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(一)定量
定量是指紙或紙板每平方米的重量,以g/m2表示。定量是紙和紙板重要的指標(biāo)之一,定量的大小會影響紙張的技術(shù)性能,但為了節(jié)約原料,增加單位使用由積,在保證使用性能的前提下,應(yīng)盡量降低紙張的定量。
1.儀器
用感量為0.01g的天平進(jìn)行稱量。天平要每隔半年用標(biāo)準(zhǔn)砝碼校對一次。
2.測定步驟
從每張?jiān)嚇由锨腥?00×100mm的試樣至少5張為一組,一并稱量;寬度在106mm以下的盤紙應(yīng)按卷盤全寬切取5條長300mm的紙條,一并稱量。并測量紙條的長、短邊 (準(zhǔn)確至0.1mm),計(jì)算面積。
3. 結(jié)果計(jì)算
定量按下式計(jì)算:
式中 G —試樣的定量,g/m2;
M —試樣總重量, g;
A —試樣總面積,m2;
a---單張?jiān)嚇用娣e,m2;
n --試樣張數(shù)。
以所有測定值的算術(shù)平均值表示結(jié)果,并報(bào)出最大值和最小值。計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字。
(二)厚度
厚度是指紙樣在測量板間經(jīng)受一定壓力所測得的紙樣兩面之間的垂直距離,其結(jié)果以mm表示。
厚度能影響紙和紙板的很多技術(shù)性能,要求一批產(chǎn)品各張紙之間的厚度應(yīng)趨一致,同一張紙不同部位之間的厚度亦應(yīng)一致,以保證使用效果。
1.儀器及工作原理
厚度測定儀(厚度計(jì))有電動和手動兩種形式。
(1)儀器結(jié)構(gòu)
包括四部分:
①測量機(jī)構(gòu):由重錘、測量頭和量砧組成。規(guī)定測量面積為0.05cm2,測量壓力為100±10kPa(1±0.1kg/cm。)。
②指示機(jī)構(gòu):為一標(biāo)準(zhǔn)型百分表或干分表,用以記錄厚度數(shù)值。其刻度的**度在0.005mm之內(nèi)。
③提升機(jī)構(gòu):用以升降測量頭,以取放紙樣。座體:由底座與上述三部分機(jī)構(gòu)連接構(gòu)成儀器的整體。
(2)工作原理
置紙樣于測量頭與量砧間,并受重錘—定的壓力,紙樣所占居的厚度通過測量桿的位移傳遞給量表內(nèi)的齒輪機(jī)構(gòu),使表針轉(zhuǎn)動一個(gè)角度而得到厚度的讀數(shù)。
2.儀器的校準(zhǔn)
(1)測量面平行度的校準(zhǔn)
將直徑1.5mm左右的鋼珠,夾持于金屬薄片上,置于兩測量面間,在測量面的5個(gè)不同位置測量其厚度,各點(diǎn)所測結(jié)果相差不得超過0.005mm。
(2)測量面單位壓力的校準(zhǔn)
用一根金屬絲,一端系在厚度計(jì)壓力桿的頂部,另一端連在事先校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度不小于100mN(10g)的天平上,測定拉力測量板所需的力,將其換算成測量板上的單位壓力應(yīng)為l 00±10kPa(1±0.1kg/cm2)。
(3)刻度值的校準(zhǔn):將指針調(diào)至零點(diǎn),然后用精度0.001mm的標(biāo)準(zhǔn)厚度塊規(guī),或經(jīng)校難的塞縫尺,在全部測量范圍內(nèi)校準(zhǔn)若干點(diǎn)的刻度值。
3.測定步驟
(1)按標(biāo)難規(guī)定采取試樣,以每張紙樣上切取100×100mm的試樣至少5張。
