第四章纸包装材料机械性能测试.ppt

第四章机械性能的测定 一 拉伸性能测定 1 抗张强度与伸长率衡量纸张抵抗外力拉伸的能力 指一定宽度 15mm 的纸或纸板试样所能承受的最大抗张力 其单位是kN m 曾用单位kgf 15mm 1kgf 15mm 0 6538kN m 通常以裂断长 即一定宽度纸条在本身质量的重力作用下将纸拉断时所需要的长度 表示 裂断长可以消除定量不同的影响 且便于与抗张强度比较 1 拉伸性能测定 式中P一单位横截面的抗张强度 kN m2或kgf m2Gp一试样的绝对抗张强度N或kgf F一试样的横截面积 宽 厚 m2或cm2 裂断长L m 与抗张强度的关系 L 100Gp W 式中 试样的宽度 m Gp一试样的绝对抗张强度 N W 试样定量 g m2 2 横断面的抗张强度 P Gp F 1 拉伸性能测定 C 抗张指数 抗张因子 即 单位定量 l00g m2 单位宽度的抗张强度式中X一抗张指数 kgfGp一绝对抗张强度 kgfW一试样的定量 g m2b 试样宽度 伸长率是试样受到张力至断裂时所增加的长度对原试样长度的百分率 即伸长率 L1 L0 Lo 100 1 拉伸性能测定 式中Lo一试样测试前的长度 mm L1一试样在断裂时的长度 mm 伸长率是衡量纸与纸板韧性的 项指标 伸长率高则韧性好 测定抗张强度采用抗张强度测定仪 目前应用的测定仪器有摆锤式 扭力棒式 电感应式等 国内最常用的是摆锤式抗张强度测定仪 即通常所说的sehopper拉力试验机 1 拉伸性能测定 用智能电子拉力试验机测定a 仪器校准 注意仪器是否正常 b 实验步骤 按GB450进行纸与纸板的试样采集 按GB453 纸与纸板抗张强度的测定 要求裁下试样 在距边缘15mm以内一次性切取纵 横向试样 试样宽度为15mm 25mm或50mm 允许偏差为 0 1 0 2mm 最短长度为250mm 按GB10739进行纸与纸板的温湿度处理 打开电源 出现提示屏 按下 返回 键 出现主屏幕 在提示屏的状态下 按除 复位 键以外的键即可进入项目选择屏 试验项目1 拉伸试验2 抗拉强度与伸长率3 拉断力与伸长率4 热封强度5 撕裂6 180o剥离7 90o剥离 按 试验 键 进入 抗拉强度与变形率 试验功能界面 按 下降 微动 停止 键 装夹试样 按 试验 键 进行试验 试验自动完成 仪器自动复位至 待机 状态 9 按 键改变试样编号 重复步骤 按 返回 键 返回主屏幕 P 抗拉强度 又称拉应力 Mpad 试样厚度 mm R F b 式中 R 抗张强度 KN mF 拉断力 Nb 试样宽度 mm 3 数据处理 P F B d 式中 伸长率 L 试样被拉伸的长度 mmL0 试样未拉伸时的长度 mm L L0 L0 100 2 抗压强度 材料受压后至压溃时所能承受的最大压力 由于大多数包装箱在运输 存贮过程中 往往要多层叠放或堆放 保证被包装物品不受损害 就要求包装箱具有一定抗压强度 对于纸箱来讲 其抗压强度的大小 主要取决于其构成材料的抗压性能 因此可以通过构成纸箱的纸板抗压强度的测试去间接评价箱子的抗压强度 其表示方法单位长度 单位面积上的抗压力 表征纸板抗压强度的特性指标主要有环压强度 平压强度 边压强度等 A环压强度试验 简称RCT 纸板环压强度是指将一定尺寸的试样 插在试样座内形成圆形 在两测量板之间进行压缩 压溃前所能承受的最大的力 其试验设备 2 仪器校准与实验步骤 1 仪器校准 测量环压强度时 采用环压取样器取出试样 要求长边的不平行度小于0 015mm 试样放在环压座内 中心盘应根据试样厚度选用 2 实验步骤 试样准备a 沿纸样的纵 横向用专用的冲刀切取宽为12 7mm 长为152mm的试样各10片 测量出厚度 并置标准温 湿度条件下处理至平衡 b 将试样分别插入所需一定厚度的试样座内 c试验项目的选择仪器设定四种试验项目 