумаги. Чтобы узнать коэффициент сглаживания бумаги, нужно произвести два испытания ее гладкости, сперва под давлением 1 кг/см2, а второй— 10 кг!см2. Для второго испы¬ тания на рычаг 7 устанавливают груз 6. Коэффициент сглажи¬ вания вычисляют по формуле: К = PlO-Pl Pi где К—коэффициент сглаживания, Р\ — гладкость бумаги в се¬ кундах при грузе в 1 кг/см2, Р{0—гладкость бумаги в секундах при прузе 10 кг/см2. Иногда вместо гладкости испытывают показатель лоска бумаги (в градусах лоска по Кизеру), однако этот показатель характеризует не столько гладкость (ровность) поверхности бумаги, сколько ее глянцевитость — лоск.
Раздел первый. Бумага и картон 71 § 25. ИСПЫТАНИЕ ВПИТЫВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ БУМАГИ Вопросы впитывающей способности бумаги и связанные с ними вопросы проклейки являются одними из наиболее важных с практической точки зрения и сложных в теоретическом отно¬ шении. Многое в этой области остается еще не вполне ясным, дискуссионным. Проблему впитывающей способности нельзя решить одно¬ значно, прйписывая большую или меньшую впитывающую спо¬ собность бумаги действию проклейки, хотя качество и степень проклейки существенно влияют на впитывающую способность бумаги. Нужно рассматривать вопрос во всем его многообразии, учитывая, кроме проклейки, состав волокна (композицию) и степень его разработки — фибриллирования, и степень уплот¬ нения бумаги — каландрирование. Говоря о впитывающей способности бумаги, нужно разли¬ чать: 1) впитывание масла и масляных красок и 2) впитывание воды, чернил, туши и акварельных красок. Путями для проникновения жидкостей (вода, масло) явля¬ ются поры бумаги и капилляры, имеющиеся внутри волокон. Влияние различных видов проклейки на свойства бумаги рассматривалось нами в § 11; здесь необходимо остановиться на способности поверхности бумаги и составляющих ее волокон и частичек наполнителя смачиваться в той или иной степени водой и маслом, или, другими словами, говорить о молекуляр¬ ной природе бумаги. Говоря о молекулярной природе бумаги, нужно иметь в виду, что целлюлоза и целлюлозосодержащие волокна хорошо смачи¬ ваются как водой, так и маслами. Следовательно, природа во¬ локна сама по себе не влияет на впитывающую способность бумаги, но имеет значение дисперсность растительных волокон, образующих бумагу. Например, древесная масса придает хоро¬ шую впитывающую способность бумаге, в состав которой она входит, вследствие своей коротковолокнистости, раздроблен¬ ности и наличия значительного количества бесформенной дре¬ весной мелочи — «древесной муки». Размол — фибриллирование — в большей или меньшей сте¬ пени уничтожает поры бумаги и закрывает доступ жидкостей в капилляры целлюлозосодержащих волокон. Следовательно, характер размола сильно влияет на впитывающую способность бумаги. Аналогичное действие оказывает и усиленное каланд¬ рирование— уплотнение бумаги. Наполнитель — каолин, имеющийся в бумаге, улучшает как смачивание бумаги водой и проникновение ее в поры и капил¬ ляры бумаги, так и смачивание бумаги маслами. Следовательно, наполнитель способствует впитыванию и воды и масел; воды —
72 Полиграфические материалы в силу своей гидрофильное™, а масел — вследствие капилляр¬ ности, которую он придает бумаге, и хорошей адсорбционной способности поверхности частичек наполнителей. Сильная крахмальная проклейка ограничивает впитывание в бумагу чернил не потому, что изменяется молекулярная при¬ рода бумаги (как известно, при крахмальной проклейке по¬ верхность бумаги становится более гидрофильной), а исключи¬ тельно потому, что закрываются капилляры волокнистых и не¬ волокнистых компонентов бумаги. Подытоживая сказанное, можно прийти к выводу, что боль¬ шую или меньшую впитывающую способность определят не толь¬ ко те факторы, которые существенно меняют молекулярную при¬ роду бумаги (например, при проклейке кремнийорганическими полимерами), но и факторы, которые существенно меняют структуру бумаги (например, размолом, наполнением, каланд¬ рированием— уплотнением и т. д.). Впитывающая способность бумаги имеет особо важное зна¬ чение, когда печатание осуществляется невысыхающими краска¬ ми, например газетными, книжными, а также при печатании на ротационных машинах. В этих случаях закрепление — пленкооб- разование — краски на оттисках происходит в результате впи¬ тывания порами и капиллярами бумаги сравнительно маловяз¬ ких, низкомолекулярных составных частей краски и адсорбции тончайшей смоляной пленки на поверхности волокон и наполни¬ телей бумаги. При иллюстрационной печати впитывающая спо¬ собность бумаги также имеет значение. В одном случае при пе¬ чатании красками, закрепляющимися на оттиске преимуществен¬ но окислительной полимеризацией связующего вещества, впиты¬ вающая способность бумаги должна быть минимальной, так как, впитывая краску, оттиски теряют насыщенность и становятся матовыми. В другом случае, когда печатание производится бы- стровысыхающими иллюстрационными красками, закрепляющи¬ мися в результате избирательного впитывания в бумагу связую¬ щего вещества, соответствующая впитывающая способность бумаги имеет решающее значение на результат печатания. Впитывание бумагой краски Происходит вследствие ее вдав¬ ливания печатным цилиндром и последующего за этим действия капиллярных сил, развивающихся в порах и особенно в капил¬ лярах бумаги. Испытание впитывающей способности бумаги методом Го* знака. Метод основан на измерении времени, необходимого для полного высыхания на поверхности испытуемой бумаги капли ксилола, подкрашенного нефтяным битумом. Испытание произ¬ водят на приборе, устройство которого показано на рис. 28. На поверхность образца испытуемой бумаги, укрепленного на шта¬ тиве /, наносят посредством бюретки 2 каплю ксилола, подкра-
Раздел первый. Бумага и картон 73 шейного нефтяным битумом. Метод Гознака применяется для испытания впитывающей способности сравнительно гладких сла- бовпитывающих бумаг: для глубокой печати и мелованной. Его не рекомендуется применять для испытания сравнительно шеро¬ ховатых (офсетных) и сильно впитывающих бумаг (типограф¬ ская № 2 и др.), так как капля ксилола или чрезмерно задержи¬ вается в неровностях бумаги, или почти моментально впитывает¬ ся в бумагу и испаряется. Рис. 28. Прибор Гознака для Рис. 29. Прибор для испытания испытания впитывающей впитывающей способности бумаги, способности бумаги. Испытание впитывающей способности бумаги при помощи капли касторового масла. Впитывающая способность газетной и других видов хорошо впитывающей бумаги может быть испытана по скорости проникновения капли касторового масла на оборот¬ ную сторону бумаги. Для испытания применяют прибор (рис. 29), где имеется делительная капельная воронка, заполненная касто¬ ровым маслом 1, столик с отверстием для закрепления образца бумаги 2, зеркальце 3 для наблюдения за пропитыванием образ¬ ца бумаги насквозь, матовое стекло 4, за которым расположена электрическая лампочка, освещающая оборотную сторону испы¬ туемой бумаги. Микроскопический метод испытания впитывающей способно¬ сти бумаги заключается в следующем. Готовят отпечатки соот¬ ветствующих красок на типографской, офсетной и т. п. бумаге в
74 Полиграфические Материалы стандартных условиях. Оттиски зажимают в специальном Шта¬ тиве, затем аккуратно срезают незажатую их часть и рассмат¬ ривают полученные таким образом поперечные срезы под ми¬ кроскопом. Глубину и характер впитывания краски в бумагу измеряют в микронах, пользуясь окулярмикрометром. § 26. ИСПЫТАНИЕ УПРУГО-ЭЛАСТИЧЕСКО-ПЛАСТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БУМАГИ Бумага, состоящая в основном из целлюлозы, пронизанная системой пор и капилляров, содержащая мелкораздробленные минеральные наполнители и некоторое количество влаги под дей¬ ствием некоторого давления деформируется, т. е. изменяет свою форму и размеры в зоне действия деформирующего усилия (дав¬ ления), проявляя при этом свои упруго-эластическо-пластические свойства. Таким образом, бумага под давлением печатного ци¬ линдра деформируется (несколько сжимается), а после прекра¬ щения давления или возвращается в свое первоначальное поло¬ жение, или сохраняет едва заметную деформацию. При чрезмер¬ ном давлении остаточная деформация настолько значительна, что оттиски приобретают оборотный рельеф. Способность листа бумаги несколько сжиматься (уменьшать свою толщину, уплотняться) в процессе печатания под действием давления печатного цилиндра, а после прекращения давления восстанавливать свою первоначальную толщину, свои первона¬ чальные размеры называется упругостью и эластичностью бу¬ маги. Способность листа бумаги сохранять после прекращения давления, например после вывода оттиска, полученную деформа¬ цию называется пластичностью бумаги. В данном случае дефор¬ мация заключается в изменении формы листа в результате вдав¬ ливания шрифта и других графических элементов печатной фор¬ мы. Следовательно, у бумаги могут наблюдаться обратимые и необратимые деформации в зависимости от величины давления печатного цилиндра. В процессе печатания наличие ровной и гладкой поверхности бумаги еще недостаточно для обеспечения полного, совершенно¬ го контакта с поверхностью печатной формы вследствие того, что, во-первых, толщина бумаги у различных листов и на разных участках листа несколько меняется и, во-вторых, поверхность пе¬ чатающих элементов не располагается строго на одном уровне. Таким образом, для достижения полного контакта поверхности бумаги с поверхностью печатной формы бумага должна дефор¬ мироваться под действием печатного цилиндра, т. е. проявлять свои упруго-эластическо-пластические свойства, так как только в этом случае можно получить высокое качество печати. Как мы уже говорили, бумага может иметь упругие, эласти¬
Раздел первый. Бумага и картон 75 ческие и пластические свойства. Эти свойства зависят от струк¬ туры бумаги и проявляются при ее деформировании под дей¬ ствием соответствующего усилия, почему они и получили на¬ звание деформационных свойств, или, иначе, структурно-меха¬ нических. При наложении груза (усилия) бумага испытывает первона¬ чально мгновенную деформацию, полностью обратимую при сня¬ тии грузапри условии, что груз не слишком велик. Такая мгновен¬ ная, полностью обратимая деформация называется упругой. При действии на образец бумаги груза, превышающего предел упругости, кроме мгновенной, или упругой, деформации, наблю¬ дается замедленная, постепенно нарастающая и постепенно полностью исчезающая при снятии груза деформация. Такая полностью обратимая по величине, постепенно нарастающая и также постепенно исчезающая деформация называется эластич¬ ной, или деформацией упругого последействия. Все сказанное, однако, справедливо при том условии, что деформирующее уси¬ лие не превышает верхнего предела эластичности, или предела текучести. Если деформирующее усилие превышает этот предел, то у бумаги наблюдается появление остаточных, или пластиче¬ ских, деформаций. Следовательно, пластичностью называются необратимые деформации, появляющиеся («натекающие») в ре¬ зультате действия груза, превышающего верхний предел эластич¬ ности, или предел текучести. Упруго-эластическо-пластические свойства бумаги, так же как и аналогичные свойства синтетических полимеров и дисперс¬ ных систем, иначе называются структурно-механическими свой¬ ствами, так как проявляются при деформации этих систем и оп¬ ределяются их строением, т. е. физико-химическим взаимодей¬ ствием частиц и макромолекул. Структурно-механические свой¬ ства бумаги, полимеров, печатных красок и многих других кол¬ лоидных систем управляются законами физико-химической ме¬ ханики— новой области науки, успешно развиваемой в нашей стране академиком П. А. Ребиндером и сотрудниками его науч¬ ной школы. Физико-химическая механика открывает законы строения многих технически важных материалов и находит на¬ дежные эффективные способы улучшения полезных свойств этих материалов в соответствии с требованиями промышленности и запросами народного хозяйства. В частности, развитые физико¬ химической механикой закономерности позволяют не только ко¬ ренным образом улучшить свойства главных полиграфических материалов —бумаги, красок, печатных форм и проч., но и науч¬ но организовать процесс печатания. В этом направлении значи- тельные работы выполнены Л. А. Козаровицким (ВНИИПП) Теперь изобразим результаты опыта деформации образца бу¬
76 Полиграфические материалы маги в течение некоторого периода времени при некотором посто¬ янном усилии (грузе) Р графически так, как это принято в физико¬ химической механике. Сначала рассмотрим развитие (кинетику) Рис. 30. Кинетика упруго-эласти¬ ческих деформаций бумаги при Р<Рк Рис. 31. Кинетика упруго-эластическо- пластических деформаций бумаги при Р>Р к деформации образца для того случая, когда Р<РК (Р к—верх¬ ний предел эластичности, или предел текучести), т. е. случая раз¬ вития упругих и эластичных, полностью обратимых деформаций (рис. 30). Как видно из рисунка, отрезок ε0 характеризует мгновенно появляющиеся и мгновенно исчезающие упругие де¬ формации, точка А характеризует предел упругости, кривая АВ
Раздел первый. Бумага и картон ,77 показывает постепенное нарастание во времени эластических де¬ формаций; отрезок гт—εο характеризует эластичные деформа¬ ции, или деформации упругого последействия, точка В показыва¬ ет верхний предел эластичности, он же предел текучести в том случае, если Р = Рк\ отрезок гт характеризует сумму упругих и эластичных деформаций. Рисунок показывает, что при разгрузке системы в точке В' (Р = 0) полностью исчезает сперва мгновенная упругая деформация, а затем — постепенно эластичная. Теперь рассмотрим другой случай когда Р>РК, т. е. когда наблюдаются и упруго-эластические (обратимые) и пластические (необратимые, остаточные) деформации (рис. 31); здесь, в отли¬ чие от предыдущего случая, линия АС показывает не только на¬ растание эластических, но и пластических деформаций, а отре¬ зок еост характеризует пластичность. Как видно из рисунка, при снятии нагрузки (точка С) мгновенно исчезают упругие де¬ формации, затем постепенно исчезают эластические деформации (точка D) и остаются неизменными только пластические остаточ¬ ные деформации бумаги. Слабо увлажненная (сухая) ненаполненная бумага не дает остаточных деформаций, а обнаруживает только медленные эла¬ стические деформации. При больших напряжениях (усилиях, от¬ несенных к единице площади), близких к пределу текучести, в структуре бумаги происходит разрыв отдельных волокон, что и выражается в появлении остаточной деформации. При переувлажнении бумаги ее гидрофильные волокна раз¬ двигаются тончайшими прослойками воды, силы связи между волокнами ослабевают, и структура приобретает подвижность. В достаточно влажной (непроклеенной или слабо проклеенной) бумаге под действием усилий происходит течение — нарастание остаточной деформации во времени (см. рис. 31) в результате сдвига волокон без их разрушения, и самый разрыв может про¬ исходить в результате не разрыва волокон, а их «вытаскивания» из структуры. Высоконаполненные бумаги также показывают пластические деформации за счет скольжения по отношению друг к другу и к волокнам частичек наполнителя, например каолина. Причина упруго-эластическо-пластических деформаций бума¬ ги объясняется природой строения макромолекулы целлюлозы как полимера и структурой (строением) бумаги. Так, упругие и эластические деформации бумаги определяются величиной мак¬ ромолекул целлюлозы, их нитевидным строением, а также си¬ лами молекулярного притяжения, действующими между молеку¬ лами целлюлозы в техническом целлюлозном волокне. Большое значение имеют водородные связи между близко расположенны¬ ми друг к Другу макромолекулами целлюлозы и фибриллами технических целлюлозных волокон.
78 Полиграфические материалы Пластичность бумаги зависит от нескольких причин, причем разнородный состав бумаги предполагает различную природу пластических деформаций, например наполнителя и волокнистых структурных элементов бумаги. Изменение структуры бумаги в процессе ее сдавливания со¬ провождается, во-первых, уплотнением бумаги (более плотная упаковка волокон и наполнителя) и, во-вторых, непрерывным и посте¬ пенным разрушением мелких струк¬ турных элементов. Таким образом, суммарная деформация бумаги под действием соответствующего усилия определяется одновременным про¬ теканием многих явлений, начиная от мгновенной упругой деформации и кончая необратимой пластической деформацией, связанной с превы¬ шением предела текучести и пре¬ дельного напряжения сдвига (пре¬ дела прочности) как отдельных звеньев структуры бумаги, так и бумаги в целом. Теперь рассмотрим очень важ¬ ное свойство бумаги, называемое релаксацией. Релаксация — это явление постепенного расса¬ сывания упругих напряжений сдвига при постоянстве первона¬ чально заданной деформации, т. е. постепенного рассеивания упругой энергии, запасенной в деформируемом теле путем пере¬ хода ее в тепло1. Поясним явление релаксации примером. Бума¬ га для свертывания в трубку требует некоторого усилия и сразу же распрямляется, если это усилие снять, вследствие упругих на¬ пряжений, возникших в бумаге при ее свертывании. Та же самая бумага, через некоторое время пребывания в свернутом состо¬ янии, теряет способность распрямляться, так как ее упругие на¬ пряжения, возникшие при свертывании (деформации), постепен¬ но «рассосались», т. е. исчезли. Явление релаксации характерно не только для бумаги, но и для многих других коллоидных систем, например печатных кра¬ сок, переплетных клеев, синтетических волокон и проч. Л. А. Козаровицкий и Р. Э. Каганова разработали метод ис¬ пытаний упруго-эластично-пластичных свойств бумаги с исполь¬ зованием в качестве измерительного прибора обычного верти¬ кального оптиметра, предназначенного для сравнительного изме- Петр Александрович Ребиндер. 1 П. А. Ребиндер. 1958, стр. 8. Физико-химическая механика. Изд-во «Знание»,
Раздел первый. Бумага и картон 79 рения калибров с точностью до 10 “4 см. Такая точность прибора достигается сочетанием механических рычажных устройств и оп* тических систем. Для испытания деформации бумаги на оптимет¬ ре устанавливается соответствующее приспособление. Совершенно упруго-эластичной, так же как и совершенно пла¬ стичной, бумаги не существует. Обычно бумага имеет одновре¬ менно упругие, эластические и пластические свойства. У разных видов бумаги эти свойства выражены в разной степени: зависят они от природы волокна, степени его разработки, а также от сте¬ пени и характера наполнения бумаги, качества ее отделки и от влажности. Для структуры бумаги как системы, построенной в виде свое¬ образного каркаса из целлюлозы и целлюлозосодержащих воло¬ кон, характерны ясно выраженные упруго-эластические свойства. Упруго-эластические свойства практически любой бумаги оказы¬ ваются вполне достаточными как для процесса печатания и даль¬ нейшей обработки оттисков, так и для создания достаточно проч¬ ной и удобной в обращении книги и других видов печатной продукции. Совсем другое положение наблюдается с пластично¬ стью бумаги. Пластичность бумаги во многих случаях оказывает¬ ся недостаточной. По этой причине пластичность бумаги, как одно из главных печатных свойств, увеличивают несколькими способа¬ ми, а именно: путем введения в состав бумаги наполнителя — каолина, древесной массы — и применением более тощего размо¬ ла. Каландрирование уменьшает пластичность бумаги, так как при этом неизбежно и резко уменьшается пористость бумаги. Огромное влияние на упруго-эластическо-пластические свой¬ ства бумаги оказывает окружающая среда, т. е. влажность и температура воздуха. Чем больше увлажняется бумага, тем выше ее пластические и ниже упруго-эластические свойства. Объясня¬ ется это, во-первых, ослаблением при увлажнении водородных связей между волокнами целлюлозы и ее фибриллами и, во-вто¬ рых, пластифицирующим действием воды — набухание раститель¬ ных волокон и каолина и повышение их пластичности. Упругость, эластичность и особенно пластичность бумаги — очень важные печатные свойства в типографской и глубокой печати. Подробнее об этом см. в § 18. § 27. ИСПЫТАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ БУМАГИ Достаточная механическая прочность бумаги обеспечивает продолжительное использование печатной продукции и предо¬ храняет ее от преждевременного разрушения в результате сгиба¬ ния, перелистывания, трения и т. п. Кроме того, 1механическая прочность бумаги имеет значение и в процессе печатания, предот¬ вращая выщипывание краской бумажных волокон и образование
80 Полиграфические материалы бумажной пыли; в ротационном печатании достаточная механи¬ ческая прочность (прочность бумаги на разрыв и особенно ее растяжение при разрыве) предохраняет бумагу от обрывов. Механическая прочность бумаги характеризуется обычно прочностью бумаги на разрыв, на излом (число двойных переги¬ бов) и прочностью поверхности бумаги (непылимость бумаги). Испытание прочности и полоска разрывается, когда разрывное усилие превысит пре¬ дел прочности бумаги на разрыв. В момент разрыва бумажной полоски рычаг 3 останавливается и стрелка показывает на шка¬ ле 9 усилие в килограммах, необходимое для разрыва. Другая стрелка на шкале 2 показывает растяжение бумажной полоски до момента разрыва в процентах к первоначальной длине. Прочность бумаги на разрыв принято выражать показателем «разрывной длины», т. е. условной величиной длины бумажной ленты в метрах, ори которой эта лента, подвешенная за один ко¬ нец, разорвалась бы от собственного веса. Разрывную длину вычисляют по формуле: где L — разрывная длина бумаги в метрах, Q — разрывное усилие в граммах, q — вес одного метра испытуемой бумаги в граммах, I—ширина испытуемой полоски бумаги в метрах. Испытание прочности бумаги на излом. Прочность бумаги на излом выражают числом двойных перегибов, которые выдержи¬ вает полоска испытуемой бумаги размерами 100 X 15 мм при ее бумаги на разрыв произ¬ водят на разрывной лабо¬ раторной машине — ди¬ намометре (рис. 32). По¬ лоску испытуемой бума¬ ги 5 размерами 250Х Х15 мм зажимают клем¬ мами 4 и 6 и включают мотор, а при отсутствии его вращают рукоятку 7. Червячный винт 8 начи¬ нает опускаться вниз, в результате чего полоска бумаги натягивается и приводит в движение ры¬ чаг 3 с грузом 1. По мере подъема рычага возра¬ стает нагрузка на испы¬ туемую полоску бумаги, Рис. 32. Разрывная машина-динамометр для испытания прочности бумаги на раз¬ рыв и удлинения бумаги до разрыва.
Раздел первый. Бумага и картон 81 сгибании и разгибании по одному и тому же месту на 180° до мо¬ мента разрыва на испытательном приборе. Прибор «фальцер» (Завод промышленных испытательных ма¬ шин ГДР) предназначен для испытания двух образцов бумаги одновременно и имеет поэтому два испытательных устройства, смонтированных на массивном корпусе 1 (рис. 33). Каждое испы- 3 6 7 7 2 8 б 8 4/2 5 Рис. 33. Прибор для испытания бумаги на излом (число двойных перегибов). тательное устройство состоит из рабочей головки 2, двух приспо¬ соблений 3 и 4 для натяжения испытуемой полоски бумаги во вре¬ мя испытания, счетчика числа двойных перегибов 5 и рычага для выключения (сбрасывания) показаний счетчика. Рабочая головка испытательного устройства, принцип работы которой показан на рис. 34, состоит из перегибных ножей а и четырех направляющих роликов б (в — испытуемая полоска бумаги, г и д — натяжные пружины). Образец бумаги перед его испытанием закрепляют в двух за¬ жимах 7 и 8. Зажимы присоединены к стержням натяжных пру¬ жин, помещающихся в гильзах натяжных приспособлений 3 ,и 4, 7 Заказ № 443
82 Полиграфические материалы по одной пружине в каждой гильзе. Один конец пружины прочно прикреплен к стержню зажима, а второй — к подвижной втулке 9 или 10, перемещающейся в гильзе приспособления для натяже¬ ния бумажной полоски. При вытягивании втулок 9 к 10 создает¬ ся нужное натяжение пружины в 1000 г на каждый зажим, а сле¬ довательно, и на каждый образец испытуемой бумаги, закрепленный в зажимах. Если кноп¬ ки 11 и 12 над гильза¬ ми приподнять, то втулки при помощи второй пружины пере¬ местятся в первона¬ чальное положение. В этом положении обра¬ зец бумаги длиной 100 мм вкладывается в от¬ крытые зажимы и за¬ крепляется в них. При последующем вытяги¬ вании втулок до упора натяжение пружин пе¬ редается образцу бу¬ маги. Середина полос¬ ки бумаги, закрепленной в обоих зажимах, находится в рабочей головке испытательного устройства, как это показано на рис. 33. Под левой натяжной втулкой заднего испытательного устрой¬ ства и под правой втулкой переднего, как уже указывалось, поме¬ щаются рычаги 6, по одному рычагу под каждой из названных втулок, служащие для выключения показаний счетчиков после разрушения испытуемых полосок бумаги. С этой целью до пуска прибора, но уже после его подготовки к испытанию передвигают рычаги наружу: задний рычаг — влево, а передний — вправо. За¬ тем включают электродвигатель, приводящий в движение рабочие узлы прибора, наклонением ручки Ус? влево. В этот момент начина¬ ется испытание. Приводимые в движение перегибные ножи назад и вперед забирают с собой полоску испытуемой бумаги поперемен¬ но в ту или в другую сторону, как это видно на схеме. При разрушении полоски бумаги зажимы притягиваются -пру¬ жинами обратно до упора, причем один из зажимов ударяется по выключателю и выключает таким образом механизм счетчика. После разрушения второй полоски бумаги происходит выключе¬ ние второго счетчика и одновременно всего прибора в целом при помощи автоматического выключателя, смонтированного в кор¬ пусе прибора. После закрепления новых полосок бумаги уста- Рис. 34. Принцип действия прибора для испы¬ тания бумаги на излом.
Раздел первый. Бумага и картон 83 навливается нулевое положение счетчика нажатием на рычаги 6 их торцовых ключей. После разрушения образцов бумаги делается отсчет показания счетчиков; результаты записываются. К заднему испытательному устройству относится левый счетчик, а к переднему—правый. После отсчета показаний счетчики снова устанавливают на нуле¬ вое положение. Натяжение втулок 9 и 10 приводится в первона¬ чальное положение. Наконец, после освобождения зажимов 7 и δ вынимают разорванные части бумажных полосок. При испытании двухполосок с очень разным сопротивлением к двойным перегибам можно временно остановить прибор, не ожи¬ дая разрушения второго, более крепкого образца бумаги. В этом случае первый разорвавшийся образец немедленно вынимают и заменяют новым. Для этого после удаления разорвавшегося об¬ разца и перевода счетчика в нулевое положение нажимают кноп- ку 14 прерывателя, который приостанавливает испытание. Затем вкладывают новый образец бумаги, закрепляют его в зажимах, создают нужное натяжение пружин, включают счетчик передви¬ жением рычага под втулкой к наружной стороне и включают при¬ бор наклонением ручки 13 влево. ВИДЫ БУМАГИ, ПРИМЕНЯЕМОЙ В ПОЛИГРАФИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА § 28. КЛАССИФИКАЦИЯ БУМАГИ Вырабатываемые в настоящее время бумага и картон по ос¬ новному назначению (ГОСТ 2754—44) разделяются на 17 кда- сов, из числа которых для полиграфической промышленности имеют значение следующие: А — печатная бумага; Б— писчая и чертежно-рисовальная бумага; В — техническая и переплетная бумага; Г — этикеточная и оберточно-упаковочная бумага. Бумага каждого класса подразделяется на группы в зависи¬ мости от назначения; бумага каждой группы в свою очередь раз¬ деляется на виды (марки) в зависимости от свойств и от состава (композиции). Так, класс печатной бумаги разделяется на не¬ сколько групп: газетная, книжно-журнальная, картографиче¬ ская, мелованная и другие. В зависимости от способа печатания, для которого предназначается бумага, она делится на типограф¬ скую, офсетную, литографскую, для глубокой печати, фототип- ную и для анилиновой печати. 7*
84 Полиграфические материалы § 29. ГАЗЕТНАЯ ПЕЧАТНАЯ БУМАГА Газетная бумага (ГОСТ 6445—53) изготовляется из древесной массы с добавлением 20—25% сульфитной небеленой целлюлозы для придания бумаге соответствующей механической прочности, необходимой главным образом для возможтюсти выработки бу¬ маги на бумагоделательной машине и для последующего печата¬ ния на ней на быстроходных ротационных машинах. Вес 1 м2 га¬ зетной бумаги составляет 50—52 г, объемный вес равен 0,56. Газетная бумага не проклеивается, так как от нее не требует¬ ся повышенная влагоустойчивость. Нужно отметить, что эта бу¬ мага имеет некоторую, очень незначительную «естественную» проклейку, образующуюся за счет смолы, содержащейся в древе¬ сине и осаждающейся на волокне действием сернокислого гли¬ нозема. В процессе печатания газет на быстроходных ротационных машинах от бумаги требуется повышенная способность впиты¬ вать печатные краски для быстрого закрепления оттисков. Газет¬ ная краска закрепляется на бумаге вследствие впитывания отно¬ сительно жидких составных частей краски порами и капиллярами бумаги и образования на бумаге прочной пленки, состоящей в основном из сажи и смолистых веществ краски. Большая впи¬ тывающая способность придается газетной бумаге ее изготовле¬ нием из древесной массы и значительной пористостью. Газетная бумага вырабатывается машинной гладкости, т. е. она не претер¬ певает большого уплотнения и сохраняет пористость, получен¬ ную на бумагоделательной машине. Газетная бумага тем лучше, чем больше ее гладкость и чем меньше ее объемный вес. Такая бумага имеет хорошую пластич¬ ность, хорошо воспринимает краску, причем закрепление краски идет быстро и полно. В целях улучшения печатных свойств и гладкости в состав газетной бумаги может вводиться наполнитель — каолин, напри¬ мер в количестве 5—8%. В соответствии с этим должна повы¬ шаться и допустимая зольность бумаги. Введение большого количества наполнителя нецелесообразно, так как это будет пони¬ жать прочность бумаги, которая особенно необходима при ро¬ тационном печатании. Своеобразный наполнитель газетной бума¬ ги— это мельчайшие древесные волокна в виде так называемой древесной муки, образующиеся при истирании древесной массы. Газетная бумага вырабатывается двух марок, различающихся в основном гладкостью: марка А с гладкостью (средней по лице¬ вой и оборотной сторонам) не менее 35 сек. и марка Б с глад¬ костью не менее 25 сек. Газетная бумага должна иметь равномерную толщину и плот¬ ность по всему полотну рулона. На поверхности бумаги не
Раздел первый. Бумага и картон 85 допускаются посторонние включения: песчинки, шлифующие по¬ верхность печатной формы, крупные соринк.и и т. п. Газетная бумага выпускается рулонами и в листовом виде. Применяется для печатания газет и массовых брошюр, рассчи¬ танных на непродолжительное время пользования. § 30. ТИПОГРАФСКАЯ БУМАГА Типографская бумага изготавливается из сульфитной (беле¬ ной или небеленой) целлюлозы и древесной массы. Все виды и марки типографской бумаги содержат наполнитель—каолин—и проклеены канифольным клеем. Стандартная композиция бумаги обозначается номерами (табл. 3), соответствующими торговому номеру стандартной ти¬ пографской бумаги. Офсетная бумага и бумага для глубокой печати соответствую¬ щих номеров вырабатывается в точности по такой же компози¬ ции, как и типографская бумага. Поэтому разница в свойствах между бумагой для различных способов печатания заключается не в композиции, а в наполнении, степени проклейки и особенно в способе изготовления. Так, если хорошо откаландрировать вы¬ сокозольную типографскую бумагу, то она по свойствам превра¬ щается в бумагу для глубокой печати. Таблица 3 Стандартная композиция типографской бумаги (в %) Наименование волокна Бумага N° 1 N° 1—Б | N° 2 № 3 Целлюлоза сульфитная еловая беленая, не менее 100 80 50 Целлюлоза сульфитная еловая небеле¬ ная, не менее _ _ 35 Древесная масса еловая белая, не более — 20 50 65 Разные виды типографской бумаги могут быть глазированны¬ ми или матовыми (машинной гладкости) в зависимости от их состава и назначения. Типографская бумага, предназначенная для иллюстрационного печатания с тонкосетчатых клише (в 48 ли¬ ний на см и выше), должна иметь очень ровную поверхность, чтобы на оттиске были отпечатаны полностью все мельчайшие пе¬ чатающие элементы; кроме того, печатание ведется тонкими слоя¬ ми краски при не очень сильном давлении печатного цилиндра, иначе клише может быть раздавлено. Для текстовых и штрихо¬ вых работ возможно применение типографской бумаги ограни¬
Полиграфические материалы ченной гладкости, в особенности если эта бумага содержит дре¬ весную массу. Непрозрачность типографской бумаги очень важна потому, что типографское печатание производится на обеих сто¬ ронах бумаги с применением интенсивно-черных красок. Для по¬ вышения гладкости поверхности, улучшения пластичности, а также для уменьшения степени прозрачности типографскую бу¬ магу изготовляют с довольно большим содержанием 'наполните¬ ля — каолина (более 10—15%). Большое значение для типографской бумаги, предназначен¬ ной для ротационного печатания, имеет впитывающая способ¬ ность; это объясняется тем, что многие ротационные краски зак¬ репляются пленкообразованием за счет избирательного впитыва¬ ния связующего вещества этих красок. Специальные виды типографской бумаги, предназначенной для иллюстрационного ротационного печатания (например, на ротационных машинах с листовым накладом) быстрозакрепляю- щимися красками, содержат более 19—23% каолина, что делает¬ ся с целью, во-первых, придать бумаге наивысшую гладкость по¬ верхности, по качеству приближающуюся к поверхности мелован¬ ной бумаги, и, во-вторых, для придания бумаге капиллярности, необходимой для быстрого избирательного впитывания части свя¬ зующего вещества и связанного с этим пленкообразования крас¬ ки на оттиске. Типографская бумага имеет ограниченную прок¬ лейку канифольным клеем (не более 0,5 мм)9 ввиду того что в процессе типографского печатания и дальнейшей обработки от¬ тисков не происходит ее соприкосновения с влажными поверхнос¬ тями, как, например, это имеет место в офсете. Гладкость типографской глазированной бумаги №1 в 200 сек. является минимальной, так как, например, для высококачествен¬ ного печатания текста с тоновыми иллюстрациями при растре в 48 линий на см обязательно применение бумаги с гладкостью бо¬ лее 200 сек. Типографская чисто целлюлозная бумага № 1 всегда будет более прозрачная и более жесткая, чем типографская бумага № 2, состоящая из целлюлозы и древесной массы. Бумага типографская (ГОСТ*9095—59) в зависимости от ком¬ позиции и назначения выпускается следующих номеров и марок: Бумага № 1 марки А предназначается для печатания иллюст¬ рированных журналов, учебников для высшей школы, научно¬ политической и научно-технической литературы, а также подпис¬ ных изданий. Бумага № 1-А отличается высокой степенью белиз¬ ны, хорошей светопрочностью и долговечностью. Бумага № 1 марки Б имеет назначение, аналогичное бумаге № 1-А. 20% древесной массы вводится в композицию с целью улучшения печатных свойств бумаги № 1-Б (непрозрачность, пластичность, хорошее восприятие краски) и для экономии цел¬
Раздел первый. Бумага и картон 87 люлозного волокна. Несколько пониженная светопрочность и долговечность бумаги № 1-Б из-за наличия древесной массы не позволяет применять эту бумагу для таких изданий, как, напри¬ мер, Большая советская энциклопедия и других, рассчитакных на длительное использование. Бумага № 1 марки В предназначена специально для иллюст¬ рационного ротационного печатания. Она может быть использо¬ вана во всех других случаях, когда требуется высокое качество печати, так как имеет высокую зольность и повышенную глад¬ кость поверхности. Все марки типографской бумаги № 1 выпускаются весом 1 ж2 —60 и 70 г. Бумага № 2 марки А предназначается для печатания попу¬ лярной, художественной и пропагандистской литературы, техни¬ ческой литературы и учебников, не рассчитанных на длительный срок пользования. Бумага № 2 марки А выпускается весом 1 ж2 —65 г. Бумага № 2 марки Б предназначена специально для иллюст¬ рационного ротационного печатания. Она может быть использо¬ вана -и во всех других случаях применения бумаги № 2, когда требуется высокое качество печати, так как бумага № 2-Б имеет высокую зольность и гладкость поверхности. Бумага № 2 мар¬ ки Б выпускается весом 1 м2 — 70 г. Бумага № 3 предназначена для печатания популярной мас¬ совой политической и художественной литературы, а также для различного рода эпизодических массовых изданий. Технические показатели бумаги для типографской печати при¬ водятся в табл. 4. Бумага должна обладать хорошим восприятием печатных кра¬ сок, иметь прочную поверхность и не должна пылить. Просвет бумаги должен быть ровным и должен соответствовать образцу, утвержденному потребителем и поставщиком. Бумага по оттенку и допустимым отклонениям по нему должна соответствовать образцам, утвержденным потребителем и поставщиком. § 31. ОФСЕТНАЯ БУМАГА Как уже указывалось, для .рядовой печати офсетным спосо¬ бом можно применять офсетную бумагу ограниченной гладкости, например не менее 30 сек. для бумаги № 1 марки А, но обяза¬ тельно однородную и с мелкозернистой поверхностью. Для четы¬ рехкрасочного печатания и тонких офсетных работ бумага долж¬ на быть более ровной, например с гладкостью 40—100 сек. Совер¬ шенно недопустимо применение в офсете пылящей бумаги, так как бумажная пыль сильно загрязняет офсетные резиновые плас¬ тины и снижает качество печати. Поверхность офсетной бумаги
3 £ к о ω о Е LO (UON 2 N ю О О *9* X О. и О с « ч Ч а S >» VO S ч а> н X η X ж О С S X X <υ к KJ о со 00 см о О I I ь 00 1 о 1 оо 2 со ю о и н о о о ю 2 ж ж ξ 1 <N -Н с- <ι3 о X ю (D О СО ?“© >, С ю о о о ч о о о ю N. (D —1 CN CN -Н о со 75 см О ю о О * 1 о 1 05 О сГ ю со к о ь § 1 см +1 о- О CD CD со ж 70 CD X о % 2 мене 15 3,80 0,5 350 о >, с о о о о о 05 ОО см +1 IN- CD CD ч Ж Ж <D CD (D 70 <D S о S со CD Ж О iLiON s~o 0,5 о ю со Ж О О О О 05 ОО см — <М -н N. CD CD ^ Ж Ж CD о оо CD X О <D Ю 2 см CD Ж более 23 0,90 0,5 150 О О О О 05 Г- со +1 N- о оо О 00 1 О Ч1 более 23 0,75 0,5 150 1900 1700 со — см -Н N- О см 05 ю о О I ю см 1 00 о" о~ см О О о о о оо СМ —' со -Н к о СО ю 75 00 СМ ю ю о о ь 1 ί оо Ν- о LO см W о о 2 со —< ж о О о S см CD ^ -23 о 05 ю о ю оо о" о" >> С о ч ю ю о Ν- ю о О 9S о X X О *Х О ж CJ U3 § а. |е « о и, О Ж Ж ч о го ЭХ 3 ж S CD *0 \о о ч о \о ч ж о Си с о о — <м о о о оо со ■н см — N- о о о о — 05 ч* м СМ —' IN о о — <М о о —. 05 ■н см — N о (D ж CD . с ж о ж ю ■ X с ЭЖ ж о G 2 о ж ж <d сж CD ii \о cN о ж * ж ч 03
Раздел первый. Бумага и картон должна быть прочной, Чтобы не было выщипывания волоконец бумаги краской при ее переходе с поверхности резиновой пласти¬ ны. Офсетная бумага хорошо проклеивается канифольным клеем,' а иногда дополнительно и крахмалом. Однако офсетная бумага наивысшего качества, например картографическая, получается с применением в качестве проклейки меламино-альдегидной смо¬ лы вместе с канифолью. Высокая степень проклейки офсетной' бумаги (0,75—1,25 мм и выше) необходима для ограничения впи¬ тывания воды, применяемой при увлажнении офсетной формы, и для уменьшения деформации бумаги. Некоторая жесткость оф¬ сетной бумаги не имеет значения, так как изображение перено¬ сится на‘ бумагу с упруго-эластичной резины. Впитывающая спо¬ собность бумаги может быть ограниченной, если применяются офс-етные краски, закрепляющиеся на бумаге преимущественно пленкообразованием в результате окислительной полимеризации связующего вещества. Однако при применении красок, быстро закрепляющихся вследствие избирательного впитывания связую¬ щего вещества, офсетная бумага, естественно, должна хорошо впитывать печатные краски, что и достигается путем увеличения капиллярности бумаги в результате содержания в бумаге боль¬ шого количества наполнителя — каолина. Литографская бумага, применяемая в настоящее время для художественной автолитографии, является одним из видов высо¬ когладкой офсетной бумаги, например с гладкостью 160—200 сек. Таким образом, если хорошо откаландрировать офсетную бума¬ гу, то она превращается в литографскую. Бумага офсетная (ГОСТ 9094—59) в зависимости от,компози¬ ции и назначения выпускается следующих номеров й марок. По композиции номера офсетной бумаги точно соответствуют номе¬ рам типографской бумаги, указанным в табл. 3, с той лишь раз¬ ницей, что офсетная бумага № 1 марки Б вырабатывается из 100% сульфитной беленой целлюлозы. Бумага № 1 марки А предназначается для массовых иллюст¬ рационных однокрасочных и многокрасочных работ. Вырабаты¬ вается весом 1 м2 — 90, 100, 120, 140, 160, 200, 220 и 240 г. Бумага № 1 марки Б предназначается для печатания текста вместе с тоновыми иллюстрациями, в книжно-журнальных изда¬ ниях. Вырабатывается весом 1 м2 — 70 и 80 г. Бумага № 1 марки В предназначается для печатания быстро- закрепляющимися красками четырехкрасочных и других цветных художественных репродукций на многокрасочных машинах и на ролевой бумаге. Выпускается весом 1 м2 — 80, 90, 100 и 120 г. Бумага № 1 марки Г предназначена для печатания быстроза- крепляющимися красками четырехкрасочных и других цветных художественных репродукций на листовых офсетных машинах. Вырабатывается весом 1 м2— 100, 120, 140 и 160 г. · б Заказ № 443
во Полиграфические материалы Бумага № 2 марки А предназначена для печатания массовых иллюстрированных журналов, а также для печатания продукции кратковременного пользования (кроме плакатов). Выпускается весом 1 м2— 70, 80, 90, 100 и 120 г. Бумага № 2 марки Б предназначена для таких же целей, что и бумага № 2 марки 1, и, кроме того, для изготовления беловых товаров. Выпускается весом 1 м2—80 и 100 г. Технические показатели бумаги для офсетной печати приво¬ дятся в табл. 5. Таблица 5 Технические показатели бумаги для офсетной печати (ГОСТ 9904—59) Наименование показателя Бумага № 1 Бумага № 2 А Б в Г А 1 Б Белизна в % белого, не менее 80 80 80 80 70 70 Гладкость (по лицевой и сеточной сторонам), в сек не ме¬ не ме¬ 40-120 60—200 не менее не ме¬ Зольность в %, не менее нее 30 10 нее 40 15 15 15 20 10 нее 80 10 Объемный вес в г/сж3, не менее 0,75 0,75 0,80 0,90 0,65 0,70 Проклейка в мм, не менее 1,25 0,75 1,25 1,25 1,25 1,25 Сорность (число соринок размером от 0,5 до 2 мм в наибольшем направ¬ лении на 1 м2), не более 125 150 150 150 350 350 Соринки размером более 2,0 мм не допускаются не допускаются Разрывная длина (в сред¬ нем по двум направле¬ ниям) в ж, не менее . 2400 2200 2200 2200 2100 2100 Излом — число двойных перегибов в поперечном направлении, не менее 5 4 4 4 3 3 Деформация в % после намокания, не более: а) в продольном на¬ правлении . . . +0,5 +0,5 +0,5 +0,5 +0,5 б) в поперечном на¬ правлении .... +2,5 +2,5 +2,5 +2,5 +2 5 Влажность в % .... 5,5—7 5,5—7 5,5—7 5,5—7 5,5—7 5,5—7 Примечания: 1. По специальному заказу потребителей допускается выпуск офсетной бумаги № 1 марки А с гладкостью не менее 10 сек. 2. Для печати литографским способом бумага № 1 мо¬ жет выпускаться с гладкостью не менее 160 сек и объемным весом не менее 0,9.