(2)按下?lián)軛U,抬起測量頭至足以放入紙樣的高度(若為電動的則由儀器自動控制高度)。置紙樣于測量頭與量砧之間。
(3)緩慢放松拔桿,使測量頭與紙樣接觸(若為電動的,則自動下降接觸紙樣).待指針穩(wěn)定后讀數(shù)。在紙樣的不同位置測量厚度,至少兩處。
(4)寬度在100mm以下的盤紙,應(yīng)按全寬切取5條長300mm的紙條,在每條不同位置測量其厚度,至少兩處。
4.結(jié)果計(jì)算
以所有測定值的算術(shù)平均值表示結(jié)果,并報(bào)出最大值和最小值。厚度小于0.05mm的紙準(zhǔn)確至0.001mm。厚度小于0.2mm的紙,準(zhǔn)確至0.005mm。原度在0.2mm以上的紙,推確至0.01mm。
(三)緊度和松厚度
緊度又稱表觀密度,是指每立方厘米的紙或紙板的重量。它是由定量和厚度計(jì)算而得,單位為g/cm3。緊度與紙漿品種、打漿狀況以及抄造條件有關(guān)。它是衡量紙或紙板組織結(jié)構(gòu)緊密程度的指標(biāo),它決定著紙張的透氣度、吸收性、剛性和強(qiáng)度性能等。因此,緊度是紙或紙板很重要的性能指標(biāo)之一。緊度按下式計(jì)算:
式中 D ——緊度,g/cm3 ;
G ——定量,g/m2;
t——厚度,mm。
計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確至0.01g/cm3。松厚度為緊度的倒數(shù),單位為cm3/g。
1.定義
水分是指紙或紙板在規(guī)定的烘干溫度下,烘至恒重時(shí),所減少的質(zhì)量與試樣原質(zhì)量之比,以百分?jǐn)?shù)表示。
2.儀器
(1)天平 感量0.001g。
(2)試樣容器
裝試樣及稱重用,要求密封性好。
(3)干燥器。
(4)溫度可以控制在105土2℃的烘箱。
3.試樣的選取、制備和稱量
(1)當(dāng)單位是令或包時(shí)
a.紙或紙板的定量小于或等于225g/m2;
從每令或每包的中央至少連續(xù)取4張?jiān)嚇?,將試樣快速折疊或切開,裝入容器中,容器內(nèi)裝的試樣質(zhì)量至少為50g,稱量裝有試樣的容器,并計(jì)算試樣的質(zhì)量。
b.紙或紙板的定量大于225g/m2;
從每包或每令的中部取一張或多張?jiān)嚇?。取寬?0-75mm,長度不小于150mm的樣品條。其總質(zhì)量至少為50g,立即裝入容器中,稱量裝有試樣的容器,并計(jì)算試樣的質(zhì)量。
從每令或每包的中部,連續(xù)取若干張樣品,將這些樣品按下圖切成50-75mm試樣條,并切取距離原樣品頁邊150mm以內(nèi)的紙或紙板,切好后去掉頂層和底層試樣條,將中間的兩組合并成一種試樣,從邊上切取的兩組試樣組成另外兩種試樣,每種要有兩份試樣,每份試樣質(zhì)量至少為50g,立即將各份試樣放入容器中,分別稱量裝有試樣條的各容器,計(jì)算出每個(gè)試樣的質(zhì)量。
(2)當(dāng)單位是卷筒時(shí)
將卷筒外部的損壞層全部取下棄去,如果定量小于225g/m2,至少再去三層末損壞層。如果定量大于225g/m2,至少再去一層末損壞層。將卷筒按橫向切取至少厚5mm的樣品層,然后將樣品層鋪平,技縱向切取寬50一75mm的試樣組條,從靠近卷筒兩邊上各切取一組試樣條,在兩邊之間的中部處切取另一組試樣條,或從卷筒上整幅切取。試樣切樣時(shí)注意不要使一疊樣品中的紙頁或一組樣品中的紙條分開。棄去每組試樣條的上層和底層紙頁,將余下的試樣條合并在一起組成試樣,并將不少于50g的試樣裝入容器中。若50g試樣體積過大,可用較少量試樣,但應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中說明。??