通过操作面板上的的 试验选择 键进行选择 环压试验 d设置试样定量测试a 按 上 或 下 键 至上下压板间距离适当时按 停 键 设置下压板初始位置 b 将装好试样的试样座放入压缩试验仪下压板的中心位置 试样两端接口对向操作者 c 按 测试 键 仪器自动完成一次工作循环 测试数据的提取a 提取一组试验完毕 重复按动 提取 键 可提取显示每次试验的测试数据 b 按 平均值 或 标准偏差 键 可提取显示一组试验数据的平均值和标准偏差 数据删除a 一次试验完毕后 按 删除 键 可删除当次试验数据 b 一组试验后 按 提取 键 找到欲删除的试验数据 再按 删除 键 可删除任意一次的试验数据 打印输出按 打印 键 可对该组试验数据进行打印输出 数据处理 式中 R 环压强度 kN m F 试样压溃时读取的力值 N 152 试样长度 mm 比环压强度 单位定量 100g m2 的环压强度式中 Rd 比环压强度 Nm g R 环压强度 N m W 试样定量 g m2 瓦楞纸板剥离强度 粘合强度 测定 1 试样准备a 用瓦楞纸板边压 粘合 试样取样器切取25mm 80mm瓦楞纸板样品 并置标准温 湿度条件下处理至平衡 b 按下图插针 c 按下图把试样放在剥离强度试验架上 d 把剥离强度试验架放在压缩试验仪下压板的中心位置上 2 试验项目的选择 通过操作面板上的的 试验选择 键进行选择 粘合强度 3 测试 同环压强度 4 测试数据的提取 同环压强度 5 删除和打印输出 同环压强度 纸和纸板耐折度的测定 纸与纸板的耐折度是指被测的试样受一定的张力 经一定角度往复地折叠次数 按纵向试样测得的是纵向耐折度 按横向试样测试的是横向耐折度 一般纵向比横向耐折度要高些 这是由于纤维的排列及纵向纤维结合力大的原故 但也有反常现象 这牵涉到纸与纸板的挠性及流动性 耐折度是一种变相的抗张强度检验 其结果受到纸张挠曲性能的影响很大 纸与纸板在使用过程中需要承受多次折叠 如用白纸板 箱纸板等制作不同规格的大小箱盒时 要求经受折叠时而不易断裂 纸和纸板耐折度的测定 瓦楞纸箱成型后 箱身和摇盏的压痕部位都需要折曲 箱身的四条压痕线一般与瓦楞方向平行 有些异型箱局部压痕与瓦楞方向呈45o 在钉箱时 要向压痕凹面折曲90o 有时达180o 而摇盖的压痕线与瓦楞方向垂直 使用过程中 向压痕的凹凸面都要多次折曲 最大角度为270o 很容易造成破坏 常用的测定耐折度的仪器有三种 schopper式耐折度测定仪 180o MIT式耐折度测定仪 135o IFRANK耐折度仪 用MIT耐折度试验方法测定纸和纸板耐折度 MIT耐折度纸张耐折度是指试样在一定张力下所承受往复135 的双折次数 以往复折叠的双折次数来表示 此仪器是测定厚度在1mm以下的纸张和纸板及其它片状材料耐折叠疲劳强度的仪器 它根据试样在特定条件下 被往复折叠 并记录试样被折断时的最多折叠次数的要求设计而成 采用了电子计数器 计数准确可靠 其结构由下述几部分组成 见图2 传动部分 由电机通过联轴器和蜗杆轴连接 经蜗轮蜗杆变速 减速到175转 分 再通过偏心轮滑块机构和装在滑板一侧的齿条 啮合摆动轴上的小齿轮 产生下夹头的左右摆动 其摆动次数为175次 分 上夹头部分 用左右旋螺丝推动钳口夹紧试样 以张力弹簧对试样施加张力 张力大小根据实验需要 由张力杆调节 其值由张力标尺指示出来 下夹头部分 下夹头的主要作用是夹持试样 并对试样进行反复折叠 旋动夹持手柄推动活动夹紧块 试样即被夹持在左右钳口之间 左右钳口间留有一定的间隙 此间隙决定被夹持试样的最大厚度 2 实验步骤 按GB450进行纸与纸板的试样采集 按GB T2679 5 纸和纸板耐折度的测定 要求裁下试样 切取宽为15 0 1mm 长度不小于140mm的纵 横向至少各10条 按GB10739进行纸与纸板的温湿度处理 