纸及纸板边压强度测定法的分析比较.pdf

纸及纸板边压强度测定法的分析比较 张景彦 天津市造纸研究所 300141 摘 要 本文介绍了加工瓦楞纸箱用的瓦楞原纸和箱纸板边压强度的意义,并对其两种测定法 RCT法和SCT法进行了分析比较,同时还介绍了RCT和SCT测定结果间的关系。 关键词:纸张 纸板 边压强度 瓦楞纸箱 1 边压强度的意义 包装运输用的瓦楞纸箱一项重要质量要 求,就是要有足够的抗压强度(BCT) ,以 便包装商品后在储运过程中,堆码一定高度 而不发生压坏纸箱导致箱垛倒塌或包装物受 损等。决定纸箱抗压强度BCT的主要因素 是构成纸箱的瓦楞纸板的边压强度ECT。 而决定瓦楞纸板边压强度ECT的主要因素, 则是构成瓦楞纸板的两种基本原材料 瓦 楞原纸和箱纸板的边压强度。国际上当前检 测瓦楞原纸和箱纸板边压强度的最广泛采用 的方法就是环压强度RCT测定法和短距压 缩强度SCT测定法。对于上述各项压缩强 度的关系,国外专家已得出以下关系式: BCT = 587ECTtz ECT = K (F L1+ FL2+Ff) 式中 t 瓦楞纸板厚度; z 纸箱参数 (2 长度+ 2宽度) 英寸; KRCT时为11280108 ; SCT时为01710103 ; FL1 面层纸板的边压强度; FL2 底层纸板的边压强度; Ff 芯层瓦楞原纸的边压强度; 瓦楞状态芯层长度与拉直后长度 之比。 由此可见,瓦楞原纸和箱纸板的边压强 度是决定最终纸箱质量的重要强度指标。 2 RCT和SCT的比较 纸和纸板短距压缩强度SCT是国际上 70年代开发的方法,该方法克服了环压强 度测定法的一些重要缺点,可测定真实的边 压强度。我国已于1992年制订为国家标准 检验方法。环压强度测定法RCT诞生早于 SCT几十年,我国60年代便开始引进仪 器,开展瓦楞原纸和箱纸板RCT的测定, 21 天津造纸 1999年第2期 收稿日期: 1999 - 05 - 06 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 于70年代实现仪器国产化,并于80年代制 订出该方法的国家标准。该方法存在压缩时 试样弯曲变形、受压边缘破损及弯成环形产 生应力等问题使其适用范围很窄,情况分析 如下: 按照Eulerian受压变形模式,控制纸条 弹性受压变形的参数如下: =应力 E =弹性模数 I =转动惯量 =细长比 =旋转半径 L =长度(自由矩) A =横截面积 b =宽度 t =厚度 传统的Eulerian方程为:= 2E 2 式中:= L 代入= I A 得出 = L I A 和I = bt3 12 A = bt = 23 L t 当 100时,受压试样全部为弹性变 形; 在 30100范围内则为假弹性变形; 0131mm时, RCT能可靠地表示材料的边 压强度ECT。Tappi标准T818和ISO草案 初稿中对RCT适用范围的下限规定为 0128mm ,与上述推导是相近的。由Beloit 的试验结果(图 1) 亦可证实这一下限位 置。图1中,在100450g/ m2(相当厚度 01150170mm)范围内,因材料的相对边 压强度ECT相同,所以SCT指数基本保持 不变,有些分散误差是制备试样误差造成 的。但对于低紧度的纸,低于150g/ m2(厚 度为0123mm)时RCT指数值开始降低, 对于高紧度的纸,低于200g/ m2(厚度为 013mm)时RCT值开始降低,其原因就是 低厚度试样受压后发生假弹性变形的结果。 RCT试验除当纸页过薄导致假弹性变 形降低测定结果外,如试样过厚,还会发生 两个问题:一是试样受压时受压边缘发生破 坏,会降低测定结果;二是为保证试样受压 时的稳定性,把试样卷曲成环形。但如试样 过厚,当卷曲成半径(R) 24mm的环形时 会因产生过大应力使纸面发生应变而破坏试 样直致发生折裂,从而降低测定结果。试样 弯曲应变的方程如下: = t 2R 100 % 其中 t =试样厚度 由该方程可计算出当试样厚度达到 31 天津造纸 1999年第2期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 015mm时,弯曲应变达到110 % ,而大于 110 %的弯曲应变会不同程度地导致试样折 裂。 正是由于试样厚度过大,会影响测定结 果,所以国外标准方法几乎都规定了RCT 试样厚度的上限,一般为不大于0151mm。 综上所述, RCT对试样的最佳适用范围为 01310151mm ,约相当于200340g/ m2 的定量范围。只有在该范围内试样的RCT 值,用于推算加工成瓦楞纸板的边压强度 ECT和纸箱的抗压强度BCT才准确可靠。 而采用短矩压缩强度SCT进行推算,大于 或小于该厚度范围的试样也都是准确的。 我国瓦楞原纸的最低定量和厚度为 115g/ m2和0116mm ,我国箱纸板的最大定 量和厚度为530g/ m2和0188mm ,均一直在 考核RCT强度。这无疑是明显超过了RCT 的最佳适用范围。因此,为了能实现准确的 推算瓦楞纸板的ECT和纸箱的BCT强度, 最好由检测控制RCT值改为SCT值。当然 这需要一个漫长的过渡期。但如果不去推算 ECT和BCT值,仅仅是对瓦楞原纸和箱纸 板的边压强度的高低进行相对比较,还是可 以放心地对厚度适用范围外的试样检测控制 RCT值的。因为多年的试验表明,对于各 种厚度的试样,其RCT测定值的精密度还 是一致的。只是在进行RCT试验时,应注 意以下几个问题: SCT高紧度样 SCT低紧度样 RCT高紧度样 RCT低紧度样 图1 对应于定量的SCT和RCT边压强度指数 (1)加荷速度对测定结果有显著影响。 采用机械弹簧板式的仪器或电子式仪器,虽 然上压板的下降速度都是1215mm/ min ,但 因机械弹簧板式仪器在上压板下压的同时试 样座下的弹簧板也随之弯曲向下位移,因此 加荷速度较电子仪器慢得多,所以其测定值 较电子仪器约偏低10 %。 (2)试样座内环形槽的槽底与槽边必须 为直角,一些国产仪器因加工不符合要求可 使测定结果偏低9 %。 (3)上下压板的平行度误差不得大于1 2000 ,否则对测定结果造成显著影响。 41 天津造纸 1999年第2期 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 3 RCT和SCT的关系 环压强度RCT方法尽管存在一些缺点, 但其测定结果和短矩压缩强度SCT具有良 好的相关性,相关系数为019左右。瑞典 SCA Norclliner公司在大量对比试验的基础 上得出两者以下的关系式: RCT = KSCT 常数K因纸的定量不同而异,从而补 偿了低厚度试样因假弹性变形对RCT测定 结果造成的影响。K值见表1。 表1 K值数据 定量g/ m2100115125140150175200225440 K0140155016001650170 图2为SCT和RCT的相关图。 图2 环压强度和短矩压缩强度关系图 参 考 文 献 1 Peter Uddfors1Ring Crush Versus STFI Short Span for Predicting Performance of Combined Board 2 K1Travers1Improving the reliability of the rin