4. 試驗(yàn)步驟
取樣前,將足數(shù)潔凈、干燥的容器編上號,并在大氣中平衡,然后將每個(gè)容器稱重,并蓋好備用。
將試樣放入已烘干至恒重的容器中,打開容器的蓋子,連蓋一起放入105±2℃的烘箱中烘干,試樣也可以從容器內(nèi)取出來攤開烘,容器和蓋也在同一烘箱中烘干。當(dāng)烘干結(jié)束后,應(yīng)在烘箱內(nèi)將容器蓋好。如攤開烘,應(yīng)將紙條放回容器中蓋好。移入干燥器中,冷卻30min稱重,重復(fù)上述操作,直至兩次稱量相差不大于原試樣重的0.1%時(shí),即可認(rèn)為達(dá)到恒重。
5.結(jié)果計(jì)算
水分X(%)按下式計(jì)算:
式中 m1——烘干前試樣質(zhì)量,g;
m2——烘干后試樣質(zhì)量,g。
測試結(jié)果準(zhǔn)確至0.1%。
抗張強(qiáng)度是指紙或紙板在一定條件下所能承受的最大張力。通常以下面幾種方式表示
(1)抗張強(qiáng)度
一定寬度的試樣斷裂時(shí)所承受的張力,以kN/m表示。
(2)裂斷長
一定寬度的試樣由本身重量將其拉斷時(shí)的長度,以m表示。
紙和紙板的抗張強(qiáng)度受纖維的結(jié)合力和纖維本身的強(qiáng)度影響,而纖維的結(jié)合力是影響抗張強(qiáng)度的決定因素??箯垙?qiáng)度是很多紙種應(yīng)予測定的性能指標(biāo),對于包裝紙和紙板尤為重要,是紙袋紙、包裝紙、紙繩紙.紗管紙、電纜紙等的重要指標(biāo)。
伸長率為紙條受張力至斷裂時(shí)所增加的長度對原試樣長度的百分率,伸長率是衡量紙張韌性的一項(xiàng)指際,其值越大越能減輕外力沖擊的破壞作用,對紙袋紙、包裝紙等都是重要的性能指標(biāo)。
(一)儀器及工作原理
測定紙與紙扳用的抗張強(qiáng)度測定僅有擺錘式、扭力棒式、電感應(yīng)式等。近年在儀器的更新中出現(xiàn)了自動記錄帶數(shù)字顯示測試結(jié)果的臺式抗張力測定儀。目前用的較多的還是擺錘式,即肖伯爾式抗張強(qiáng)度測定儀,下面介紹這種儀器。
1.儀器結(jié)構(gòu)
(1)傳動變速機(jī)構(gòu)
由電機(jī)通過皮帶、摩擦輪.蝸輪蝸桿系統(tǒng),驅(qū)動試樣下夾頭升降。當(dāng)啟動電機(jī)后,右手操縱手柄,控制離合器,使下夾頭下降、停止或上升。下夾頭的行程為229mm,待達(dá)上、下限位時(shí)均能自動停機(jī)。轉(zhuǎn)動變速上的手柄,可進(jìn)行無級變速,變速范圍為40~500mm/min。
(2)抗張測量機(jī)構(gòu)
作用在下央頭上的牽引力,由試樣傳給上夾頭,再通過鏈條使用沿扇形板緩慢均勾地問左擺動一定角度至達(dá)到平衡。當(dāng)試樣被拉斷時(shí),擺被刺動爪卡住,擺上的指針即在刻度盤上指示出拉力數(shù)值??潭缺P上的刻度有的分A、B兩檔,有的分A、B、C三檔,使用時(shí)可根據(jù)被測試樣執(zhí)張強(qiáng)度的大小選擇適宜的砝碼。
(3)伸長測量機(jī)構(gòu)
實(shí)際上是指示上下夾頭在測定過程中的位移之差。指示伸長的標(biāo)尺通過執(zhí)桿滑塊及掛鉤與下夾頭連接在一起,隨下夾頭做相對運(yùn)動,伸長指示牌與上頭夾固定在一起,當(dāng)試樣斷裂時(shí),掛鉤脫開使標(biāo)尺不再隨下夾頭下降,這時(shí)指示牌在標(biāo)尺上即指示出試樣的伸長值和伸長率。
2.工作原理
是根據(jù)擺動平衡原理進(jìn)行測定的。儀器工作時(shí),由下夾頭的運(yùn)動通過試樣、上夾頭,鏈條使擺沿刻度尺轉(zhuǎn)動一定角度而指示出試樣的抗張強(qiáng)度值。
(二)儀器的校準(zhǔn)
