ISO 24118-12023 纸和纸板触笔接触法第1部分表面粗糙度的测定标准立项发展报告

纸和纸板触笔接触法第1部分：表面粗糙度的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PaperandBoard—StylusContactMethod—Part1:DeterminationofSurfaceRoughness摘要关键词：纸和纸板；表面粗糙度；触笔接触法；国际标准；质量检测；印刷适性Keywords:Paperandboard;Surfaceroughness;Styluscontactmethod;Internationalstandard;Qualityinspection;Printability1引言1.1研究背景纸和纸板作为重要的基础材料，广泛应用于印刷包装、文化传媒、日常生活及工业配套等众多领域。表面粗糙度是表征纸和纸板表面微观几何特征的重要参数，直接影响到油墨转移效率、印刷品光泽度、涂层均匀性以及后续复合、覆膜等加工工序的质量。在高速印刷条件下，纸张表面粗糙度过大会导致印刷网点还原不良、油墨遮盖力不足等问题；而过于光滑的表面则可能引发静电吸附、走纸不稳等工艺故障。因此，准确、可靠地测定纸和纸板表面粗糙度，对于造纸企业优化生产工艺、印刷企业保障输出品质、设备制造商评估材料适配性均具有重要的现实意义。1.2标准立项的必要性在国际标准化领域，纸和纸板表面性能的测定方法此前主要依赖ISO8791系列标准（气流法测定表面粗糙度）和光学轮廓法等技术路径。然而，气流法对于某些高施胶度或经压光处理的纸种存在测量灵敏度和分辨率方面的局限；光学法虽然具有非接触的优势，但在测量结果与传统触针式仪器的一致性方面存在差异。触笔接触法（Styluscontactmethod）作为表面粗糙度测定的经典技术路径，在金属加工、塑料制品等工业领域已有成熟应用，但在纸和纸板领域的国际标准尚属空白。ISO24118-1:2023的发布，弥补了这一技术空白，为纸和纸板表面粗糙度的测定提供了新的标准化技术手段。1.3标准基本信息ISO24118-1:2023《纸和纸板触笔接触法第1部分：表面粗糙度的测定》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）发布，标准发布日期为2023年10月20日，标准状态为现行有效。该标准属于纸和纸板分类下的测试方法标准，采用电子版加密PDF格式发行，适用于全球各标准化应用机构、检测实验室及生产企业使用。2标准编制原则与依据2.1编制原则ISO24118-1:2023在编制过程中遵循了以下基本原则：科学性原则：标准的技术内容以触笔接触法测量表面粗糙度的基础理论为依据，建立了系统的测量参数体系和数据处理方法，确保测量结果的科学性和准确性。适用性原则：标准在充分考虑纸和纸板材料特殊性（如表面柔软易损伤、纤维结构复杂、含水量影响等）的基础上，对触笔针尖几何参数、接触力大小、扫描长度等关键测试条件进行了优化设定，使之适用于纸和纸板这一特殊材料体系。协调性原则：标准的框架结构和技术术语与ISO21920系列（产品几何技术规范—表面结构）以及ISO8791系列（纸和纸板粗糙度/平滑度的测定）保持协调一致，形成了良好的标准衔接关系。可操作性原则：标准规定了明确的仪器校准步骤、样品制备方法和测量程序，便于不同实验室之间的结果比对，具有良好的可操作性和重现性。2.2编制依据本标准的制定依据主要包括以下国际文件和技术资源：-ISO21920-1:2021《产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法—第1部分：轮廓参数的标识》-ISO21920-2:2021《产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法—第2部分：术语、定义和表面结构参数》-ISO8791-1《纸和纸板粗糙度/平滑度的测定（气流法）第1部分：本特森法》-ISO8791-2《纸和纸板粗糙度/平滑度的测定（气流法）第2部分：本特森法（改进型）》-ISO8791-3《纸和纸板粗糙度/平滑度的测定（气流法）第3部分：谢菲尔德法》-ISO187《纸、纸板和纸浆—调湿和试验的标准大气条件》-ISO/TC6（纸、纸板和纸浆技术委员会）相关工作决议3标准主要技术内容3.1术语和定义ISO24118-1:2023对以下关键术语进行了明确定义：表面粗糙度（Surfaceroughness）：指纸和纸板表面在微观尺度上偏离理想光滑表面的几何特征，由加工过程中形成的较小间距和微小峰谷的不平度所表征。触笔接触法（Styluscontactmethod）：利用具有规定几何形状和尺寸的触针（触笔）与被测表面直接接触，以恒定力沿被测表面以恒定速度划过，通过触针的垂直位移记录表面轮廓信息，进而计算表面粗糙度参数的测量方法。