Раздел первый. Бумага и картон 91 Просвет офсетной бумаги должен быть ровным и соответство¬ вать образцу, утвержденному потребителем и поставщиком. По¬ верхность бумаги должна быть прочной и не выщипываться красками в процессе офсетного печатания, а также не пылить и не иметь волнистости. Бумага по оттенку и допускаемым откло¬ нениям по нему должна соответствовать образцам, утвержденным поставщиком и потребителем. § 32. БУМАГА ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ПЕЧАТИ Бумага для глубокой печати должна иметь очень гладкую поверхность, быть достаточно пластичной и хорошо восприни¬ мать краску из углублений печатной формы, иметь прочную по¬ верхность и не пылить в процессе печатания. Кроме того·, эта бумага должна быть совершенно непрозрачной, так как жидкая краска глубокой печати довольно глубоко впитывается в бумагу. Хорошие печатные свойства бумаги глубокой печати достигаются тщательной разработкой волокна и введением большого количе¬ ства наполнителя (18% и более) и усиленным каландрированием. Бумага для глубокой печати должка быстро извлекать краску из углублений печатной формы. Для четкого воспроизведения контуров мелких деталей печатной формы бумага для глубокой печати должна быть очень однородной и иметь очень ровный просвет, отсутствие облачности, сорность должна быть минималь¬ ной, толщина равномерной и иметь, как уже указывалось, макси¬ мально гладкую поверхность. Поэтому в состав бумаги вводится большое количество наполнителя — каолина, применяется хоро¬ ший тонкий размол массы, хорошая сортировка и максимальная глазировка. При печатании бумага должна вдавливаться в углуб¬ ления печатной формы, чтобы впитывать в себя краску, поэтому должна обладать пластичностью («мягкостью»). Поверхность печатной формы не должна подвергаться царапанию крупными частицами наполнителя. Поверхность бумаги должна быть проч¬ ной, гладкой, не отделяющей волокон и пыли. По композиции номера и марки бумаги для глубокой печати точно соответствуют номерам типографской бумаги, указанным в табл. 3, с той лишь разницей, что бумага № 1 марки Б выраба¬ тывается из 100%-ной сульфитной беленой целлюлозы. Бумага для глубокой печати (ГОСТ 9168 — 59) в зависимости от композиции и назначения выпускается следующих номеров и марок. Бумага № 1 марки А предназначена для массовых иллюстри¬ рованных высокохудожественных изданий, например для печата¬ ния журнала «Огонек» и др., различного рода иллюстраций, вклеек и проч. Выпускается весом 1 м2 — 70, 80, 90, 100, ПО и 120 г. ()1
92 Полиграфические материалы - Бумага № 1· марки Б предназначается для печатания худо¬ жественной изобразительной продукции, главным образом для печатания художественных открыток. По этой причине эта марка, бумаги имеет проклейку не менее 1 мм. Выпускается весом 1 ж2 —200 и 220 г. Бумага № 2 предназначается главным образом для печати-, ния массовых иллюстрированных . журналов,, таких, напри¬ мер, как «Физкультура и спорт», а также для печатания иллюст¬ рированных газеТ. Выпускается весом 1 м2 — 70, 80 и 90 г. Технические.показатели бумаги для глубокой' печати приведе¬ ны В табл. 6. ; ;; . Бумага , для-.глубокой печати должна обладать хорошим вос-: приятием печатной краски, иметь прочную, поверхность, не дол¬ жна пылцть -икце должна забивать печатную форму. Просвет бу-' маги; должец-быть р.овным и должен соответствовать образцу, утвержденному потребителем и поставщиком. Бумага по оттен-’ ку. и допуета:Мьщ\отклоненияМ‘ по нему должна соответствовать образцамгугге.ержденным потребителем и поставщиком бумаги. ГХо согласованию сторон допускается выработка бумаги для глу¬ бокой, печати'различных оттен-ков: кремовых, желтоватых, голу¬ бых, синрващхг и цроч - о ’ :.bf · · ':х- . *. ·- « Таблица в Технически# Показатели бумаги для глубокой печати (ГОСТ 9168—59) ' Наименование; показателя , - - / njy.r.-.'i. Μ·_ г >■ ; ' Ns 1 № 2 Белизна;д"%‘^бф10г0г не менее.... , . РЙадкЬсты (1кУ - лицёвЪй ' ir 'сеточной "сторонам}· в сек.^ не менее . . "Зольность' в; % ,;.Н£-: менее . . Объемный вес в г/см3, не менее Пр^кдейка, в^ ..... . .... ‘ 80 , 250 : 20 . 0,95 0,25—0,75 ‘ 80 . / 200 18 0,90 не менее T 70 150 18 , 0,80 ... 0.,Я5—0,75 ВйитыВаемостъ* ’ксилола в : сек., не -более . ... . . . :. . . , . . Сорность (число соринок . размером от .0,5 до,2,0.в наибольшем на¬ правлении на 1 "'м*), не более . . . Сбрйнки размером более 2,0 мм . . Разрывная длина (в среднем по двум .направлениям) в м, не менее: а) ролевой б) листовой Излом — число ' двойных перегибов в поперечном направлении, не менее Влажность, в % 45 150 1900 1700 5 7—2 45 1600 8 7±\ 30 350 1800 1600 2 ίΑ 150 не допускаются
Раздел первый. Бумага и картон 93 § 33. ПЕЧАТНАЯ ТОНКАЯ СЛОВАРНАЯ БУМАГА Печатная тонкая словарная бумага («бибельдрук») пред¬ назначена для печатания типографским и офсетным способами малоформатных и карманных справочников и словарей. Приме¬ нение тонкой печатной бумаги дает возможность помещать боль¬ шое количество текста в книге сравнительно небольшого формата и объема. Типографская тонкая бумага (ГОСТ 7317—55) выпускается двух марок: бумага марки А изготовляется из 100%-ной беленой сульфитной целлюлозы, бумага марки Б содержит не менее80% беленой сульфитной целлюлозы, остальное — древесная белая масса. Вес 1 м2 бумаги 40 и 50 г. Гладкость тонкой лощеной бу¬ маги не менее 100 сек., матовой — не менее 40 сёк.; содержание наполнителя — зольность не менее 20%. Чтобы удержать такое большое количество наполнителя и повысить прочность бумаги, волокна целлюлозу значительно фибриллируются, бумажная масса проклеивается канифольным клеем (около 0,5 мм для ти¬ пографской и не менее 1 мм для офсетной). Тонкая словарная типографская бумага выпускается -с хорошей отделкой поверх¬ ности. В целях повышения механической прочности тонкой печатной бумаги в ее состав иногда вводят 25—30% тряпичной льняной полумассы или беленой сульфатной целлюлозы. § 34. КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ БУМАГА Картографическая бумага (ГОСТ 1339—54) предназначается для печатания офсетным или литографским способом гидрогра¬ фических (морских), топографических и географических карт и атласов. К картографической бумаге предъявляются как обще¬ полиграфические, так и специфические требования, вытекающие из особенностей картоиздательского производства и условий при¬ менения карт. Таким образом, картографическая бумага должна иметь: а) высокую степень белизны, без какого-либо дополнитель¬ ного оттенка; б) однородную гладкую сомкнутую поверхность; в) повышенную механическую прочность к истиранию и фаль¬ цовке, в частности к многократному нанесению карандашных ли¬ ний и их стиранию резинкой; г) прочность к атмосферным воз¬ действиям; д) минимальную и равномерную деформацию, что сохраняет масштабы карт в различных условиях ее использова¬ ния и точное совпадение красок в процессе печатания карт; е) минимальную сорность — соринки величиной более 1,5 мм вообще недопустимы, так как они могут быть ошибочно приняты за различные географические и топографические знаки; ж) очень хорошую светопрочность.
94 Полиграфические материалы Картографическая бумага изготовляется из беленой сульфит¬ ной целлюлозы и тряпичной льняной полумассы (табл. 7), имеет проклейку канифолью не менее 1,75 мм, т. е. гораздо большую, чем офсетная бумага. Таблица 7 Показатели качества картографической бумаги Показатели Марка А ДА арка В ААарка В Композиция (в %): а) беленая льняная тряпичная полумасса, не менее .... 30 50 — б) сульфитная беленая целлюло¬ за, не более 70 50 100 Вес 1 м2 160 70; 100; 120 70; 80; 100; 120; 140; 160 Гладкость (в сек.) средняя, не менее: а) бумага машинной гладкости . — 30 30 б) бумага каландрированная . . . 90 90 90 Сорность (соринок размером 0,25 1,5 мм в 1 ж2), не более .... со о о 350 350 § 35. МЕЛОВАННАЯ БУМАГА Мелованной бумагой называется бумага с очень гладкой и ровной поверхностью, получаемая путем нанесения на бумагу- основу с одной или с обеих сторон суспензии (или, иначе, состава для мелования), состоящей в основном из белых пигментов и пленкообразующих веществ. В качестве пигментов чаще всего применяют сернокислый барий (бланфикс) в смеси с каолином (белой глиной). Наиболее распространенным в настоящее время пленкообразующим веществом является казеин или желатин. Казеин или желатин растворяют в воде (при растворении казеи¬ на требуется добавление щелочйой добавки, например буры, аммиачной воды и проч.) и смешивают с влажными пастами сернокислого бария и каолина. Кроме этих главных составных частей, состав для мелования может содержать консервирующие вещества — антисептики (фенол и др.), дубители (алюминиево¬ калиевые квасцы, формалин), повышающие водоустойчивость мелованного слоя, смачиватели (некаль и др.), пеногасители (цельное молоко, спирт терпинеол), вещества, повышающие глян¬ цевитость после каландрирования (восковые составы) и прочие добавки, корректирующие свойства суспензии для мелования и качество мелованной бумаги. Полученная таким образом су¬
Раздел первый. Бумага я харто! ί Рис. 35. Схема устройства бумагокрасильной машины: спензия наносится на поверхность бумаги-основы посредством бумагокрасильных машин (рис. 35), имеющих щеточное устрой¬ ство для разравнивания суспензии на поверхности бумаги-осно¬ вы. После этого бумага-основа с нанесенным на ее поверхность влажным мелованным слоем поступает в сушильную камеру фе¬ стонного типа, т. е. такую, в которой на скалках транспортера бумага высушивается в виде больших петель. После высушива¬ ния бумага каландри¬ руется, разрезается на форматы и сортиру¬ ется. В процессе мелова¬ ния на поверхность бу¬ маги-основы наносится мелованный слой ве¬ сом 20 г/м2 (из расчета абсолютно сухого ве¬ щества) на одну или на каждую из сторон. Иногда бумагу-основу лт1ГЛ 7 — бумага-основа; 2 — правильный валик; 3 — кра- ПОДВерГаЮТ двукратно- сильная ванна; 4—наносной валик; 5—прижимной Му меЛОВаНИЮ ЧТО СПО- взлик; 6 — щеточное устройство для нанесения мело- 3 ’ ванного состава; 7 — цилиндр красильной машины; СОбСТВуеТ ПОВЫШеНИЮ 8 — транспортеры; 9 — фестонное сушильное устрой- качества мелованной ство' бумаги (повышается гладкость, белизна, однородность поверхности). В этом случае мелованный слой последовательно наносится на бумагу-основу за два приема, т. е. двукратным пропуском через бумагокрасильную машину, причем каждый раз наносится мелованный слой весом около 15 г/м2 из расчета содержания абсолютно-сухих веществ. Мелованная бумага предназначается для печатания иллюст¬ рационных работ (репродукции, открытки, иллюстрированные журналы, обложки, проспекты, альбомы и проч.) типографским и офсетным способами. К качеству мелованной бумаги вне зависимости от способа печатания, для которого она предназначается, предъявляется ряд общих требований: 1) возможно большая белизна; в некоторых случаях, глав¬ ным образом для печатания проспектов и рекламной продукции, допускается наличие того или иного оттенка; 2) гладкая, ровная, сомкнутая поверхность, без раковин, мельчайших складок, следов пузырьков пены от мелования, за¬ лощенных полос от каландрирования и других недостатков; 3) оптимальная впитывающая способность, а в некоторых случаях — полное отсутствие способности впитывать краски; 4) достаточная эластичность покровного мелованного слоя.
96 Полиграфические материалы который должен прочно соединяться с бумагой-основой и не выкрашиваться и не выщипываться красками в процессе печа¬ тания; 5) однородное строение и однородная толщина. Типографская мелованная бумага (ГОСТ 5438—58) выраба¬ тывается трех марок: А, Б и В. Бумага марки А должна изготавливаться на бумаге-основе из 100%-ной беленой сульфитной целлюлозы; бумага марки Б — на бумаге-основе с примесью в композиции 20% беленой древесной массы, а бумага марки В — на бумаге-основе с 50% древесной массы, и остальное беленая сульфитная целлюлоза. Бумага марок А и Б выпускается с односторонним и двусто¬ ронним крашением. Бумага марки В имеет двустороннее кра¬ шение. Мелованная бумага выпускается в листовом виде с размера¬ ми по ширине листа: 30, 35, 60, 70 и 84 см. Для печатания изобра¬ зительной продукции устанавливаются дополнительные размеры бумаги по ширине листа в 62 и 72 см. Длина листа определяется соглашением между поставщиком и потребителем бумаги. Односторонне мелованная бумага марки А выпускается ве¬ сом 100 и 120 г/м2 и гладкостью не менее 600 сек. Двусторонняя мелованная бумага марки А вырабатывается весом 100, 120 и 140 г/м2 и гладкостью не менее 700 сек. Двусторонне мелованная бумага марки А весом 240 г/м2 име¬ ет гладкость не менее 400 сек. Степень белизны бумаги марки А не менее 80% белого, допу¬ стимая, сорность (число соринок размером от 0,5 до 1 мм на 1 м2 бумаги) не более 100; соринки размером более 1 мм не допуска¬ ются. Мелованная бумага марки А весом 100, 120 и 140 г/м2 пред¬ назначается для печатания художественных многокрасочных репродукций, портретов, художественных альбомов и прочих из¬ даний, к качеству которых предъявляются особо высокие тре¬ бования. Бумага весом 240 г/м2 предназначается для печатания художественных открыток и для обложечных работ. Односторонне и двусторонне ' мелованная бумага марки Б выпускается весом 100 и 120 г/м2 и гладкостью не менее 400 сек. Степень белизны бумаги марки Б не менее 78% белого; допусти¬ мая сорность (число соринок размером от 0,5 до 1 мм на 1 м2 бу¬ маги) не более 150; соринки размером более 1 мм не допу¬ скаются. Мелованная бумага марки Б предназначается для печатания иллюстрированных журналов, книг, проспектов, художественных однокрасочных и цветных репродукций. Двусторонне мелованная бумага марки В выпускается весом 100 г/м2 и гладкостью не менее 400 сек. Степень белизны бумаги
Раздел первый. Бумага и картон 97 марки В не менее 75% белого; допустимая сорность (число со¬ ринок размером от 0,5 до 1 мм на 1 м2 бумаги) не более 250; со¬ ринки размером более 1 мм не допускаются. Двусторонне мелованная бумага марки Б предназначена для печатания массовых иллюстрированных журналов и книг. Офсетная мелованная бумага имеет повышенную водоустой¬ чивость мелованного слоя, что достигается или введениехМ в со¬ став для мелования различного рода дубителей, или увлажне¬ нием поверхности мелованной бумаги после ее сушки (перед каландрированием) раствором формальдегида (формалина). Бумага должна иметь очень однородную поверхность с гладко¬ стью в пределе 250—350 сек. Для мелованной типографской и офсетной бумаги характер¬ ны не только высокая степень гладкости, белизны, но и микропо¬ ристость ее структуры, ее высокая капиллярность. ' Говоря о пористости, нужно учитывать различный характер ее у мелованной и немелованной бумаги. У немелованной бумаги размер пор приблизительно равен диаметру целлюлозного во¬ локна (около 20—25 микронов). Размер пор мелованной бумаги примерно в 25 раз меньше пор немелованной бумаги, но число пор в 500—100 раз больше. Поэтому капиллярность мелованной бумаги, или сила всасыва¬ ния печатных красок, у мелованной бумаги гораздо сильнее. Та¬ ким образом, капиллярность (микропористость) мелованной бу¬ маги позволяет производить на ней печатание красками, быстро закрепляющимися вследствие избирательного впитывания, т. е. отфильтровывания сравнительно низкомолекулярных маловяз¬ ких составных частей связующего вещества (подробнее о бы- строзакрепляющихся красках см. в § 106 и 120). При печатании на мелованной бумаге обычными красками, например изготов¬ ленными на однородно заполимеризованном льняном масле (на натуральной олифе), повышенная капиллярность мелованной бу¬ маги затрудняет процесс закрепления красок, так как значитель¬ ная часть связующего вещества впитывается в бумагу, а пигмент остается на поверхности незакрепленным и смазывается долгое время даже при очень незначительном трении. Благодаря гладкой и мелкопористой, капиллярной поверхно¬ сти мелованная бумага имеет способность впитывать или всасы¬ вать с поверхности резиновой офсетной пластины большее ко¬ личество воды, чем немелованная. Поэтому в офсетной печати возможны неполадки вследствие скручивания мелованной бума¬ ги, несовпадения красок и замедленного их закрепления. Мелованная офсетная бумага всегда имеет более гладкую по¬ верхность, чем немелованная, и более ' плотно прилегает к рези¬ новой офсетной пластине. Печатание на мелованной бумаге про¬ исходит сравнительно более тонкими слоями краски. Офсетная
Полиграфические материалы мелованная бумага должна иметь повышенную прочность по¬ верхности к выщипыванию красками по сравнению с немелован¬ ной офсетной и типографской мелованной бумагой. Большое значение для качества мелованной бумаги имеет од¬ нородное строение бумаги-основы, в частности ее достаточная гладкость и равномерная структура. От этого зависят качество отделки бумаги последующим каландрированием и равномер¬ ность восприятия мелованной бумагой печатной краски. Для изготовления особо гладких и притом сравнительно тон¬ ких видов иллюстрационной бумаги лучше всего применять бу¬ магу-основу из вискозной целлюлозы. Лучшие виды мелован¬ ной бумаги 'получают с применением сатин-вейса, т. е. белого пигмента, представляющего собой смесь алюмината кальция и кристаллогидрата гипса состава АЬСазОб + ЗСаБОг^НгО, полу¬ чаемого из гашеной извести и сернокислого глинозема по схеме: А12 (SO4)з i- 6 Са (ОН)2 -* А12 Са3Об + 3 CaS04-2 Н20+4Н20 Бумага, содержащая в составе мелованного слоя сатин-вейс, имеет высокую степень белизны, глянцевитость и минимальную впитывающую способность, поэтому печать на ней получается яркая и глянцевитая, а острота растровой точки не нарушается после закрепления краски. Часто в состав мелованного слоя бумаги вводятся люмине- сцирующие органические вещества, так называемые люминофо¬ ры (бланкофор и другие), которые, как уже указывалось, под действием ультрафиолетовых лучей начинают светиться синим или сине-фиолетовым светом и тем самым значительно усили¬ вают эффект белизны бумаги. В новых видах мелованной бумаги, имеющих особо прочную, белую и глянцевитую поверхность, в качестве пленкообразующих веществ применяются синтетические полимеры в виде водных дисперсий (например, дисперсия полиметилметакрилата) или водных растворов (например, водный раствор меламиноальде¬ гидной смолы). Водные дисперсии наносятся на бумагу-основу на обычных бумагокрасильных Машинах, для нанесения водных растворов синтетических термореактивных смол (например, ме¬ ламино-альдегидных) требуется применение специальных бума¬ гокрасильных машин, у которых имеется гладкий металлический обогреваемый изнутри паром сушильный цилиндр, к которому бумага прижимается мелованным слоем, высушивается и одно¬ временно необратимо отвердевает, приобретая очень гладкую глянцевитую поверхность. Имеются и другие высокопроизводительные способы изготов¬ ления мелованной бумаги непосредственно на бумагоделательных машинах. В этом случае состав для мелования наносится на еще
Раздел первый. Бумага и картон 99 влажный, только что сформировавшийся слой бумаги посред¬ ством валиков или опрыскиванием, затем бумага поступает в сушильную часть бумагоделательной машины и каландрируется. При таком способе работы отпадает необходимость обработки бумаги на бумагокрасильных фабриках, что упрощает и удешев¬ ляет производство и позволяет получить довольно гонкую ме¬ лованную бумагу, пригодную главным образом для печатания иллюстрированных журналов и книг. Заменителем мелованной бумаги может служить хорошо откаландрированная немелованная бумага, содержащая около 30% наполнителя — каолина. § 36. АФИШНАЯ И ДРУГИЕ ВИДЫ БУМАГИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПЕЧАТИ Афишная бумага (ОСТ НКЛес 255) представляет собой спе¬ циальный вид цветной или белой печатной бумаги, предназна¬ ченной для печатания афиш, рекламы и тому подобной продук¬ ции типографским и лито-офсетным способами. Афишная бумага может вырабатываться двусторонней и односторонней гладко¬ сти, причем последняя имеет шероховатую оборотную сторону, что облегчает приклеивание афиш. Бумага изготовляется из дре¬ весной массы с добавлением 35% сульфитной небеленой целлю¬ лозы (по композиции соответствует печатной бумаге № 3). Вес 1 м2 афишной бумаги 40 г. Проклейка не менее 0,5 мм делает возможным печатание на этой бумаге не только типографским, но и офсетным способом, а также препятствует чрезмерному намоканию афиш при наклейке и отчасти предохраняет отпеча¬ танные афиши от размокания в дождливую погоду. Билетная бумага предназначена для печатания театральных, трамвайных и других билетов. Эта бумага вырабатывается из древесной массы (65%) и сульфитной небеленой целлюлозы (35%): вес 1 м2 около 35 г; проклейка — 0,25 мм. Билетную бу¬ магу изготовляют односторонней гладкости и в массе окраши¬ вают в различные светлые цвета. Нотопечатная бумага представляет собой особый вид высо¬ косортной бумаги, предназначенный для печатания нот. Она должна иметь хорошую отделку поверхности с лоском не менее 13—15° по Кизеру, быть непрозрачной и бесшумной при перели¬ стывании нот. Непрозрачность бумаги составляет не менее 6— 10 листочков по Клемму, что зависит от толщины и зольности бумаги. Бумага вырабатывается весом 1 м2—100—140 2 из целлю¬ лозы (желательно осиновой); высшие марки бумаги содержат около 25% тряпичной хлопковой полумассы. Содержание напол¬ нителя составляет 15—18%. Проклейка около 1 мм.
100 ПолиграЛические материалы Бумага для спичечных коробок (ГОСТ 1130—52) предназна¬ чена для печатания этикеток, наклеиваемых на спичечные ко¬ робки, но может быть использована и для печатания всевозмож¬ ных других этикеток. Вырабатывается односторонней гладкости, окрашена в массе преимущественно в желтый цвет. Вырабаты¬ вается двух марок: Б — весом 1 м2 —60 г из беленой сульфит¬ ной целлюлозы с возможным добавлением до 20% беленой дре¬ весной массы и В — весом 1 м2—55 г из небеленой целлюлозы и белой древесной массы. (Марка А вырабатывается синего цвета для оклейки спичечных коробок.) Проклейка (обеих марок) не менее 0,75 мм, зольность не менее 4, глад¬ кость лицевой стороны бумаги не менее 50 сек., скручиваемость не допускается, влажность 1-2% . Бумага для печатания спичеч¬ ных этикеток выпускается в листовом и ролевом виде. В листо¬ вой бумаге не допускаются складки, морщины, просвечивающие пятна и проколы, видимые невооруженным глазом в отраженном свете, но в ролевой (бобинной) бумаге могут быть обнаружены в процессе перемотки, как то: малозаметные складки, морщины, надрывы, проколы и неразработанные пучки волокон. Вес поло¬ сок дефектной бумаги не должен превышать 3% от веса отобран¬ ной пробы. Бумага пачечная (ГОСТ 6290—52) для упаковки папирос и сигарет выпускается в листовом и ролевом виде весом 1 м2 — 160 и 190 г. Композиция бумаги содержит не более 60% сульфит¬ ной древесной целлюлозы, остальное древесная масса, волокна макулатуры и Др. Бумага вырабатывается односторонней глад¬ кости с лоском поверхности не менее 10° по Кизеру или машин¬ ной гладкости. Цвет бумаги устанавливается соглашением сто¬ рон. Разрывная длина средняя по двум направлениям не менее 2000 м\ излом (число двойных перегибов) в среднем по двум направлениям не менее 10; проклейка не менее 0,75 мм; золь¬ ность не менее 8%. Бумага предназначена в основном для печа¬ тания упаковки папирос и сигарет на специальных ротационных печатно-высекальных автоматах с типографских форм через про¬ межуточный резиновый цилиндр (офсетный); может также при¬ меняться для печатания всевозможной упаковки (например, кофе, детской муки и т. п.) офсетным, литографским и типограф¬ ским способами. § 37. ЖИРОНЕПРОНИЦАЕМАЯ БУМАГА Жиронепроницаемая бумага — это пергамент растительный и подпергамент. Пергамент растительный (ГОСТ 1341—49) представляет со¬ бой жиронепроницаемую упаковочную бумагу, полученную пу¬ тем обработки непроклеенной бумаги-основы из хлопковой цел¬
Раздел первый. Бумага и- картон 101 люлозы серной кислотой с последующим выщелачиванием ее из¬ бытка и подсушкой бумаги. При непродолжительном действии на целлюлозу крепкой серной кислоты образуется так называе¬ мый амилоид — плотное прозрачное вещество. Этим пользуются, в технике для приготовления растительного пергамента.. Подпергамент (ГОСТ 1760—53)·—это малопроницаемая для1 жиров бумага; производят ее путем жирного размола целлюлоз¬ ной массы (без обработки серной кислотой); используется пре-.; имущественно для упаковки пищевых продуктов. Жиронепроницаемая бумага (растительный пергамент и под-, пергамент) применяется для печатания всевозможных этикеток. С крупными печатающими элементами ^штриховыми рисунками типографским, литографским и офсетным способами или спеь; собом глубокой печати. , Жиронепроницаемая бумага вырабатывается : в листовом И ролевом виде весом 1 м2: растительный пергамент* 60-г-80 г, .под:; пергамент — 40—60 г. Бумага должна быть без: надрывов, ilpo- колов и других отверстий, видимых невооруженным.глазом/ · , Качество жиронепроницаемой * бумаги определяется прежде^ всего ее -жиронепроницаемостью': отсутствием просачивания 1 ного глицеринового раствора-красителя фуксин- у растительного пергамента и допустимым просачиванием не более четырех то¬ чек у подпергамента. Прочность этой бумаги на излом 200—300] двойных Перегибов, на продавливание не менее.0,5 кг; Сорность бумаги должна быть минимальной, не более 100 соринок разме¬ ром 1—2 мм на 1 м2> Кроме того; в растительном пергаменте нормируется содер-; жание солей меди и железа,-а содержание* солей свинца; и мы¬ шьяка вовсе не допускается. _ . § 38. ПИСЧАЯ И ЧЕРТЕЖНО-РИСОВАЛЬНАЯ БУМАГА Писчая бумага может быть белой или цветной. Белая писчая бумага предназначается для письма чернилами, но может при¬ меняться для печатания рядовой продукции типографским и оф¬ сетным способами; цветная писчая бумага идет для изготовле¬ ния бланков, форм учетно-отчетной документации и т. д. Тонкая писчая цветная бумага используется для печатания телефонных книг, прейскурантов, всевозможных бланков и тому подобной продукции способом типографской и офсетной печати. Она часто применяется как форзацная. Белая писчая бумага (ГОСТ 3331—55) вырабатывает¬ ся четырех номеров (марок): № 1,.№ 2 и № 3, композиция ко¬ торых полностью совпадает с композицией печатной бумаги (см. § 30); писчая бумага № 0 состоит из 75% беленой сульфит¬ ной целлюлозы и 25% тряпичной полумассы. Проклейка бу¬
102 Полиграфические материалы маги не менее 1 —1,25 мм, зольность не менее 6—7%;* Поверх¬ ность бумаги должна быть ровной, без складок, морщин, бугор¬ ков, залощенных и матовых полос, просвечивающих пятен, на¬ дрывов и пр. Сорность писчей бумаги (число соринок о г 0,5 до 2,5 мм) не более: для бумаги № 0, №1 — 125, для бумаги №2— 200 и для бумаги № 3 — 300. Бумага № 1 выпускается весом 1 м2 — 60, 70 и 80 г; бумага № 0 — 80 г; бумага № 2 и № 3 — 60—65 г. Бумага писчая цветная (ГОСТ 6861—54) вырабаты¬ вается двух марок: марка А из 100% сульфитной беленой цел¬ люлозы и марка Б, состав которой не нормируется. Вес 1 м2 бу¬ маги марки А — 60, 80 и 130 г; бумаги марки Б — 45, 60, 80 и 130 г. Проклейка не менее 1,25 мм. Гладкость бумаги марки А— не менее 100 сек., бумаги марки Б — не менее 80 сек. Зольность бумаги не менее 7%. Сорность (число соринок от 0,5 до 2 мм) не более: для бумаги марки А — 200, для бумаги марки Б — 400. Бумага чертежная (ГОСТ 597—41) представляет собой бе¬ лую плотную, хорошо проклеенную бумагу с очень прочной по¬ верхностью машинной гладкости, изготавливаемую из целлю¬ лозы и тряпичной полумассы. Чертежная бумага предназна¬ чается для различного рода чертежных работ, с нанесением на ее поверхности линий и надписей карандашом или тушью, и для работы с акварельными красками. Бумага чертежная высшая ручной вычерпни изготавливается из 70% тряпичной полумассы и 30% сульфитной беленой целлюлозы. Вес 1 м2 — 200 г, толщина 0,25 мм, степень проклейки по подчищенному месту не менее 2 мм. Деформация после намокания и высушивания в обоих направлениях совер¬ шенно одинаковая и не более минус 1,5%. Бумага должна иметь водяной знак, обозначающий наименование предприятия- изготовителя. Кромки бумаги не обрезаются, сохраняя харак¬ терный для бумаги ручной вычерпки неровный вид. Бумага чертежная обыкновенная машинной отливки в зави¬ симости от композиции выпускается двух видов: 1) из 30% беле¬ ной тряпичной полумассы и 70% беленой сульфитной целлюлозы и 2) из 100% сульфитной беленой целлюлозы. Бумага каждой композиции выпускается весом 160 и 200 г/м2. Степень проклейки по подчищенному месту не менее 1,5 мм. Деформация в попереч¬ ном направлении после намачивания и высушивания не более минус 1,5%. Бумага рисовальная по свойствам очень похожа на чертеж¬ ную. В зависимости от композиции и технических показателей вырабатывается двух марок: марка В — рисовальная высшая из 70% сульфитной беленой целлюлозы и 30% тряпичной беленой полумассы и марка О — рисовальная обыкновенная из 100% сульфитной беленой целлюлозы. Рисовальная бумага обеих ма¬
Раздел первый. Бумага и картон 103 рок вырабатывается весом 1 м2— 112, 125, 160 и 200 г; бумага рисовальная высшая, кроме того, вырабатывается весом 1 м2 — 80 г. Рисовальная бумага вырабатывается с поверхностью: машинной гладкости, бархатистой, мелкозернистой, крупнозер¬ нистой и с тиснением. Рисовальная бумага весом 1 м2 — 80 г вырабатывается только машинной гладкости. Проклейка бума¬ ги 1,5—2,0 мм. При стирании карандашной резинкой линий, нанесенных мягким графитным карандашом, поверхность бумаги не должна лохматиться. Соринки размером 2 мм не допуска¬ ются; соринок от 0,5 до 2,0 мм не более 200 для бумаги марки В и не более 250 для бумаги марки О. Бумага высшая весом 1 м2 — 80 г выпускается с водяным знаком. КАРТОН, ПЕРЕПЛЕТНАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ БУМАГА § 39. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА КАРТОНА Картон изготавливают из древесной массы (бурой и белой), соломенной массы, тростниковой массы, макулатуры, из волокна, улавливаемого из сточных вод на бумажных фабриках, из низ¬ ших сортов льняного и хлопчатобумажного тряпья и т. п. Только высшие виды специального картона изготавливаются из тряпич¬ ной полумассы, целлюлозы и высших сортов макулатуры и бумажного брака. Производство картона подобно производству бумаги. Полу¬ фабрикаты размалывают в роллах или измельчают бегунами и смешивают в определенном соотношении. Подготовку массы для отливки картона производят на том же оборудовании, которое применяется для производства бумаги: бегуны, роллы и т. п. Отливку картона производят на машинах двух конструкций: а) с сеточным столом и б) с сетчатыми цилиндрами, число кото¬ рых может быть разным. Картоноделательные машины с сеточным столом применяют для выработки тонких видов картона. Они мало отличаются в принципе от бумагоделательных машин: волокнистая масса для изготовления картона с большим количеством воды поступает на беспрерывно движущуюся бронзовую сетку сеточного стола. В регистровой части сеточного стола вода отделяется самотеком, а затем при помощи отсасывающих ящиков. Слой влажного кар¬ тона с сеточного стола проходит через несколько цилиндрических мокрых прессов, которые постепенно отжимают воду, доводя содержание сухого вещества до 40%, и после этого передают в сушильную часть машины, где картон высушивается посредством сушильных цилиндров до нормальной влажности 8—10%. Одноцилиндровая, или папочная, машина (рис. 36) для вы¬ работки сравнительно толстых картонов, например матричного,
104 Полиграфические материалы состоит из сетчатого цилиндра 2, вращающегося в чугунной или железобетонной ванне 1, в которую поступает жидкая масса. Слой волокнистой массы, осевшей на поверхности сетчатого ци¬ линдра, снимается непрерывно движущимся сукном 4. Сукно, огибая прижимной валик 5, проходит с волокнистым слоем через отжимные валы 5, под давлением которых слой отдает часть имеющейся в нем воды. После этого слой волокнистой массы снимается с сукна и наматывается на поверхность форматного вала 6. Когда наслое¬ ние достигнет доста¬ точной толщины, све¬ жеобразованный кар¬ тон разрезают по дли- . йе вала; ^вручную или автоматически опуска- у>'дощцмся нож;сщ 7, а за¬ тем снимают. Снятые с вала одно¬ цилиндровой машины сырые листы картона, Рис. 36. Папочная машина. содержащие 65—70% воды, отжимают йа! гидравлических прессах до влажности 50—55% и высушивают в сушильных устройствах различных систем. Многоцилиндровые машины применяются главным * образом для выработки тонких видов картона. Эти машины состоят из- нескольких (5—^8) сетчатых.цилиндров, над которыми движется бесконечное сукно (прижимаемое к цилиндрам валиками), по-^ следовательно снимающее с цилиндров тонкие волокнистые слои, образовавшиеся на их сетчатой поверхности. После прохождения сукна над последним цилиндром образуется многослойный пласт сырого картона, который вместе с сукном проходит между не¬ сколькими парами отжимных валов и прессов, а затем поступает на сушильные цилиндры. Клееный картон получают, склеивая несколько (4—S) слоев бумаги на специальных картоноклеильных машинах. Отдельные слои рулонной бумаги проходят через клеемазальные устройства, где они промазываются клеем (например, крахмальным клейсте¬ ром), а затем между двумя прессующими валами, соединяющими слои бумаги в один слой картона. Этот слой далее пропускают через сушильные цилиндры, обогреваемые паром. Тонкий картон с многоцилиндровых машин и машин с сеточ¬ ным столом после сушки пропускают через многовальный ка¬ ландр для придания картону необходимой гладкости поверхно¬ сти и некоторого лоска (см. рис. 21). Картон разрезают на ру¬ лоны, а затем — на листы.