1.抗張力標(biāo)尺的校準(zhǔn)
又起擺上的制動爪,在上夾頭口懸掛一個(gè)已知重量的琺碼,讓擺慢慢達(dá)到平衡位置,讀出指示值,同砧碼比較,其誤差不應(yīng)超過土1%。
2.伸長標(biāo)尺的校準(zhǔn)
鎖住擺,使下夾頭升至開始測定時(shí)的位置,用內(nèi)卡尺測量兩夾頭間的距離。調(diào)節(jié)指針至伸長標(biāo)尺的零點(diǎn),開動電機(jī)使下夾頭下降,測量下夾頭在任何一點(diǎn)停時(shí)兩夾頭的距離的增加值,應(yīng)與伸長標(biāo)尺的實(shí)際伸長值相符合,其誤差不應(yīng)超越0.5mm。
(三)測量步騾
(1)切取寬15mm、長約250mm縱、橫方向的試樣至少各5條,按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件進(jìn)行處理。
(2)調(diào)節(jié)儀器各部件,使指針指零,下夾頭升至最高位置,夾距一般控制在180mm,若試樣較短,可用150或100mm夾距。
(3)分別按縱、橫向?qū)⒓垪l夾在上夾頭上(可同時(shí)夾10條,紙板應(yīng)逐條加入)。調(diào)節(jié)試樣至平行,擰緊.上夾頭,松開上夾頭固定螺絲,取一條紙樣于下夾生內(nèi),用手輕輕拉直,然后夾緊下夾頭。根據(jù)試樣強(qiáng)度的情況,選擇適當(dāng)?shù)闹仨?,調(diào)節(jié)下夾頭下降速度,待下降速度能在20土5秒使試樣斷裂時(shí),即可進(jìn)行正式測定。讀取試樣斷裂時(shí)的抗張強(qiáng)度至三位有效數(shù)字,伸長率準(zhǔn)確至0.2%。紙條若在夾頭內(nèi)部或距夾口10mm以內(nèi)斷裂時(shí),該數(shù)據(jù)應(yīng)棄去不計(jì)。
根據(jù)特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,測定厚紙板的抗張強(qiáng)度時(shí),采用的寬度為50mm(若采用15mm寬度時(shí),其結(jié)果應(yīng)乘以3.3),夾距為100mm。
注:調(diào)節(jié)下夾頭下降速度可采用秒表測試外,還可以用2—3條試樣做試探性測定。為此,可將試樣斷裂時(shí)下夾頭下降距離(mm)乘以3,即可求得調(diào)速盤上每分鐘下夾頭應(yīng)該下降的速度.按此速度進(jìn)行測定,便可保證試樣斷裂時(shí)間在20土5s。
(四)結(jié)果計(jì)算
1.抗張強(qiáng)度
當(dāng)試樣斷裂時(shí),由儀器上指示的數(shù)值計(jì)算,以kN/m表示。
式中 S—抗張強(qiáng)度,kN/m;
---平均抗張力,N;
LW ---試驗(yàn)紙條的寬度,mm。
結(jié)果取三位有效數(shù)字。
2.裂斷長
式中 LB---裂斷長,km;
---平均抗張力,N;
S ---抗張強(qiáng)度,kN/m;
G ---定量,g/m2;
LW ---試樣寬度,mm;
L1 ---夾子間初始長度,mm;
m---夾子間紙條的平均質(zhì)量,mg。
若試樣的定量波動較大和**度要求較高時(shí),可由測定抗張強(qiáng)度的紙條本身的重量換算裂斷長
3.抗張指數(shù)
式中 Y —抗張指數(shù),N·m/g ;
S —抗張強(qiáng)度,k N/m;
G —定量,g/m2。
4.伸長率
式中 ξ---伸長率,%;
Δl ---伸長,mm;
l ---試樣斷裂時(shí)試樣夾間距離,mm;
l0 ---試樣夾之間的起始長度,mm。
試樣的抗張強(qiáng)度和伸長率,按縱橫向進(jìn)行測定,分別以所有測定值的算術(shù)平均值表示結(jié)果,并報(bào)出最大值和最小值。
