原纸弹性模量测定方法

1、原纸弹性模量测定方法一、弓丨言纸和纸板在包装中的主要用途有：用做包裹材料、用于制袋、 生产纸盒和生产结构型材料(如瓦楞纸板、蜂窝纸板等)。我们通常 将用于生产结构型材料的纸称为原纸。当 纸用于商品外包装时，纸 的力学性能通常由耐折度、撕裂度、环压强度、耐破度、戳穿强度 等性能指标表示。随着国际上对“白色污染”问题的重视，EPS发 泡塑料的禁用，纸包装材料越来越多地制成结构型材料用于缓冲包 装之中。而评估缓冲材料缓冲性能的参数通常是缓冲系数。用原纸 制作结构型缓冲材料的方式非常多，究竟哪种结构方式适合于产品 的缓冲包装呢？我们不可能把每种结构形式均制出原型产品进行性 能测试，因此，有必要根据原纸

2、的力学性能推算结构型材料的缓冲 性能。GIBSON 1曾经研究过六角形蜂窝结构的力学性能与蜂窝原材 料力学性能之间的关系，主要是用结构参数和蜂窝原材料的弹性模 量联系起来.Kellicutt 2公式也给出了瓦楞纸板的强度与原纸强 度之间的关系。这些经典的理论均可作为新型结构型纸质缓冲材料 开发的依据。为了推算结构型纸质材料的缓冲性能与原纸之间的关 系，通常需要用到原纸材料的弹性模量。原纸的弹性模量也是评价 原纸的抗弯和环压性能的一个综合指标。目前很难查到纸的弹性模量测试方法，也未见其测试标准，由 于原纸是一种非常易于弯曲且很薄、边压强度又较低的材料，使得 原纸的压缩弹性模量测量起来非常困难。文

3、献【3】曾用挺度仪测 量纸板弯折15 0的挺度。再根据挺度的定义和计算公式：*f( 1)式(1)中，S是蜂窝原纸的挺度，F是Taber挺度仪悬臂的载荷， r是弯曲力矩的有效半径，G是挺度仪顺时针或逆时针旋转150时 的读数，是重量系数，0. 5。根据挺度仪的工作原理，杨氏模量 E可以描述为：式(2)中，W是试样的宽度，t是试样的厚度，将方程(1)代人方 程得：ion/5 - Wt根据公式可以计算原纸的弹性模量。它更趋向于表征原纸 的弯曲弹性模量，这样的测试方法比较繁琐，且数据的准确性依赖 于挺度仪精度和人工读数。本文试图借鉴文献4塑料弹性模量测 试方法测量，并结合原纸的特性，找出比较适合于原纸

4、弹 性模量的测试方法。二、测试材料及方法原纸采用定量分别为230g m2和350g m2的国产牛皮纸板。 其纸厚分别是0 29mm和0. 49mm.采用边压强度取样仪取样，试 样尺寸规格为12 . 7mmx 125mm,纵横向各10条。试样在20 %、相 对湿度为65 %下处理24h。取出试样在5min内完成实验。试验仪器为5000N电子拉伸计，由于原纸较薄(其厚度<0 . 5mm).用电子拉伸计的夹具固定时很难夹紧，易于打滑，因此 在测试纸条固定时要在不影响原纸性能的情况下，先给试样一个预 应力才能固定好，所以测试结果的应力应变点并非始于0点。电子 拉伸计的 标距是65mm,应 变率为

5、(1 ± 0 . 5)mm min -1。参照的实验标准为：JB / T6544 1993中华人民共和国机械行 业标准，塑料拉伸和弯曲弹性模量试验方法。三、试验结果及分析根据弹性模量的定义，它指的是在弹性极限内，线性应力与线 性应变的比值。从原纸的拉伸力位移曲线可知，该材料的纵向拉伸 线性区在位移为0. 5-lmm之间。横向拉伸线弹性区在0. 5-0 . 8mm 原纸弹性模量的计算可根据其定义来计算：式(4)中，c为拉伸应力，&为拉伸应变，根据应力应变的定义， c和£可以分别描述为：其中：P-原纸的拉伸载荷；t-原纸的厚度；b 一试样的宽度，本试验中b=12 . 7

6、mm;l-拉伸位移，单位：mm;L-试验时拉伸计的跨度，本试验中L=65mm。定量350g.m-2和230g.m -2纵横向拉伸应力应变如图1(a)和图 1(b)所示。为了便于弹性模量的计算，将初始弹性变形区放大，得 到图2所示的结果。根据公式(4)(6)可以求出原纸的纵横向弹性 模量。定量350g.m -2牛皮纸板的纵向弹性模量E纵为2 . 32GPa，横 向弹性模量E横为1 . 36GPa :定量为230g.m -2牛皮纸的纵向弹性模 量E纵为2 . 82GPa，横向弹性模量E横为1 . 23GPa。试验结果表明，原纸的拉伸总是经历弹性区和塑性区，原纸横 向表现出非常明显的塑性；原纸的纵向弹性模量远大于横向弹性模 量，一般采用原纸的纵向作为承载方向；定量大的原纸的弹性模量 不一定大于定量小的原纸的弹性模量，要根据具体的纸板材料而上述方法可以用于原纸弹性模量的检验，值得注意的是在原纸 固定时需给原纸一个不大于10N的预应力，以防原纸测试过程中打 滑；原纸应在预定的温湿度下进行处理；计算原纸弹性模量时需根 据具体的实验曲线来选择线弹性区的关键点(文中。原纸纵向线弹图1 原纸