Раздел первый. Бумага и картон № Листовой картон, вырабатываемый папочными машинами, лощат на небольших лощильных станках — глезерах, обычно состоящих из двух массивных (иногда полых — для обогрева паром) чугунных валов. Картон, от которого требуется высокая степень глянцевито¬ сти (например, цветной глянцевый картон), лощат на специаль¬ ном лощильном станке при помощи отполированных агатовых камней. § 40. ВИДЫ ПЕРЕПЛЕТНОГО И КОРОБОЧНОГО КАРТОНА Для переплетных целей пригодны марки картона толщиной от 0,75 до 3 мм, Картон толщиной 1,25—2,5 мм применяется для механизированного изготовления переплетов. Картон толщиной менее 1,25 мм для механизированного способа производства не применяется, так как сминается при подаче на машине. Картон толщиной 3 мм имеет очень ограниченное применение, например для специальных изданий большого формата и объема. Картон толщиной менее 1 мм применяется для изготовления малофор¬ матных изданий в гибких переплетах и для изготовления фут¬ ляров для книг. Картон должен иметь гладкую, ровную некоробленую по¬ верхность, без складок, морщин, посторонних включений, нераз- молотых пучков волокон и пятен. Расслаивание картона без по¬ стороннего усилия не допускается. Цвет картона должен соот¬ ветствовать установленному цвету для данного вида картона; в большинстве случаев он должен соответствовать цвету волокна, из которого он изготовлен. Влажность картона не должна быть выше 10± 2%, так как при влажности выше 12% наблюдается деформация картона и переплетных крышек, из него изготовленных. Переплетный картон, за исключением цветного картона для цельнокартонных переплетов, не должен быть проклеен, так как к поверхности проклеенного картона очень трудно приклеивают¬ ся переплетные ткани. Важным показателем переплетных видов картона является объемный вес, который должен быть в пределе 0,6—0,95. Для цветного переплетного картона и для прессшпана устанавли¬ вается объемный вес в пределе 0,7—0,95. Для изготовления книжных переплетов и беловых изделий применяются картон переплетный (ГОСТ 7950—56) и картон- прессшпан (ГОСТ 6983—54). Картон переплетный (ГОСТ 7950—56) в зависимости от на¬ значения и технических показателей выпускается трех марок: А, Б и В. Картон марок А и Б предназначается для переплетов, оклеиваемых снаружи тканью или бумагой, картон марки В —
ιοβ Полиграфические материалы для изготовления цельнокартонных переплетов, не оклеиваемых снаружи тканью или бумагой. Картон переплетный марки А состоит из 100% бу¬ рой древесной массы (допускаются примеси других волокон до 20%) и применяется преимущественно для механизированного изготовления переплетных крышек на крышкоделательных ма¬ шинах. Картон марки А имеет глазировку, получаемую пропус¬ ком через двухвальный каландр. Проклейка не нормируется. Имеет следующую толщину (в мм): 1,25±'0,10; 1,50±0,12; 1,75± ±0,14; 2,00±0,16; 2,25±0,18; 2,75±0,20; 3,00±0,20. Картон переплетный марки Б. Состав по волокну (композиция) картона переплетного марки Б не нормируется. Применяется для всех видов переплетных работ, кроме механи¬ зированного изготовления переплетных крышек, а также для из¬ готовления футляров книг и проч. Проклейка картона не норми¬ руется. Имеет следующую толщину в (мм): 0,5 ± 0,05; 0,6 ± 0,06; 0,7±0,07; 0,8±0,08; 0,9±0,08; 1,25±0,10 и т. д. до 3,00±0,20, как и для картона марки А. Картон толщиной от 0,5 до 0,9 мм выпускается машинной гладкости, картон толщиной от 1,25 до 3,00 мм выпускается с глазировкой, полученной пропуском че¬ рез двухвальный каландр. Картон переплетный марки В (картон цветной для цельнокартонных переплетов) состоит из нескольких слоев, прочно спрессованных между собой, причем наружные слои со¬ держат не менее 90% небеленой целлюлозы и окрашены в соот¬ ветствующий цвет; состав по волокну внутренних слоев не нор¬ мируется, и они имеют цвет, свойственный естественному волок¬ ну. Картон проклеивается канифольным клеем (1% канифоли для всех слоев картона). Имеет одностороннюю гладкость, по¬ лучаемую на гладильном цилиндре. Оборотная сторона матовая, не должна иметь грубой маркировки. Картон выпускается раз¬ личных толщин (в мм): 0,4±0,04; 0,5±0,05; 0,6±0,05; 0,7—0,07; 0,8—0,07; 0,9—0,07. Остальные технические показатели картона должны соответ¬ ствовать нормам, указанным в табл. 8. Большая сторона листа картона должна соответствовать продольному направлению волокна. Лицевая сторона картона марки В должна быть гладкой. На¬ ружные слои картона не должны содержать выделяющихся по цвету посторонних включений, неразмолотых или неокрашенных пучков волокон. Картон марок А и Б вырабатывается цвета натурального волокна* Цвет наружных слоев картона марки В устанавливается в заказе. Резкая разнооттеночность картона в одной партии не допускается.
Раздел первый. Бумага и картон 107 Таблица 8 Технические показатели переплетного картона (ГОСТ 7950—56) ] в толщиной 0,4—0,9 мм Наименование показателей А толщиной 1,25—3,00 мм толщиной 0,5—0,9 мм толщиной! 1,25—3 ,00 мм Объемный вес в г/сж3 . . 0,70—0,95 0,60-0,95 0,65-0,95 0,70—0,95 Предел прочности при ра¬ стяжении в среднем в двух направлениях в кг/мм2, не менее . . 1,7 1,3 1,4 2,0 Сопротивление надлому в среднем по двум на¬ правлениям в кг/мм2, не менее 2,0 1,4 2,0 Угол надлома в градусах не менее — для картона толщиной (мм): 0,4—0,9 100 1,25 и 1,50 85 — 70 1 ,75 и 2,00 55 — 40 — 2,25 и 2,50 40 — 35 — 2,75 и 3,00 35 — 30 — Излом — число двойных перегибов, не менее: 1) в среднем по двум направлениям — для картона тол¬ щиной (мм): 0,4—0,6 .... 25 40 0,7—0,9 .... — 40 — 100 2) в поперечном на¬ правлении — для картона толщиной (в мм): 0,4—0,6 .... 6 12 0,7—0,9 .... — 10 — 25 Картон не должен коробиться при хранении его в закрытых сухих помещениях, а также расслаиваться -в процессе изготов¬ ления из него переплетных крышек. Прессшпан (ГОСТ 6983—54) представляет собой сильно уп¬ лотненный лощеный картон, применяемый в переплетном деле и других производствах. Может вырабатываться цвета натураль¬ ного волокна или окрашенным в массе в разные цвета. Объем¬ ный вес не менее 0,90. Проклейка канифольным клеем не менее 1 мм. Вырабатывается в зависимости от состава и свойств двух марок: марка А — из 100% целлюлозы и марка Б — из целлю¬
108 Полиграфические материалы лозы в смеси с древесной массой. Каждая марка может быть выпущена толщиной (в мм): 0,35; 0,40; 0,50; 0,60; 0,70; 0,80; 0,90; 1,00 и 1,20. Прочность на разрыв картона марки А — не менее 3,5 кг/мм2, марки Б—не менее 2,5 кг/мм2. Прочность па излом обеих марок картона не менее 500. Прессшпан имеет гладкую, хорошо лощенную поверхность. Расслоение и коробление в ли¬ стах прессшпана не допускается. Прессшпан применяется для изготовления цельнокартонных переплетов; он более глянцевит, более прочен и может быть более тонок, чем картон цветной для цельнокартонных переплетов. Картон белый склеенный (старое название «бристольский картон») представляет собой белый прочный плотный картон, получаемый путем склеивания нескольких слоев белой плотной бумаги. Применяется для художественно-технических и пере¬ плетных целей. Белый склеенный картон применяется, например, для изготовления переплетов массовых изданий художественной литературы, на которых имеется красочная печать в три и четы¬ ре краски типографским или офсетным способом. Картон коробочный (ГОСТ 7933—56) применяется для изго¬ товления коробок, он используется также для различного рода упаковочных целей. В зависимости от назначения и технических показателей выпускается нескольких видов: а) желто-бурый древесный, б) древесный белый и в) соломенный. Желто-бурый древесный изготавливается из бурой древесной массы, по свойствам подобен переплетному картону марок А и Б, но имеет по сравнению с этими марками понижен¬ ные качественные показатели. Древесный белый картон вырабатывается толщиной от 0,5 до 2,84 мм из белой древесной массы. Белый древесномас¬ сный картон из-за очень небольшой механической прочности, ломкости не рекомендуется применять для изготовления пере¬ плетов. Этот картон предназначается главным образом для ко¬ робочных изделий. Соломенный желтый картон вырабатывается тол¬ щиной от 1,16 до 2,84 мм из соломенной массы. Применяется для упаковочных целей. Для изготовления переплетов неприго¬ ден по следующим причинам: а) непрочен на разрыв и излом, б) расслаивается при очень незначительном усилии, в) имеет неровную поверхность и большую сорность. § 41. МАТРИЧНЫЙ КАРТОН Матричный картон применяют для изготовления матриц в стереотипном производстве. В соответствии с этим матричный картон должен иметь равномерную толщину и ровную поверх¬
Раздел первый. Бумага и картон 109 ность, высокую пластичность в увлажненном состоянии и проч¬ ность в сухом, незначительную и равномерную усадку при высы¬ хании и стойкость при высоких температурах при отливке типо¬ графских стереотипов. Хороший матричный картон изготовляют из 50% сульфитной целлюлозы, 30% тряпичной полумассы и 20% соломенной цел¬ люлозы. Кроме того, матричный картон содержит в качестве на¬ полнителя 20% каолина. В случае отсутствия соломенной целлюлозы матричный кар¬ тон можно изготовлять из 40% хвойной сульфитной целлюлозы, 15% тряпичной хлопковой полумассы, 15% тряпичной льняной полумассы и 30% газетного срыва. Ко всему этому количеству полуфабрикатов добавляется в качестве наполнителя 20% као¬ лина. Матричный картон вырабатывают на одноцилиндровых па¬ почных машинах. Имеются две марки матричного картона: марка А толщиной 0,9 мм для матриц машинной отливки на автоматах и марка Б толщиной 0,5 мм для ручной отливки. На картоноделательных фабриках матричный картон после отливки, содержащий около 70% воды, подвергают прессованию на гидравлических прессах, что снижает его влажность до 60%. Последующая за этим 2—3-часовая сушка при температуре 50—60° позволяет довести содержание влаги в картоне до 2—3%. Поверхность картона слегка увлажняется для предот¬ вращения коробления, и спустя 1—2 суток лицевую поверхность картона подвергают «мелованию», т. е. двукратному нанесению слоя, состоящего из каолина, талька и казеинового раствора, посредством щеточной машины. Таким способом на поверхность матричного картона наносят покровный слой в 50 г на 1 ж2. Производство матричного картона завершается двукратным каландрированием, обрезкой кромок, сортированием и упа¬ ковкой. Качество матричного картона характеризуют следующие по¬ казатели. Удельный вес—0,95. Сопротивление продавливанию на специальном аппарате (Далена): для картона марки А — не менее 3,5 /сг/сж2, для картона марки Б — не менее 3 кг/см2 при растяжении образца в обоих случаях не менее 16 мм. Впи¬ тывание воды картоном за 10 минут не менее 70%; деформация в увлажненном состоянии (а:б) = 1:2. Влажность картона 7—8%, зольность не менее 18%. Особо важным показателем качества матричного картона является его термостойкость (т. е. число отливок, снятых с од¬ ной и той же матрицы); термостойкость картона марки А должна быть не менее 15, а марки Б — не менее 10.
110 Полиграфические материалы § 42. ПЕРЕПЛЕТНАЯ БУМАГА Обложечная бумага в зависимости от назначения может быть двух видов: а) для изготовления составных переплетов и книж¬ но-журнальных обложек и б) для изготовления цельнобумаж¬ ных переплетов взамен тканевых. Обложечная бумага окрашивается в массе в различные цве¬ та. Ясно заметная разнооттеночность бумаги в пределе одной партии не допускается; просвет бумаги должен быть ровным. На^поверхности бумаги не допускаются складки, морщины, за¬ лощенные и матовые полосы и пятна. Обложечная бумага выра¬ батывается глазированной на суперкаландрах. Обложечная бумага (ГОСТ 39 2 2—5), предназ¬ наченная для изготовления составных переплетов и брошюрных обложек, вырабатывается двух номеров (марок): № 1 из суль¬ фитной беленой целлюлозы и № 2 из 60% древесной массы и 40% сульфитной небеленой целлюлозы. Обложечная бумага № 2 имеет сравнительно небольшую прочность и довольно быстро выцветает под действием света. Поэтому ее нужно применять только для изготовления изданий, не рассчитанных на длительное пользование, Вес 1 м2 обложечной бумаги составляет 80, 100, 120, 160, 180 и 200 г. Зольность бумаги — 6—10%, устанавливается с таким расчетом, чтобы не слишком сильно понизилась механическая прочность бумаги. Проклейка по штриховому методу 0,5— 0,75 мм позволяет печатать на обложечной бумаге как типограф¬ ским, так и офсетным способами. Разрывная длина (средняя по двум направлениям) для бумаги весом 80—120 г/м2 не менее 2500 му для бумаги весом 1 м2— 160—200 г не менее 2300 м. Излом (число двойных перегибов) в среднем по двум направле¬ ниям для бумаги № 1 не менее 15, для бумаги № 2 не менее 8—10. Обложечная бумага, предназначенная для цельнобу¬ мажных переплетов, изготовляется из сульфатной сосновой цел¬ люлозы. Бумага отличается повышенной прочностью и выдер¬ живает более 2000 двойных перегибов, а некоторые ее виды — до 5000, т. е. в этом отношении бумага по прочности приближает¬ ся к тканям. Существенный недостаток бумаги из сульфатной целлюлозы — это ограниченная прочность ее на надрыв. Ткань же прочна не только на перегиб, но и на надрыв. Кроме того, обложечная бумага, проклеенная канифольным клеем, теряет прочность при увлажнении. Этого, однако, не происходит, если бумага проклеивается меламиновой смолой или силиконовыми кремнийорганическими веществами. Обложечная бумага из сульфатной целлюлозы склонна к скручиванию при ее одностороннем увлажнении переплетным
Раздел первый. Бумага и картон Ш клеем. Для устранения скручивания и улучшения внешнего вида обложечная бумага из сульфатной целлюлозы подвергается рельефному тиснению. Форзацная бумага (ГОСТ 6742—53), предназначенная для форзацев книг, выпускается в листовом виде и изготовляется из 100% сульфитной беленой целлюлозы; вес 1 м2 бумаги—100„ 120, 140, 160 и 180 г. Бумага может быть матовой или лощеной. Допускается ее выработка с тиснением. Продольное направление волокна в листе форзацной бумаги должно соответствовать большой стороне листа. Объемный вес лощеной бумаги не более 0,85, а нелощеной не более 0,7; про- клейка 0,5—1,0 мм\ зольность — 6—10%. Деформация при на¬ мокании в воде в поперечном направлении не более 2,2%; влаж¬ ность бумаги 6—8%; допустимая сорность — не более 250 сори¬ нок размером от 0,5 до 2,0 мм в наибольшем измерении; нали¬ чие соринок более 2 мм не допускается. Разрывная длина, сред¬ няя из двух направлений, не менее 2300 м\ число двойных пере¬ гибов в среднем по двум направлениям не менее 15. Для изготовления форзацев часто используют также лито¬ графскую бумагу и цветную писчую (альбомную) бумагу. § 43. ТЕХНИЧЕСКАЯ БУМАГА, ПРИМЕНЯЕМАЯ В ПОЛИГРАФИИ Бумага для буквоотливных наборных машин (монотипная) нарезается в виде ленты шириной ПО мм, по краям которой про¬ биваются отверстия диаметром 1,7 мм (рис. 37). Основные тре¬ бования к бумаге для буквоотливных машин: а) прочность; б) воздухонепроницаемость; в) однородность — отсутствие посто¬ ронних включений; г) минимальная деформация. Бумагу изго¬ товляют толщиной 65 микронов из сульфитной целлюлозы; вес 1 м2 — 60 г. Разрывная длина ее более 3250 м при растяженищ не прывышающем 20%. Число двойных перегибов в среднем по двум направлениям не менее 20, зольность 2%. Бумага отли¬ чается особой однородностью структуры; в ней не должно быть проколов и других сквозных отверстий, видимых невооруженным глазом, а также надрывов краев, складок, морщин, волнистости, узелков, пучков неразработанных волокон, посторонних включе¬ ний и других недостатков. Поверхность бумаги должна быть ровной. Деформация при увлажнении не должна превышать 0,25% в продольном и 0,45 в поперечном направлении. Мелорельефная бумага — особый вид мелованной бумаги — предназначается для усовершенствования процесса приправки типографских иллюстрационных форм взамен старого малопро¬ изводительного способа ручных вырезок. Из мелорельефной бу¬ маги изготавливают рельефные оттиски, наклеиваемые затем нд печатный цилиндр.
112 Полиграфические материалы Мелорельефная бумага представляет собой бумагу-основу (весом 1 м2 — 70 г); на поверхность которой с обеих сторон или с одной стороны нанесен специальный мелованный слой, состоя¬ щий в основном из каолина, бланфикса, желатина и дубителя— алюминиевокалиевых квасцов. Вес 1 м2 мелорельефной двусторонней бумаги составляет 430—450 г. Мелорельефная бумага отличается, таким образом, от обычной мелованной бумаги, во-первых, большим числом по¬ следовательно наносимых мелованных слоев (например, по 8 слоев весом 30— 35 г с каждой стороны бумаги-основы) и, во-вторых, строго определенной степенью задубливания белкового вещества — же¬ латина. Степень задубливания устанав¬ ливается с таким расчетом, чтобы мело¬ ванный слой был нерастворим в воде и хорошо растворялся в водных растворах белильной извести (белильная известь имеет способность медленно раздубли- вать желатин, т. е. возвращает ему перво¬ начальную способность растворяться в воде). Состав для мелования, который наносится первым слоем на бумагу-основу, подкрашивается кра¬ сителем родамином для того, чтобы можно было надежно конт¬ ролировать окончание процесса травления приправочного рельефа. Пигментная бумага применяется в глубокой печати для из¬ готовления печатных форм и представляет собой бумагу-основу, на поверхность которой нанесена суспензия, например, следую¬ щего состава: Рис. 37. Основные разме¬ ры и допуски монотипной ленты. Желатин фотографический 7,5 кг Пигмент-мумия из расчета воздушносухого .... 1,1» Сахар 2,0» Мыло ядровое 0,6 » Глицерин 1.4 » Спирт этиловый сырец 2,0л Вода до общего объема 60,0 » Некаль (смачиватель) 4%-ный раствор 0,2 » Желатин и пигмент-мумия являются основными составными частями рабочего слоя пигментной бумаги; глицерин—пласти¬ фикатор; мыло, спирт и некаль вводятся для лучшего смачива¬ ния бумаги-основы при нанесении суспензии пигментной бу¬ маги и смачивания травящими растворами в процессе изготов¬ ления печатной формы; сахар необходим для лучшего прилипа¬ ния пигментной бумаги к медному формному цилиндру.
Раздел первый. Бумага и картон 113 При изготовлении пигментной бумаги желатин, сахар и мыло отдельно растворяют, а пигмент-мумию замачивают в воде. Все составные части тщательно смешивают при температуре 55—60° и добавляют немного карболовой кислоты в качестве консерви¬ рующего средства. Суспензию фильтруют через сетку № 50. Состав наносят на бумагу-основу посредством машин, которые применяются для изготовления фотографической бумаги и на¬ зываются фотополивочными, при температуре 40—43°. После нанесения рабочего слоя бумагу высушивают, разрезают на ру¬ лоны и тщательно упаковывают, чтобы предохранить от порчи при транспортировке и при храпении. Рабочий слой пигментной бумаги позволяет после его очув¬ ствления хромовыми солями: а) скопировать изображение с диа¬ позитива; б) перенести скопированное изображение на цилинд¬ рическую поверхность печатной формы; в) получить на форме после травления раствором хлорного железа печатающие элемен¬ ты требуемой глубины. II. И. Синяков и О. И. Сопова в целях стабилизации и улуч¬ шении растворимости светочувствительного слоя на незасвечен- пых участках пигментного изображения, уменьшения степени темпового дубления, уменьшения толщины наносимого слоя и улучшения градационных свойств в передаче тонов копируемого диапозитива предложили раствор желатина, идущего для изго¬ товления пигментной бумаги, подвергать термической обработ¬ ке в целях частичного гидролиза желатина. Термическая обра¬ ботка раствора желатина производится при температуре 90— 95° на водяной бане до снижения показателя вязкости желати¬ на, например до 2—1,5°Э. Раствор желатина, подвергнутый термической обработке, обеспечивает получение пигментной бумаги со стандартными свойствами. Суспензия наносится на бумагу-основу легко и ров¬ ным слоем и нормально застудневает. Пигментное изображение легко проявляется без применения ватного тампона в течение, например, 10 минут при температуре воды 38—40°. При травле¬ нии печатной формы изображение прорабатывается с сохране¬ нием всей градации тонов. Бумага для декалькомании предназначена для печатания на ней литографским способом переводных изображений («пере¬ водных картинок»); представляет собой бумагу-основу, на по¬ верхность которой последовательно нанесены три слоя: 1-й и 2-й слой — крахмальные, по 5—6 г сухого вещества на 1 м2 бу¬ маги-основы для каждого слоя (наносится в виде 5%-ного крах¬ мального клейстера из картофельного крахмала), и 3-й верхний слой из декстрина, камеди сибирской лиственницы или гуммиа¬ рабика. В случае применения декстрина его наносят в виде 5%- ного раствора с добавлением 1 —1,5% желатина. 9 Заказ № 443
114 Полиграфические материалы Назначение клеевых слоев — препятствовать соединению мас¬ ляных красок (напечатанного изображения) с волокнистой по¬ верхностью бумаги-основы и делать возможным отделение от* печатанной и высушенной красочной пленки (изображения) от увлажненной бумаги-основы. Бумага-основа для переводных изображений (ГОСТ 6291 — 52) выпускается двух марок: марка А из 100% беленой суль¬ фитной целлюлозы и марка Б — из 100% небеленой сульфитной целлюлозы. Вес 1 м2 бумаги-основы 100 г; гладкость машинная; степень проклейки 0,25—0,50 мм\ зольность не менее 6%; сор¬ ность не более 250 соринок размером 0,5—2 мм в наибольшем направлении на 1 м2\ влажность 7±1%. Прокладочная бумага. Чтобы избежать отмарывания при пе¬ чатании иллюстраций и особенно многокрасочных работ на мело¬ ванной бумаге и других видах высокогладкой бумаги, применя¬ ют противоотмарочные средства. Часто вместо противоотмароч- ных средств пользуются прокладыванием свежеотпечатанных оттисков листами бумаги, или, как говорят, пользуются про¬ кладкой. К бумаге, предназначенной в качестве прокладки, предъявля¬ ются следующие требования, а именно: бумага должна иметь достаточную толщину, жесткость, прочность поверхности, шеро¬ ховатость поверхности. Все это предохраняет от прилипания красочного слоя к поверхности прокладочной бумаги и от вы¬ щипывания волоконец бумаги. В качестве прокладки лучше всего применять бумагу из сульфатной целлюлозы толщиной 100—120 микронов и весом 1 м2— 100—120 г с достаточно шероховатой и прочной поверх¬ ностью, а лучше торшонированную. Свежеотпечатанные оттис¬ ки, переложенные прокладочной бумагой, кладут на стеллажи по 500 листов приблизительно. Бумага для приправки. Для приправки на типографских плоскопечатных машинах, в зависимости от характера приправ¬ ки, применяют следующие виды бумаги: а) папиросную филиг¬ ран, б) билетную и в) афишную. Общие требования к приправочной бумаге следующие: одно¬ родность структуры, равномерный просвет, матовая поверхность обеих или одной из сторон, большая пластичность; на поверх¬ ности бумаги не допускаются складки, морщины, узелки, пучки неразработанных волокон, костра; не допускаются надрывы, проколы, видимые невооруженным глазом, и механические по¬ вреждения. Характеристика афишной бумаги и билетной бумаги дана в § 36. Папиросная бумага филигран (ГОСТ 3479—49) предназ¬ начается для машинного изготовления папиросных гильз, она используется также для приправки типографских печатных форм.
Раздел первый. Бумага и картон 115 Изготавливается из льняного беленого тряпичного волокна весом 1 м2— 16 г и толщиной 24—26 микронов. Разрывная длина не менее 5500 м. Зольность не более 1%. Бумага для декелей. Для сменной части декелей применяется типографская бумага № 1 и № 2. Характеристика этой бумаги дана в § 30. Для постоянной части декелей применяется патронная бума¬ га, которая отличается прочностью, плотностью и достаточной упругостью, что предохраняет ее от преждевременного разруше¬ ния при печатании в результате давления и трения о печатную бумагу. Патронная бумага (ГОСТ 876—56) изготавливается из 100% сульфатной небеленой целлюлозы в виде листов толщиной 220 микронов и весом 1 м2— 170 г. Бумага имеет высокую степень проклейки — более 1,25 лш. Для затяжки постоянной и сменной частей декеля, а также для специальных затяжных листов и для наклейки силовых при¬ правок применяется литографская бумага № 1. Характеристика литографской бумаги дана в § 31, табл. 5. Литографская бума¬ га вполне пригодна для этой цели, так как она отличается всеми необходимыми свойствами: прочностью, плотностью, гладкостью, хорошей проклейкой, однородностью и отсутствием сорности и тому подобных загрязнений.
Раздел второй МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПОЛИГРАФИИ § 44. Общие свойства металлов. § 45. Металлы, применяемые в полиграфии. § 46. Сплавы. § 47. Технические требования к типографским сплавам. § 48. Ти¬ пографские свинцовые сплавы. § 49. Изготовление типографских свинцовых сплавов. § 50. Типографские цинковые сплавы. § 51. Методы испытаний метал¬ лов и типографских сплавов. § 44. ОБЩИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ Металлы широко используются в технике и быту; -в частнос¬ ти, из металлов изготовляются печатные и другие полиграфиче¬ ские машины, офсетные и типографские печатные формы, атомы металлов входят в состав химических солей и других химика¬ тов, используемых в технологическом процессе изготовления пе¬ чатной продукции. Металлы — большая группа веществ (химических элементов) кристаллического строения, обладающие такими характерными свойствами, как электро- и теплопроводность, пластичность- ковкость, высокая отражательная способность к световым излу¬ чениям, т. е. блеск. В этом состоит основное отличие физических свойств металлов от металлоидов (неметаллов). Химические свойства металлов обусловлены наличием подвижных электро¬ нов во внешних электронных слоях, сравнительно менее прочно связанных с ядрами атомов металлов. Металлы в природе обычно встречаются в виде руд, после переработки которых они выделяются в чистом виде. Рудами называются природные соединения металлов с кислородом и другими химическими элементами, пригодные для технического выделения из них металлов. .Физические свойства металлов. Металлы — непрозрачные, твердые (за исключением ртути) при нормальной температуре вещества кристаллического строения. При нагревании металлы плавятся, при переходе из расплавленного в твердое состояние они способны принимать и сохранять после охлаждения любую
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 117 форму, в которой они отлиты. Большинство металлов в твердом состоянии имеет очень большую прочность и вместе с тем доста¬ точную пластичность. Свойством пластичности объясняется спо¬ собность металлов от удара сплющиваться (ковкость) и вытя¬ гиваться, например, в проволоку (тягучесть). На этом основана холодная штамповка металлов. По степени твердости металлы значительно отличаются друг от друга: калий и натрий, например, напоминают воск и легко режутся ножом, свинец можно царапать ногьем, а хром по твер¬ дости близок к алмазу и царапает стекло. Все металлы и сплавы, которые используются в технике, де¬ лятся на два больших класса: черные и цветные. К классу чер¬ ных металлов относятся железо и все железные сплавы, в кото¬ рых железо составляет основную часть: чугун, сталь, а также сплавы железа с марганцем, кремнием, хромом, титаном и др., например нержавеющая сталь, нихром и др. К классу цветных металлов, т. е. металлов, имеющих различную окраску, принад¬ лежат медь, никель, олово, цинк, свинец, хром, сурьма и др., а также бронза, латунь, баббиты и другие сплавы из цветных металлов. По удельному весу металлы разделяют на тяжелые — с удельным весом более 5, и легкие — с удельным весом менее 5. Все металлы и металлические сплавы, независимо от их изго¬ товления и обработки, в твердом состоянии имеют кристалличе¬ ское, а не аморфное строение. Они состоят из множества мелких кристаллов, называемых обычно кристаллическими зернами или кристаллитами. Атомы у кристаллических тел расположены в строго опреде¬ ленном геометрическом порядке. Расположение атомов в кри¬ сталлическом веществе образует в нем так называемую кристал¬ лическую пространственную решетку. Более сложные кристал¬ лы могут быть построены из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов, таковы, например, кристаллы химических сое¬ динений двух и нескольких металлов, о которых будет сказано ниже. Аморфные вещества характеризуются беспорядочным расположением в них атомов или молекул (синтетические смолы, каучук, эбонит, стекло, опал и др.) - При помощи лучей рентгена можно установить строение кристаллической решетки металлов, т. е. расположение в кристаллах атомов. Среди металлов чаще всего встречаются три типа простран¬ ственных решеток (рис. 38). Кубическая объемноцентрированная решет- к а (рис. 38, а). Атомы в такой решетке находятся в вершине и в центре куба. Каждый атом окружен 8 ближайшими соседни¬ ми атомами. Такую решетку имеют литий, хром, ванадий, мо¬ либден, вольфрам.
118 Полиграфические материалы Кубическая гранецентрированная решетка (рис. 38, б). Атомы расположены по вершинам и в центрах гра¬ ней куба. Такую решетку имеют, например, алюминий, медь, никель, золото, серебро, платина. Гексагональная (шестиугольная) плотно упако¬ ванная решетка (рис. 38, в). Такую решетку имеют магний, цинк, кадмий, бериллий. Рис. 38. Типы кристаллических решеток металлов: а — кубическая, объемноцентрированная решетка; б — кубическая гранецентрированная решетка; в — гексагональная решетка (плотная упаковка). Марганец, висмут, белое олово и некоторые другие металлы имеют более сложные кристаллические решетки. Рентгенограммы показывают, что атомы в кристаллах метал¬ лов «упакованы» в пространстве примерно таким же образом, каким можно упаковать твердые шары, т. е. так, как это пока¬ зано на рис. 38. Кристаллические зерна металлов не имеют строго опреде¬ ленной геометрической формы и постоянных размеров в силу ус¬ ловий своего образования при затвердевании расплавленных ме¬ таллов и сплавов и засоренности технических металлов различ¬ ного рода примесями, в том числе и поверхностно-активных ве¬ ществ. При медленном охлаждении расплавленного металла или сплава создаются более благоприятные условия для образо-
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 119 вания сравнительно крупных кристаллов более правильной фор¬ мы. Наоборот, при быстром охлаждении металлов и сплавов об¬ разуются сравнительно более мелкие кристаллы менее правиль¬ ной формы, так как в этом случае происходит очень быстрое об¬ разование многочисленных кристаллов, правильному росту ко¬ торых начинает препятствовать соприкосновение их граней. Не в меньшей степени рост кристаллов металлов и сплавов затрудня¬ ет наличие в них примесей поверхностно-активных веществ, рас¬ полагающихся на поверхностях граней образующихся кристал- Рис. 39. Форма кристал¬ лов чистых металлов: а—чистой сурьмы; б—чистого свинца. Рис. 40. Кристаллическая структура сплавов: а — сплав из 87% свинца и 13% сурьмы; б — сплав из свинца и сурьмы с избытком сурьмы; в — сплав из свинца и сурьмы с избытком свинца. лов. Кристаллы металлов неправильной формы называют крис¬ таллитами. Кристаллы неметаллов, например поваренной соли, обра¬ зуются в более благоприятных для образования крупных кри¬ сталлов правильной формы условиях. Так, при образовании в жидкой среде кристаллы этих веществ имеют возможность рас¬ ти и принимать правильную геометрическую форму. Кристаллическое строение металлов и сплавов можно иног¬ да установить, рассматривая их излом невооруженным глазом. Например, кристаллическое строение сурьмы четко обозначено на ее изломе. Более полное и точное представление о кристалли¬ ческой структуре получают, рассматривая металлы и сплавы в микроскоп. Для изучения кристаллического строения металлов и сплавов микроскоп был впервые применен Π. П. Аносовым в 1831 г. Строение металлов и сплавов, видимое в микроскоп, назы¬ вают их микроструктурой, в отличие от макроструктуры, види¬ мой невооруженным глазом или при малом увеличении (до 20 раз). Микроструктура чистых металлов однородна и состоит из бес¬ численного количества кристаллов вполне определенной формы для каждого металла (рис. 39). Сплавы же, как правило, сос¬ тоят из смеси двух или более видов кристаллов различной вели¬ чины и формы (рис. 40).