打开电源 计数器清零 压下张力杆 张力采用1kg 9 8N 档 旋紧制动螺钉 将试样夹在夹纸器上 旋开制动螺钉 使纸张受张力 计数器依次按下 ON 1 键 此步骤用于四川长江厂生产的型号为YQ Z 31的仪器 开动机器 计数器开始计数 当试样被折断时 计数器自动停止计数 记录折叠次数 关闭机器 计数器清零 数据处理 计算各测定值的双折次数平均值 影响耐折度的因素 相对湿度 由低湿向高湿变化时 耐折度随之增大 到一定湿度后达到最大值 然后耐折度随湿度增加而下降 温度 由于温度升高 使折叠区纸张内部纤维强度下降 瓦楞原纸及箱纸的质量 粘合剂的初始粘度和粘接力是影响烘干后粘结面的柔韧性和纸板耐折度的关键 制箱过程中的压痕效果 如上下压辊中心线的偏移 使压痕处厚薄不均 或由于上下辊相比对距离调节不当 使瓦楞压板受力过小或过大 造成压痕处过厚或过博 都会影响纸箱的耐折性能 纸和纸板撕裂度的测定 纸和纸板的撕裂度是指已被切口的试样继续撕开一定距离所需的力 又称为内撕裂度 此外还有一种边撕裂度 它实际上是将预先设有切口的试样 从纸的边沿开始撕裂一定长度所需要的力 内撕裂度表现的是撕开固定距离所需的力 单位为mN或gf 1gf 9 807mN 边撕裂度是指沿纸的一边 被在同一平面内的力撕开时所需的力 单位为N 纸和纸板撕裂度的测定 撕裂纸与纸板所做的功包括两部分 即把纤维拉开所做的功和把纤维拉断所做的功 纤维长度是影响纸与纸板撕裂的一项重要因素 纤维长度增加则撕裂度提高 因为增加纤维长度 就是增加拉开纤维所做的功 内撕裂度是纸袋纸 包装纸与包装用纸板的重要检测项目 对于钞票和糖果包装纸来说 边撕裂度更有特定的意义 常用的测试仪器有Elmerdorf式单撕裂度仪 Brech lmset双撕裂度仪 德国FRANK公司生产 以及专用边撕裂度仪 Elmerdorf式单撕裂度仪测定纸和纸板撕裂度 此仪器是根据功能原理设计 使扇形摆的重心升至某一高度 具有势能 然后释放 撕裂已预先切口的试样 消耗部分能量 在刻度盘上即显示出撕裂试样所需的力 仪器主要由基座 1 支架 2 指针 5 扇形体 7 夹纸器 9 12 等组成 见图3 测试 按GB450进行纸与纸板的试样采集 按GB455 1 纸撕裂度的测定法 和GB455 2 纸板撕裂度的测定法 要求裁下试样 GB455 1切取的试样尺寸为 75 2mm 长 63 0 5mm 宽要求按纵 横向至少各作5次试验 GB455 2切取试样50mm 63mm要求纵 横向至少各作5次试验 为了使试验结果和读数尽可能的精确 测量范围应在量程的20 80 之间 可采用多层 按GB10739进行纸与纸板的温湿度处理 放入试样 然后按 夹样 键 按冲刀 按 试验 夹样 试验循环撕裂指数 式中 X 撕裂指数 mN m2 gG 纸张的定量 g m2Ft 被测试样撕裂度值 mN X Ft G 影响撕裂度的因素 相对湿度 相对湿度对于一般强度性质的影响 都是湿度提高而强度随之有所降低 而撕裂度恰恰是随相对湿度增大面增大的 在相对湿度65 时撕裂度 要比相对湿度50 时高12 仪器精度 刻度值的准确度 摆轴摩擦大小 指针的摩擦大小 切刀所切刀口的情况等都有显著影响 一般总体误差小于1 不同层数撕裂 描图纸和打浆35min的硫酸盐浆手抄片的紧度高 纤维内结合力强 在撕裂的方向上和撕裂的层数上 都是沿着直线撕裂的 基本上不受撕裂层数的影响 打浆的硫酸盐浆手抄片试样在1层到10层进行试验时 发现层数少 撕裂度值低 随层数的增加 撕裂度增加 撕裂作用半径 根据测定结果 撕裂作用半径104mm比107mm所测得的结果约大15 所以使用撕裂作用半径为107mm的仪器时 测定结果应加以补正 纸和纸板挺度的测定 挺度是衡量纸与纸板抵抗弯曲的强度性能 也表明其柔软或挺硬的性质 纸张挺度是纸张在一定的条件下弯曲一端夹紧的规定尺寸的试样至15 