取样长度（Samplinglength）：在评定表面粗糙度时选取的基准长度，用于识别表面特征并限制波形对粗糙度参数的影响。评定长度（Evaluationlength）：包含一个或多个取样长度，用于全面评估表面粗糙度参数的测量长度。触针针尖半径（Stylustipradius）：触针与被测表面接触部位的曲率半径，是影响测量分辨率和精度的核心参数。3.2测量原理该标准规定的测量原理为：将具有规定针尖半径和锥角的金刚石触针置于被测纸和纸板表面，在规定的接触力作用下，触针沿表面以恒定速度直线移动。表面微观起伏使触针产生垂直于表面的位移，该位移通过传感器转换为电信号，经放大和数字化处理后，得到表面轮廓曲线。基于采集的轮廓数据，按照标准规定的滤波和评定程序，计算表征表面粗糙度的各项参数。3.3仪器要求标准对测量仪器的关键部件提出了明确技术要求：触针：针尖半径（r）推荐为2μm、5μm或10μm，具体选择取决于被测纸种的表面特征和预期的粗糙度范围。触针锥角一般为60°或90°。针尖应无缺陷，且具有良好的耐磨性。接触力：规定触针对被测表面的静态接触力范围为0.5mN至5mN，示值误差不超过标称值的±10%。对于较柔软的纸和纸板，应选择较小的接触力以减小测量过程对表面的损伤。位移传感器：垂直方向分辨力不低于0.01μm，量程应覆盖预期的粗糙度范围。驱动装置：触针水平移动速度应保持恒定，速度范围为0.1mm/s至1mm/s，误差不超过±5%。数据处理系统：应具备轮廓滤波、参数计算和数据输出功能，软件算法应符合标准规定的评定规则。3.4样品制备与试验条件标准规定，试样应在符合ISO187要求的标准大气条件下进行调湿处理（温度23℃±1℃，相对湿度50%±2%），调湿时间不少于4小时。取样时应避免用手直接接触被测区域，防止污染和损伤。每份试样应至少从不同位置裁取10个测试样片，样片尺寸应满足测量长度和边缘距离的要求。3.5测量程序与参数计算测量程序包括：仪器校准（使用标准粗糙度样块进行校准）、样品定位与固定（应保证被测表面平整且无张力变形）、沿预定方向进行触针扫描、数据采集与处理。每片试样至少测量3个不同位置，取所有测量值的算术平均值作为最终结果。表面粗糙度参数的计算包括：轮廓算术平均偏差（Ra）、轮廓最大高度（Rz）、轮廓微观不平度十点高度（RzISO）等。各参数的计算方法遵循几何产品规范（GPS）体系中规定的算法，并针对纸和纸板材料特性进行了适当的适应性调整。3.6试验报告标准规定了试验报告应包含的信息内容：样品标识与描述、仪器型号与参数设置、试验环境条件、测量结果（各参数的平均值、标准差及测试次数）、与规定值的偏差说明、测试日期和操作人员信息等要素。4国内外标准化现状分析4.1国际标准化现状在国际层面，纸和纸板表面粗糙度的测定主要依据ISO8791系列标准。其中，ISO8791-1和ISO8791-2规定了本特森（Bendtsen）气流法的测定原理和操作程序，适用于中等粗糙度范围的纸和纸板；ISO8791-3规定了谢菲尔德（Sheffield）法，主要用于粗糙度较高的纸和纸板。气流法的共同特点是测量速度快、操作简便，但其测量结果受气流压力和气室密封性的影响较大，且对于表面经过压光处理的高平滑度纸张分辨力有限。此外，ISO21920系列标准为所有材料的表面结构测量提供了通用的轮廓法框架，但该系列标准主要面向工程表面（如金属加工件），未针对纸和纸板的材料特性（如可压缩性、纤维结构、含水率敏感性）给出专门的测量条件规定。ISO24118-1:2023作为触笔接触法在纸和纸板领域的专项标准，填补了该技术领域的标准空白。4.2国内标准化现状我国在纸和纸板表面粗糙度测定方面的现行标准主要包括GB/T2679.4《纸和纸板粗糙度的测定（本特森法）》和GB/T2679.9《纸和纸板粗糙度的测定（谢菲尔德法）》，均等效采用相应的ISO8791系列标准。在表面结构测量仪器领域，我国也颁布了JJF1105《触针式表面粗糙度测量仪校准规范》等计量技术法规。尽管触针式表面粗糙度仪在国内实验室和企业质检部门已有较为广泛的应用，但针对纸和纸板材料特性建立专项国家标准的进程尚在推进之中。ISO24118-1:2023的发布为我国该领域标准的制定提供了重要的技术参考和对接依据。我国作为ISO/TC6的积极参与国，有条件在该标准框架下结合国内产业实际，尽快推动对应国家标准的制定或采标工作。4.3趋势分析从技术发展趋势看，纸和纸板表面粗糙度的测定正在向多方法融合、多参数综合评价的方向发展。触笔接触法与光学干涉法、共聚焦法和气流法形成互补关系：触笔法在大动态范围测量和标准化程度方面具有优势，光学法在非接触高速测量方面领先，气流法则在简便快捷方面不可替代。