120 Полиграфические материалы Под микроскопом можно не только увидеть форму кристал¬ лов и установить, из скольких различных типов кристаллов сос¬ тоит данный сплав, но также измерить их величину и подсчитать, каких кристаллов больше, каких меньше. Основоположником металловедения — науки, изучающей свойства металлов и сплавов в зависимости от их строения, яв¬ ляется Д. К. Чернов. Он впервые на¬ учно объяснил те процессы, которые происходят при нагревании стали, а также показал, как этими процессами надо управлять. Д. К. Чернов устано¬ вил, что в процессе нагревания стали размеры кристаллов и свойства стали меняются только при определенных температурах, которые он назвал кри¬ тическими точками а и б; теперь их называют точками Чернова. Работы Д. К. Чернова получили мировую из¬ вестность. Очень большое значение для рас¬ познавания свойств металлов и спла- Дмитрий Константинович Вов и для определения наиболее целе- Чернов (1839—1921). сообразных условий их переработки имеет термическое исследование. Это исследование заключается в систематическом (через точные про¬ межутки времени) измерении температуры металлов и сплавов при их плавлении или при затвердевании. В жидком, расплавлен¬ ном сплаве или металле устанавливают термопару (рис. 41) и на¬ блюдают за температурой его охлаждения. Термопара состоит из двух проволочек различных сплавов, например хромель-копель1. Эти проволочки сварены в точке О и заключены в фарфоровый чехол. Другие концы проволочек присоединены к чувствитель¬ ному гальванометру — прибору для измерения очень малых на¬ пряжений тока (мв). Если нагреть место, в котором сварены разнородные металлы, и цепь проволочек замкнуть, то по цепи пойдет электрический ток. Сила тока будет тем большей, чем выше температура нагрева спая проволочек. Отклонение стрел¬ ки гальванометра покажет напряжение тока, а так как оно про¬ порционально температуре, то показывает и температуру. Опу¬ щенная в сплав (или металл) термопара гальванометра покажет температуру сплава (металла) отклонением стрелки. При ох¬ лаждении сплава стрелка будет отклоняться до начала его за¬ стывания. В течение всего периода застывания (кристаллиза¬ 1 Хромель — сплав из 90% никеля и 10% хрома; копе ль — сплав из 56% меди и 44% никеля.
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 121 ции) температура остается неизменной, пока весь металл не затвердеет. Только после этого она станет вновь понижаться, и стрелка продолжит свое движение. Данные наблюдений за охлаждением металла наносят на гра¬ фик: по горизонтальной оси откладывают время, по вертикаль¬ ной— температуру. Построенный таким образом график пока¬ зывает кривую охлаждения металла или сплава. Рассматривая, например, кривую охлаждения свинца (рис. 42), увидим, что понижение температуры идет равномерно Рис. 41. Схема установки при построении рис. 42. Кривая охлаждения кривых охлаждения металлов и сплавов. свинца. до определенной точки (до 327,4°), когда понижение темпера¬ туры задерживается на некоторый промежуток времени, и кри¬ вая переходит в горизонтальную линию. Затем опять наблю¬ дается равномерное понижение температуры. Точка, на которой происходит задержка в понижении температуры, называется критической. Она показывает критическую температуру, при ко¬ торой происходит превращение жидкого вещества в твердое во время его охлаждения и, наоборот, превращение твердого ве¬ щества в жидкое во время его нагревания. Следовательно, критическими называются те температуры, при которых в металле или сплаве происходят какие-либо физи¬ ческие или химические изменения. Для свинца критическая тем¬ пература, при которой происходит его кристаллизация, равна 327,4°, для олова —231,8°, а для сурьмы —630°. Многие металлы, находящиеся в расплавленном состоянии, можно охладить значительно ниже их температуры затвердева¬ ния, не вызывая кристаллизации (например, олово в этом случае остается жидким при температуре значительно ниже 231,8°). Та- Н Заказ № 443
122 Полиграфические материалы кое явление называется переохлаждением (рис. 43). Взбалтыва¬ нием или введением одного мельчайшего кристаллика в жидкий металл можно уничтожить явление переохлаждения и вызвать моментальную кристаллизацию, причем температура металла повысится до обычной температуры его кристаллизации. Важнейшие технические свойства металлов. Удельный вес, или вес в граммах 1 см? образца. Температура плавления, т. е. та температура в гра¬ дусах, при которой металл переходит из твердого в жидкое состояние. Теплота плавления — коли¬ чество тепла в калориях, которое нуж¬ но затратить, чтобы при температуре плавления перевести в жидкое состоя¬ ние (расплавить) 1 г металла. Теплоемкость, т. е. количество тепла в калориях, которое нужно за¬ тратить, чтобы нагреть 1 г металла на 1°. Теплоемкость одного и того же ме¬ талла увеличивается при повышении температуры металла. Сжатие при затвердева¬ нии — уменьшение объема металла, выраженное в процентах, при его пе¬ реходе из жидкого в твердое состояние. Твердость — сопротивление металла внедрению в его по¬ верхность более твердого тела. Показателем твердости, напри¬ мер, может служить отношение величины силы, с которой вдав¬ ливается стальной шарик, к величине поверхности образующейся при этом лунки. Ударная удельная вязкость — способность образца металла противостоять действию ударных нагрузок, например падению тяжелого маятника. Работа, выраженная в килограм¬ мах на 1 см2 площади поперечного сечения образца в месте раз¬ рушения (среза), является мерой ударной удельной вязкости. Прочность на разрыв (на растяжение) характеризует¬ ся работой в килограммах на 1 см2 площади поперечного сече¬ ния образца в месте его разрыва при испытании на разрывной машине. Относительное удлинение определяется в момент разрыва образца при испытании его на разрывной машине и выражается в процентах к первоначальному его размеру. Чем больше величина относительного удлинения металла перед раз¬ рывом, тем более металл пластичен. Физические и механические свойства металлов, имеющих наибольшее значение в полиграфии, приведены в табл. 9. Время охлаждения Рис. 43. Кривая охлаждения олова (явление переохлаж¬ дения).
Физико-механические свойства некоторых металлов а з- 3 Ό о <и · ; я р-2 : <и т ! 1 га и IS О.С- Q Ь ^ S ^ и н >>9- ш я о I и Е ί о л ; о 2 5* с £т а.§ k^ я η и s" »=СК —^ ^ И я гг ϋ ’ 0 ^ о s * s сг Ο- ς о. ъ> η <υ У и 2 к Н с ю <К 4; Я S Ю Я ^ Н Н Я ТО то ТО o'- ¥ то m ш ОХ Ъ а> Ης^ С Ю >>U &«« Ms fS&S л ^ Sui 3 m m П ® >> О о CM —' о ю ю о CM о — о о о о о ю 00 о о CO CM ю со" о CM о см _ CO 1 1 LD см см CM ю о о о 00 | I см I I CM I см 1 I I I 1 1 | 1 1 1 CD 1 1 1 CM 1 00 1 1 1 1 1 CD О о о г-. о СП 1 о ю Ю | LO ID о о О CM 1 о CN см CO 1 аз CM со аз СО ю CD о о о о о о о о о ю О CD CM CD о см —_ Ϊ 1 со Ю LC СП | LD CD со со ю Tt< 4f см со tt о CD о CD ю см CD см о ID ос τί« О СО ю Tf СП о ю со LO Tt« о 03 CM о —* о см о о о о о О о о о о о" о о о о о о о О о о о о о о о о со о о о со о о см ю о о CD —' 03 о о rf со" СП со CD _ со ТГ lO — со" см h- cn ТГ Ю CM со со СМ о о о о о о о о Tt* LD LD о тГ σι _ ю со см см t^· о О CD 03 ю СО см ю 00 ю со CM CD СО —1 1—1 CD см ю со CD о см CO аз CD CD Tt1 СП о CD ГГ τί* со LC 00 Tf о 00 О СМ CD 00 оо CD ί^. СП 00 см CO ID CD CM СП rvT об _ 00 00 г*- о CD г>." г-. х X s 2 2 < CQ 9S X S ч »Х К U х ι=ί х ς О) X о аз о X аз X X о Си VO аз CL X 2 X о- 2 о о 03 сс аз X со 03 >-> ο- * X X о и CJ и Χ 8*
124 Полиграфические материалы Химические свойства металлов. Типичные металлы являются энергичными восстановителями, так как способны легко отда¬ вать при химических реакциях свои валентные электроны, пере¬ ходя в положительно заряженные ионы. Химический процесс, связанный с потерей атомом электронов, как известно, назы¬ вается окислением, а обратный процесс приобретения электро¬ нов — восстановлением. Химическая активность металлов и способность металла сое¬ диняться с кислородом при непосредственном контакте с ним находится в зависимости от того, насколько легко происходит отрыв от атомов металла его валентных электронов наружной электронной оболочки. Η. Н. Бекетов в 1865 г. расположил ме¬ таллы в ряд в зависимости от их химической активности. Этот ряд называется рядом напряжения, так как положение каждого ■металла в нем точно определяется величиной электрического напряжения, или разности потенциалов, возникающей при по¬ гружении данного металла в раствор его соли. В ряду напряже¬ ния металлы расположены по их убывающей химической актив¬ ности, или способности атомов к отдаче валентных электронов: К, Na, Са, Mg, Al, Μη, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H2, Cu, Hg, Ag, Au Ж Более активные металлы вытесняют менее активный металл из его соли. В этом ряду помещен и водород, так как он может также вытеснять некоторые металлы из растворов их солей и вытесняется многими металлами из растворов кислот. Наиболее химически активные металлы — калий, натрий — соединяются с кислородом при действии на них воздуха в обыч¬ ных условиях. Значительно менее химически активные метал¬ лы— медь, ртуть — соединяются с кислородом только при нагре¬ вании на воздухе. Серебро, золото, платина не соединяются с кислородом и в накаленном состоянии. Металлы, стоящие в ряду левее водорода, способны вытес¬ нять его из кислот и воды. Наиболее химически активные метал¬ лы— калий, натрий — вытесняют водород из воды цри обычных условиях, а менее химически активные металлы — только при высоких температурах; при обычных условиях они способны вытеснять его из кислот. § 45. МЕТАЛЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ПОЛИГРАФИИ Свинец — металл серого цвета, с металлическим блеском, выплавляется из руд. Свинцовые руды, чаще всего свинцовый блеск (PbS), в СССР встречаются на Северном Кавказе, на Ал¬ тае, в Казахстане и Восточной Сибири. Свинец — один из самых тяжелых металлов (удельный вес 11,34) и в то же время самый мягкий металл (процарапывается
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 125 ногтем). Свинец очень пластичен и хорошо прессуется. Темпера¬ тура плавления чистого свинца сравнительно низкая (327,4°). При температуре 600° он начинает испаряться; пары свинца крайне ядовиты, окисляясь на воздухе, они превращаются в окись свинца, или глет, РЬО. Свинец имеет очень небольшую вязкость в расплавленном со¬ стоянии. При охлаждении расплавленного свинца происходит значительная «усадка» — сжатие при затвердевании, значитель¬ но уменьшающая объем и размеры отливки. В чистом виде сви¬ нец для отливки не применяется в основном из-за его небольшой механической прочности. Свинец легко окисляется на воздухе, металлический блеск свежего среза свинца быстро темнеет, по¬ крываясь тонким слоем закиси свинца РЬ20, препятствующей дальнейшему окислению. Расплавленный свинец окисляется сильнее. В полиграфической промышленности свинец применяется главным образом для изготовления типографских сплавов. Из свинца готовят свинцовые матрицы для гальваностереотипов, аноды для хромирования стереотипов и т. д. Окись свинца — глет — применяется в лакокрасочном производстве для изготов¬ ления сиккативов и в качестве катализатора синтеза алкидных олиф. Для изготовления типографских сплавов пригоден свинец не ниже марки СЗ (ГОСТ 3778), содержащий не более 0,1% приме¬ сей других металлов. Свинец марки С4 для изготовления типо¬ графских сплавов непригоден, так как содержание в нем приме¬ сей может составлять 0,5%, в том числе 0,09% меди и 0,1% цинка. Кроме того, в полиграфической промышленности находит применение свинец сурьмянистый вторичный (ГОСТ 1292—41) марки CCyl. Свинец марки ССу2, содержащий 3—6% сурьмы, до 0,3% меди, до 0,05% цинка и до 0,25% других примесей, мо¬ жет применяться для изготовления типографских сплавов толь¬ ко при условии его предварительной рафинации (очистки). Олово — блестящий, серебристого цвета металл, выплавляе¬ мый из руды, которую называют оловянным камнем, состоящей в основном из двуокиси олова Sn02. В СССР оловянный камень встречается в Забайкалье, Сибири, на Дальнем Востоке и в других районах. Удельный вес чистого олова 7,28, температура плавления 231,8°. Олово принадлежит к очень тягучим и ковким металлам. При сгибании оловянных пластинок можно ясно слышать харак¬ терный треск, происходящий вследствие некоторого перемеще¬ ния кристаллов относительно друг друга. Этот треск называют «криком олова», он слышен тем яснее, чем чище олово. Олово при обыкновенной температуре не окисляется ни на
Ι2Θ Полиграфические материалы воздухе, ни в воде, но способно сильно окисляться в расплавлен¬ ном состоянии. Введение олова в сплавы улучшает их литейные и механические свойства. В полиграфической промышленности олово применяется для изготовления типографских сплавов. Ввиду сравнительно незначительного содержания олова в типографских свинцовых сплавах (до 7%) любая марка олова (ГОСТ 860—41) пригодна для изготовления и корректировки типографских сплавов. Сурьма — металл голубовато-белого цвета с сильным блес¬ ком; встречается в природе в виде самородного металла, а чаще — в виде руд, например стибинита, или сурьмяного блеска, (Sb203). В СССР известны несколько месторождений сурьмяных руд: на Кавказе, в Казахстане, Средней Азии и Восточной Си¬ бири. Сурьма настолько хрупка, что ее можно истолочь в порошок; вследствие этого ее применяют главным- образом в виде спла¬ вов. В сплаве со свинцом сурьма повышает твердость сплава и понижает его температуру плавления и усадку. Удельный вес чистой сурьмы 6,62, температура плавления 630,5°. На воздухе при обычной температуре сурьма не окисляется, но сильно окис¬ ляется в расплавленном состоянии. Для изготовления типографских сплавов предназначена сурь¬ ма марок Су 1 и Су2 (ГОСТ 1089—41), в которых содержание примесей не превышает 0,35% и 0,50% соответственно. Сурьма марок СуЗ и Су4 для изготовления типографских сплавов непри¬ годна из-за большого содержания примесей: 0,2—0,4% меди, 0,15—0,25% железа и в марке Су4 — серы 0,4%. Кроме того, в полиграфической промышленности для изготовления типограф¬ ских сплавов применяется сурьма свинцовистая (МПТУ 4014— 53), содержащая до 12% свинца. Сурьма свинцовистая марки СуС—1 с содержанием сурьмы и свинца не менее 99,6%, в том числе свинца 3—10%, применяется для изготовления и корректирования всех свинцовых типограф¬ ских сплавов. Сурьма свинцовистая марки СуС—2 с содержани¬ ем сурьмы и свинца не менее 99,4%, в том числе свинца 5— 12%, применяется только для изготовления сплавов Ш1 и Ш2 по ОСТ 7131/515. Медь в чистом виде — металл бледно-розового цвета; техни¬ ческая медь имеет темно-красный цвет вследствие наличия в ней окислов. Удельный вес меди 8,93, температура плавления 1083°. Медь на воздухе постепенно покрывается пленкой основных со¬ лей (углекислой меди, сернокислой меди и др.), а при нагрева¬ нии довольно быстро окисляется. Медь встречается в природе в виде самородков, а чаще всего в виде руд. В полиграфической промышленности медь применяется для изготовления печатных форм в глубокой печати путем травления
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии \27 изображения на поверхности тонкого слоя меди, полученного электролитическим путем на печатном цилиндре. Для этой цели рекомендуется применение анодов из чистой меди электролити¬ ческой марки Ml и М2. Электролитический способ медных от¬ ложений используется также для изготовления форм высокой печати — гальваностереотипов — и для получения некоторых оф¬ сетных биметаллических форм. Медные пластины используются иногда для изготовления типографских клише, а также для переплетных штампов. Цинк — тяжелый металл, имеющий в чистом виде синевато¬ белый, а при наличии примесей — серовато-белый цвет. Цинк получают путем переработки цинковых руд. Промыш¬ ленное значение имеет производство цинка из руды галмея, пред¬ ставляющей смесь углекислых солей цинка, и из цинковой об¬ манки, содержащей сернистый цинк. В СССР цинковые руды до¬ бываются во многих местах, главным образом на Алтае, Даль¬ нем Востоке и Кавказе. Удельный вес цинка в зависимости от характера его обработки (литой, прокатанный) —6,9—7,14, тем¬ пература плавления 419°. При температуре 100—130° цинк ста¬ новится тягучим и его можно ковать, прокатывать в листы и вытягивать в проволоку. При температуре 270° цинк опять при¬ обретает хрупкость и может быть измельчен в порошок. При тем¬ пературе 916° чистый цинк испаряется. Цинк имеет следующие механические свойства: прочность на разрыв литого цинка 2—3 кг/мм2, прокатанного — до 18 кг/мм2, твердость по Бринеллю 40—50 кг/мм2. У электролитического· цин¬ ка несколько худшие механические показатели. Цинк хорошо отливается в форму, но имеет большую усадку (около 6,5%). Прокатанный цинк имеет очень мелкозернистое строение и удовлетворительные механические свойства. При нагревании выше 150° происходит изменение свойств цинка, что связано с его рекристаллизацией: цинк приобретает грубокристалличе¬ ское строение и становится хрупким. Наибольшей склонностью к рекристаллизации обладает цинк, лишенный примесей, напри¬ мер электролитической. Примесь к цинку небольшого количест¬ ва кадмия (0,2%) препятствует рекристаллизации. Разбавленные минеральные кислоты (соляная, азотная, серная) хорошо растворяют цинк; концентрированные кислоты, особенно серная, менее активны в этом отношении. Растворение цинка происходит очень быстро в том случае, когда он содержит примеси кадмия, свинца (до 1%) и некоторых других металлов. Во влажном воздухе цинк покрывается тонкой плотной плен¬ кой основной углекислой соли цинка Zn2(0H)2C03, которая ус¬ тойчива в обычных условиях и практически нерастворима в во¬ де; эта пленка предохраняет цинк от дальнейшего разрушения его разбавленными кислотами. Предохранение же других метал-
128 Полиграфические материалы лов от коррозии нанесением на их поверхность тонкого слоя цинка (например, оцинкование железа) основано не только на устойчивости углекислых солей цинка, но главным образом на способности цинка образовывать гальванические пары, где он является анодом, а защищаемый металл — катодом. В полиграфической промышленности цинк в виде пластин применяется для изготовления цинкопрафских клише и офсет¬ ных печатных форм. Из цинковых сплавов могут изготовляться типографские шрифты и пробельный материал (см. § 50). Производство цинковых пластин, предназначенных для изго¬ товления цинкографских клише и офсетных печатных форм, за¬ ключается в прокатке металлического цинка, очищении и вы¬ равнивании поверхности пластины различными способами, на¬ пример циклеванием. Поверхность цинковых пластин, предназ¬ наченных для изготовления цинкографских клише, полируют суконным кругом с жирной пастой. Химически чистый цинк непригоден для изготовления цинко¬ графских клише, так как он недостаточно прочен и легко под¬ дается рекристаллизации при нагревании. Поэтому цинковые пластины изготовляют из цинка марки ЦЗ, содержащей приме¬ си: свинца—1%, кадмия — 0,2%, железа — 0,07%. Эти приме¬ си, за исключением железа, улучшают механические свойства цинка. Кадмий, кроме того, дает возможность получать пласти¬ ны с однородной мелкокристаллической структурой. В полигра¬ фическом цинке содержание железа должно быть возможно меньше, так как включения FeZny выкрашиваются при поли¬ ровке и оставляют глубокие царапины на поверхности металла. Примеси свинца и железа должны быть распределены равномер¬ но во всей массе цинка; крупные включения железа и особенно свинца не поддаются травлению азотной кислотой. Примесь к цинку более 0,5% свинца делает цинк совершенно непригодным для изготовления лито-офсетных форм. Это проис¬ ходит потому, что зерна свинца не воспринимают воду, а воспри¬ нимают краску, образуя окрашенные пятна в пробельных участ¬ ках печатной формы. Поэтому для изготовления лито-офсетных печатных форм пригодны только марки цинка с наименьшим со¬ держанием свинца и других примесей, т. е. марки ЦВ, Ц0, Ц1 и Ц2. Цинковые пластины для офсета вырабатываются толщиной 0,35—1 мм, шириной 450—1200 мм и длиной 700—1600 мм. Пластины должны быть ровно обрезаны по всей длине и ши¬ рине. Допустимо отклонение размеров листа по длине и ширине на±5 мм и по толщине на ±0,05 мм. Более толстые пластины трудно без поломок краев укрепить на поверхности печатного цилиндра. Для изготовления штриховых и автотипных (растровых) кли¬
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 129 ше пригодны цинковые пластины толщиной от 1,5 до 2 мм, для газетных клише—толщиной 1 мм. Цинковые листы для цинко¬ графских клише имеют ширину 350 и 500 мм и длину от 500 до 650 мм. Допустимые отклонения толщины цинкографских пластин в пределах разных листов не должны превышать ±0,1 мм, а в пределах одного и того же листа ±0,08 мм. Откло¬ нения по длине и ширине листа не должны быть более ±5 мм. Алюминий — серебристо-белый металл с синеватым оттен¬ ком. Металлический алюминий получают путем переработки руд, называемых бокситами. Залежи бокситов имеются в СССР' на Урале, Украине и в районе Тихвина близ Ленинграда. Чистый алюминий имеет удельный вес 2,69, температуру плавления 658°. При нагревании алюминия до 200° он становится ломким, а при 540° начинает размягчаться. Алюминий прочнее цинка, он хорошо поддается ковке в холодном состоянии, а еще лучше— при температуре 100—150°, хорошо прокатывается, но плоха поддается сварке. Механические свойства алюминия в известной степени зави¬ сят от предшествующей его обработки: они, например, могут вдвое улучшиться в результате прокатки алюминия. Изменение· механических свойств алюминия в процессе холодной обработ¬ ки происходит вследствие изменения структуры его кристаллов. Технический чистый алюминий в литом виде состоит из агрега¬ тов равноосных кристаллов, которые после холодной механиче¬ ской обработки вытягиваются в направлении прокатки или волочения. Вследствие большого сродства алюминия с кислородом на воздухе поверхность алюминия легко окисляется с образованием тончайшей пленки окиси алюминия А1203, предохраняющей ме¬ талл от дальнейшего окисления и от действия воды. Технология производства -алюминия состоит в переработке бокситов на сернокислый глинозем (сернокислый алюминий) Α12(504)3·18Η20 и в выделении из него алюминия путем элек¬ тролиза. Способ получения глинозема из бокситов, применяемый в наши дни мировой алюминиевой промышленностью, разрабо¬ тан Η. Н. Бекетовым в 1865 г. Теория электрометаллургии алю¬ миния создана профессором Петербургского политехнического института Π. П. Федотьевым в 1910 г. В полиграфической промышленности алюминий применяется для изготовления литографских и офсетных форм в виде плас¬ тин из алюминия марокА1,А2и или АЗ. Алюминий маркиА1 со¬ держит не менее 99,5% чистого алюминия и не более 0,5% при¬ месей меди, железа, кремния; алюминий марки А2 содержит не менее 99% чистого алюминия и не более 1% примесей; алюми¬ ний марки АЗ содержит не менее 98% чистого алюминия и не более 2% примесей, указанных выше.
130 Полиграфические материалы Алюминиевые пластины для полиграфии получают прокат¬ кой литого алюминия с последующей шлифовкой и полировкой. Офсетные пластины вырабатываются толщиной 0,6—0,8 мм и размерами 1100x 1200, 1150x1400 и 1250 Х1400 мм из алю¬ миния указанных марок. Пластины должны быть ровно обреза¬ ны по всей длине и ширине. Допустимые отклонения по длине и ширине ±5 мм, а по толщине ±0,05 мм. Никель — серебристо-белый металл с сильным блеском, не тускнеющим на воздухе. Удельный вес никеля 8,8—8,9, темпера¬ тура плавления около 1455°. Никель тверд, гибок, ковок и тягуч, в результате его прокатки можно получить очень тонкие листы и проволоку, никель легко полируется. Благодаря своей стойкости к атмосферным воздействиям и достаточной твердости никель применяется как антикоррозий¬ ное покрытие. Никелирование осуществляется почти исключи¬ тельно гальваническим путем. В полиграфической промышленности никелирование, т. е. осаждение тончайших слоев никеля, производится: а) для повы¬ шения тиражеустойчнвости стереотипов и типографских клише, изготовленных из типографского свинцового сплава; б) в ка¬ честве промежуточного слоя при меднении стальных цилиндров и хромировании стереотипов; в) в процессе изготовления биме¬ таллических офсетных форм. Никелевые покрытия характерны двумя ценными для поли¬ графии свойствами: твердостью, придающей печатным формам механическую износоустойчивость, и химической стойкостью, которая позволяет применять никелевые покрытия в офсетной печати. Хром — голубовато-белый металл с высоким блеском. Удель¬ ный вес 6,8—7,2; температура плавления в зависимости от сте¬ пени чистоты технического металла 1520—1830°. Хром настоль¬ ко тверд, что им можно резать стекло. В сухом и влажном воз¬ духе хром не окисляется, кислоты на него почти не действуют. В природе хром встречается в виде минерала хромита, после переработки которого получается чистый металлический хром. Хром находит широкое промышленное применение в произ¬ водстве различных сплавов, которым он придает большую твер¬ дость и химическую стойкость. Наиболее важны из числа хромо¬ содержащих сплавов нержавеющие и кислотоупорные стали, а также сплавы хрома с никелем, называемые нихромом и приме¬ няемые в качестве нагревательных приборов в электротехнике. В чистом виде хром идет на электрохимические покрытия раз¬ личных металлов и металлических изделий. В полиграфической промышленности хромирование повы¬ шает тиражеустойчивость типографских стереотипных форм, типографских клише, медных форм глубокой печати, а также
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 131 износоустойчивость линотипных матриц. Хромированные галь¬ ванические покрытия наращиваются на пробельные элементы биметаллических печатных форм, сообщая им высокую тираже- устойчивость. Железо — точнее, низкоуглеродистая сталь — применяемое в технике, представляет собой сплав железа с незначительным ко¬ личеством углерода (0,5—0,2%) и содержанием примесей: крем¬ ния— до 0,35%, марганца — до 0,65·%, фосфора — до 0,05% и серы — до 0,05%. В полиграфической промышленности тончайшие слои элек¬ тролитического железа наращивают на поверхность типограф¬ ских стереотипов для повышения их тиражеустойчивости. Из низкоугле|родистой стали изготовляют проволоку для сшивания книг и брошюр. Магний — серебристо-белый, очень легкий металл. Впервые был получен в чистом виде в 1829 г. французским химиком А. Бюсси. До этого в XVII веке были известны способы получе¬ ния магниевых соединений — сернокислого магния и углекис¬ лого магния. Удельный вес магния 1,738. Температура плавле¬ ния 615°, температура кипения 1120°. На воздухе тускнеет вслед¬ ствие образования окисной пленки, а при температуре 550—600° воспламеняется и горит ослепительно белым пламенем. В чистом виде магний в технике не применяется. Сплавы магния с алюми¬ нием, цинком и марганцем из-за небольшого удельного веса, вы¬ соких механических свойств и специфических химических свойств находят широкое применение в технике. В частности, прочный легкий сплав магния с алюминием — электрон применяется в авиационной технике как конструктивный материал при изготов¬ лении самолетов и моторов. В полиграфической промышленности магниевые сплавы с алюминием и цинком идут для изготовления типографских клише и офсетных печатных форм. Добавки лития, кадмия, висмута улучшают свойства магниевых сплавов, приме¬ няемых в офсетном производстве. Железо, медь, кремний, никель ухудшают эти свойства. § 46. СПЛАВЫ В технике металлы редко применяются в чистом виде, а почти всегда в виде сплавов. Сплавом называют продукт соединения двух или нескольких металлов с возможными примесями небольших количеств метал¬ лоидов (например, чугун — сплав железа с углеродом). Чтобы изготовить сплав, нужно расплавить составляющие его металлы и· хорошо перемешать их между собой. От механической смеси сплав отличается тем, что его нельзя разделить простыми механическими приемами, например измель¬
132 Полиграфические материалы чением и просеиванием. От химического соединения сплав отли¬ чается тем, что составляющие его металлы, за сравнительно редкими исключениями, могут содержаться в нем в любых соот¬ ношениях, тогда как в химических соединениях существуют стро¬ го определенные весовые отношения веществ. В большинстве случаев свойства сплавов сильно отличаются от свойств составляющих их металлов. Например, . температура плавления сплава нередко значительно ниже температуры плав¬ ления входящих в него металлов. Так, сплав из 65 частей олова и 35 частей свинца плавится при температуре 190°, в то время как более легкоплавкая составная часть его — олово — плавится при температуре 231,8°. Очень часто, несмотря на малое количество примесей к основ¬ ному металлу, они все же оказывают большое влияние на его свойства. Например, присутствие в свинце небольших количеств меди, олова или сурьмы значительно повышает его твердость. По мере увеличения содержания сурьмы в свиние^от 0 до 13% температура плавления сплава понижается с 327,4° (температу¬ ра плавления чистого свинца) до 247°; при дальнейшем увели¬ чении количества сурьмы в сплаве температура плавления его повышается пропорционально содержанию сурьмы и достигает .630° (т. е. температуры плавления чистой сурьмы). Для изготовления шрифтов и стереотипов применяются типо¬ графские свинцовые сплавы, состоящие из свинца, сурьмы и оло¬ ва. Совсем недавно были разработаны и внедряются в промыш¬ ленность (например, в типографии газеты «Известия») типо¬ графские цинковые сплавы, состоящие из цинка, алюминия и магния: В свое время были предложены мышьяковистые типограф¬ ские сплавы, состоящие из свинца, сурьмы и мышьяка, но эти сплавы в настоящее время не применяются, так как гораздо более эффективными оказались цинковые сплавы. Попытки из¬ готовления типографских печатных форм из сплавов свинца с щелочными и щелочноземельными металлами (литии, натрии, калий, магний) пока не увенчались успехом из-за сравнительно высокой температуры плавления этих сплавов и большого их угара. Сплавы, состоящие из двух и более металлов, в отличие от чистых металлов плавятся и затвердевают в некотором интерва¬ ле температур. Исключение в этом отношении составляют только некоторые сплавы вполне определенного состава, плавящиеся и затвердевающие, как и индивидуальные металлы, при одной для данного сплава температуре. Такие сплавы, о которых будет сказано ниже, называются эвтектическими (от греческого слова «эвтектос» — легкоплавящийся). Двойные сплавы, т. е. сплавы, состоящие из двух металлов,
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 133 например из свинца и сурьмы, имеют две критические точки (рис. 44). Первая из них соответствует началу выпадения из сплава кристаллов того составляющего металла, которого боль¬ ше в сплаве (каким металлом пересыщен сплав). Вторая крити¬ ческая точка соответствует концу затвердевания сплава и связа¬ на с одновременным образованием кристаллов обоих металлов в виде тесной однородной смеси. Эта (вторая) критическая точка называется эвтектической. Сплав, имеющий только одну крити¬ ческую точку (эвтектический), получается из сплавляемых ме¬ таллов только при строго определенном их соотношении, раз¬ личном для разных металлов (рис. 45). Например, для сплавов сурьмы и свинца эвтектическая точка равна 246°, при которой кристаллизуется только сплав, состоящий из 87% свинца и 13% сурьмы. Микроструктура такого сплава показана на рис. 40. Структура затвердевшей сурьмы, как мы видели, однородна и представляет собой скопление более или менее правильных кристаллов. Структура затвердевшего свинца также однородна. Затвердевший эвтектический сплав из 87% свинца и 13% сурьмы дает очень мелкую полосатую структуру, довольно однородную во всей массе. Сурьма имеет вид светлых, а свинец — темных полосок. Таким образом, эвтектические сплавы представляют собой однородную смесь чрезвычайно мелких кристалликов с однород¬ ным строением; сплавы эти отличаются сравнительно высокой прочностью и хорошими литейными свойствами. Два металла в сплаве могут быть не только в виде однород¬ ной механической смеси кристаллов исходных металлов, но и в Время охлаждения Время охлаждения Рис. 44. Кривая охлаждения сплава (10% сурьмы и 90% свинца). Рис. 45. Кривая охлаждения эвтектического сплава (13% сурьмы и 87% свинца).
134 Полиграфические материалы виде кристаллов твердого раствора, а также химического соеди¬ нения. Твердые растворы двух металлов образуются тогда, когда эти металлы неограниченно растворимы друг в друге как в жидком, так и в твердом состоянии. В этом случае в твердом состоянии оба компонента (металла) образуют однородные кри- ' сталлы, в которых атомы обоих металлов связаны в совместную систему, или кристаллическую решетку. Такое кристаллическое состояние двух металлов получило название твердого раствора. Микроструктурный анализ не позволяет установить, состоит ли данный сплав из кристаллов твердого раствора или из кристаллов чистых металлов. Это удается сделать только химическим или рентгеноструктурным анализом. Твердые растворы имеют большое значение в технике. Так, напри- —' \t У мер, бронза есть твердый раствор —<7 О- С} олова и меди, латунь — твердый раствор цинка и меди, дюралю- ~ ~ миний — твердый раствор меди и Рис. 46. Строение твердых r г растворов: алюминия, закаленная сталь — а—раствор замещения; б—раствор внед- ТВерДЫИ раСТВОр углерода В Же- рения· лезе. В кристаллах твердых раство¬ ров атомы растворенного металла могут замещать атомы рас¬ творителя в любом месте кристаллической решетки или внед¬ ряться в промежутки кристаллической решетки между атомами растворителя. В первом случае образуются твердые растворы замещения, во втором — внедрения (рис. 46). Некоторые металлы при сплавлении образуют химиче¬ ские соединения: например, олово и мышьяк дают со-, единение SnAs и Sn3As2; олово с сурьмой — химическое соеди¬ нение SbSn. Кристаллы химических соединений являются одной из основных частей механической смеси, или образуют с други¬ ми металлами твердые растворы, или находятся в сплаве в виде избыточных кристаллов. Кристаллы химических соединений, как правило, более тугоплавки, имеют большую твердость и хруп¬ кость. Два металла, например свинец и сурьма, образуют много сплавов с различным соотношением исходных компонентов. Такой ряд сплавов называют системой сплавов. На основании кривых охлаждения ряда сплавов с различным содержанием свинца и сурьмы можно построить диаграмму состояния (плав¬ кости) сплавов из этих металлов. На рис. 47 показано построение диаграммы состояния (плавкости) системы свинец — сурьма по кривым охлаждения. Диаграмма состояния системы свинец—
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 135 сурьма является типичным примером диаграммы состояния пер¬ вого рода. Диаграмма состояния первого рода характерна тем, что оба компонента (т. е. исходных металла) неограниченно растворимы в жидком состоянии, а в твердом — нерастворимы (образуют механическую смесь кристаллов исходных металлов) и не обра¬ зуют химических соединений. Диаграмма состояния дает воз- Рис. 47. Построение диаграммы состояния системы свинец — сурьма по кри¬ вым охлаждения. можность представить механизм образования структуры сплава при его затвердевании и плавлении. Рассмотрим подробнее ди¬ аграмму состояния системы свинец—сурьма (рис. 48). Диаграм¬ ма справа и слева ограничена двумя вертикальными линиями, на которых отложена температура от 0 до 700° (630° — темпера¬ тура плавления чистой сурьмы), и нижней горизонтальной лини¬ ей, показывающей содержание в сплаве свинца и сурьмы. Край¬ няя левая точка соответствует' нулевому содержанию в сплаве сурьмы, т. е. чистому свинцу. Крайняя правая точка соответству¬ ет содержанию чистой сурьмы, т. е. нулевому содержанию свин¬ ца. Между этими двумя точками расположены все сплавы свин¬ ца с сурьмой. Так, например, точка N на нижней горизонтальной линии соответствует сплаву из 60% сурьмы и 40% свинца. На ди¬ аграмме имеется вторая горизонтальная линия МН и две кри¬ вые АЕ и BE. Начало кривой АЕ находится в точке плавления чистого свинца (327,4°) и оканчивается в точке Е на прямой МН, в этой же точке оканчивается линия BE, берущая начало от точки плавления чистой сурьмы (630°). Линии АЕ и BE харак¬ теризуют начало затвердевания сплавов, они называются линия¬
436 Полиграфические материалы ми затвердевания или линиями ликвидуса. Начало затвердева¬ ния у сплавов с разным содержанием свинца и сурьмы происхо¬ дит при разных температурах. Конец же затвердевания у всех сплавов свинца и сурьмы одинаков, при температуре 246°, и обозначается горизонтальной линией МЯ, которая называется линией конца затвердевания сплава или линией солидуса. Точ¬ ка Е на линии МН, где сходятся линии ликвидусов, соответству- Рис. 48. Диаграмма состояния сплавов свинец — сурьма. ет эвтектическому сплаву свинца с сурьмой. Диаграмма состоя¬ ния позволяет получить исчерпывающее представление о свойст¬ вах сплава, т. е. дает возможность знать, что происходит со спла¬ вом при его нагревании или охлаждении; при какой температуре у сплава данного состава начинается и заканчивается затверде¬ вание; какая у него после затвердевания будет структура; из ка¬ ких кристаллов будет состоять его структура и в каком количе¬ стве эти кристаллы будут входить в структуру сплава. Так, в на¬ шем примере сплавы, содержащие менее 13% сурьмы, состоят из кристаллов свинца и эвтектики; сплавы с содержанием 13% сурьмы имеют только кристаллы эвтектики и, наконец, сплавы с содержанием более 13% сурьмы состоят из кристаллов сурьмы и кристаллов эвтектики. Избыток сурьмы или избыток свинца кристаллизуется отдельно в виде островков, вкрапленных в ос¬ новную кристаллическую массу эвтектики. Кристаллы избыточ¬ ной сурьмы значительно повышают, а кристаллы избыточного свинца понижают механические свойства сплава (рис. 49). Диаграмма состояния второго рода характерна тем, что оба компонента неограниченно растворимы в жидком и твердом со¬ стояниях и не образуют химических соединений.