角时的力矩 Taber挺度仪根据力矩对转轴中心平衡原理设计 一片被垂直夹住的试样的自由端 在设定条件下被弯曲15 角所需的力矩即为该试样的挺度 单位为gf m 国际标准以N或mN 表示 Taber挺度仪是衡量纸与纸板抗弯曲强度的专用仪器 仪器主要由测量部分和传动部分组成 纸和纸板挺度的测定 2 实验步骤a 切取长70 lmm 宽38 0 0 1mm的试样 纵横向各不少于5条 b 先调节仪器水平 再调节角度盘 使摆的中心刻度 角度盘的零点及负荷盘零点重合 然后调整灵敏度 当测定范围0 9 8 10 3焦耳时 移动摆至15o角 然后放松 这时摆的自由摆动不得少于20次 角度盘转速用秒表及角变尺测定 要求在200 20度 分 力度盘指示精度用专用杠杆测定 相对应的数值误差应小于3 国外为5 c 将试样的一端垂直地夹于固定夹上 另一端插于仪器下面的两小辊之间 然后用固定螺丝 把试样固定 注意要使试样与摆的中心刻线重合 调节左右两个调节螺钉把试样和两小辊之间的距离之和调节成0 33 0 03mm 当圆辊接触试样后 反旋1 4圈 d 按动左右开关 角度盘转动 至摆的中心线刻度与角度盘上15o刻线重合时 立即关闭开关 记录摆的中心刻线所指的力度盘刻度值 按试样的不同挺度 通过更换重铊选择测定范围 使试样在负荷度盘上所测定的读数在20至70之间 如试样挺度过大或弯曲至15o角时折裂 可弯曲至7 5o角 测定结果乘2可得出一个近似值 要在报告中注明 3 数据处理挺度S mN m 按下式计算 S nR式中R一向正反面弯曲试样至15o角时 在刻度0 100范围内的实际刻读数 n 对应于不同人档重铊的分度值 分别以纵横向所有测定值的算术平均值 最大值和最小值作为测定结果 纸板与瓦楞纸板耐破度的测定 包装物品在运输和存放过程中常常会受到外力的挤压或硬物顶撞以及内部被包装物的冲击 此时我们用抗张强度或其它强度指标来评价纸或纸板耐顶撞的能力显然是不适宜的 为了科学地评价这个特性 引入了耐破度这一指标 当纸板承受垂直于纸板面的压力时 纸板开始变形 随着压力的增大 变形也相应增大 直至纸板破裂 因此 把纸与纸板在单位面积上所能承受的均匀增大的最大压力称为耐破度 单位为Pa 曾用kgf cm2 kgf cm2 98 07kPa 耐破度的大小受纤维间结合力 和纤维平均长度的影响 另外 耐破度是抗张强度和伸长率的复合函敷 其应力大部分是在纸张破裂时 横跨纸幅的压力差所形成的一种张力 由于各个方向的变形大体相等 因而产生了纸张中的均衡应力 由于纸张纵向伸长率较小 受压力后成为纵向张力 因此试样的裂纹一般与纸张的纵向垂直 耐破度与抗张强度的关系可用下式表示 BurR 2T式中Bur 耐破度R一破裂时的弯曲半径 T一每单位宽纸样的纵向抗张强度 耐破度是纸袋纸 包装纸及纸板的一项重要性能 因为这类纸与纸板在使用过程中要受到耐破度检验过程中相似的应力 DCP NPY1200型电脑测控耐破度仪测定耐破度 1 实验原理与仪器结构本仪器是将试样放在上下夹环之间 气压推动上夹环下压 试样破裂时能自动返回 下夹环上有胶膜 传动加压机构通过油缸活塞将甘油压入胶膜 使试样受压 直至破裂 油液自动返回卸压 而电控部分采用集成电路和可控硅技术 完成对试样的自动测试 试样破裂时的最大压力在数码显示窗上显示出来 2 实验步骤 开机预热30分钟 按下除复位键以外的任代号键 仪器进入工作状态 开空压机 打开气源 向上拉起调压阀钮 调节调压阀 逆时针为降低 主机上压力表显示0 3MPa 不许超过0 5Mpa 按下调压阀旋钮 压力值被锁定 试样定量的设置 按GB450进行纸与纸板的试样采集 按国标要求裁下试样 GB T1539 1989 纸板耐破度的测定法 的试样尺寸为100mm 100mm 正 反面各10个 GB T6545 瓦楞纸板耐破强度的测定法 