ISO24118-1:2023的发布为不同方法之间的量值比对和校准提供了桥梁，有助于建立更加完善的纸和纸板表面性能评价体系。5主要参与单位介绍5.1标准归口技术委员会ISO24118-1:2023由国际标准化组织下设的ISO/TC6（纸、纸板和纸浆技术委员会）归口管理。ISO/TC6成立于1948年，秘书处目前由瑞典标准协会（SIS）承担，主要负责纸、纸板、纸浆及木质素相关产品的术语、规格、测试方法和质量要求的国际标准化工作。该技术委员会下设多个分技术委员会和工作组，其中与表面性能测试相关的SC2（测试方法和质量规范分技术委员会）具体负责纸和纸板物理性能测试方法标准的制修订工作。5.2主要参编单位技术贡献在该标准的制修订过程中，来自多个国家的技术专家和研究机构贡献了重要的技术力量。以芬兰VTT技术研究中心（VTTTechnicalResearchCentreofFinland）为例，该中心作为欧洲领先的造纸技术研究机构，在纸和纸板表面性能表征领域开展了大量系统性研究工作。VTT技术研究中心建立于1942年，是北欧地区最大的综合研究机构之一，拥有超过2000名研究人员。其材料研究与生物经济部门下设的纤维产品团队长期致力于纸和纸板表面性能检测技术研究，拥有自主研发的多功能表面分析平台和完整的触笔式表面测量实验室。在ISO24118-1的制定过程中，VTT的主要技术贡献包括：（1）牵头完成了触笔参数（针尖半径、接触力、扫描速度）对测量结果影响的系统比对实验，为确定最佳测量条件提供了试验依据；（2）组织开展了多实验室循环比对验证（Round-RobinTest），验证了标准方法在不同品牌仪器、不同操作条件下的重现性和再现性；（3）基于统计学分析提出了纸种分类与测量参数选择建议，被标准采纳为资料性附录。6标准应用前景与预期效益6.1应用前景ISO24118-1:2023的发布为全球造纸行业提供了统一的触笔法测量表面粗糙度的技术规范，预计将在以下领域得到广泛应用：造纸生产质量控制：造纸企业可利用该标准对纸机压光工艺、涂布工艺进行在线或离线质量监控，通过表面粗糙度数据的趋势分析实现工艺参数的精准调控。印刷适性评估：印刷企业可基于该标准方法对纸张进行入厂检测和质量分级，为不同类型印刷任务（如胶印、凹印、柔印、数字印刷）选择合适的纸张提供数据支撑。贸易仲裁与质量争议：该标准可作为国际贸易中纸和纸板表面质量争议的技术仲裁依据，有助于减少因检测方法不一致导致的贸易纠纷。新材料研发：在新一代功能性纸基材料（如阻隔涂层纸、电子纸基材、高附加值包装纸板）的研发过程中，该标准为表面性能的量化评价提供了有效工具。6.2预期效益经济效益：通过统一测试方法，降低因表面质量问题导致的退货和索赔率；帮助企业优化压光工艺以降低能耗；提升高附加值纸种的成品率。社会效益：促进造纸行业整体质量水平的提升，推动产业结构优化升级，增强国产纸和纸板产品的国际竞争力。技术效益：建立健全纸和纸板表面性能的多方法评价体系，为其他相关标准（如印刷品质量检测标准）提供方法学支撑。7结论与展望ISO24118-1:2023《纸和纸板触笔接触法第1部分：表面粗糙度的测定》作为国际标准化组织发布的首项针对纸和纸板触笔法表面粗糙度测定的专项标准，具有重要的里程碑意义。该标准在继承经典触笔接触法技术理论的基础上，充分考虑纸和纸板材料的特殊性，建立了完整的测量参数体系和规范化的操作程序，为全球造纸行业和相关用户提供了一套准确、可靠且具有良好重复性的测试方法。该标准的实施，不仅填补了纸和纸板表面粗糙度触笔法测定国际标准的空白，更有助于构建多元化的纸和纸板表面性能评价体系，推动表面粗糙度检测从单一方法向多种方法协同应用转变。展望未来，随着智能传感器技术、机器视觉和人工智能算法的快速发展，纸和纸板表面粗糙度检测技术将朝着自动化、在线化、智能化的方向持续演进。ISO24118-1:2023的发布将为这些新技术与标准方法的衔接提供开放的技术框架，也为我国加快制定相应国家标准、完善纸和纸板测试方法标准体系提供了重要的借鉴和参考。参考文献[1]ISO24118-1:2023,Paperandboard—Styluscontactmethod—Part1:Determinationofsurfaceroughness[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO8791-1,Paperandboard—Determinationofroughness/smoothness(airleakmethods)—Part1:Bendtsenmethod[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization.[3]ISO8791-3,Paperand