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 137 Пример диаграммы состояния второго рода сплавов, образую¬ щих твердые растворы, приводится на рис. 50 для сплавов висму¬ та Bi и сурьмы Sb, имеющих полную взаимную растворимость как в жидком, так и в твердом состоянии. Температуры ликви¬ дус и солидус в случае образования твердого раствора зависят от состава сплава. Рис. 49. Твердость сплавов сви- Рис. 50. Диаграмма состояния спла- нец — сурьма. вов висмут — сурьма. Линия АаВ показывает начало затвердевания сплавов; выше этой линии сплавы представляют собой жидкий раствор сурьмы и висмута. Линия АЬВ показывает конец затвердевания сплавов (или начало плавления); все сплавы ниже этой линии находятся в твердом состоянии и представляют собой твердый раствор од¬ ного металла в другом. Чем больше в сплаве тугоплавкого ком¬ понента, т. е. имеющего более высокую температуру плавления, тем выше у этого сплава температура ликвидус и солидус. Когда металлы взаимно растворяются в неограниченных количествах, растворителем условно можно считать тот металл, которого в данном сплаве больше. В температурном промежутке АаВ и АЬВ сплавы находятся в полужидком состоянии — кристаллы твер’ дого раствора взвешены в жидком растворе (рис. 51). При дальнейшем понижении температуры до нормальной кристаллы твердого раствора устойчивы и не подвержены распаду, как это наблюдается у некоторых сплавов. Диаграмма состояния третьего рода характерна тем, что оба компонента неограниченно растворимы и в жидком состоянии, ограниченно — в твердом и не образуют химических соединений. Приводим диаграмму состояния третьего рода (рис. 52) для сплавов олово—свинец, имеющих ограниченную растворимость в
138 Полиграфические материалы твердом состоянии. В сплавах олово — свинец возможно суще¬ ствование жидкого раствора олова в свинце, твердого раствора олова в свинце, который мы будем обозначать α-раствором, и твердого раствора свинца в олове, который мы будем обозна¬ чать β-раствором. В таких сплавах возможно одновременное существование двух фаз: L — жидкий раствор и твердый рас¬ твор а или L и твердый раствор β. Точка Е на диа¬ грамме соответствует эвтек¬ тическому сплаву, содержа¬ щему 38,14% свинца и 61,86% олова; его темпера¬ тура затвердевания и плав¬ ления равна 183°. Эвтекти.- ка сплавов свинец—олово представляет собой одно¬ родную смесь мельчайших кристалликов двух твердых растворов а и β. Линия АЕВ является линией ликвидус, линия ADCB — линией со- лидус. Предельная раство¬ римость компонента В в А определяется точкой D, а предельная растворимость А в В — точкой С. Поясним сказанное на примере двух сплавов I в II при их кристаллизации (см. рис. 52). Сплав /. В точке 1 начинается процесс кристаллизации, выше которой сплав находится в жидком состоянии. При кри¬ сталлизации выделяются кристаллы, концентрация которых ме¬ няется по кривой а—2, а концентрация жидкости — по кривой 1—в. В точке 2 кристаллизация заканчивается и полученные кри¬ сталлы имеют концентрацию исходной жидкости, из которой они образовались. Полученные кристаллы твердого раствора не претерпевают изменений при их охлаждении до точки 3, лежа¬ щей на линии предельной растворимости. Ниже этой точки твер¬ дый раствор а является пересыщенным и выделяет избыточные кристаллы твердого раствора β, состав кристаллов твердого ра¬ створа а при этом меняется по кривой 3—F. При температуре 50° состав кристаллов определяется* точкой 4. Сплав II находится в жидком состоянии выше точки 1', в которой начинается процесс кристаллизации и выделяются кри¬ сталлы а. При достижении линии DEC система состоит из жид¬ кости состава Е и α-криеталлов состава D. В это время жид¬ кость состава Е выделяет кристаллы обоих твердых растворов а Рис. 51. Полужидкостное состояние сплава: кристаллы твердого раство¬ ра взвешены в жидком растворе (схема).
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 139 и β. В результате кристаллизации сплава II получатся, кроме первичных кристаллов а концентрации D, эвтектика α+β кон¬ центрации D и С (твердые растворы, предельно насыщенные). При дальнейшем охлаждении вследствие изменения раствори¬ мости α-кристаллы выделяют вторичные кристаллы β. При нор- Рис. 52. Диаграмма состояния сплавов олово — свинец. мальной температуре α-кристаллы (как первичные, так и входя¬ щие в эвтектику) примут концентрацию F. В сплавах, богатых оловом (правее точки Е), при охлажде¬ нии ниже 1S3° твердый раствор β является пересыщенным и вы¬ деляет избыточные кристаллы твердого раствора а. Состав кри¬ сталлов твердого раствора β меняется при охлаждении до 50° по линии СМ. При нормальной температуре вторичные β-кристаллы перестают существовать самостоятельно. Диаграмма состояния сложного вида. Сплавы сурьмы и оло¬ ва характеризуются диаграммой состояния более сложного вида, чем ранее нами рассмотренные. Так как рассмотрение диаграммы состояния системы сурьма — олово не входит в задачи курса, мы лишь отметим, что эти сплавы ограниченно растворимы в твердом состоянии и образуют неустойчивое химическое соеди¬ нение исходных компонентов состава SbSn. Сурьма и олово образуют следующие твердые растворы, с которыми мы встретимся, когда будем рассматривать структуру типографских тройных сплавов. ex — сурьмы в олове с наибольшей концентрацией сурьмы 10%; βι и β2 — химического соединения SbSn, растворяющих в се¬ бе как сурьму, так и олово;
140 Полиграфические материалы γ — олово в сурьме с наибольшей концентрацией олова 12% (при 425е) и 4% (при нормальной температуре). Сплавы сурьмы и олова имеют три перитектические точки: 246°, 325° и 425°, при которых происходит изменение состава жидкой фазы, а следовательно, и изменение состава и строения (структуры) твердой фазы — кристаллов сплава: при 246° кристаллы а превращаются в кристаллы » 325° » βι >- » » ^2 » 425° » рг » » γ Такие изменения состава жидкой фазы и строения кристал¬ лов— твердой фазы, зависящие от изменения . температурных условий, называются перитектическими. В нашем случае, напри¬ мер, перитектическое превращение за¬ ключается в том, что при 246° из крис¬ таллов твердого раствора а путем взаи¬ модействия с окружающей его жидко¬ стью образуются кристаллы другого твер¬ дого раствора βι. Тройные сплавы. Типографские спла¬ вы для изготовления шрифтов и стерео¬ типов обычно являются тройными спла¬ вами свинца, сурьмы и олова или цинка, алюминия и меди. Они также подчиня¬ ются ряду закономерностей, как и спла¬ вы двойные. Диаграммы состояния двух¬ компонентных систем располагаются на плоскости (см. рис. 48, 50 и 52). Диа¬ граммы же состояния трехкомпонентных систем в полном виде изображаются в пространстве, причем одна ось показывает изменение состояния первого компонента, другая — второго (третий компонент вычис¬ ляется по разности: С=100—А—5), а на третьей оси показы¬ вается изменение температуры (рис. 53). Для практических целей предпочитают пользоваться упро¬ щенной диаграммой состояния тройных систем в виде равносто¬ роннего треугольника, позволяющей точно определить местопо¬ ложение сплава любого состава в пределе этого треугольника. На такой диаграмме для различных сплавов указаны темпера¬ тура плавления, твердость и кристаллическая структура. Таким образом, зная состав сплава, можно по такой диаграмме с до¬ статочной точностью определить температуру плавления (верх¬ нюю критическую точку) (рис. 54) и твердость (рис. 55) сплава, а также установить характер его кристаллической структуры (рис. 56). Рис. 53. Координаты для трехкомпонентной си¬ стемы.
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 141 в Рис. 54. Диаграмма состояния тройных сплавов свинца, сурьмы и олова (температура плавления). 100 6 Рис. 55. Диаграмма состояния тройных сплавов свинца, сурьмы и олова (твердость).
142 Полиграфические материалы Диаграмма тройного сплава свинец—сурьма—олово (см. рис. 54—56), как мы видим, построена в форме треугольника. В вершинах его находятся точки чистых металлов: в точке А — 100% свинца, в точке С — 100% олова и в точке В—100% сурь¬ мы. По основанию треугольника расположены все двойные спла¬ вы свинца и олова; слева сплавы, богатые свинцом, а справа располагаются сплавы, богатые оловом. По левой стороне тре¬ угольника расположе¬ ны все двойные спла¬ вы свинца и сурьмы, а по правой — сурьмы и олова. Например, для определения темпера¬ туры плавления и твер¬ дости сплава, имеюще¬ го 83% свинца, 12% сурьмы и 5% олова, находим на горизон¬ тальной линии точку, соответствующую со¬ держанию 5% олова, на правой стороне — точку, соответствую¬ щую содержанию 12% сурьмы. Проводим две прямые линии из найденных точек: одну (из точки сурьмы) — параллельно основанию, а другую (из точ¬ ки олова)—параллельно правой стороне треугольника. Точка пересечения этих линий будет соответствовать взятому нами сплаву. Твердость этого сплава равна 20 кг/мм2, а температура плавления 247°. Тройные сплавы свинца, сурьмы и олова образуют ряд трой¬ ных эвтектических сплавов, или, как их обычно называют, трой¬ ных эвтектик, представляющих собой однородные смеси кристал¬ лов химического соединения сурьма — олово с кристаллами свинца. Состав эвтектических сплавов характеризуется линией Е2—Е4 на рис. 56; в точке Е2 тройная эвтектика состоит из 10% Sb, 5% Sn и 85% Pb, в точке Е4 — из 2,5% Sb, 57,5% Sn и 40% Pb. Кроме эвтектики, тройные сплавы свинец — сурьма — олово могут образовывать твердые растворы и химические со¬ единения. На диаграмме (рис. 56) указаны характерные структуры: I— избыточные кристаллы твердого раствора Sn в РЬ, двой¬ ная эвтектика — РЬ—Sb, тройная эвтектика РЬ—Sb—Sn; II— избыточные кристаллы твердого раствора γ Sn в Sb. Рис. 56. Линии эвтектических сплавов и участков различной кристаллической струк¬ туры на диаграмме тройных сплавов свинца, сурьмы и олова.
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 143 двойная эвтектика Pb—Sb; тройная эвтектика — РЬ—Sb—Sn; III — кристаллы твердого раствора β2 Sn в Sb, тройная эв¬ тектика — РЬ—Sb—Sn; IV — кристаллы βι твердого раствора Sn в Sb, тройная эв¬ тектика — РЬ—Sb—Sn; ВесоВые % олоба Рис. 57. Часть диаграммы тройных сплавов свинца, сурьмы и олова (твердость и температура плавления) (по Д. Уивер). V — кристаллы твердого раствора a Sb в Sn, двойная эвтек¬ тика твердого раствора Sn в РЬ и твердого раствора a Sb в Sn, тройная эвтектика — РЬ—Sb—Sn. В типографских сплавах содержание сурьмы обычно не пре¬ вышает 25% и олова — 7%, поэтому практический интерес пред¬ ставляет только та часть диаграммы состояния, которая изобра¬ жена на рис. 57. Это облегчает пользование диаграммой и повы¬ шает точность определений. Типографские сплавы в зависимости от состава имеют раз¬ ную структуру (рис. 58). Сплав, в участке г, состав которого характеризуется точкой Е2 (сурьмы—10%, олова 5%, свинца — 85%), является эвтектическим, его температура плавления рав¬ на 242°. Сплавы, состоящие в основном из тройной эвтектики та¬ кого состава, применяются, например, для строкоотливных ма¬
144 Полиграфические материалы шин (табл. 10, стр. 149). Примерная область этих сплавов огра¬ ничена на диаграмме пунктирной линией вокруг точки Е2 (рис. 59). Сплавы, расположенные на диаграмме выше линии Е\—Е2, в участке а, ограниченном пунктирной линией, и со¬ держащие до 25% сурь¬ мы, до 5% олова и свинец (остальное), состоят из тройной эвтектики, двой¬ ной эвтектики и избыточ¬ ных кристаллов твердого раствора олова в сурьме. Такие сплавы использу¬ ются в качестве слово¬ литных. Сплавы, расположен¬ ные на диаграмме выше линии Е\—Е2, в участке б, ограниченном пунктирной линией, и содержащие до 17% сурьмы, до 8% олова и свинец (остальное), ис¬ пользуются в качестве стереотипных и монотип¬ ных, они имеют такую же структуру, как и слово- литные сплавы. Сплавы, расположенные на диаграмме ниже линии Ех—Е2 в участке в, ограниченном пунктирной линией, и содержащие около 3% сурьмы, около 2% олова и свинец (остальное), состоят из Весовые % олово Рис. 58. Часть диаграммы тройных сплавов свинца, сурьмы и олова. а —область шрифтолитейных сплавов; б — стереотипных сплавов; в — сплавов для подливки гальвано; г — сплавов для наборных машин.
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 145 тройной и двойной эвтектики и избыточных кристаллов твердого раствора олова в свинце. Такие сплавы применяются, например, для подливки гальваноотложений. Жидкотекучесть типографских свинцовых сплавов по О. Е. Ке- стнер и А. А. Семионову показана графически на рис. 60. Жидко- 40 Рис. 60. Жидкотекучесть сплавов Рис. 61. Жидкотекучесть сплавов свинца, свинца, сурьмы и олова (по А. А. Се- сурьмы и олова (по И. Картлэнду). мионову). текучесть типографских сплавов по И. Картлэнду дана на рис. 61, большая цифра характеризует большую длину отливки и луч¬ шую жидкотекучесть. § 47. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТИПОГРАФСКИМ СПЛАВАМ Типографские сплавы применяются для отливки шрифтов, пробельного материала, линеек, стереотипов. Типографские спла¬ вы должны удовлетворять следующим техническим требованиям: 1) иметь возможно более низкую температуру плавления и температуру отливки; 2) обладать хорошими литейными свойствами; 3) при затвердевании иметь минимальную усадку; 4) при отливке не оказывать разрушающего химического дей¬ ствия на матрицы и детали отливного механизма, с которыми соприкасается расплавленный типографский сплав; 5) потери (угар) при отливках и при повторных переплавках должны быть минимальными; 6) отлитые шрифты, стереотипы должны иметь достаточную механическую прочность, т. е. быть по возможности более твер¬ дыми и одновременно иметь наименьшую хрупкость; 1 1 Заказ № 443
146 Полиграфические материалы 7) в процессе применения шрифты и стереотипы не должны коррозировать, т. е. поверхность их не должна разрушаться от действия влаги, кислорода воздуха, печатных красок, смываю¬ щих веществ и тому подбных реагентов. Описание методов испытаний важнейших свойств типограф¬ ских сплавов приводится в § 51. Температура плавления и температура отливки. Необходимо различать температуру плавления и температуру отливки типо¬ графского сплава. При температуре плавления сплав переходит из твердого в жидкое состояние, но в этот момент он редко об¬ ладает достаточной подвижностью, или, как говорят, жидкотеку- честью, необходимой для получения хорошего качества отливки (сплав густоплавок). Лишь при дальнейшем повышении темпе¬ ратуры, выше температуры плавления, сплавы обычно приобре¬ тают нужную подвижность — жидкотекучесть. Таким образом, температура отливки обычно выше температуры плавления. Очень важно, чтобы типографские сплавы давали хорошего ка¬ чества отливку при возможно более низкой температуре (при наименьшем перегреве). Чем выше температура отливки, тем сложнее и вреднее работа со сплавами, тем скорее выгорают матрицы и возникает больше затруднений для точного действия отливных механизмов. Высокая температура, кроме того, затруд¬ няет получение полного, ровного и четкого очка, что является основным требованием производства. Поэтому для отливки ти¬ пографских шрифтов и стереотипов пригодны сравнительно лег¬ коплавкие сплавы, изготовляемые на основе свинца и цинка. Литейные свойства типографских сплавов зависят от способ¬ ности их в расплавленном состоянии хорошо заполнять все де¬ тали отливной формы. Из сплава с хорошими литейными свой¬ ствами можно получить литеры и стереотипы с ровным и четким очком при соблюдении всех необходимых размеров. Литейные свойства сплава тем лучше, чем больше понижается вязкость сплава при нагревании его выше температуры плавления. Усадка сплава, т. е. изменение размеров отливки, происхо¬ дящее при ее охлаждении, также относится к литейным свойст¬ вам сплавов. Известно, что переход большинства металлов и сплавов из жидкого, расплавленного состояния в твердое связан с изменением их объема, называемым усадкой. Например, объем олова при затвердевании уменьшается на 2,7%, свинца — на 3,4%, а алюминия — даже на 6,7%. При отливке типографских шрифтов из сплавов с чрезмерно большой усадкой невозможно получение литер необходимых точных размеров. Химическое действие расплавленного сплава. Сплавы, хими¬ чески действующие в расплавленном состоянии на матрицы и другие детали отливного механизма, совершенно непригодны для отливки шрифтов, так как нарушают нормальную работу шриф¬
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 147 толитейных машин и являются причиной быстрого износа их и матриц. Потери сплавов при отливке шрифтов и при повторных пере- плавках. Изготовление типографских сплавов, переплавка сте¬ реотипов и мишинного набора сопровождаются окислением спла¬ ва, и некоторое количество его переходит в изгарь, частично уле¬ тучиваясь. Вследствие этого происходит потеря части сплава (угар сплава). Учитывая важное значение цветных металлов для народного хозяйства, необходимо стремиться к тому, чтобы угар типографских сплавов был минимальным. Механическая прочность сплавов имеет исключительно важ¬ ное значение, так как печатные формы должны быть достаточно тиражеустойчивыми, т. е. позволяющими печатать большие тира¬ жи без заметного разрушения (износа) печатной формы под действием значительного давления печатного цилиндра, при больших скоростях печатания и при сильном трении. Твердость типографского сплава является одним из наиболее важных свойств, но при этом -сплав не должен быть хрупким. С. И. Ша¬ пошников показал, что одинаковые по прочности — твердости — типографские сплавы могут иметь различную тиражеустойчи- вость, если у них разная упругость: сплав с меньшей упругостью скорее разрушается в процессе печатания. Противокоррозионная устойчивость сплавов. Поверхность пе¬ чатной формы не должна разрушаться от химического воздей¬ ствия влаги, кислорода воздуха, печатных красок, смывочных веществ и т. п., иначе даже отлично изготовленная печатная фор¬ ма может скоро прийти в негодность при хранении ее в цехе или при печатании. Главным образом из-за большой подверженности коррозии не нашли применения для изготовления клише такие распространенные сплавы, как, например, дешевые марки угле¬ родистой стали. § 48. ТИПОГРАФСКИЕ СВИНЦОВЫЕ СПЛАВЫ Для отливки шрифта, машинного набора, стереотипов преж¬ де всего используются сплавы свинца, сурьмы и олова. Отливка шрифтов и стереотипов из этих сплавов может производиться при сравнительно низких температурах — от 250 до 400° (при¬ близительно). Основным металлом типографского свинцового сплава, как говорит и само название его, является свинец; его содержание составляет 72—81%. Кроме свинца, в сплав входят сурьма и оло¬ во. От соотношения этих обязательных составных частей, а также от наличия некоторых примесей зависят свойства типографских сплавов, т. е. температура плавления, твердость и т. д. и*
148 Полиграфические материалы Сурьма необходима для уменьшения усадки сплава и для повышения его твердости; однако при чрезмерном количестве сурьмы сплав становится хрупким. Сплав, состоящий из свинца и сурьмы, обладает необходимой твердостью, но имеет относительно высокую температуру плавле¬ ния и плохие литейные свойства. Для улучшения литейных свойств и для понижения температуры плавления в типографские свинцовые сплавы прибавляют олово. В типографских свинцово-сурьмяно-оловянистых сплавах, или, как их обычно упрощенно называют, свинцовых сплавах, могут быть примеси меди, цинка, мышьяка, висмута, алюминия и никеля. Примесь меди значительно увеличивает прочность, твердость сплава и способствует получению более однородной отливки. Но медь повышает температуру отливки и ухудшает литейные свойства сплава, поэтому примесь ее строго ограничивается. В отдельных случаях для словолитных сплавов разрешается вве¬ дение до 1% меди в виде медно-сурьмяной лигатуры. Лигатура¬ ми называются промежуточные, вспомогательные сплавы, служа¬ щие для исправления свойств, или корректировки, состава того или иного промышленного сплава. Присутствие цинка в свинцовых сплавах значительно ухуд¬ шает его литейные свойства, сильно повышает температуру плав¬ ления и делает отливки хрупкими. Применение таких сплавов вызывает засорение мундштука и заедание поршня отливного ме¬ ханизма наборных и словолитных машин. Цинк может попасть в типографские сплавы вместе со свинцом (в котором он иногда содержится в результате его плохой очистки), а также при пло¬ хой рассортировке типографского набора из клише, латунных линеек и пр. Засорение шрифтов из свинцовых сплавов шриф¬ тами из цинковых сплавов (см. ниже) также может быть при¬ чиной засорения сплавов цинком. Мышьяк в свинцовых сплавах довольно сильно повышает их твердость и улучшает литейные свойства, но одновременно повы¬ шает и температуру плавления. Небольшие примеси мышьяка в сплавах с высокой температурой плавления вполне допу¬ стимы. Присутствие висмута в типографских свинцовых сплавах желательно, так как он улучшает литейные свойства сплава. Примесь алюминия ухудшает литейные свойства сплава, за¬ трудняет работу словолитных и наборных машин и вызывает частые их остановки для чистки мундштуков и т. д. Кроме того, присутствие алюминия приводит к получению очень неоднород¬ ных отливок. Никель в типографских свинцовых сплавах также относится к вредным примесям. В зависимости от назначения типографские сплавы разделя-
Типографские свинцовые сплавы 3- {Zww/z:У а) опт 1гэни<3д ои qxoo^daax О.СЗ и Й Ч ~ Б с 2 С К « я а Н о. аз вяе1шэ BHdew к ч _ ч ш о CQ Н О И Я Н о Я Я Н >> Я « с >> Я в >> <Моо С ^Т00 ч< >CD | " CD ! ч * u > <υ « ■; g a^S о о S4 Hi I CO C Я 4 ί¬ α) « со С ι=3 Е н и о 2 2 2 с о ° о £ я ж 2 с ^ £ в е ааас и и и S 0 о g - Н Н н . я я а с Он Он Оч: 3 Э Э I та Я д £ та та « ? иди Я Я s “ 4 Ч Ч I Η Н Н С ООО CD Ч4 СО см см см 1 I I ч· см см см см см Ю О Ю со со со со со см ю со с 1=3 ъ* Е н о о I I Ю О id CM CM Н- со со см о ч QJ н о о со со со Ч1 СО Ч I I I Г'-г- Η. со CM со О О ID СО CM CD см CM.— I I I ООЮ — О ID CM CM — — CM CO ээа *я a; 2 >. 4 та Я X H x ς 4 та X я X Cl CL CL) 0) H н та та S та = sH CQ О о g к £ О P 4 <D CJ VO „ VO S О Я 9Д S g * о S <D 4 cr та g та 5 X I -3 к p 2 о § « c 5 g; та та X X CO CQ я я ч 4 E- H oo 1 Ю О О) ! СМ „ 1 см — I I > 1 ; со 1 1 <Л 00 \ см — — ! о о о О — см > со » I СО СО I I » 1 L Ч* 1 1 о о : оо сг> о см см со ! „ • о ! Я 1 Я ) Ч г та Л Л 1 Н , CJ ! ° U см LD см I I 1 1 00 Ч"1 ID о о 00 05 05 Т ’Т I I О 1 1 о о а- г^Г isT ’ 1 1—1 1—1 2S3 eg Он о g to *“* о « ч 4 к S M X о та к g* я X H ь о О) Он с? <υ Ч Η КС ° И X О Я к Я Я О ь О о ч О) С 2 * ^ 0-1 о к *Я О) и СЮЮ о ^ 3 та О αϋ та cl о- с о CQ 5S§ Я о а I g та н £ gO о О, . CJ «m3 о н sSo “g00 та н о * О та с Cl S Я £ Н О <υ §δ и X о s к « к υ н о о ч <υ с Он V и н Д О U X X CQ О ^ S S я5Рй ЕО ° * ЭК о о (U я В Л я ч ς a) VO та о Я Он и с я ч эя н о О S . <υ х g та та is а в ч (Г) я >ί. с >s я к О) й о ч н о о X та та ^ о о та Он . _ г_ W и та о ь ^ _ ii _ та S « и g S та н ° 5· ч о ч 3 н о О С х о х та и х х >. g с 8 м тан ш о ° о 5 О Л g S s g а Заа J ч л * Он о ч О \§ Ь <Т> >Я О я я а ч 8 ~ та я * я § о ч о 5 - с g та 3 Я и та та я 2 g О — см со С ЕС ! CD CO Ч"1 ’ С| CM I *7 1 1 LD 1 CM 1 CM ! см CM ^ LD о LD , г-. Г-н. о 1 см I CM I CO 1 ! 1 ID 1 о 1 ID CD CD 05 1 см CM CM си о я я ч та Λ Λ Ε¬ υ о LD CO CM н- I ID I CM I * 1 LD 1 a- I oo CD 4< ~ ID ID CO CD ID CO 1 T I 1 ID 1 LD 1 Г-н. ID Ч-1 CM ’ 1 ’■—l , CM H H H U и u CO со CM I см I 1 CM 1 см CM см ID о LD . CM I см | 1 о I id 4* Ч4 CM см си о я я ч Л та н о о 00 LD Ч"1 I CD 1 см I LD Ч4 ID о о см CM I 7 1 о 1 —н —Η —н CM я я я я ts 1=3 о I о I к я я я 2 2 ч та я я я <υ ч о VD та 2 я Он я * Он <υ Ч о “«Ν Я о о Ё I та та та та о к JQ О | «S х со - 2J СМ та о §Р υ I х 5 я ч та о о та Ό* я та та а . О CD та о я - н о PQ
150 Полиграфические материалы ются на три группы: 1) словолитные, 2) стереотипные и 3) для .наборных машин. Различие между сплавами этих групп заклю¬ чается в их составе и свойствах (твердость, температура плавле¬ ния, температура отливки и пр.). Состав и некоторые свойства этих сплавов приводятся в табл. 10. Словолитные сплавы применяются для отливки шрифтов, пробельного материала и линеек. Сплавы для шрифтов должны хорошо отливаться при температуре не выше 380° и быть возмож¬ но более прочными (очко литеры не должно изнашиваться при печатании в течение продолжительного времени; при тиснении матриц деформация должна быть минимальной). Изготовление словолитных сплавов для шрифтов производят, соблюдая правила техники безопасности, при температуре не выше 450°, а разливку чушек — при 400°. Прочность словолитных сплавов значительно превосходит прочность стереотипных сплавов и сплавов для наборных ма¬ шин, так как форму, набранную из словолитного шрифта, по окон¬ чании печатания тиража разбирают, а шрифт идет для изготов¬ ления новой формы, в то время как стереотип после окончания печатания тиража переплавляют. Пробельный материал в процессе печатания не подвергается натиску печатного цилиндра, поэтому сплавы, которые идут на его изготовление, имеют сравнительно меньшую прочность; ли¬ тейные свойства сплавов, особенно при отливке крупнокегельного пробельного материала, также не имеют существенного значе¬ ния. Вследствие этого пробельный материал отливается из спла¬ ва с минимальным количеством дорогостоящего олова, а в неко¬ торых случаях и при полном его отсутствии. Изготовление таких сплавов производят при температуре не выше 430—450°, а разли¬ вают в чушки при температуре 380°. Стереотипные сплавы применяют для отливки стереотипов для плоских и ротационных печатных машин. Отливку произво¬ дят с картонных матриц в автоматах или на ручных станках. Стереотипные сплавы обладают следующими свойствами: 1) температура плавления их не превышает 290°, так как от¬ ливка стереотипов при более высоких температурах нарушает правильный режим работы отливных автоматов и может вызвать обугливание картонных матриц. 2) имеют достаточно хорошие литейные свойства — расплав¬ ленный сплав должен легко и полно заполнять все углубления матрицы для получения четкого и ровного очка стереотипа; 3) обладают высокой прочностью, так как стереотипы пред¬ назначаются для многотиражных работ. Изготовление стереотипных сплавов производят при темпера¬ туре 400°, а разливку чушек — при температуре 330—350°. Сплавы для наборных машин. Наборные буквоотливные (мо¬
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 151 нотипы) и строкоотливные (линотипы) машины работают с при¬ менением различных типографских сплавов. Сплавы для буквоотливных наборных ма¬ шин (монотипные сплавы) отличаются особо хорошими литей¬ ными свойствами почтой причине, что на этих машинах непос¬ редственно за отливкой относительно крупных знаков (пропис¬ ные и широкие строчные литеры) производится отливка тонких знаков, причем скорость и температура работы остаются неиз¬ менными. Конструкция буквоотливной машины рассчитана для работы при температуре не выше 400°. Кроме того, эти сплавы должны иметь хорошую прочность, потому что монотипный набор используется для печатания тира¬ жей и для матрицирования. Для отливки набора на буквоотливных машинах применяют сплавы, указанные в табл. 10: марки Ст. 1 — для тиражей до 60 тыс. оттисков и марки Ст. 2 — для тиражей до 40 тыс. от¬ тисков. Сплавы для строкоотливных машин (линотип¬ ные сплавы) должны иметь (в соответствии с конструкцией ма¬ шин) температуру плавления не выше 250° и быть жидкотеку¬ чими, что необходимо для нормальной подачи сплава из горло¬ вины котла в отливную форму через довольно мелкие отверстия мундштука. Сплавы эти должны также иметь прочность, позволяющую получить при тиснении с набора нужное число картонных мат¬ риц. При непосредственном печатании с набора прочность спла¬ ва должна обеспечить возможность получения соответствующего тиража. Изготовление сплавов для строкоотливных машин производят при температуре не выше 400°, а чушки отливают при темпера¬ туре 300—280°. Согласно исследованиям ВНИИПП (В. А. Коган, А. А. Семи- онов), выполненным в 1958—1959 гг., наилучшими свойствами обладают следующие сплавы, которые и рекомендуются к при¬ менению: 1. Для отливки шрифтов на кегль 6—12 пунктов вместо сплава Ш1 рекомендуется сплав, состоящий из 25% сурьмы, 7% олова, остальное свинец. Прочность (тиражеустойчивость) этого сплава в два раза выше, чем стандартного сплава Ш1, ли¬ тейные свойства более высокие. Новый сплав дает высокую твер¬ дость шрифта как на толстых, так и на тонких литерах. 2. Для отливки крупнокегельных шрифтов предложен сплав, состоящий из 16% сурьмы и 3% олова, остальное свинец, пока¬ завший вполне удовлетворительные результаты. Этот сплав за¬ меняет стандартные сплавы марок Ш2 и ШЗ. Внедрение нового сплава при сохранении качественных показателей механической
152 Полиграфические материалы прочности шрифтов позволяет сэкономить, значительное количе¬ ство сурьмы. 3. Для отливки пробельных материалов вместо двух сплавов марок П2 и ПЗ рекомендуется сплав с 15% сурьмы без олова. 4. Для отлйвки монотипного набора предложен сплав с 15% сурьмы и 6% олова, остальное свинец. Этот сплав наиболее ши¬ роко применяется в зарубежной практике для указанной цели. В наших действующих стандартах изготовление специального монотипного сплава предусмотрено не было. 5. Для отливки стереотипов предлагаются два сплава: Ст.1, содержащий 16% сурьмы и 7% олова, остальное свинец и Ст.2 — 13% сурьмы, 5% олова, остальное свинец. Первый сплав — для отливки газетных стереотипов, второй — для отливки остальных видов стереотипов. 6. Сплав для отливки набора на строкоотливных машинах оставлен без изменения и содержит 11,5%' сурьмы и 4,5% олова, остальное свинец. 7. Рекомендуется новый сплав для изготовления нотных пла¬ стин, содержащий 4,5% сурьмы и 15,0% олова, остальное свинец. § 49. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТИПОГРАФСКИХ СВИНЦОВЫХ СПЛАВОВ Сырьем для типографских свинцовых сплавов служат метал¬ лы: свинец, сурьма и олово. Металлы эти применяются как в чистом виде, так и в виде сплавов. Такими сплавами будут в первую очередь типографская сыпь и изношенные печатные фор¬ мы (стереотипы), а также нотные пластины, припой и т. п. Для изготовления типографских свинцовых сплавов пригод¬ ны металлы следующего качества. 1. Свинец (ГОСТ 3778—47) не ниже марки СЗ с содержанием свинца не менее 99,9% и примесей не. более 0,1%, в том числе цинка до 0,005%. Содержание никеля в свинце марки СЗ обычно не превышает 0,005%. Никель, так же как и цинк, является очень вредной примесью в типографских свинцовых сплавах. Свинец марки С4 непригоден потому, что в нем содержится до 0,1% цин¬ ка, т. е. в 20 раз больше, чем в свинце марки СЗ, а общее коли¬ чество примесей увеличивается до 0,5%. Допускается применение вторичного свинца («свинца сурьмянистого») при условии, что содержание в нем примеси меди, цинка, железа и никеля не должно превышать количеств, указанных для свинца марки СЗ. Вторичными металлами (в отличие от первичных, получаемых из руд) называются металлы, получаемые при переработке лома и различных металлических отходов, например изгари. 2. Сурьма (ГОСТ 1089—41) не ниже марки Су2 с содержани¬ ем сурьмы не менее 99,5% и примесей не более 0,5%, в том числе меди — 0,1%, мышьяка — 0,005%, серы — 0,1%, железа —
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 153 0,05%. Сурьма марки СуЗ непригодна для изготовления типо¬ графских сплавов из-за содержания в ней меди до 0,2% и желе¬ за до 0,15%.. 3. Олово (ГОСТ 860—41) всех марок, содержащее вредных примесей не более: железа — 0,05%, меди — 0,15%, серы — 0,05%; общее содержание олова должно быть не менее 96,25%, а всех примесей — не более 3,75%. Сыпь типографская перед изготовлением сплава должна быть тщательно отсортирована. Из нее удаляются цинковые клише, медные линейки и другие посторонние материалы, являющиеся источником загрязнения сплавов цинком и другими вредными примесями. Затем сыпь обязательно переплавляется, после чего производится химический анализ на содержание олова, цинка, сурьмы и меди. Нотные свинцовые пластины пригодны для изготовления ти¬ пографских сплавов, так как они обычно состоят из 75—8*5% свинца и 10—15% олова и 5—10%· сурьмы. Среди них встреча¬ ются цинковые пластины, которые необходимо отсортировать. Нотные пластины должны переплавляться, после этого обязате¬ лен анализ на содержание сурьмы, олова и примесей. Оловянисто-свинцовые припои содержат (в зависимости от марки): олово (25—90%), сурьму (1,5%) и свинец (остальное). Все марки припоев пригодны для изготовления типографских сплавов. Прежде чем приступить к изготовлению типографских спла¬ вов, производят расчет шихты. Шихтой называется совокупность металлов, перерабатываемых в металлургическом производстве. В данном случае под шихтой подразумевается совокупность со¬ ставляющих металлов, необходимых для изготовления типограф¬ ского сплава нужного состава. Ввиду угара сурьмы и олова при расчете надо делать поправку на сурьму ( + 1%) и на оло¬ во ( + 0,5%). Для добавления сурьмы к сплаву, приготовляемому из сыпи или из других сплавов, рекомендуется пользоваться не чистой сурьмой, а сурьмяными лигатурами. Лигатурами, как мы уже указывали, называются промежуточные сплавы, облегчающие изготовление сплавов и уменьшающие угар металлов при плав¬ лении. При изготовлении типографских сплавов могут быть ис¬ пользованы сурьмяно-свинцовая лигатура, содержащая 40% сурьмы и 60% свинца (для добавления сурьмы и свинца к спла^ вам, богатым оловом), и сурьмяно-оловянистая лигатура, состоя¬ щая из 33% олова и 67% сурьмы (для корректировки типограф¬ ских сплавов, богатых свинцом). Приготовление первой из этих лигатур ведется следующим образом. В котел под слоем угля расплавляют нужное количест¬ во свинца, вводя сурьму большими кусками, и нагревают сплав 10 Заказ № 443
154 Полиграфические материалы до полного растворения сурьмы. После этого сплав тщательно перемешивают, снимают с него шлак и разливают по изложни¬ цам. Изложницами называют массивные чугунные формы для разливки расплавленных металлов и сплавов, образующих при застывании слитки. Для изготовления второй из указанных лигатур в котле пер¬ воначально расплавляют нужное количество олова и постепенно, по мере расплавления, вводят сурьму в виде некрупных кусков. Одновременно продолжают подогрев сплава, причем температу¬ ру его не поднимают выше 550°. Например, требуется изготовить 500 кг стереотипного сплава Ст.1, содержащего 16% сурьмы, 7,5% олова и остальное свинец, из свинца марки СЗ (ГОСТ 3778—47), содержащего 99,95% свин¬ ца, сурьмы свинцовистой марки CyCI (МПТУ 4014—53), содер¬ жащей 92,2% сурьмы и 7,5% свинца и олова марки 04 (ГОСТ 860—41), содержащего 96,3% олова и свинца 3%. Производим расчет шихты. Для изготовления 500 кг стерео¬ типного сплава Ст.1 требуется: 1. Олова 7,5%·+ 0,5% по условию = 8% чистого олова. Для изготовления 500 кг стереотипного сплава нужно: 100 — 8 500-8 500 —х х - 100 “ ' 96,3—100 40-100 X! 1 О х~ 96,3 = 40 кг чистого олова = 41,5 кг олова марки 04 (ГОСТ 860—41) 2. Сурьмы 16%+ 1% по условию = 17% чистой сурьмы. Для изготовления 500 кг стереотипного сплава нужно 100—17 500 —х 50°.17 х = -jqq— = 85 кг чистой сурьмы или 92,2 — 100 85 — х 100-85 Q0 а' = 92,2 кг сурьмы свинцовистой марки CyCI (МПТУ 4014—53) 3. Свинец узнается по разности: Sn + Sb + Pb = 100% или олово 41,5 кг + сурьма 92,2 кг + свинец х кг = 500 кг марки 04 по ГОСТ марки СуС по марки СЗ по марки 860—41 МПТУ 4014-53 ГОСТ 3778—47 Ст1 следовательно: 500 — 41,5 — 92,2 = х = 366,3 кг свинца марки СЗ (ГОСТ 3778—47)