的试样尺寸要求比仪器的夹环大 也是正 反面各10个 按GB10739进行纸与纸板的预处理 装试样于上 下夹环之间 按 测试 键 仪器自动完成一次工作循环 更换试样进行下一次试验 直到一组试验完毕 3 测试数据的提取 删除和打印输出 提取a 一组试验完毕 重复按动 提取 键 可提取显示每次试验的测试数据及该组数据中的最大值和最小值 b 按 平均值 变异系数 或 耐破指数 键 可提取显示一组试验数据的平均值 变异系数及耐破度指数 打印 按 打印 即可打印输出 其符号表示为 W 定量 Pi 单次的耐破度 Pmax Pmin 耐破度的最大值和最小值 V 变异系数 X 耐破指数 4 数据处理 耐破指数 X P W式中 X 耐破指数 kPa m2 gP 平均耐破度 kPaW 试样的定量 g m2 内存数据的清除按 复位 键 系统重新进行初始化 清除全部内存数据 按 内存清除键 可以清除全部测试数据 但保留定量值 纸和纸板戳穿强度的测定 戳穿强度是指纸板被一个三角锥体由高处落下时产生的动能戳穿时 纸板的抵抗能力 由于纸板所制成的包装箱在使用当中 常常被尖硬的物体突然撞击而损坏 为了模拟这种破坏 人们设计了许多种试验仪器 它与耐破度的区别在于耐破度是均匀地施加压力而把试样顶破 从物理意义上讲是静态强度 而戳穿强度是突然施加一个撞击力于纸板把纸板戳穿 属于动态强度 因此 对于某些材料 戳穿强度显得更有实际意义 纸和纸板戳穿强度的测定 戳穿强度是以总能量的损失来表示的 单位为kgf m 国际标准单位为J 在实际测试中也有用G E单位表示的 其换算关系为 lkgf cm 0 098Jlkgf m 9 8J1G E单位 0 0298J下面以BK 52型戳穿度仪为例 介绍戳穿度测试方法 BK 52型戳穿度仪测试纸和纸板耐戳穿强度 测试步骤 a切取175X175mm试样10片 标记正 反面后置于标准湿 温度条件下处理至平衡 b 检查指针指示 O 位 当摆上安装适当的陪重后 将摆抬起初水平位置 用半圆形定位器将摆锁定 将指针按到尽可能左的位置 移动锁定器释放摆 观察指针是否指示在刻度盘零位 若不指示 摆动刻度盘使指针指示零位 戳穿头后部的铅套的组合 应松紧适度 c 将试样置于夹板三角孔的正中间 若夹紧力不够 可以转动夹板下面立柱上的滚花螺母来增加夹紧力 d 调整摆锤 当需要时 附加重铊以选择适当的功的范围 这样将使所得试验结果保持在20 80 范围内 e 将指针拔向最高值位置 防摩擦环套在三角锥体头后面 轻轻释放摆臂 摆体自由落下 戳穿试样 三角锥戳穿头通过试样时 铅套便卡在试样的孔内 保持孔处于开启状态 这样摆便没有摩擦力的制动作用 f 摆停止后 从刻度盘上读取指针指示的能量值 即为试样的戳穿强度 g 提起摆体手柄 使摆体复位 拨回指针 松开加压装置 取出巳试验过的试样 准备下一试验 h 以所有测试值 包括正反面 纵横向 的算术平均值报告结果 注意事项 a 仪器空载时 不得随意释放摆体 以免损坏试样夹具及摆杆b 试验结束后 应使摆体固定 c 在使用带防护罩的戳穿度仪时 一定要将护罩牢固地安装在仪器上 以免误伤人体 影响因素 在试验过程中 试样在受如撞击的初期瞬间 经受拉伸作用 产生动态张力 当试样破裂后 戳穿头深入 从而又使试样受到撕裂的作用 a 相对湿度增大 戳穿强度也有轻微的增大 不过变化量不大 b 随打浆度提高 戳穿强度稍有增加 而后随打浆度提高 戳穿强度又开始下降 C测试结果随夹紧压力的增加而降低 尤其对于瓦楞纸板 当压力过大 试样的瓦楞被压溃 从而使截穿强度降低 但压力大小 又使试样在试验过程中松动 结果会出现偏离趋势 因此合理地控制夹紧力是必要的 d 仪器摆轴摩擦力太大 则会使测试结果偏离 e 防摩擦环是为了在摆锤戳穿试样后 保持试样开孔被撑住 从而避免试样弹回对摆产生摩擦或夹往摆杆 当这种情况发生时 摆不能自动摆