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 155 Учитывая, что свинец марки СЗ содержит 99,95% чистого свинца, сурьма марки СуС содержит 7,5% свинца и олово марки 04 содержит 3% свинца, общее количество чистого свинца, вво¬ димое в сплав составляет: 366.2 кг в 366,3 кг свинца марки СЗ 6,9 кг в 92,2 кг сурьмы свинцовистой марки CyCI 1.2 кг в 41,5 кг олова марки 04 всего 374,3 кг или 74,9% Изготовление типографских свинцовых сплавов из металлов. Свинец, сурьму и олово сплавляют в железном котле в про¬ порциях, соответствующих установленным рецептам. Большое значение имеет чистота металлов, порядок их расплавления и температурный режим плавления. Расплавление сурьмы и вве¬ дение в нее свинца вызывает большие потери не только сурьмы, но также топлива и времени. Поэтому наиболее удобен и выго¬ ден способ растворения сурьмы в уже расплавленном свинце и прибавление олова к уже несколько охлажденной смеси. Для изготовления сплава из свинца, сурьмы и олова в котел загружают около 3/4 необходимого, согласно расчетам, количества свинца и расплавляют его. Поверхность расплавленного свинца закрывают слоем древесного угля (в кусках от 5 до 25 мму без угольной пыли) для предохранения металла от окисления. Сви¬ нец нагревают до температуры выше 500° и вводят сурьму, измельченную в куски величиной не больше лесного ореха (при измельчении необходимо принять меры предосторожности про¬ тив отравления сурьмяной пылью). После этого продолжают нагрев до полного растворения всего металла и следят, чтобы температура расплавленной массы не превышала допустимого предела. Когда весь металл полностью растворится, нагревание прекращают и в сплав вводят оставшуюся lU часть весового, количества свинца. Затем, приняв меры предосторожности про¬ тив брызг горячего металла, вводят на дно котла дырчатой лож¬ кой или щипцами кусок свежего, не пересохшего дерева (1—1,5 кг на 1 т сплава) и держат его там в течение 20—30 мин. Пары и газы, выделяющиеся из дерева, способствуют переме¬ шиванию сплава и очищают его. С поверхности сплава снимают дырчатой ложкой всплывшие шлаки и после охлаждения до 450° вводят в сплав полагающееся по рецепту олово. Затем тща¬ тельно перемешивают сплав, охлаждают до температуры раз¬ ливки, снимают шлак и быстро разливают в холодные и сухие массивные изложницы. Типографские свинцовые сплавы имеют большую склонность к ликвации. Ликвацией называется заметная неоднородность от¬ ливки, получающаяся при затвердевании — кристаллизации. Ю*
156 Полиграфические материалы Происходит это потому, что различные фазы сплава кристалли¬ зуются при различных температурах. Затвердевающие в первую очередь кристаллы сурьмы и химического соединения сурьма — б Рис. 62. Ликвация типографского сплава (Sb — 23%, Sn — 4% и Pb — 73%) при медленном охлаждении: а — общий вид отливки при малом увеличении; б — микроструктура верхней части от¬ ливки; в — микроструктура средней части отливки; г — микроструктура нижней части отливки (по А. А. Семионову). олово вследствие своего малого удельного веса всплывают на поверхность еще жидкого сплава и затвердевают в верхней его зоне. В нижней части остается преимущественно эвтектический сплав. Это особенно заметно при отливке сплава в чушки, а так¬ же при ручной отливке стереотипов (рис. 62). Чтобы избежать появления ликвации, рекомендуется после разливки сплава быстро охлаждать отливки. Исправление типографских сплавов в цехах. Вследствие того, что угар составных частей сплава различен при плавлении и при переплавках, происходит изменение состава сплава. По¬
Раздел второй. Металлы и. сплавы, применяемые в полиграфии 157 этому необходимо систематически производить анализ сплавов и, если отклонения в их составе превышают допуски, исправлять эти сплавы в соответствии с установленной рецептурой. Возьмем для примера химический анализ сплава для строко¬ отливных наборных машин (табл. И). Таблица 11 Примерный состав сплава для строкоотливных наборных машин (в %) Показатели Свинец Олово Сурьма Нормальный состав сплава . ... 84,0 4,5 11,5 Состав строк по анализу 84,4 5,0 10,6 Разница по сравнению с нормой (±) +0,4 +0,5 -0,9 Анализ показывает, что в сплаве недостает сурьмы и в из¬ бытке содержание олова и свинца. Для получения 100 кг сплава нормального состава следует взять такое весовое количество подлежащего исправлению сплава (в данном случае линотип¬ ных строк), чтобы содержание наиболее избыточного металла в нем в точности соответствовало содержанию того же металла в 100 кг сплава, нормального по составу. Определение необхо¬ димого весового количества линотипных строк производится по схеме: б х 100 х = , а где х — искомое весовое количество линотипных строк (в кг), которое нужно взять для изготовления 100 кг линотипного сплава нормального состава; а — содержание (в кг) наиболее избыточного металла в 100 кг исправляемого сплава; б — содер¬ жание этого же металла в 100 кг сплава нормального состава. В нашем примере, где наиболее избыточным металлом яв¬ ляется олово, 4,5 х 100 х — ^ = 90 кг линотипных строк. В этих 90 кг линотипных строк, по данным анализа, будет 10,6*90 —j-QQ— = 9,54 кг сурьмы, 84,4*90 —j-QO—= 85,96 кг свинца. Значит, в данном случае для получения 100 кг линотипного сплава нормального состава надо взять: исправляемого сплава
158 Полиграфические материалы (линотипных строк)—90 кг, сурьмы—1,96 кг и свинца — 8,04 кг. Для исправления типографских сплавов лучше пользоваться не чистыми металлами, а промежуточными сплавами (лигату¬ рами). Так, в нашем примере сурьму лучше взять в виде лига¬ туры, т. е. в виде сплава из 40%. сурьмы (4,9 кг) и 60% свинца (5,1 кг). При исправлении типографского сплава его сплавляют, соб¬ людая все правила техники безопасности при изготовлении типографского сплава, но вместо свинца в первую очередь рас¬ плавляют подлежащий исправлению сплав, затем вводят в него лигатуру или сурьму и, наконец, свинец; после этого очищают сплав деревом и вводят олово (если это требуется по расчету), дав сплаву охладиться. Разливку сплава по изложницам произ¬ водят после охлаждения сплава до установленной температуры. Вредность типографских свинцовых сплавов. Свинец и сурь¬ ма, попадая через рот в легкие, желудок и кишечник, вызывают тяжелое отравление организма человека. Но опасность отравле¬ ния возникает главным образом при небрежном обращении с типографским сплавом, свинцом и сурьмой. Поэтому необхо¬ димо строгое соблюдение правил техники безопасности и охраны труда. Особенное внимание следует обращать на борьбу с пылью из типографского сплава, регулярно убирая ее мокрыми тряп¬ ками или пылесосами. Кроме того, нужно соблюдать элементар¬ ные правила личной гигиены: по окончании работы и перед едой мыть руки с мылом и полоскать рот, не принимать пищи в помещении, где имеется пыль типографских сплавов. Котлы, горшки, в которых плавят типографский сплав, необ¬ ходимо оборудовать вытяжной вентиляцией. Следует также избегать перегрева сплава, усиливающего вредные испарения. Чтобы не допускать образования ядовитой пыли, нужно тща¬ тельно собирать шлак, предупреждая его распыление. В этих же целях следует измельчать сурьму в отдельном помещении, работая в респираторе или маске. Соблюдение этих несложных мер предосторожности делает обращение с типографскими спла¬ вами и шрифтами маловредными для здоровья. § 50. ТИПОГРАФСКИЕ ЦИНКОВЫЕ СПЛАВЫ Цинковые типографские сплавы содержат около 90% цинка и некоторое количество алюминия, магния, а иногда и меди. Механические свойства цинковых сплавов значительно выше, чем свинцовых; твердость цинковых сплавов достигает 110 кг/мм2 и выше, максимальная же твердость свинцовых типографских сплавов всего 25—26 кг/мм2. Цинковые сплавы не содержат в своем составе свинца и сурьмы, являющихся источником вред¬
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 159 ности; цинковые сплавы дешевле свинцовых и менее дефицитны. Удельный вес цинковых сплавов около 6—8, а свинцовых — 10,5. Все это делает цинковые сплавы весьма ценными для от¬ ливки шрифтов и стереотипов. Но цинковые сплавы имеют гораздо более высокую температуру плавления и отливки, что затрудняет их использование. Кроме того, детали отливных ап¬ паратов нужно предохранить от действия расплавленного цин¬ кового сплава, растворяющего железо и его сплавы. Литейные свойства цинковых сплавов хорошие, но литые изделия несколько изменяют свои размеры во времени; измене¬ ние размеров происходит при комнатной температуре и осо¬ бенно при нагревании, например при горячем матрицировании, что связано с структурными превращениями: распад β-фазы, твердого раствора алюминия в цинке, на две другие фазы — βι и η, приводящий к уменьшению размеров отливки. Однако эти изменения размеров незначительны и не препятствуют примене¬ нию цинковых сплавов в полиграфической промышленности. В табл. 12 приводятся состав, некоторые свойства и область применения цинковых сплавов. Таблица 12 Цинковые типографские сплавы (ТУ ПП 255—55) Химический состав (в %) ми ά 2° А ' « н ч ^ υ <υ 2 Марка алю¬ миний медь магний цинк Темпер тура ш ления, ё* tq ^ Назначение № 5 7,0 4,0 — Осталь¬ ное 380 по Отливка набора на моно¬ типе № 6 4,0 2,0 То же 350 130 Отливка набора на лино¬ типе и машине СК. Отливка линеек и ре¬ глетов на машине Э. Отливка стереотипов No 621 6,0 2,0 1,0 То же 370 125 Отливка шрифтов для ручного набора. Опыт¬ ный для всех видов отливок При работе с цинковыми сплавами в конструкции словолит¬ ных и наборных машин должны быть внесены конструктивные изменения, связанные с необходимостью производить отливку шрифтов и строк набора при сравнительно высокой темпера¬ туре, а также с необходимостью предохранить детали отливного механизма от вредного действия расплавленного цинкового сплава. Такие конструктивные изменения словолитных и набор¬ ных машин, связанные с переходом на работу с цинковыми сплавами, выполнены Ленинградским филиалом НИИ Поли-
160 Полиграфические материалы графмаш. Отливку шрифтов и строк машинного набора уже производится. Остаются еще нерешенными вопросы отливки стереотипов из цинковых сплавов, так как картонные матрицы имеют недостаточную для этого жаропрочность. Рис. 63. Цинковый угол системы сплавов цинка, алюминия и меди. % алюминия Рис. 64. Цинковый угол системы сплавов цинка, алюминия и магния. На рис. 63 изображен цинковый угол диаграммы состояния системы цинк—алюминий — медь. Как следует из этой диа¬ граммы, цинк с алюминием образует эвтектику, содержащую 5% алюминия, с температурой плавления 380°; цинк с медью образует перитектику, содержащую около 1,8% меди. В тройных сплавах образуется тройная эвтектика (точка Е) с температу¬
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 161 рой плавления 377°. Составу тройной эвтектики соответствует сплав, содержащий 7% алюминия, 4% меди и 89% цинка. Этот сплав обладает самой низкой температурой плавления для данной системы. Более легкоплавкие сплавы цинк образует с алюминием и магнием. Тройная эвтектика этой системы, по данным И. А. Алексахина и А. А. Семионова, содержит 4% алюминия и 3% магния; температура его плавления 331° (рис. 64). Приведенные сплавы являются самыми легкоплавкими, и снизить их температуру плавления не представляется возмож¬ ным. Таким образом, цинковые сплавы, которые могут заме¬ нить собой свинцовые, имеют температуру плавления на 50— 100° выше, чем свинцовые сплавы1. Вредными примесями для типографских цинковых сплавов являются свинец, олово, кадмий и железо. В связи с этим цин¬ ковые сплавы ни в коем случае нельзя смешивать со свинцо¬ выми. Цинковые сплавы со свинцом совершенно непригодны для отливки шрифтов из-за густоплавкости в жидком состоянии и хрупкости в твердом. Очистка же цинковых сплавов от свинца не под силу даже шрифтолитейным заводам. Поэтому при пере¬ ходе на работу с цинковыми сплавами необходимо полностью удалить из типографии свинцовые сплавы с оловом и шрифты из них. Цинковые сплавы изготовляют при температуре 500°; к рас¬ плавленному цинку добавляют алюминий. После того как алю¬ миний хорошо распределился в цинке, в сплав посредством специальной дырчатой ложки вводят магний. § 51. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ МЕТАЛЛОВ И ТИПОГРАФСКИХ СПЛАВОВ Для испытания качества типографского сплава отбирают пробы примерно в следующих количествах (в кг): для химического анализа 0,1 для термического анализа 0,2 для микроструктурного анализа 0,5 для испытания механических свойств . . . . 1,5 для испытания литейных свойств 2,5 Для химического анализа проба сплава в количестве около 100 г берется в виде стружки, путем просверливания образца насквозь сверлом в нескольких местах отливки, стереотипа и т. п. Для испытаний механических свойств и микроструктурных 1 А. А. С е м и о н о в. Технологические параметры типографских спла¬ вов. В кн.: А. А. Колосов, А. А. Семионов и Μ. Ф. Соколовская. Технология полиграфического производства, кн. 1. «Искусство», 1956, стр. 46 и 47.
162 Полиграфические материалы испытаний пробу сплава переплавляют и разливают в излож¬ ницы; расплавленный и нагретый до 400° сплав отливают в из¬ ложницу, нагретую до той же температуры. Для испытаний механических свойств отливку производят в изложнице, изображенной на рис. 65; размеры получаемой пластины 120X70X10 мм. Для микроструктурных испытаний и испытаний удельного веса отливку получают в изложнице, Рис. 65. Изложница для от¬ ливки плоских образцов. показанной на рис. 66. Применя¬ ют две отливные формы: боль¬ шую— для микроструктурных ис¬ пытаний (Д = 30 мм, д=20 мм, h = 30 мм) и малую для испыта¬ ния удельного веса (Д =15 мм. Рис. 66. Изложница для от¬ ливки конических образцов. д = 10 мм и h = 15 мм). Для микроструктурных испытаний мо¬ жет быть также применена изложница, показанная на рис. 65. Химический анализ позволяет установить точный состав сплава. Но полный химический анализ (испытание содержания главных компонентов и примесей) довольно длителен и тру¬ доемок, поэтому часто пользуются микроструктурными испы¬ таниями. Микроструктурные испытания позволяют сравнительно бы¬ стро и с достаточной для практических целей точностью уста¬ новить не только характер кристаллической структуры сплава, но и его состав. Испытания заключаются в том, что хорошо отшлифованный, отполированный и протравленный растворами кислот и тому подобными реактивами образец сплава рассматривают в микро¬ скоп при увеличении в 200 раз (микроиспытания) и при увели¬ чении до 20 раз (макроиспытания). В этих условиях ясно раз¬ личимы кристаллы, образующие сплав. Под микроскопом мож¬
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 163 но измерить величину кристаллов и количественное содержание кристаллов тех или иных компонентов сплава. Для микроскопических испытаний одну из граней образца сплава шлифуют наждачной бумагой и полируют до' зеркаль¬ ного блеска суконным кругом, смоченным суспензией окиси алюминия в воде. Хорошо отполированный образец имеет зер¬ кальный блеск, поэтому и под микроскопом видна только бле¬ стящая поверхность без всяких кристаллов. Чтобы увидеть микроструктуру сплава, нужно эту отполированную поверхность образца обработать соответствующим травящим раствором, вы¬ бор которого определяется характером микроиспытаний. Так, для выявления структуры свинца и включений в сплав посто¬ ронних примесей рекомендуется смачивать сплав смесью ледя¬ ной уксусной кислоты, азотной кислоты и глицерина; водный раствор соляной кислоты применяется для электролитического травления с целью выявления твердого раствора свинца и олова. Но на основании даже самых точных результатов химиче¬ ского анализа и микроскопических испытаний не всегда удается установить свойства, которыми обладает сплав, поэтому боль¬ шое значение приобретает непосредственное испытание техни¬ ческих свойств сплава, т. е. температуры плавления, твердости, плотности и пористости отливок и их литейных свойств. Испытание температуры плавления производят так, как это было указано ранее. Порядок регистрации изменений, происхо¬ дящих в сплаве при охлаждении, более удобен по сравнению с наблюдениями при плавлении, так как исключается возмож¬ ность резкого изменения температуры в результате перегрева. Испытание твердости сплава. О степени твердости сплава или металла судят по диаметру отпечатка, который оставляет стальной шарик на поверхности этого сплава под действием определенной нагрузки. Чем металл или сплав тверже, тем меньше диаметр отпечатка, и, наоборот, чем пластичней, мягче, тем этот диаметр больше (рис. 67). Испытание твердости типографских сплавов производят на прессе Бринелля (рис. 68). При испытании образец сплава или металла (можно испытывать также отдельные литеры и строки машинного набора) помещают на подвижный столцк 1. Враще¬ нием штурвала 2 поднимают столик с образцом до тех пор, пока поверхность образца не будет соприкасаться с шариком 3 и стрелка индикатора 4 не примет нулевое положение. После этого нажимают пусковую кнопку 5, что приводит механизм прибора в действие и дает возможность патрону с шариком нужного диаметра, плавно опускаясь, создавать нужное давле¬ ние шарика на образец. Когда такое давление достигнуто (на что указывает сигнал — щелчок), включают секундомер и остав¬ ляют образец под давлением шарика 60 сек. После этого на¬
164 Полиграфические материалы Рис. 67. Схема вдавливания шарика при испытании металлов и сплавов: а—испытание более мягкого образца; б— испытание более твердого образца. грузку снимают вращением рукоятки 6, опускают столик вниз, удаляют образец и измеряют диаметр отпечатка при помощи специального микроскопа. Испытание твердости типографских сплавов и стереотипов производят шариком диаметром 10 мм под нагрузкой (давле¬ нием) 250 кг; шрифты кегля 16 и выше — шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 62,5 кг; шрифты кегля менее 16, а так¬ же линотипные строки и моно¬ типный набор испытывают ша¬ риком диаметром 2,5 мм под нагрузкой 15,6 кг. Твердость сплавов по Бри- неллю в /сг/жж2 рассчитывают как среднее значение из не¬ скольких испытаний по фор¬ муле: 2 Р Нбр = - - ■ - ■ 1С.Д.(Д где Р — нагрузка шарика в кг; Д — диаметр шарика в мм; d — диаметр отпечатка, измеренный с точностью до сотых долей мм. На практике, чтобы не тратить время на вычисле¬ ния, предпочитают находить значе¬ ние твердости типографских спла¬ вов по Бринеллю в /сг/жж2, пользу¬ ясь специальной таблицей (см. при¬ ложение 1 на стр. 539). Испытание литейных свойств сплавов производят в специальном приборе Семионова — Кестнер (рис. 69), состоящем из металличе¬ ской формочки 1 и тигля 2, который позволяет испытать длину отливки в форме спирали (рис. 70), получае¬ мой при заполнении спиральной формы расплавленным сплавом в строго определенных темпера¬ турных условиях. Чем длиннее отлитая спираль, тем лучше ли¬ тейные свойства испытуемого сплава. Металлическая форма прибора (рис. 71) с выточенным в ее корпусе 1 спиральным каналом имеет в центре коническое уг¬ лубление 2, служащее приемником для жидкого испытуемого металла, поступающего сверху из тигля. С нижней стороны спи¬ Рис. 68. Дюрометр — прибор для испытания твердости ме¬ таллов и сплавов (пресс Бри- нелля).
Раздел второй. Металлы и сплавы, применяемые в полиграфии 165 ральной формы находятся электрообогревательные элементы 3 и 4, соединенные с контактами 5. Определенную, всегда одну и ту же, навеску сплава загру¬ жают в специальный тигель (рис. 72), состоящий из корпуса / Рис. 69. Общий вид прибора для испытания литейных свойств сплавов. с электрообогревательным устройством 2, крышки 3, стержня 4 с пробкой, плотно закрывающей отверстие в днище тигля, и ручки 5. Тигель с метал¬ лом и форму нагревают одновременно, все время измеряя термопарами температуру. Когда форма и сплав нагреются, тигель ставят на форму и быстро выни-рис 70 Пробные спиральные отливки при мают пробку. Металл мо-испытании литейных свойств типографских ментально вытекает из сплавов, тигля в форму, распреде¬ ляется по спирали и застывает в ней. Как только прекратится понижение уровня металла в тигле, отливное отверстие закры¬ вают пробкой и тигель снимают с формы. Дав форме остыть, ее раскрывают и вынимают отливку — спираль, длина которой характеризует литейные свойства сплава. Испытание удельного веса типографских сплавов. О каче¬ стве отливки, ее плотности и пористости судят по удельному весу. Плотность отливки вычисляют по формуле: άΛ Κι = _τ~· 100, где. Κι — коэффициент плотности отливки, dx — удельный вес производственной отливки, d — удельный вес сплава.
166 Полиграфические материалы Пористость выражают коэффициентом пористости (в %); вычисляется по формуле: где К2 — коэффициент пористости отливки. Следовательно, для испытания плотности и пористости от¬ ливки должны быть известны удельный вес данной отливки и Рис. 71. Разрез формы со спиральным рис 72 Схема устройства тигля каналом для отливки сплавов при расплавления отливки (сплавов), испытании их литейных свойств. удельный вес сплава, из которого эта отливка изготовлена. Удельный вес сплава узнают по таблицам, удельный вес отливки находят испытанием. В тигле расплавляют 120—150 г сплава и отливают в небольшую коническую изложницу. Полученную охлажденную отливку — слиток подвешивают на тоненькой металлической проволоке и взвешивают на технических весах в воздухе, а затем в воде. Зная объем и вес отливки в воздухе и в воде, легко вычислить ее удельный вес. Взвешивание отлив¬ ки в воде необходимо для испытания ее объема.
Раздел третий СИНТЕТИЧЕСКИЕ ПОЛИМЕРЫ § 52. Общие сведения о синтетических полимерах. § 53. Классификация синте¬ тических полимеров. § 54. Синтез полимеров. § 55. Полимеризационные синте¬ тические смолы. § 56. Конденсационные синтетические смолы. § 57. Пластиче¬ ские массы. § 58. Каучук натуральный и синтетический. § 59. Резина. Синтетические смолы и каучук являются синтетическими по¬ лимерами. Пластические массы изготовляются в основном из синтетических смол, а резина — из каучука, поэтому они также принадлежат к классу синтетических полимеров. § 52. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРАХ Синтетические полимеры — это высокомолекулярные органи¬ ческие соединения с очень крупными молекулами, или, как их образно называют, молекулами-гигантами — макромолекулами, состоящими из сотен, тысяч и даже десятков тысяч атомов. Макромолекулы синтетических полимеров построены по одному и тому же принципу, из многократно повторяющихся элементар¬ ных звеньев, образующихся из мономеров. Например, синтетиче¬ ское полимерное соединение полихлорвинил состоит из много¬ кратно повторяющегося звена СН2—СНС1 : н | н н I I Η Η Η Η I 1 Η Η I 1 Η Η I I Η ι 1 - с I 1 I —С —ο¬ ι I 1 1 -с —с 1 1 -C -C I I 1 1 -C -C 1 I 1 1 -C -C 1 ι 1 -C - I 1 н 1 1 Cl Η 1 Cl 1 Η 1 1 C1 Η 1 1 C1 Η 1 1 C1 Η 1 C1 Таким образом, молекула полихлорвинила может быть выра¬ жена эмпирической формулой ( СН2—СН · С1—··■·)„, где п — коэффициент полимеризации, или число, показывающее, сколько
168 Полиграфические материалы раз элементарное звено, образованное из мономера (в данном случае монометром является хлорвинил СН2 = СН*С1), повторя¬ ется в молекуле синтетического полимера. Коэффициент полимеризации синтетических полимеров может быть очень большим; например, у полихлорвинила он достигает 2000, и, соответственно с этим, молекулярный вес полихлорвини¬ ла может быть около 120 000. Полиизобутилен, а также синте¬ тические каучуки имеют еще большие коэффициенты полимери¬ зации и молекулярные веса. Если элементарное звено, образованное из мономера, обозна¬ чить знаком А, то молекулу любого синтетического полимера можно выразить следующей общей формулой: где п — коэффициент полимеризации или конденсации. Структура (строение) синтетических полимеров может иметь несколько различный характер: 1) линейное нитевидное строе¬ ние (такую структуру имеет, например, полихлорвинил); 2) ли¬ нейная с ответвлениями структура молекулы (такую структуру имеет, например, поливинилацетат); 3) трехмерная сетчатая структура (такую структуру имеют, например, фенольно-альде¬ гидные и алкидные смолы, как это показано на рис. 73). При трехмерной, или сетчатой, структуре линейные цепи с помощью главных химических валентностей соединяются друг с другом, образуя пространственную трехмерную структуру. Синтетические полимеры, имеющие трехмерную, расположенную в пространст¬ ве структуру, отличаются обычно твердостью, неплавкостыо и нерастворимостью в органических растворителях. Синтетические полимеры не являются молекулярно однород¬ ными, а представляют собой смесь макромолекул различной дли¬ ны и различного молекулярного веса. В этом их существенное отличие от низкомолекулярных веществ, состоящих из совершен¬ но одинаковых молекул, имеющих один и тот же молекуляр¬ ный вес. Синтетические полимеры существуют в виде смеси макромо¬ лекул, построенных из одинаковых элементарных звеньев, но чис¬ ло этих звеньев в молекуле может быть самым различным. Сле¬ довательно, синтетические полимеры по своей природе полиди- сперсны. Поэтому под понятием молекулярный вес синтетиче¬ ских полимеров понимают некоторое среднее значение молеку¬ лярных весов всех молекул, составляющих синтетический по¬ лимер. В зависимости от строения и молекулярного веса свойства синтетических полимеров заметно меняются. По мере увеличе¬ ния молекулярного веса повышается механическая прочность (на разрыв, на изгиб и пр.), происходит уменьшение раство¬
Раздел третий. Синтетические полимеры 169 римости и повышение вязкости раствора. Из-за большого моле¬ кулярного веса синтетические полимеры совершенно не подвер¬ гаются перегонке и не летучи. Синтетические полимеры плавят¬ ся при нагревании и при застывании обычно принимают аморф¬ ное стеклообразное строение из-за чрезвычайно большой вяз¬ кости расплава перед его затвердеванием, что чрезвычайно за¬ трудняет возможность образования кристаллической структуры полимера. Однако синтетические полимеры могут быть получены и в кристаллическом состоянии, в связи с чем коренным образом меняются физико - химические свойства полимеров: повышается температура плавления, значи¬ тельно возрастает механическая прочность и т. д. Так, например, полистирол в аморфном состоя¬ нии расплавляется при 82—88°, имеет прочность на разрыв до 400 кг/см2 и очень незначитель¬ ную удельную ударную вязкость 10—18 кг-см1см2\ полистирол в кристаллическом состоянии име¬ ет температуру плавления около 105°, прочность на разрыв до 700 кг!см2 и удельную ударную вязкость более 40 кг-см!см2. Конечно, кристаллическое строение синтетических полимеров является специфическим вследствие огромных размеров молекул этих соединений и отличается от обычных представлений о кри- сталической структуре вещества, принятых в общей химии и крис¬ таллографии. Для кристаллического состояния синтетических полимеров характерно такое строение, когда молекулы полимеров, близко соприкасаясь друг с другом, располагаются на всем своем про¬ тяжении в виде пачек молекул с большим или меньшим упоря¬ дочением звеньев, как это показано на рис. 74. Такое ориентиро¬ ванное расположение молекул полимеров в пачки возможно вследствие действия молекулярного притяжения и особенно из- за образования химических водородных связей. С водородными связями мы уже знакомились при изучении раздела бумаги и картона. Водородные связи могут возникать и у близко располо¬ женных по отношению друг друга молекул полимеров, и не только между гидроксильными группами, но и другими функцио¬ нальными группами, как, например, между группами =ΝΗ— и •••ОС = у полиамидных смол, и др. Очевидно, что в конденсированном состоянии полимеры тако¬ Рис. 73. Схематическое изображе¬ ние трехмерного полимера (сетча¬ тая трехмерная структура).
170 Полиграфические материалы го (кристаллического) типа будут представлять собой систему спутанных пачек. При растяжении полимера пачки могут повора¬ чиваться и распрямляться, ориентируясь осью цепи вдоль на¬ правления вытяжки; на этом основано упрочнение синтетиче¬ ских волокон путем их вытяжки 1. Многие синтетические полимеры получили название синтети¬ ческих смол из-за внешнего сходства с естественными смолами и по общности области применения, например для изготовления лаков и красок. Многие физические признаки синтетических по¬ лимеров и естественных смол одинаковы: как те, так и другие яв¬ ляются аморфными веществами, не имеют определенной темпе¬ ратуры плавления, а размягчаются и плавятся в определенном интерва¬ ле, растворяются в соответствую¬ щих органических растворителях и т. д. Но синтетические полимеры, с одной стороны, и естественные смо¬ лы,— с другой, не имеют ничего об¬ щего как в химическом отношении, так и в способах их получения. До¬ статочно сказать, что все естествен¬ ные смолы представляют собой органические вещества с относи¬ тельно небольшим молекулярным весом. В связи с тем, что естествен¬ ные смолы применяются главным образом для изготовления лаков и красок, они рассматриваются в разделе красок. Между синтетическими смолами и каучуками (натуральными и синтетическими) нет принципиальной разницы; все эти про¬ дукты являются высокомолекулярными полимерными соедине¬ ниями, построенными по одному и тому же принципу, т. е. из многократно повторяющихся звеньев, или мономеров. Например, бутадиеновый (дивинильный) синтетический каучук СКВ можно было бы отнести к классу виниловых синтетических смол. Синтетический переплетный клей возможно изучать одновре¬ менно с изучением синтетических смол, так как различные виды синтетического переплетного клея в большинстве случаев есть не что иное, как дисперсии (суспензии и эмульсии), или растворы соответствующих синтетических смол в подходящих жидкостях (вода, органические растворители), или смеси синтетических смол с пластификаторами и прочими составными частями (термоклеи). Рис. 74. Схема структуры кри¬ сталлического состояния поли¬ мера. 1 А. И. Китайгородский. Структура полимеров. Изд-во «Знание», 1958, стр. 18.
Раздел третий. Синтетические полимеры 171 § 53. КЛАССИФИКАЦИЯ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ По способу получения (синтеза) синтетические полимеры раз¬ деляются на два больших раздела: 1) полимеризационные, т. е. получаемые методом полимеризации, и 2) конденсационные, т. е. получаемые методом конденсации. По химической природе полимерные соединения разделяются на химические классы: виниловые, полиамидные, фенольно-аль¬ дегидные, алкидные и пр. Учитывая обилие различных винило¬ вых полимеров, изготовляемых из мономеров, содержащих в со¬ ставе своих молекул виниловый радикал—СН = СН2, их принято разделять на следующие группы: а) собственно виниловые соединения, например полихлор¬ винил; б) стирольные, например полистирол; в) акриловые, например полиметилметакрилат; г) различного рода сополимеры, или совместные полимеры, например стирола с акрилонитрилом. Каучуки обычно рассматриваются отдельно, хотя, как уже указывалось, многие из них можно было бы отнести к классу виниловых соединений, например дивинильный (бутадиеновый) синтетический каучук СКВ. В зависимости от физико-химических свойств синтетические полимеры разделяются на термопластические, не затверде¬ вающие при продолжительном нагревании, т. е. способные мно¬ гократно переплавляться, без заметного изменения свойств, и термореактивные, затвердевающие при более или менее продол¬ жительном нагревании в результате протекания химической реакции. § 54. СИНТЕЗ ПОЛИМЕРОВ Синтез полимеров, т. е. превращение низкомолекулярных сравнительно простых веществ (мономеров) в полимеры осу¬ ществляется реакциями: 1) полимеризации и 2) поликонден¬ сации. Полимеризация — это реакция, при которой исходные звенья — мономеры связываются в единую цепную молекулу но¬ вого вещества — полимера, главным образом вследствие нена¬ сыщенное™ исходных мономеров, без выделения каких-либо по¬ бочных продуктов реакции. Такова, например, полимеризация виниловых мономеров. Иногда, например при полимеризации капролактама, происходит разрыв молекулярной цепи мономера, размыкание цикла и появление свободных валентностей, делаю¬ щих мономер способным полимеризоваться; в этом случае так¬ же не происходит выделения каких-либо побочных продуктов реакции.
172 Полиграфические материалы Ненасыщенные связи менее прочны, чем насыщенные, и спо¬ собны, разрываясь, присоединять еще атомы, превращаясь при этом в насыщенные или в менее ненасыщенные соединения, а также соединяться с такими же ненасыщенными соединениями или с ненасыщенными молекулами другого органического ве¬ щества, т. е. полимеризоваться. Так, этилен полимеризуется с об¬ разованием полиэтилена — политэена: п (СН2=СН2) -> СНз-СН2-СН2-СН2- -сн2-сн=сн2( этилен полиэтилен или п С2Н4 -> (С2Н4)л. Выдающемуся русскому химику А. М. Бутлерову принадле¬ жит открытие реакции полимеризации; еще в 1873 г. им была установлена способность органических непредельных соединений, в частности изобутилена, полимеризоваться под влиянием серной кислоты и других реагентов. Поликонденсация — это процесс (реакция) соединения прос¬ тых молекул (мономеров) в сложные, в результате которого происходит образование высокомолекулярного соединения при одновременном выделении низкомолекулярных веществ (побоч¬ ных продуктов реакции): воды, аммиака, хлористого водорода, спирта и пр. Поэтому элементарный состав полимерного высо¬ комолекулярного вещества отличается от суммарного элемен¬ тарного состава исходных химических веществ. Примером реакции поликонденсации может служить реакция синтеза фенольно-альдегидных смол из фенола и формальде¬ гида, протекающая в две стадии. Сперва из фенола и формаль¬ дегида образуется одноатомный фенолоспирт: ОН ОН фенол формальдегид одноатомный фенолоспирт Затем фенолоспирт конденсируется в высокомолекулярное соединение фенольно-альдегидную смолу с выделением побочно¬ го продукта реакции — воды по схеме:
Раздел третий. Синтетические полимеры 173 '^Ч\-СН2-ОН П . ь II X/ фенолоспирт (мономер) ОН ОН он ОН X 1 | | . · · — СН2 СН2~ Д х/ ■и К) фенольно-альдегидная смола и + (л—1) Н20 вода Такая реакция протекает, если на одну молекулу фенола при¬ ходится одна молекула формальдегида. При избытке фенола на первой стадии реакции образуется двухатомный фенолоспирт: он I ОН I Λ 1 Д\-СН2-ОН + 2H-C<f 1 \н X/ | сн2—он фенол формальдегид двухатомный фенолоспирт В этом случае конденсация фенолоспирта приводит к образо¬ ванию в конечном счете сетчатой структуры трехмерного строе¬ ния, т. е. смолы неплавкой и нерастворимой в органических раст¬ ворителях (смолы в стадии С). Промежуточные стадии смолы (стадия А и стадия В) смолы плавки и растворимы в органиче¬ ских растворителях. Фенольно-альдегидная смола в виде неплавкого полимера в стадии С находится, например, в окончательно отпрессованных изделиях из пластических масс (пресспорошков типа «карболит», см. § 57). Значение синтетических полимеров для полиграфической про¬ мышленности огромно. Поливинилалкоголь применяется в ка¬ честве превосходного материала для копировальных фотографи¬ ческих слоев в цинкографии и формных офсетных цехах. Синте¬ тический переплетный клей представляет собой растворы или
174 Полиграфические материалы дисперсии синтетических смол. Для изготовления типографских шрифтов применяются пластические массы на основе полистиро¬ ла и полиамидных смол. Полиамидные смолы применяются так¬ же для производства синтетического волокна «капрон» и средств для лакирования печатной продукции. Дубликаты цинкограф¬ ских клише изготовляются из полихлорвинила. Красочные вали¬ ки изготавливают из резины и пластических масс на основе ви¬ ниловых соединений. Наиболее высокосортные связующие ве¬ щества для быстросохнущих печатных красок изготовляются в основном из синтетических смол. Можно без преувеличений сказать, что дальнейший техниче¬ ский прогресс полиграфической промышленности в значительной степени зависит от широкого применения все новых и новых синтетических высокомолекулярных полимерных соединений. § 55. ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫ 4 Полиэтилен получается полимеризацией этилена по схеме: п сн2=сн2->- [ — сн2—сн2— ... ]я этилен полиэтилен Полиэтилен с высокой степенью полимеризации представляет собой чрезвычайно прочный бесцветный продукт, используемый как заменитель стекла, например в фотографии, для изготовле¬ ния стеклянной тары и для различного рода декоративных проз¬ рачных бесцветных и окрашенных пленок, применяемых, напри¬ мер, в качестве переплетного материала. Полиэтилен с меньшим молекулярным весом, температурой плавления 105—110° и удельным весом около 0,92—0,94 хорошо растворяется в ксилоле и уайт-спирте и может применяться для изготовления красок глубокой печати. Высокомолекулярный полиэтилен плохо растворим и для изготовления красок непри¬ годен. Полиизобутилен получается полимеризацией изобутилена по схеме: п СН2=С—СН3 I СНз СН3 СН3 I I —СН2— С —СН2 — Ο¬ Ι I СНз СНз изобутилен полиизобутилен В зависимости от степени полимеризации (и молекулярного веса) полиизобутилен может быть изготовлен, начиная от вязкой жидкости и до каучукообразного материала.
Раздел третий. Синтетические полимеры 175 Полиизобутилен с очень большим молекулярным весом 150 000—200 000 растворяется в бензине и применяется для из¬ готовления очень эластичных прочных и бесцветных клеев. Про¬ дукты со средней степенью полимеризации и молекулярным ве¬ сом 50 000—100 000 применяются в качестве пленкообразующе¬ го вещества лаков и красок, например красок глубокой печати. Полиизобутилен с молекулярным весом около 300 является син¬ тетическим маслом, применяемым, например, для изготовления связующих веществ типографских и офсетных красок. Полиизо¬ бутилен с молекулярным весом 10 000—20 000 используется в ка¬ честве модификаторов свойств печатных олиф. Полихлорвинил, или поливинилхлорид, получается полимери¬ зацией хлористого винила: лСН2=СНС1 —СН2—СН—СН2—СН—СН2—СН— I I I С1 С1 С1 η хлористый винил полихлорвинил Полихлорвинил — прозрачная бесцветная смола с температу¬ рой плавления около 85°; коэффициент полимеризации 250—2000, молекулярный вес 15 000—120 000. Растворяется только в хлори¬ рованных углеводородах. Пластическая масса из поливинилхлорида в виде пластин и пленок выпускается под наименованием винипластов. Винипласт, состоящий из поливинилхлорида с добавлением 8—10% пласти¬ фикатора— дибутилфталата, толщиной 1 ±0,1 мм, применяется как материал для прессования гальваностереотипных матриц м для изготовления красочных валиков. Пластифицированный по¬ ливинилхлорид применяется также для изготовления клише дуб¬ ликатов и текстовых и смешанных стереотипов прессованием в матрицы, пропитанные термореактивной фенольно-альдегидной смолой. Об этом подробнее см. в § 57. Полихлорвинил широко применяется теперь для изготовле¬ ния переплетных крышек из пластических масс (см. § 136). Текстовинит — искусственная кожа — представляет собой хлопчатобумажную ткань миткаль с пластмассным (полихлор- виниловым) покрытием. В этом случае полихлорвинил при на¬ греве смешивается с пластификатором дибутилфталотом (50% смолы и 50% пластификатора), пигментами и наполнителями, а затем такая смесь в расплавленном состоянии наносится на поверхность ткани-основы. Гладкий, нетисненый текстовинит применяется в качестве де- кельного материала; тисненый, хорошо имитирующий натураль¬ ную кожу,— в качестве переплетного материала, аналогичного ледерину.
176 Полиграфические материалы Поливинилацетат получается полимеризацией винилацетата по схеме: п СН2=СН — I 0 1 СО—СН3 винилацетат . —СН2—СН—СН2—СН— . . . I I 0 о 1 I со—сн3 со—сн3 поливинилацетат Поливинилацетат бесцветен, прозрачен, при надлежащем пластифицировании, например дибутилфтадатом, имеет высокую прочность, эластичность и хорошую адгезию к материалу, на который наносится поливилацетат в виде расплава или в виде раствора — лака. Хорошо растворяется в спирте и сложных эфи¬ рах уксусной кислоты — ацетатах. Поливинилацетат может быть выработан в виде водной дис¬ персии с содержанием 30—50% поливинилацетата и 70—50% во¬ ды. Поливинилацетатная дисперсия готовится путем полимери¬ зации мономера — винилацетата в водной среде с применением подходящего эмульгатора и катализатора реакции полимери¬ зации. Спиртовые растворы поливинилацетата могут применяться в качестве защитных декоративных лаков для лакирования печат¬ ной продукции. Водная дисперсия поливинилацетата применяется в качестве превосходного синтетического переплетного клея. Водная дисперсия поливинилацетата позволяет изготовлять раз¬ бавляемые водой и спиртом краски глубокой печати, имеющие хорошие печатные свойства. Поливинилацетат является также исходным продуктом для изготовления псливинилалкоголя. Поливинилалкоголь получается щелочным или кислотным гидролизом поливинилацетата по схеме: . . . -СН2-СН-СН2-СН-... + О О СО—СН3 СО—СН3 NaOH п Н20 >- или H2S04 поливинилацетат вода NaOH или H2S04 ... —СН2—СН—СН2—СН- .. . I I он он п CHgCOOH поливинилалкоголь уксусная кислота
Раздел третий. Синтетические полимеры 177 К такому косвенному приему приходится прибегать потому, что мономер — виниловый алкоголь в свободном состоянии не существует. Поливинилалкоголь хорошо растворяется в воде и в спирте; применяется для изготовления хромированных светочувствитель¬ ных копировальных слоев в процессе изготовления цинкограф¬ ских клише и офсетных печатных форм. Поливинилбутираль получается действием масляного альде¬ гида на поливиниловый спирт обычными методами получения аце :алей. ... —СН2—СН—СН2-СН— + СзН7—( он ОН Ή два элементарных звена поливинилалкоголя масляный альдегид ... -СН2—СН—СН2— СН— ... + н2о. О —СН—о C3H7 элементарное звено вода поливинилбутираля Поливинилбутираль растворим в этиловом спирте, бутило¬ вом спирте, уксусной кислоте, пиридине, ацетоне, этилацетате, толуоле, в смеси толуола и спирта. Прозрачен, бесцветен, гибок; температура размягчения около 60—65°, удельный вес 1,11 —1,14; светостоек, отличается высокой адгезией, которая значительно может быть усилена добавлением к поливинилбутиралю продук¬ тов конденсации, например фенольно-альдегидных смол и пр. Сополимеры поливинилбутираля с фенольно-альдегидными смолами особенно пригодны для изготовления спиртовых красок глубокой печати, отличающихся высокой адгезией, эластично¬ стью пленки и хорошими печатными свойствами. Спиртовые рас¬ творы сополимеров поливинилбутираля с фенольно-альдегид¬ ными смолами являются превосходными клеями универсального применения. Полиметилметакрилат. Практическое значение для полигра¬ фической промышленности имеет полиметилметакрилат — орга¬ ническое стекло в фотомеханике и как материал для изготовле¬ ния кислотоупорных ванн и кювет; пластическая масса в виде прозрачной пленки, выпускаемая под маркой «винипроз» и при¬ меняемая в офсете, представляет собой сополимер метилметакри¬ лата и хлористого винила. Полиметилметакрилат получается по- 13 Заказ № 443
178 Полиграфические материалы лимеризацией метилметакрилата — сложного эфира метакрило- вой кислоты и метилового спирта. СН2=С-СН3 СООН + НО-СНз сн2= с—сн3 I со—о—сн8 + н,0 метакриловая метиловый метил кислота спирт метакрилат — сложный вода эфир метакриловой кислоты и метилового спирта п сн2=с—сн3 со-о—сн3 метил метакрилат СН3 СН3 I I - сн2—с— сн2—с —... I I со со I I О—СН3 О—СН; полиметилметакрилат + η т Полиметилметакрилат — термопластическая смола, имеющая температуру размягчения около 100°. Другим представителем синтетических смол аналогичного химического строения является полибутилметакрилат, раствори¬ мый в смеси ксилола с бензином или уайт-епиртом и пригодный для изготовления красок глубокой печати. Краски с таким плен- кообразователем отличаются прочным закреплением на бумаге и хорошей эластичностью. Полистирол получается полимеризацией стирола по схеме: стирол -сн—сн2—сн—сн2—сн—сн2- п т Полистирол — термопластическая смола, имеющая темпера¬ туру плавления около 80—90°. Отличается большой прочностью даже без прибавления пластификатора. Применяется как тер¬ мопластическая пластическая масса. Для изготовления типографских шрифтов применяется сопо¬ лимер стирола с акрилонитрилом (с нитрилом акриловой кисло¬ ты), так как этим путем удается повысить устойчивость полимера к действию органических растворителей и печатных красок и улучшить механические свойства пластической массы.
Раздел третий. Синтетические полимеры 179 п СН=СН2 4- mCH2=CH-CN -> I стирол акрилонитрил CN CN -> СН—сн2—сн2—сн-сн—сн2-сн2-сн сополимер стирола с акрилонитрилом Типографский шрифт из сополимера стирола с акрилонит¬ рилом может многократно переливаться. § 56. КОНДЕНСАЦИОННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМОЛЫ Фенольно-альдегидные смолы получаются из фенола и фор¬ мальдегида, причем в процессе конденсации смол, как уже ука¬ зывалось, сперва образуются фенолоспирты, которые затем кон¬ денсируются в смолы. В зависимости от соотношения фенола и формальдегида, температуры процесса смолообразования, выбора катализатора, а также от различных добавок получают большое количество фенольно-альдегидных смол с различными свойствами: они мо¬ гут быть новолачными — термопластичными и резольными — термореактивными. Фенольно-альдегидные смолы могут иметь различную растворимость в органических растворителях: одни смолы хорошо растворяются в спирте и не растворяются в масле и в толуоле, другие, наоборот, хорошо растворяются в масле и в толуоле, но не растворяются в спирте и бензине, третьи — хоро¬ шо растворяются в масле, толуоле и бензине и не растворяются в спирте и т. д. Таким образом, фенольно-альдегидные смолы делятся на опирторастворимые, маслорастворимые, бензинорас¬ творимые и т. д. Смола новолачного типа —идитол— получается, когда на мо¬ лекулу фенола берется молекула формальдегида с таким расче¬ том, чтобы получался одноатомный фенолоспирт и соответствен¬ но этому при последующей конденсации — молекулы термопла¬ стической смолы линейного строения. Конденсация ведется с кислым катализатором. 13*
180 Полиграфические материалы Идитол — желтоватая, почти бесцветная смола с характер¬ ным запахом фенола, хорошо растворимая в спирте и в ацетоне. Применяется для изготовления красок глубокой печати и в про¬ изводстве спиртовых лаков для лакирования печатной продук¬ ции. Но лаки, изготовленные из идитола, имеют низкую свето- прочность, они темнеют на свету из-за присутствия в смоле не¬ которого количества свободного фенола. Идитол не растворяет¬ ся в маслах, каменноугольных растворителях (толуол, ксилол) и в бензине. Поэтому он непригоден для изготовления бензино¬ вых и толуольных красок глубокой печати. Для того чтобы придать фенольно-альдегидной смоле ново- лачного типа способность растворяться в маслах, каменноуголь¬ ных растворителях и скипидаре, реакцию конденсации смолы проводят с участием канифоли; в заключительной стадии про¬ цесса кислотные (карбоксильные) группы канифоли эфизируют глицерином или пентаэритритом. Такие смолы, получаемые из фенола, формалина, канифоли и глицерина или пентаэритрита, называются искусственными копалами. Искусственные копалы имеют температуру плавления около 125°, они хорошо растворя¬ ются в толуоле, ксилоле, маслах и применяются для изготовле¬ ния толуольных красок глубокой печати. Если вместо фенола брать паратретичный бутилфенол, то получаются смолы с линейным строением молекулы, потому что в этом случае исключена возможность получения двухатомного фенолоспирта. Эти смолы хорошо растворяются в маслах и бен¬ зине. Они изготовляются без применения канифоли и глицерина и поэтому называются 100%-ными фенольно-альдегидными смолами. 100%-ные фенольно-альдегидные смолы из паратретичного бутилфенола и формальдегида, например смола № 101, приме¬ няются для изготовления бензиновых красок глубокой печати и офсетных и типографских красок. Резольные (термореактивные) фенольно-альдегидные смолы получаются в том случае, если количество формалина будет до¬ статочным для образования двухатомных фенолоспиртов, при конденсации которых образуется в качестве конечного продукта смола с трехмерным строением молекулы. Обычно конденсацию не доводят до такой степени, и получаемая смола способна рас¬ творяться в органических растворителях (например, в спирте) и плавиться при нагревании, что необходимо для изготовления фе¬ нольно-альдегидных пластических масс и бакелитового спирто¬ СН3
Раздел третий. Синтетические пблимСры 181 вого лака. Процесс конденсации такой смолы заканчивается в процессе прессования пластической массы, из нее изготовленной, при нагреве или при применении бакелитового лака, который сушится при высокой температуре и применяется для устранения незначительных пороков литья на поверхности деталей. Химизм образования фенольно-альдегидных смол рассматри¬ вался ранее в § 54. Полиамидные смолы отличаются бесцветностью, прозрач¬ ностью, высокой механической прочностью и эластичностью. Для вытянутых в длину макромолекул полиамидных смол характерно чередование звеньев из большего или меньшего чис¬ ла метиленовых групп —СН2—, соединенных друге другом амид¬ ной связью —ΝΗ—СО—. Например, полиамидная смола, из ко¬ торой делается синтетическое волокно капрон, имеет следующее строение: элементарное звено молекулярной цепи, образованное из капролактама ·.. —ΝΗ—СН2—СН2—СН2—СН2—СН2—СО -nh-ch2-ch2-ch2-ch2-ch2-co- или иначе -NH-(CH2)5-CO- -NH-(CH2)5-CO- Полиамидная смола типа капрон получается полимеризаци¬ ей капролактама. /.·· сн2-сн2-сх / I />ын СН2—сн2 — сн2 капролактам Пунктирной линией показано место, где в процессе полимери¬ зации происходит разрыв молекулы капролактама, что дает воз¬ можность образования вытянутой в длину молекулы полиамид¬ ной смолы. Молекулярная цепь другой полиамидной смолы, из которой приготовляется синтетическое волокно анид (найлон), имеет следующее строение: элементарное звено молекулярной цепи, образованное из АГ—соли . • · •-CO-(CH2)4-CO-NH-(CH2)6-NH - CO-(CH2)4-CO-NH-(CH2)e- ΝΗ- ... смола типа анид
182 Полиграфические материалы В отличие от смолы типа капрон, в смоле типа анид амидны¬ ми связями поочередно соединены звенья, состоящие из четырех или шести метиленовых групп. Полиамидная смола типа анид получается конденсацией так называемой АГ-соли, остаток которой и является элементарным звеном молекулярной цепи этой смолы. По химическому строению и физическим свойствам полиа¬ мидные смолы больше всего похожи на строение и свойства на¬ турального шелка. Молекулярный вес полиамидных смол 20 тыс. — 30 тыс. Молекулы полиамидных смол, лишенные боко¬ вых ответвлений, могут плотно укладываться рядом и прочно соединяться силами Ван-дер-Ваальса и водородными связями и образовывать таким образом очень прочные волокна. Волокна из полиамидных смол применяются взамен хлопча¬ тобумажных ниток для сшивания книг и брошюр. Ткани типа капрон и анид применяются для затяжки декелей печатных рота¬ ционных машин в целях устранения перетискивания краски на поверхность декеля и отмарывания оборотной стороны оттисков. Эти ткани применяются также для декоративной отделки книг и альбомов. Полиамидные смолы типа капрон и анид применя¬ ются также для отливки различных деталей машин, так как де¬ тали из этих смол имеют большую механическую прочность и надежны в работе. Для полиамидной смолы типа капрон характерны бесцвет¬ ность, прозрачность, высокая механическая прочность, нераство¬ римость в обычных растворителях, температура плавления око¬ ло 215°. Для полиамидной смолы типа анид характерна еще боль¬ шая механическая прочность и более высокая температура плав¬ ления, достигающая 255°. Если изготовление синтетического полимера производить из смеси капролактама и АГ-соли, то получается полиамидная смо¬ ла, хорошо -растворимая в спирте, выпускаемая под маркой ПФ-54. Спирторастворимую полиамидную смолу применяют для изготовления различного рода спиртовых лаков, а также для из¬ готовления типографских печатных форм, выдерживающих ти¬ ражи более миллиона оттисков. В этом случае используется свойство полиамидных смол становиться светочувствительными при добавлении к ним двухромовокислых солей. Пластины из полиамидных смол с добавлением двухромовокислых солей экс¬ понируют под негативом. Те участки пластины, на которые по¬ действовал свет, задубливаются, и смола становится нераство¬ римой в спирте. Далее следует растворение смолы на незадуб- ленных светом участках и получение вымывного рельефа, кото¬ рый и используется в качестве типографской печатной формы. О применении полиамидов в копировальных слоях см. § 66.
Раздел третий. Синтетические полимеры 183 Меламино-альдегидные смолы. Конденсацией меламина с формальдегидом при нагревании получаются водорастворимые смолы сложного строения, способные при дальнейшем нагре¬ вании в присутствии кислоты (катализатор) переходить в не¬ плавкое нерастворимое состояние, характерное для окончатель¬ ной стадии конденсации меламино-альдегидной смолы. ΝΗ2 <! N N I || +3 пн η Η2Ν—с с—νη2 _г/ о —3п н20 •н меламин формальдегид СН2 ,N4 СН2 СН2 /Ν. СНа I # \ I I /Г \ I • —СН2—N—С С—N—СН2—N—С С—Ν—I СН2—· —3п н20 N N \с/ N N 'Чс/ • —СН2—N—СН2—N—СН2—N-CH2— /Ч N N I II СН2—N—С С—N—СН2 Лм/ СН2 ν·Ν/ сн2 Несколько звеньев структуры меламино-альдегидной смолы, окончательно затвердевшей Водорастворимые меламино-альдегидные смолы (начальная стадия конденсации) применяются для проклейки офсетных и обложечных видов бумаги (см. § 11). Меламино-альдегидные смолы способны окрашиваться основ¬ ными красителями и приобретать исключительно яркие окраски вследствие яркости основных красителей и люминесцирующих свойств как самой смолы, так особенно продуктов ее взаимодейст¬
184 Полиграфические материалы вия с основными красителями. Под ультрафиолетовым облуче¬ нием окрашенные меламино-альдегидные смолы показывают яркое свечение. В мелкораздробленном виде эти окрашенные смолы исполь¬ зуются в качестве чрезвычайно ярких люминесцирующих пиг¬ ментов в красках для различного рода плакатов, афиш, обложек и декоративных работ, а также используются в оформлении театральных постановок. Краски из подобного рода люминесци¬ рующих пигментов отличаются высокой степенью прозрачности и при нанесении тонкими слоями не выявляют своих полезных свойств. Поэтому краски из люминесцирующих пигментов в виде окрашенных меламино-альдегидных смол наносятся на по¬ верхность бумаги и т. п. материала посредством шелкотрафа¬ ретной печати слоем толщиной 40—60 микронов. Алкидные смолы образуются в результате реакции между многоатомными спиртами и двухосновными кислотами, напри¬ мер между глицерином или пентаэритритом и фталевой кис¬ лотой. а Из числа алкидных смол наибольшее практическое приме¬ нение нашли глифталевые и пентафталевые смолы. Слово глиф- талевые образовано из начальных слогов слов глицерин и фта- левая кислота, слово пентафталевые — из начальных слогов слов «пентаэритрит» и «фталевая кислота». Механизм образования алкидных смол можно показать сле¬ дующей схемой: сн2—он сн—он сн2—о;н но : + СН2—0:Н но —СО — —СО¬ СИ—ОН СН2—ОН сн2—он I СН—ОН Λ 1 СН2—О-СО—(' | СН2—О—СО—\ν / 1 сн—он + 2Н20 СН2—ОН две молекулы глицерина фталевая кислота одно из звеньев глифталевой смолы две молекулы воды Учитывая, что в образовании сложных эфиров могут участ¬ вовать все гидроксильные группы глицерина, образуя простран¬ ственную решетку, строение молекулы алкидной смолы можно представить в виде следующей схемы:
185 12 Заказ № 443
186 Полиграфические материалы Если вместо трехатомного спирта — глицерина — взять че¬ тырехатомный спирт — пентаэритрит, то получится пентафта- левая смола. Так называемые чистые алкидные смолы, получаемые из глицерина, или пентаэритрита и фталевой кислоты, или ее ан¬ гидрида, плохо растворяются в маслах и органических раство¬ рителях, а полученные таким образом связующие вещества не имеют нужных печатных свойств. Поэтому алкидные смолы, предназначенные для изготовления печатных красок, в целях улучшения их качества изготовляют с участием растительных масел или жирных и смоляных кислот. Такие смолы называются модифицированными алкидными смолами. Обычно при изготов¬ лении алкидных смол на заводах печатных красок вводят такое количество растительных масел или жирных кислот, например 60—70%, что образуется не хрупкая смола, а тягучая и вязкая жидкость, вполне пригодная без какой-либо дополнительной об¬ работки к применению в качестве связующих веществ типограф¬ ских и офсетных красок. Такие смолы носят название синтети¬ ческих алкидных олиф, их состав и свойства рассматриваются в § 94. Алкидные твердые смолы, модифицированные канифолью, могут применяться для изготовления связующих веществ — ла¬ ков для красок глубокой печати. Ценным свойством красок из алкидных смол является их исключительно высокая адгезия, даже к поверхности совершенно гладких материалов, вроде про¬ зрачных пластмас.сных пленок и пластин. Для уменьшения хруп кости слоя краски на оттиске в состав краски вводятся пласти¬ фикаторы, например дибутилфталат, трикрезилфосфат и др. Пластификаторами называются такие вещества, которые, будучи добавлены в небольших количествах к смолам, пластическим массам, краскам и др., устраняют их хрупкость, повышают эла¬ стичность. Так, эластичность нитроцеллюлозной пленки ледерина придается пластификаторами — дибутилфталатом, касторовым маслом и др. (см. § 140). § 57. ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ Пластическими массами, или пластмассами, называют доста¬ точно прочные вещества, изготовляемые на основе синтетиче¬ ских смол. Пластические массы способны под действием нагре¬ вания и давления размягчаться, становиться пластичными и при¬ нимать требуемую форму, а затем в результате дальнейшего нагревания или охлаждения затвердевать и сохранять придан¬ ную им форму. Пластические массы перерабатываются в изде¬ лия способами литья под давлением и прессования.
Раздел третий. Синтетические полимеры 187 Пластические массы, кроме синтетических смол, могут содер¬ жать следующие составные части: 1) наполнители — древесная мука, целлюлоза, линт, стек¬ лянное волокно, асбест и др., вводимые для придания пластиче¬ ским массам прочности, предотвращения усадки, а также для удешевления; 2) пластификаторы — вещества, устраняющие хрупкость из¬ делия из пластических масс; 3) смазки, предотвращающие прилипание пластических масс к стенкам прессформы и повышающие текучесть пластмассы во время прессования или литья; 4) ускорители, повышающие скорость отвердения терморе¬ активных синтетических смол; 5) красители и пигменты, придающие изделию из пластиче¬ ских масс необходимый цвет. Некоторые пластические массы, например полистирольная, могут состоять только из синтетической смолы, без каких-либсг- добавок; в этом случае понятия «пластическая масса» и «смола» совпадают. Пластические массы в зависимости от изменения свойств при нагревании делятся на термопластические и термореактивные. Термопластические пластические массы содержат в своем составе термопластические смолы. Они при нагревании плавятся или размягчаются, затвердевают при охлаждении и вновь пла¬ вятся при нагревании. Таким образом, термопластические массы способны многократно переплавляться без какого бы то ни было изменения их свойств. Термореактивные пластические массы содержат в своем со¬ ставе термореактивные смолы, которые при нагревании плавят¬ ся, а затем при дальнейшем нагревании постепенно твердеют и переходят в неплавкое состояние. Затвердевание термореак¬ тивных пластических масс в горячем состоянии, при продолжи¬ тельном нагревании происходит в результате протекания слож¬ ных реакций конденсации синтетических смол, входящих в сос¬ тав пластических масс. Изделия из термореактивных пластиче¬ ских масс не плавятся при нагревании и не растворяются в орга¬ нических растворителях. К термореактивным пластическим мас¬ сам относятся фенольно-альдегидные, мочевино-альдегидные и другие на основе конденсационных синтетических смол. К термопластическим пластическим массам относятся пла¬ стические массы на основе поливиниловых, полистирольных, по¬ лиакриловых и других полимеризационных смол. В зависимости от способа переработки пластические массы делятся на прессовочные и литьевые. Из прессовочных пластических масс изделия получают прес¬ сованием в стальных прессформах при нагреве и под высоким 12*
188 Полиграфические материалы давлением (рис. 75). Прессовочные материалы производят либо в виде- порошков (пресспорошки), представляющих в основном смеси синтетической смолы и порошкообразных наполнителей, либо в виде пропитанных смолой бумаги, ткани, древесного шпона (слоистые прессовочные материалы). Из литьевых пластических масс изделия вырабатываются следующим образом. Пластическую массу предварительно на¬ гревают, пока у нее не появится некоторая текучесть, и затем под давлением впрыскива¬ ют в охлажденную пресс- форму. В прессформе мас¬ са быстро закрепляется в изделие, которое можно немедленно вынуть из прессформы посредством автоматического выталки¬ вания. Продолжитель¬ ность цикла получения изделия сводится к се¬ кундам. Автоматы для выдав¬ ливания, т. е. для непре¬ рывной подачи пластиче¬ ского материала при помощи давления или шнека через сопло с выходным отверстием различной конфигурации, позволяют получить трубки, стержни и изделия других профилей. Для литья под давлением и выдавливания пригодны только термо¬ пластические пластические массы и смолы. Пластические массы обладают рядом положительных свойств. Они имеют небольшой удельный вес, равный 1,3—1,4. Таким образом, пластические массы в 8 раз легче свинца, в 6 раз легче меди и ее сплавов (латунь, бронза) и в 2 раза легче алюминия. Если обычная печатная форма из типографского сплава весит 80 кг, то заменяющая ее форма из пластической массы весит всего около 10 кг. Механическая прочность пластической массы значительно превосходит прочность типографских сплавов. В частности, мно¬ гие пластические массы почти не разрушаются от действия тре¬ ния, что гарантирует высокую тиражность изготовляемых из них печатных форм. Высокая химическая стойкость,— многие виды пластических масс не разрушаются от действия кислот, щелочей и раство¬ рителей. Некоторые пластические массы, наряду с высокими механи¬ ческими свойствами (прочность, отсутствие хрупкости), имеют большую прозрачность, что позволяет применять пластины из Я I I I IjV-(У Т V-1 V- UXJW Рис. 75. Горячее прессование: а — хромированная, полированная, обогревае¬ мая прессформа; б — засыпанный прессовоч¬ ный порошок; в — изделие; г — пуансон пресс- формы.
Раздел третий. Синтетические полимеры 189 тс! этих материалов в фототехнике взамен стекла, например в про¬ цессе копировки. В полиграфической промышленности пластические массы нашли следующее применение. Шрифты кегля 6, 8, 10 и 12 и мелкий пробельный материал, включая шпации в 2 пункта, изготовляют из термопластической пластической массы на основе 4 полистирола, полиамидных смол и поливиниловых смол. Отливку шрифтов из пла¬ стических масс можно произ¬ водить на литьевых машинах- автоматах типа ЛМ-50, пред¬ назначенных для отливки раз¬ нообразных изделий из пла¬ стических масс. Для отливки шрифтов на литьевых маши¬ нах-автоматах устанавливают многогнездные прессформы, специально сконструированные для этой цели сотрудниками Научно-исследовательского ин¬ ститута пластических масс и Всесоюзного научно-исследо¬ вательского института поли¬ графической и издательской техники (В. К. Зуев, Μ. Н. Шапенков, С. И. Шапошников и др.). Схема отливки шрифтов из пластических масс показана на рис. 76. Для отливки шрифтов из пластических масс можно использовать также обычную шрифто¬ литейную машину типа БМ с применением специального литье¬ вого аппарата, сконструированного работниками Второго шриф¬ толитейного завода (Г. И. Федотов, В. Ф. Мельников и др.). Стереотипы из пластических масс изготовляются путем прес¬ сования. Для этого лист пластической массы впрессовывается при нагревании в углубления матрицы Материалом для матри¬ цы является пористый прочный картон, пропитанный термореак¬ тивной фенольно-альдегидной смолой. Матричный материал готовится из фильтровального картона, пропитанного бакелитовым спиртовым лаком. После высушива¬ ния лицевая поверхность пропитанного картона покрывается за¬ щитным слоем, состоящим из бакелитового лака, пресспорош- ка К-18-2, графита и олеиновой кислоты. Прессование Матрицы Рис. 76. Отливка шрифтов из пласти¬ ческих масс: / — прессформа; 2 — гнездо литеры; 3 — корпус отливной машины; 4 — загрузочная камера; 5 — поршень; 6 — пластическая масса в рыхлом состоянии; 7 — пластиче¬ ская масса в нагретом уплотненном со¬ стоянии; 8 — литеры, отлитые из пластиче¬ ской массы, в гнезде прессформы.
190 Полиграфические материалы производится при нагреве до 125° при давлении до 10 кг/см2. Для прессования стереотипов применяются двухслойные пластины из полихлорвинила; верхний слой из непластифицированного или малопластифицированного полихлорвинила (содержит до 8% дибутилфталата) и основной слой из полихлорвинила с 25—30% пластификатора — дибутилфталата. Стереотипы прессуют при температуре пластмассы 150—170° и удельном давлении 30—40 кг/см2. Пластмасса должна быть охлаждена в прессе до 40°1. Хорошие результаты были получены прессованием клише из пластмассы, содержащей 75% полихлорвиниловой смолы, 20% пластификатора и 5% красящего вещества, например печатной краски. Таким способом изготовляются, например, дубликаты клише, рассылаемые районным типографиям. Пробельный мелкий материал изготовляют литейным спосо¬ бом, так же как и шрифты; крупнокегельный пробельный ма¬ териал— прессованием из фенопластов. Кислотоупорные ванны и кюветы для травящих растворов в цинкографиях и гальванических цехах изготовляют склеиванием из листового полиметилметакрилата или прессованием из фено¬ пласта с асбестовым наполнителем — «фаолит». Прозрачные пластины и пленки — «органическое стекло»,— применяемые для замены стекла в фотомеханике, получают из полиметилметакрилата. Прозрачные пленки из ацетилцеллюло¬ зы и нитроцеллюлозы применяют в качестве подложки при изго¬ товлении фотослоев, для изготовления диапозитивов текстовых форм в глубокой печати, а также для печатания многокрасочных альбомов наглядных пособий. Переплетные материалы, заменяющие кожу и ледерин и обе¬ спечивающие более красивое оформление переплетов, можно изготовлять из тканей с хлорвиниловой или полиамидной синте¬ тической смолой. Применение пластических масс в полиграфической промыш¬ ленности показано в табл. 13, свойства этих пластических масс приводятся в табл. 14 и 15. Над совершенствованием способов изготовления шрифтов и стереотипов из пластических масс и над их внедрением в про¬ мышленность работает коллектив советских специалистов науч¬ но-исследовательских институтов промышленности пластических масс и полиграфической промышленности в содружестве с поли¬ графическими предприятиями. 1 С. И. Шапошников. Типографские печатные формы из синтетиче¬ ских материалов. Журн. «Полиграфическое производство», 1958, № 7, стр. 10.
Применение некоторых синтетических полимеров и пластических масс в полиграфической промышленности а а* *я о 3 от 4 о VO К ОТ к от К £ от к m я о х Ч <и Н а. о о а. \о f-1 О « ω Ч s о ОТ - Ч к я со О) >> Я Он Я ^ Ч 2 о Ч Я >> я ОТ Я a 2 от CQ 3 ь 3 с к S я от CQ О К >> Он о ХО о ^ t? ОТ I» ь от у. t X я a к я ч ч 3 я я 2 я я Он о с >> о f-1 о ч от я X я о КС ся о \о о я ς 5 « ОТ н н <и о tc S.3 я я я о ч ч я я о о ^ с >, я « О со I& Ч от О я я £ от н 2 от о £ х »я S'D S P.S, от • CJ g * от £ I з ОТ >·£ о >2 3 ° ОТ CJ £· «‘ ь я Η ОТ ^ чГ К о 5 и я S g Я <3 я ^ н 2 Я _ ОТ Он ЦП tf О Й 8.S Я π U & О о ч о \о о я ч я ч к о я от Я 9~ « я я £ я -ХО ОТ „ Я о я Я О £ ОТ я g о ч % С S ! § * g Он Ь ОТ 33 О) о я a Я cd • о я ч ч 2 g Я 5 я СЯ Ч[ я Он f-1 О 5« ОТ X я я от 2 X я я 5С г4 S g Ч 2 5 от н O’S и ь 2 ϊ Р I >я 3 я я о 4 О) ч о с я ч о н CJ я 2 от го ч ^ ^ от <-> я от X * рн я , ь к и н 4 3 О С с и <и 53 3 . 5 к Я д о £ Он * с н Н от от я я ь Он от >> ч н от ОТ f-1 Р, ОТ QJ <и от ОТ С Я ч S Я 35 от у н ^ я X >>Он Я £■* ■« 5 О) С Я ч CJ О) Л Я 53 я о δ*· я О s a s я н От О * Д о Ч ЯЗ ч от о я ОТ 2 £? я о 5 и Ч О) Ч ^ jj а Он о С 2 от У 2 <и от Н Ч от от 2 t *Я ; 3 $ = о от 2 ,. ь от ^ о Я я от от , ч с О с с с Я от ' О со Я ж о Я ш ч ч Ч 2 о с g S Я S к я Щ s я 5 от ь £ я о ь Щ § g 1 Ч о ς с ч и К ОТ g. от'О 4 ас О я от Ч я от м _ от 2 “ аз 8 |s t? я о Я ОТ со 5 Ь о к ч 5 ю ч Уот ОТ я g ОТ н Я ОТ Я от О CQ О, CU О Он с ч « I is s S от >> \о от s WH ОТ а ч ч о 2 от от ч о 2 от - о Я Ч ОТ ОТ ·& ^ от я я ^ я От щ 5 о н 2 н Ч з’й Ч * й Р II $ « ί к с; ОТ со ОТ 5 Я « Я Н Ч h Ч “Я я * К · от от я £ ^ О 2 >>от S от От от Ч ас ч ё Й =5 * Он2 а хо о от 95 2 о о S Я я е я я ч о с ^ ^ ч ср от Cd 6^0 * si's ОТ сг О tj «аьо s s а ^ е £ я 3 к о 1*1 от 5 3 с £ ’Я 2 от 3 Я ч от от а от m 5 % Η ^ Л о с о я я от 0) 6 2 2^ гг Я ш ч Ч _ я я от о я m cd я ч о ОТ Ч 3 ч о т от ω Я ОТ я ч 11 V Г 1 си о 5g от а к О) Θ я ч я ч н о г ω с δ: 8 \ Он С с Ч * g ОТ я ω ОТ ОТ ч от. Я Я ω ч ОТ «£ ь ς с я о а * о ь рн 22 §§ ■S'g. ОТ cd я я 8 S н я я я о ч о CQ н я § от е н я ч 8 о я о я от я я н н я § 2 >> из я я я ч от \о ч о о я 3 ί¬ ο от 4 с о я я 2 < ч я о ч >> ч ч <υ s а а я о * а с § с 3 2 ί 2 от ЬГ 4 щ о от 5 от я £ О 5 ОТ о Я cd QJ ^ Ч Он! У с с i <
о о ОО СМ о ю ОО я о 03 g о о 00 я* 7 ч о *<? о СП см 1 7 Ю I tk 1. 1550- S вол< 2200- 140- 1 Ю J со я с. д PQ CD О О К 00 о СМ ° I eg о см и: см PQ О О О SS 2 1 Is ОО t=( со я gs о” А о 5 ° О Ю и: см О о Ю ю со 1 1 Ю см 1 tk «[ 1 ти 1 Ю СМ 1 LO я о см со о О о со ь о у ° Я Tf о о о о ю ю ю я см 1 7 Ч со I о со I 7 см I 7 *к 1 1 CD 1 о . 1 £ о 7 1 ю 1 о 1 о 1 о я г=с о о 5 ° О ^t· (Ч см 80С СМ со - - о я о о О я о О О со ю ΙΟ ю - о я ^ я ю CM - я 1-Н со о ~ о СМ τ—1 «—1 tk I 1 о О I I I 1 1 1 1 со 1 ю 1 я о 1 Я о 1 со 1 о 1 оо 1 ΙΟ я *к СМ >=? о >=? о о CM 1-Н о см с со ю 00 о о ό ч —■ Ч см я я LO 00 о о о о о о о 7 20—2 00 1 о о 7 о со 1 о о со 200 7 00 о о *к я с. д. Т-1 CD ОО см о ю о ю - со о я 7 ю 7 СП 500 1200 о о со 25 7 о o' о ч я 1 tk со о о - т—С к о 1-Н о 00 о о о о со со о CD со о о я 7 I CD I I ю I I 7 о I о" tk 1 1 со 1 CD 1 о 1 о 1 ю 1 LO 1 о 1 я Е( о о CM о о т—1 Ю ю со о о о а» я >я В я я ч О) *=С к аз Я . а, аз SN оо « * аз w> Я ^ я is >* >> и я * н аз ' н О <м я о с ^ Я * S И о <и я \о Я S о £ а, со с я О) •й «=с S си * о CJ С я я н я * CJ я Он Я я ч ^ S- tr( с « я Он с 2 ч ч си Я я Он ю О S §1 Я го а* С рг) 5 * 5* CL CU с * U * I- о, со а> i*e 0Q О С Я ί¬ ο О Я »я о ί¬ α о 5о \о cN а» я Я О) 3 о 4 2 8 so §: Р-н m СО л,1 ш Ш ^ Tt* ~ Л> ^ Η ω Н д CQ см ·<« см ^ч ^Ч аз . я я . О) 3 * о 4 ' ί-Η о · с . о о ς я о я см »я О) я о ч О) 3 ю \о Я аз ^ ч о о си си я я Я CQ Н Н CJ а »Я 9Я О) 03 со н^рсевует; с. д — слабо действует; н,— набухает
194 Полиграфические материалы Таблица 5 Физико-механические свойства некоторых пластических масс на основе термопластических синтетических смол Наименование показателя Полиэтилен Полистирол Полиметил¬ метакрилат Полиамиды 1. Удельный вес . . . 2. Удельная ударная вяз- 1,1 1,1 1,18 1,13 кость в кг·см!кг2 3. Предел прочности при статическом изгибе 20—30 10—18 30 100 в кг/см2 4. Предел прочности при 120 800—900 до 1100 700—900 сжатии в кг/см2 . . 5. Предел прочности при 220 1000 800 700—900 растяжении в кг/см2 6. Твердость по Бринел- 120—140 350—400 750 450—500 лю в кг!мм2 .... 7. Теплостойкость по 13 18—21 30 5—8 Мартенсу в С° ... 8. Влагопоглощение в % 100—110 75—80 56 60 за 24 час 9. Маслопоглощение в % 0,05 до 0,03 до 0,17 до 1,8 за 24 час 10. Действие слабых кис¬ 0,05 0,0 0,0 0,0 лот 11. Действие слабых н. д. н. д. н. д.1 н. д. щелочей н. д. н. д. н. д. Н. д. Примечание', н. д.— не действуют. 1 Стоек к хминеральным кислотам, в уксусной и других окислительных кислотах растворяется. § 58. КАУЧУК НАТУРАЛЬНЫЙ И СИНТЕТИЧЕСКИЙ Основным сырьем для получения резины является каучук, придающий резине особые свойства: упругость, эластичность, механическую прочность, непроницаемость для жидкостей и га¬ зов, электроизоляционные свойства, низкую теплопроводность. Натуральный каучук получается коагуляцией латекса — сока каучуконосных растений в виде дисперсии (эмульсии) каучука в воде, добавлением к нему уксусной или муравьиной кислоты. Свернувшийся латекс-каучук высушивают, вальцуют и наре¬ зают листами. Первыми в мире с натуральным каучуком познакомились индейцы Южной Америки, которые из каучука делали мячи, сосуды для воды и отливали на собственных ногах калоши. Название каучук произошло от слов «као-чу», что озна¬ чает у индейцев «слезы дерева». Натуральный каучук по хими¬
Раздел третий, Синтетические полимеры 195 ческому составу представляет собой полимер изопрена. И дей¬ ствительно, при термической деполимеризации натурального каучука получается изопрен: СН2—С=СН—СН2 1 ► п сн2=с—сн=сн2 1 1 СНз J п СН3 натуральный каучук—полимер изопрен изопрена Средний молекулярный вес натурального каучука 150 000— 500 000; длина молекулярной цепи 10 000—40 000 А, при попе¬ речном сечении 1,5—2,0 А. Натуральный каучук имеет высокую эластичность и проч¬ ность, но затвердевает при низкой температуре (на морозе) и расплавляется при нагревании и впитывает воду, а также рас¬ творяется в бензине и многих других органических раствори¬ телях. По этой причине каучук долгое время не находил приме¬ нения, пока предприимчивый англичанин Макинтош не изобрел способа вулканизации каучука, т. е. обработки его серой при на¬ гревании. Вулканизация, т. е. присоединение серы к каучуку в процессе изготовления резины, идет по месту двойных связей, «сшивая» соседние молекулы каучука в пространственную ре¬ шетку, характерную для строения резины. Кроме резины из натурального и особенно из синтетического изопренового каучука, СКИ получают смолообразные продукты с температурой плавления около 125—135°, хорошо растворимые в маслах и толуоле и известные под названием циклизованных и окисленных каучуков. Циклизованный каучук, т. е. каучук, линейное строение мо¬ лекулы которого чередуется с кольцами, образованными из двух звеньев изопрена (подобно тому как-это имеет место в терпе¬ нах), получается при медленном нагревании каучука в присут¬ ствии катализаторов кислого характера. Окисленный каучук получается, например, при вальцевании каучука с добавлением небольших количеств катализаторов окисления. Циклизованные и окисленные каучуки, а также различного рода сополимеры на основе каучуков, например с канифолью, применяются для изготовления быстрозакрепляющихся типо¬ графских и офсетных красок, а также бензиновых красок глубо¬ кой печати. Мировое производство натурального каучука сосредоточено в руках группы крупных капиталистов, владеющих каучуковыми плантациями. Поэтому каучук широко импортировался в страны (в том числе и в СССР), не имеющие собственных каучуковых
19Θ Полиграфические материалы плантаций. Теперь в нашей стране широко культивируются ра¬ стения-каучуконосы: кок-сагыз, так-сагыз, хондрилла, украин¬ ский ваточник, дающие натуральный каучук. Натуральный кау¬ чук из кок-сагыза и других растений не уступает по качеству лучшим сортам импортного каучука. Но, даже при широком раз¬ витии отечественного плантационно¬ го каучука, он не сможет удовлет¬ ворить потребности нашей страны в каучуке. Синтетический каучук. Для осво¬ бождения отечественной резиновой промышленности от иностранной за¬ висимости в области получения натурального каучука, Советским правительством еще в 1926 г. был объявлен международный конкурс на лучший способ изготовления син¬ тетического каучука. Победителем конкурса вышел С. В. Лебедев. Он предложил способ изготовления син¬ тетического бутадиенового (диви- нильного) каучука переработкой спирта. В 1932 г. был пущен в ход первый завод синтетического бута¬ диенового каучука по способу С. В. Лебедева (рис. 77). Бутадиеновый (дивинильный) синтетический каучук СКБ. Технологический процесс производства синтетического каучука по способу С. В. Лебедева состоит из: 1) получения бутадиена из этилового спирта, 2) очистки бутадиена от примесей и 3) поли¬ меризации бутадиена, т. е. превращения его в бутадиеновый син¬ тетический каучук. Превращение спирта (обычно синтетического, получаемого переработкой древесных опилок) в бутадиен происходит при вы¬ сокой температуре над раскаленным катализатором — металли¬ ческим натрием по схеме: 1000° 2С2Н5ОН ► СН2=СН—СН=СН2 + 2Н20 + Н2. Na этиловый спирт бутадиен вода водород Бутадиен очищают от примесей. Чистый бутадиен — бесцвет¬ ная жидкость, кипящая при температуре минус 4,5°. Его полиме- ризуют в больших стальных аппаратах — автоклавах, под дав¬ лением в присутствии катализатора — металлического натрия. Реакция идет по схеме: Сергей Васильевич Лебедев (1874—1934).
Раздел третий. Синтетические полимеры 197 п СН2=СН-СН=СН2 -+ [ сн2—сн=сн—СН2 ]п бутадиен бутадиеновый синтетический каучук Теперь для получения синтетического каучука используют газы, выделяющиеся при крекинге нефти (см. § 131), содержа¬ вший* и очистка Полимеризация Рис. 77. Схема получения каучука из спирта. щие большое количество этилена. Из этилена, прямым присое¬ динением к нему воды в присутствии катализатора, готовят син¬ тетический спирт, который в дальнейшем перерабатывают по способу С. В. Лебедева в бутадиен, а затем — в каучук. сн2=сн2 + н2о сн3—сн2—он. этилен вода этиловый спирт Бутадиеновый синтетический каучук по свойствам подобен на¬ туральному, но несколько менее эластичен и менее морозостоек. Применяется в сочетании с бутадиен-нитрильным синтетическим каучуком для изготовления офсетных резиновых пластин и ти¬ пографских резиновых печатных форм-дубликатов. Бутадиен-стирольный каучук СКС. Если полимеризацию бу¬ тадиена (дивинила) проводить в состоянии водной эмульсии совместно со стиролом, то удается получить новый вид синтети¬ ческого дивинил-стирольного каучука в виде латекса (по внеш¬ нему виду похожий на латекс натурального каучука). Такой каучук удобен в резиновой промышленности для пропитки тка¬ ней и пр., так как не требует для своего растворения применения огнеопасных и вредных для здоровья рабочих органических рас¬ творителей, например бензина.
108 Полиграфические материалы Наиболее распространенный вид этого каучука известен под названием СКС-30, содержащий около 30% полимеров стирола. СН—сн=сн2 + сн=сн2 · бутадиен J сн2—сн=сн—сн2—сн—сн2 Λ и х/ стирол одно из звеньев молекулярной цепи сополимера бутадиена и стирола или бутадиен-стирольного каучука Бутадиен-стирольный синтетический каучук — универсальный каучук — вследствие хорошего качества и доступности исходно¬ го сырья вырабатывается в очень больших количествах; заме¬ няет натуральный каучук почти во всех областях, когда от рези¬ ны не требуется высокой маслостойкости. Резина из бутадиен- стирольного каучука, в частности, применяется в качестве основ¬ ного слоя при изготовлении типографских резиновых форм- дубликатов, верхний слой резины в этом случае изготовляют из маслопрочного бутадиен-нитрильного каучука (см. ниже). Бу¬ тадиен-стирольный латекс, т. е. каучук СКС-30 в виде водной дисперсии, применяется в качестве переплетного клея. Хлоропреновый синтетический каучук (совпрен, или неопрен) получается полимеризацией хлоропрена. П СН2=С—СН=СН2 сн2—с=сн—сн2—сн2—с=сн—сн2 I I I С1 С1 С1 хлоропрен хлоропреновый каучук Резина из хлоропренового каучука отличается высокой стой¬ костью к действию бензина, керосина и масел. По этой причине хлоропреновый каучук применяется для изготовления резино¬ вых красочных валиков. Хлоропреновый каучук вулканизуется при нагревании без участия серы. Бутадиен-нитрильный каучук СКН получается совместной по¬ лимеризацией бутадиена и нитрила акриловой кислоты (акрило¬ нитрила); содержит до 40% акрилонитрила. СН2=СН-СН=СН2 + CH2=CH.CN * бутадиен акрилонитрил * сн2—сн=сн—сн2—сн2—сн I CN структурное звено бутадиен- нитрильного синтетического каучука
Раздел третий. Синтетические полимеры 199 Синтетический каучук СКН отличается повышенной бензино- и маслостойкосгью; по морозостойкости и эластичности несколь¬ ко уступает натуральному каучуку. Маслостойкая резина из бутадиен-нитрильного каучука применяется в качестве наруж¬ ных слоев типографских резиновых форм-дубликатов и офсет¬ ных резиновых пластин. Типографские резиновые формы-дубли¬ каты в основной своей массе состоят из дешевого бутадиен- стирольного, а офсетные резиновые пластины — из бутадиенового- каучука. Изопреновый. каучук СКИ получается полимеризацией изо¬ прена. Синтетический каучук СКИ по химическому строению и свойствам в точности соответствует натуральному каучуку. Силиконовые синтетические каучуки принадлежат к классу кремнийорганических соединений. В организации производства этих каучуков в нашей стране большое значение имели работы К. А. Андрианова. Для силиконовых каучуков характерна сле¬ дующая структура: СН3 СН3 СН3 I ■ I I ··· — О—Si—О— Si—О—Si 'I I I СНз СНз СН3 Средний молекулярный вес этого каучука 100 тыс. Вместо группы СНз может быть группа С2Н5 и т. д. Изготовление сили¬ коновых каучуков сложно, но, несмотря на это, они вырабаты¬ ваются промышленностью из-за их исключительной теплостой¬ кости. Силиконовые каучуки выдерживают нагревание до 250° и охлаждение до минус 50°. На промежуточных стадиях полимеризации получаются про¬ дукты с относительно небольшим удельным весом — силиконо¬ вые жидкости; они используются в качестве смазочных материа¬ лов, гидрофобизаторов бумаги, как модификаторы свойств печат¬ ных красок (офсетных и красок глубокой печати) и пр. Каучук натуральный и синтетический редко применяют са¬ мостоятельно, например в качестве переплетного клея, а исполь¬ зуют главным образом для производства резины. § 59. РЕЗИНА Резина — это прочный эластичный материал, получаемый пе¬ реработкой каучука (натурального и синтетического) главным образом его химическим взаимодействием с серой при нагревании (вулканизация). Наиболее ценными свойствами резины будут высокая проч¬ ность, упругость и эластичность. Свойство упругости заключает¬ ся в том, что образец резины под действием усилия деформирует¬
200 Полиграфические материалы ся, а после прекращения действия этого усилия мгновенно вос¬ станавливает свои первоначальные форму и размеры. Вслед¬ ствие эластичности резина, растянутая в десятки раз, сокращает¬ ся до первоначальных размеров. Подробнее об упруго-эласти¬ ческих деформациях см. в § 26. Специальные виды резины обладают высокой масло- и бен¬ зостойкостью— они практически не набухают в бензине, керо¬ сине и других нефтепродуктах. Имеются виды резины, сохраняю¬ щие значительную часть своих упруго-эластических свойств при температуре минус 70°, т. е. морозостойкие. Присущие резине упругие свойства и хорошая механическая прочность, а также устойчивость к действию печатных красок и воде делают резину весьма пригодным материалом для изготов¬ ления офсетных пластин, красочных валиков, декельных про¬ кладок, типографских печатных форм-дубликатов и клише. Для получения резины каучук смешивают с серой, наполни¬ телями, усилителями, ускорителями вулканизации, пластифика¬ торами, антистарителями, и пр., после чего эту так называемую сырую резиновую смесь формуют и подвергают процессу вулка¬ низации при температуре 150°. В результате процесса вулканиза¬ ции каучук превращается в резину, он теряет способность рас¬ творяться в бензине и маслах, его механическая прочность уве¬ личивается, его свойства становятся стабильными к значитель¬ ным изменениям температуры. Некоторые синтетические каучу¬ ки, например, хлоропреновый, вулканизуются без участия серы; силиконовые каучуки вулканизации вообще не требуют. Чем больше в составе сырой резиновой смеси серы, тем твер¬ же получается резина. Для получения мягкой резины вводят 1,5—5,0 весовых частей серы на каждые 100 весовых частей кау¬ чука, а для получения наиболее твердой резины — эбонита, вво¬ дят— 30—40 весовых частей серы. Ускорители вулканизации (окись цинка, глет и др.) позволя¬ ют значительно сократить время процесса вулканизации и одно¬ временно улучшают механические свойства резины. Усилители и наполнители дают возможность увеличить меха¬ ническую прочность резины в несколько раз и одновременно сэкономить значительное количество каучука. Например, проч¬ ность на разрыв ненаполненных образцов из синтетических кау¬ чуков не превышает 15—20 кг!см2, а прочность на разрыв образ¬ цов из этих же каучуков, но с введением наполнителей и усили¬ телей повышается до 300 кг/см2. В качестве наполнителей и уси¬ лителей применяют сажу, кремнекислоту, каолин, окись цинка, мел, тальк и др. Наибольшую механическую прочность резине придает сажа. Окись цинка, каолин и др. являются менее актив¬ ными усилителями, но они позволяют вырабатывать цветные виды резины.
Раздел третий. Синтетические полимеры 201 Резкой границы между усилителями и наполнителями про¬ вести нельзя, так как важнейшие усилители, например сажа, као¬ лин, являются одновременно и наполнителями, а окись цинка, кроме того, является и ускорителем вулканизации. Мягчители, или пластификаторы, например парафин, вазели¬ новое масло, рубракс, стеарин и др., облегчают обработку рези¬ новых смесей и уменьшают твердость готовых изделий. Красящие вещества придают резине тот или иной цвет. Во многих случаях наполнители не только улучшают механические свойства резины, но и окрашивают ее в нужный цвет; в этом случае введения красящих веществ не требуется. Противостарители — сложные органические вещества, напри¬ мер альдоль-альфа-нафтиламин («неозон Д»), фенил-бета-наф- тиламин («эджерайт»), способствуют сохранению упруго-элас¬ тичных свойств резины в течение длительного времени. Хороши¬ ми противостарителями являются и мягчители, такие, как пара¬ фин, церезин, рубракс и др. Все составные части резиновой массы смешивают на вальцах или в резиносмесителе. После смешения резиновой массе при¬ дается форма листов каландрированием или «сырых» заготовок резиновых изделий.различной конфигурации формованием. Для закрепления формы изделий и придания им надлежащих свойств они должны быть подвергнуты процессу вулканизации. Резина находит широкое применение в полиграфической про¬ мышленности. Так, из резины изготавливают стереотипы, красоч¬ ные валики, офсетные пластины, прорезиненную ткань для деке¬ лей типографских машин. Стереотипы из резины прессуются с тех же матриц, которые применяются для прессования стереотипов из пластических масс. Запрессованные стереотипы подвергаются вулканизации в горя¬ чем прессе. Для прессования матриц и резиновых стереотипов пригодны обычные матричные прессы, например марки МП-400. Прессование производится между стальными ровными плитами, которые вставляются в пресс. Резиновые стереотипы выдержи¬ вают тиражи до 1 млн. оттисков и позволяют производить иллю¬ страционное печатание без приправки с сетчатых клише до 40 лин. .на см\ Резиновые стереотипы двухслойные: верхний слой из маслостойкой и сравнительно твердой резины на основе кау¬ чука СКН-40, основная масса стереотипа состоит из немасло¬ стойкой, эластичной и дешевой резины из каучука СКС-30 или СКВ. Способ изготовления -резиновых стереотипов в нашей стра¬ не разработан С. И. Шапошниковым (ВНИИПП). Резиновые красочные валики устанавливаются в офсетных и 1 С. И. Ш а п о ш н и к о в. Типографские печатные формы из синтетиче¬ ских материалов. Журн. «Полиграфическое производство», 1958, № 7, стр. 11.
202 Полиграфические материалы типографских машинах. Они изготавливаются из различных ви¬ дов маслостойкой резины, например на основе хлоропренового каучука и фактиса. Резиновые и другие виды красочных вали¬ ков рассматриваются в разделе VI, «Материалы для полиграфи¬ ческих валиков». Офсетные резиновые печатные пластины (ГОСТ 6451—53) состоят из 2, 3, 4, 5 или 6 слоев прорезиненной ткани, спрессо¬ ванных с одной стороны с наружным резиновым слоем серого или красного цвета (рис. 78). Прорезиненная ткань повышает прочность офсетных резино¬ вых пластин и позволяет туго натягивать их на печатный ци¬ линдр, чтобы избежать иска¬ жений изображения вслед¬ ствие скольжения и т. п. Кроме того, ткань уничто¬ жает излишнюю эластич¬ ность резиновой пластины и связанную с этим чрезмер¬ ную деформацию печатаю¬ щих элементов. Офсетные резиновые пла¬ стины вырабатываются дли¬ ной до 1700 мм и шириной до 1430 мм; толщина офсет¬ ной резиновой пластины мо¬ жет быть от 1 до 4 мм. До¬ пустимые отклонения разме¬ ров длины и ширины ±10 мм, а по толщине ±0,1 мм для пластин толщиной до 2 мм и ±0,2 мм для пластин толщиной 2 мм и более; в пределах одной пластины допускаются отклоне¬ ния по толщине не более 0,075 мм. Наружный резиновый слой имеет толщину 0,5—0,6 мм и мо¬ жет быть гладким или равномерно зернистым. На поверхности резиновой пластины не должно быть раковин, трещин, посто¬ ронних включений, пузырьков; все стороны ее должны быть ровно обрезаны. Наилучшими офсетными пластинами будут те, которые вос¬ принимают краску с печатной формы в достаточном количестве и возможно полнее (при минимальном натиске) передают ее по¬ верхности бумаги. Это обеспечивается в основном качеством поверхности наружного резинового слоя и высокими упруго¬ эластичными свойствами резины. С этой точки зрения предпоч¬ тение следует отдать пластинам с равномерно зернистой по¬ верхностью. К офсетным резиновым пластинам предъявляются следую¬ щие требования: 1) они должны быть механически прочными и Рис. 78. Схема строения офсетной ре¬ зиновой пластины: /—тканевая прорезиненная прокладка; 2 — тканевые прокладки с промежуточны¬ ми резиновыми слоями; 3 — наружный ре¬ зиновый слой.
Раздел третий. Синтетические полимеры 203 иметь минимальное растяжение при натягивании их на печатный цилиндр; 2) образец шириной 10 мм, вырезанный из пластины в направлении основы ткани, под нагрузкой в 10 кг не должен растягиваться более чем на 8%; 3) пластины должны быть проч¬ ными на истирание; 4) склейка наружного резинового слоя с прорезиненной прокладкой, а также склейка тканевых прокла¬ док должны быть прочными; прочность между каждыми двумя прорезиненными тканевыми слоями должна быть не менее 1,5 кг на 1 см ширины, а между резиновым наружным слоем и текстильным слоем не менее 0,8 кг на 1 см ширины пластины; 5) толщина пластины должна быть равномерной; 6) пластина должна быть устойчивой к действию печатных красок и раство¬ рителей, применяемых для смывки красок в процессе печатания, а также входящих в состав печатных красок, особенно быстро- закрепляющихся. Степень набухания офсетной резиновой пластины в керосине является важным показателем качества. При погружении образ¬ ца наружного резинового слоя, снятого с пластины, в керосин на один час набухание образца по весу должно быть в пределах 6—9 мг/см2. Установлено, что резиновые пластины, не набухаю¬ щие в керосине, хотя и могут сохранять свои свойства в течение очень продолжительного времени, но они при их применении в печати не обеспечивают высокого качества печати. Поэтому не¬ которое набухание офсетных резиновых пластин в керосине желательно. Достаточная маслостойкость и стойкость к органическим растворителям офсетных резиновых пластин достигается изго¬ товлением наружного резинового слоя из бутадиен-нитрильного синтетического каучука СКН-40. Офсетные резиновые пластины требуют очень внимательного ухода, так как сильно разрушаются от действия жесткой бумаги и бумажной пыли и от неправильно выбранного смывающего средства. Жесткая бумажная пыль вдавливается в поверхность рези¬ ны и делает ее неровной. Кроме того, при печатании на пыля¬ щей бумаге требуется более частая смывка, а это вредно отра¬ жается на качестве резины. Неправильно составленная смывка может вызвать чрезмерное набухание резины или даже ее час¬ тичное растворение, что сокращает продолжительность работы офсетной резиновой пластины. О смывающих веществах для оф¬ сетных резиновых пластин см. в § 133. Прорезиненная ткань для декелей типографских машин состоит из двух тонких наружных слоев ткани с внутренним слоем вулканизированной резины с максимальным содержанием каучука и без наполнителей. Такая двухслойная прорезиненная ткань применяется в ка-
Полиграфические материалы честно упруго-эластичной прослойки декеля при печатании на плоских типографских машинах. Этой тканью производится за¬ тяжка постоянной части декеля с целью сокращения времени (рационализации) приправки текстовых и иллюстрационных форм па плоских типографских машинах. Двухслойная прорезиненная ткань имеет с двух сторон совер¬ шенно гладкую, ровную поверхность без выпуклостей, пузырей, морщин, складок, трещин и различных посторонних включений. Наружные тканевые прослойки гладкие, плотные и ровные без пороков текстильного производства, прочно соединенные между собой слоем резины. Прочность соединения тканевых слоев ре¬ зиновым слоем должна быть не менее 0,6 кг на 1 см ширины про¬ резиненной ткани. Общая толщина прорезиненной ткани составляет 0,45 мм с внутренним слоем вулканизированной резины не менее 0,25 мм. Вес 1 м2 прорезиненной двухслойной ткани должен быть не ме¬ нее 320 г. Допустимые отклонения по толщине прорезиненной ткани не более 0,05 мм. Двухслойная прорезиненная ткань поставляется в виде ру¬ лонов с шириной полотна не менее ПО см и длиной полотна не менее 10 м. Липкая лента для приклейки типографских клише к подстав¬ кам и к стереотипам представляет собой ткань-основу (перкаль), на поверхности которой имеется с двух сторон довольно толстый липкий слой массы следующего состава (в %): Окись цинка 33,7 Каучук натуральный 27,0 Масло вазелиновое 6,7 Канифоль 27,0 Воск пчелиный 5,4 Альдольнафтиламин 0,2 Нанесение указанного состава в предварительно растворен¬ ном состоянии в бензине (60—65% липкой массы и 35—40% бензина) на ткань-основу производится на шпрединг-машине. Для наложения слоя липкой массы заданной толщины ткань пропускают несколько раз через шпрединг-машину, т. е. делается несколько «штрихов» липкой массы на каждую сторону (от 5 до 10). По окончании промазки готовую липкую ленту перека¬ тывают на прокладку из аппретированной марли, предохраняю¬ щую липкую ленту от слипания в рулонах. Липкая лента применяется для приклеивания клише к под¬ ставкам, что исключает необходимость приколачивания их гвоз¬ дями. Это исключает деформацию клише при его наколачивании
-Раздел третий. Синтетические полимеры 205 гвоздями и сокращает время на приправку, так как липкая лен¬ та, подложенная под клише, очень упруго-эластична. Липкая лента должна иметь чистую, ровную, гладкую по¬ верхность без складок, морщин и посторонних механических загрязнений. Лента имеет толщину 0,4 мм и выпускается шири¬ ной 400 мм. Длина ленты в рулоне около 5 м. С каждой сторо¬ ны на ткань-основу наносится по 155 г липкой каучуковой мас¬ сы на 1 м2.
Раздел четвертый ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА § 60. Общие сведения о фотографических материалах. § 61. Свойства фото¬ графических материалов. § 62. Технология изготовления фотографических материалов. § 63. Виды фотографических материалов и их характеристика. § 64. Общие сведения о копировальных слоях. § 65. Альбумин и глютин. § 66. Синтетические фотополимеры. § 67. Камедь сибирской лиственницы и гуммиарабик. § 68. Химизм процесса черно-белого проявления. § 69. Гидрохи¬ нон (парадиоксибензол). § 70. Метол (метилпарааминофенилсульфат). ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ § 60. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОТОГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ Фотографические материалы — это фотопленки, фотоплас¬ тинки и фотобумага, представляющие собой фотографический светочувствительный слой, нанесенный на подложку: нитро- или ацетилцеллюлозную пленку, стекло или бумагу. Материал светочувствительного слоя в производстве фотома¬ териалов и в технической литературе называют светочувстви¬ тельной эмульсией, что, строго говоря, неправильно, так как он состоит из желатины и микрокристалликов («зерен») бромисто¬ го серебра с добавлением 1—6% йодистого серебра, совместно кристаллизующихся в виде смешанных кристаллов, т. е. с физи¬ ко-химической точки зрения является суспензией. Толщина воздушносухого эмульсионного слоя примерно составляет 26 микронов на пленке, 15 микронов на пластинках и 8 микронов на бумаге. В воздушносухом эмульсионном слое содержится 6—8% гигроскопической влаги. Зерна галоидного серебра светочувствительной эмульсии измеряются долями мик¬ рона и редко достигают 2—3 микронов. В таком тончайшем све-
Раздел четвертый. Фотографические материалы и проявляющие вещества JtU7 точувствительном эмульсионном слое зерна-кристаллы галоид¬ ного серебра распределяются в 20—40 слоев. В каждом квад¬ ратном миллиметре слоя содержится от полумиллиона до пяти миллионов зерен-кристаллов. Для придания фотопленкам и фотопластинкам (негативным материалам) более универсальных свойств часто наносят не один, а два эмульсионных слоя — сначала менее чувствительный и более мелкозернистый, а поверх него более чувствительный. Кроме того, для защиты эмуль¬ сионного СЛОЯ ОТ внешних ВОЗ- Защитный спаи _ действий поверх эмульсии ча- — сто наносят еще один тонкий защитный слой желатина, улуч¬ шающий некоторые фотогра¬ фические свойства светочувст¬ вительных слоев. Так как нитро- И ацетилцел- рис 79 Схема строения современ- люлозная подложка не Прово- ной фотографической пленки в сильно дит электрический ток, то во увеличенном виде, время перемотки пленок на подложке, вследствие трения, накапливаются заряды стати¬ ческого электричества, которые при разряде дают искру. Последняя вызывает своеобразную засветку эмульсионного слоя, по форме напоминающую разряд молнии. Для преду¬ преждения возникновения таких зарядов на оборотную сторону целлулоидной подложки обычно наносят еще один противоза- рядный слой лака, который, накапливая на себе электриче¬ ские заряды противоположного знака, снимает заряды стати¬ ческого электричества с нитро- или ацетилцеллулоидной под¬ ложки. Этот же слой лака предохраняет пленку от свертывания в сторону эмульсии. Наконец .для устранения так называемых ореолов фотографические пластинки до полива на них эмульсии покрывают слоем желатина, содержащего перекись марганца. Этот слой обесцвечивается во время обработки в проявителе или фиксаже либо вымывается во время промывки негатива. У фотопленок цротивоореольным слоем обычно служит зад¬ ний, противозарядный, слой, который окрашивается специаль¬ ными красителями и обесцвечивается в процессе проявления и фиксирования. На рис. 79 показана схема строения современной фотографической пленки в сильно увеличенном виде 1. Особым видом фотографических материалов являются све¬ точувствительные копировальные слои, применяемые в процессе изготовления типографских клише, а также офсетных и лито¬ 1 Д. 3. Бунимович, Н. И. Хажинский. Товароведение фотографи¬ ческих товаров. Госторгиздат, 1954, стр. 107.
208 Полиграфические материалы графских печатных форм. Эти светочувствительные материалы не содержат галоидного серебра, изготовляются, как правило, самими полиграфическими предприятиями и рассматриваются поэтому отдельно в § 64—67. § 61. СВОЙСТВА ФОТОГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Качество и надежность работы фотографических материалов зависят от следующих их свойств: 1) светочувствительность; 2) плотность вуали; 3) коэффициент контрастности; 4) макси¬ мальная оптическая плотность; 5) фотографическая широта; 6) разрешающая способность; 7) фактор зернистости; 8) спек¬ тральная чувствительность; 9) ореолообразование. Светочувствительность — это способность фотографического материала давать почернение в результате действия света и по¬ следующего проявления. Светочувствительность количественно выражается величиной S, обратно пропорциональной количеству освещения (в люкс-секундах) белого света определенного спек¬ трального состава, которое образует почернение заданной опти¬ ческой плотности. Степень почернения (фотографический эффект) называется критерием светочувствительности. Таким об¬ разом, светочувствительность может быть выражена формулой: S = _К_ Ял где К — коэффициент пропорциональности. Но— экспозиция, необходимая для получения заданного фотографического эффек¬ та (критерий светочувствительности). В различных системах приняты различные значения коэффициента пропорциональности К и критерия светочувствительности. Так, по ГОСТ 2817 — 50 (метод общесенситометрического испытания) критерием све¬ точувствительности служит количество освещения Я, обеспечи¬ вающее получение оптической плотности D, превышающей плот¬ ность вуали D0 на величину 0,2 (D = 0,2 + Do, где D0 — плотность вуали); коэффициент пропорциональности по этой системе при¬ нят равным 1. Светочувствительность в этом случае становится равной: srocT = //0i2 + Do · Так, например, если оптическая плотность получилась под действием экспозиции, равной 1/10 люкса, то S = 10 единицам ГОСТ. Зависимость между почернением фотослоя, т. е. его оптиче¬ ской плотностью, и количеством света, подействовавшего на
Раздел четвертый. Фотографические материалы и проявляющие вещества 20» этот слой, лучше всего выявляется графически в виде характери¬ стической кривой (рис. 80), построенной на основании сенсито¬ метрических испытаний светочувствительности фотографического слоя материала. Результаты измерений наносятся на специаль¬ ный сенситометрический бланк, представляющий прямоугольную систему координат. По оси абсцисс наносят лагарифмы экспози¬ ции, а по оси ординат в том же масштабе — величины оптиче¬ ских плотностей. Таким образом, при увеличении экспозиции в одно и то же число раз соответствующие им отрезки шкалы (горизонтальной оси) увеличиваются на одну и ту же величину, т. е. экспозиции увеличиваются в геометрической прогрессии, а наносятся на шкалу абсцисс в соответствии с ростом их лога¬ рифмов— в арифметической прогрессии. Как видно из рисунка, отрезок до точки А характеризует оптическую плотность вуали; при малых экспозициях (освещенностях) кривая АБ становится вогнутой по отношению к оси экспозиции, — это область недо¬ держек; при слишком больших освещенностях кривая ВГ ста¬ новится выпуклой к оси экспозиции, — это область передержек. Только средняя часть кривой БВ, соответствующая сравнитель¬ но небольшому интервалу освещенностей, имеет вид прямой ли¬ нии. Этот прямолинейный участок характеристической кривой называется областью нормальных экспозиций фотографического слоя. Только в пределах прямолинейного участка характери¬ стической кривой возможна правильная передача освещен¬ ности снимаемого объекта. Изучение характеристической кри¬ вой позволяет сделать ряд выводов о свойствах фотослоя, как это будет показано ниже. Плотность вуали D0, т. е. степень почернения фотографиче¬ ского слоя, не подвергавшегося воздействию света (экспозиции), определяется по неэкспонированному участку сенситограммы и, как всякая оптическая плотность, выражается десятичным логарифмом непрозрачности: A> = lg ч ’ где τ0 — коэффициент пропускания. Коэффициент контрастности. Контрастность фотографиче¬ ских материалов — это зависимость приращения оптических плотностей (почернения) от экспозиции (освещенности, количест¬ ва освещения). Количественно измеряются коэффициентом конт¬ растности у. Величина у определяется тангенсом угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой к оси абс¬ цисс и выражается отношением прироста плотности к приросту логарифма экспозиции: 15 Заказ № 443
210 Полиграфические материалы Ζ>2 — Di 7 = Tg^2-lg^ ’ где Di и D2 — оптическая плотность почернения на прямолиней¬ ной части характеристической кривой, \gH\ и 1 gH2— логарифмы Рис. 80. Характеристическая кривая и ее элементы. экспозиций этих участков. Коэффициент контрастности изме¬ няется от времени проявления, состава и температуры проявляю¬ щего раствора. Значение коэффициента контрастности поясняется на рис. 81, где приведены характеристические кривые более контрастного (//) и менее контрастного (/) материала. Точка Н\ соответствует экспозиции от светлых мест оригинала. Точка Н2 — экспозиции темных мест. Необходимо выдержку при съемке выбрать та¬ ким образом, чтобы точка Я2 соответствовала тому месту харак¬ теристической кривой, где начинается область вуали. Из рисун¬ ка видно, что разница между максимальной и минимальной плотностью негатива больше в случае более контрастного мате¬ риала: AD//> ADl, т. е. негатив на материале II получится контрастнее, чем негатив на материале /. Более контрастный ма¬ териал при данной экспозиции даст больший прирост оптических плотностей, а следовательно, и лучше воспроизводит различия яркостей фотографируемого объекта. Максимальная оптическая плотность Dmax . Значение Dmax поясняется рис. 82, где показаны характеристические кривые двух материалов I и //, имеющих одну и ту же величину у, но различную максимальную плотность. Более выгодной будет кри-
Раздел четвертый. Фотографические материалы и проявляющие вещества 211 вая //; на светочувствительном материале с такой характеристи¬ ческой кривой можно получить более контрастное изображение AD>AD I1. Рис. 81. Влияние коэффициента конт- рис. 82. Влияние величины Апах на растности γ на контраст (интервал контраст (интервал плотностей) не¬ плотностей) негатива гатива Фотографическая широта — это свойство фотографического материала правильно воспроизводить в фотографическом изо¬ бражении градации яркостей фотографируемого объекта. Ха¬ рактеризуется интервалом экспозиции, ограниченным точками начала и конца прямолинейного участка характеристической кривой. Величина фотографической широты L численно может быть выражена формулой: L - lgН2 — IgA = lg ~ > Н1 где Н2 — экспозиция, соответствующая концу прямолинейного участка характеристической кривой, Н{—экспозиция, соответ¬ ствующая началу прямолинейного участка характеристической кривой. Разрешающая способность R — это величина, характеризую¬ щая способность фотографического материала раздельно вос¬ производить тонкие детали получаемого на нем изображения. Выражается максимальным числом раздельно передаваемых фотографическим материалом параллельных штрихов, приходя¬ щихся на 1 мм. 1 В. Я. Михайлов. Руководство по фотолабораторным работам. Гео- дезиздат, 1954, стр. 31. 15*
212 Полиграфические материалы Фактор зернистости — величина, обратная линейному масшта¬ бу увеличения, при котором обнаруживается зернистость по¬ чернения фотографического слоя. 1 ^ п у где п — линейный масштаб увеличения. Цветочувствительность фотографических материалов харак¬ теризуется степенью почернения этих материалов под действием естественного белого света, развернутого в солнечный спектр. Рис. 83. Кривые спектральной чувствительности несенсибили- зированного фотослоя и глаза человека. Испытание цветочувствительности фотографического слоя произ¬ водится путем фотографирования спектра в специальном прибо¬ ре', называемом спектрографом, который представляет собой сое¬ динение спектроскопа с фотографической камерой. Об