計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確至三位有效數(shù)字。
5.抗張能量吸收的測定
破裂功是紙張強(qiáng)度和伸長率的綜合性函數(shù),是紙張強(qiáng)韌性能的一項(xiàng)指標(biāo)。其數(shù)值等于紙張?jiān)诶箯堊饔孟聫拈_始到斷裂時(shí)所吸收的總能量,即外力對紙張所做的功,以J表示。紙張單位面積所吸收的能量稱為抗張能量吸收,以J/m2表示。
破裂功是包裝紙和紙袋紙的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。過去表示紙張抗破損性能好壞都用抗張強(qiáng)度、耐破度指標(biāo)表示,但這些指標(biāo)并不能確切地反映紙張?jiān)谑芡饬_擊后而破裂的動態(tài)狀況。實(shí)際上,往往抗張強(qiáng)度、耐破度大的紙張,在使用時(shí)其破損率不一定就低;而伸長率大的紙張即使其抗張強(qiáng)度、耐破度差一點(diǎn),其破損率反倒小一些。以水泥裝袋運(yùn)搬為例,在此過程中,要受到一定沖擊力;當(dāng)紙袋紙的伸長率較高、柔韌性較好時(shí),就能夠較多地吸收這種沖擊時(shí)的應(yīng)力,而使之迅速向周圍環(huán)境擴(kuò)散,因而就不易破損:而伸長率較小,柔韌性較差的紙袋紙,在受到外界沖擊力時(shí),應(yīng)力不易迅速擴(kuò)散而集中在受力點(diǎn),因而就容易破損。所以,對這類紙張僅要求抗張強(qiáng)度、耐破度幾項(xiàng)指標(biāo)是不行的,尚須引入反映紙張強(qiáng)韌性即破裂功這項(xiàng)性能指標(biāo),才能更確切地指示出紙張的抗沖擊能力。
測定破裂功可采用專門設(shè)計(jì)的應(yīng)力一應(yīng)變儀,它可以通過自動積分器直接將破裂功計(jì)算出來。但為了簡便起見,目前國內(nèi)外多在拉力儀上進(jìn)行測定,通常采用自動記錄的電感式抗張儀或其他有自動記錄的抗張儀。
破裂功之值,即應(yīng)力—應(yīng)變曲線下邊的面積。求此面積,可用作圖方法或通過積分器求得.但實(shí)際上,許多國家通常用紙張斷裂時(shí)的拉力和伸長的乘積(拉伸積)乘以系數(shù)來近似表示。有的國家則不考慮系數(shù),直接用拉伸積表示,在一定條件下,作為相對比較,仍能起到控制生產(chǎn)的目的。破裂功系數(shù)k之值,對通過實(shí)驗(yàn)而求得,其方法是,先在拉力儀上求得試樣拉伸過程中的應(yīng)力—應(yīng)變曲線,并計(jì)算曲線下面的面積A(破裂功):再由試樣斷裂的抗張力F和伸長值ξ求出試樣的拉伸積。在進(jìn)行破裂功研究時(shí),聯(lián)邦德國測得的破裂功系數(shù),橫向kc=0.72,縱向km=0.62。
輕工業(yè)部造紙研究所于1972年到1973年曾對全國用木漿生產(chǎn)紙袋紙的17個(gè)機(jī)臺進(jìn)行361次測定,由破裂功和拉伸積導(dǎo)出的平均破裂功系數(shù),kc=0.682,km=0.582,與聯(lián)邦德國采用的系數(shù)接近。
(1)抗張能量吸收
抗張能量吸收是指紙張裂斷時(shí)的單位面積所吸收的能量,其值依下式計(jì)算:
式中 E—抗張能量吸收,J/m2;
k---破裂功系數(shù);
---抗張力,N;
ξ—伸長,m;
LW—試樣寬度,m;
L0—試樣起始長度,m。
(2)抗張能量吸收指數(shù)
由抗張能量吸收除以定量可求得!其值按下式計(jì)算:
抗張能量吸收指數(shù)的單位為J/g。
按縱橫向至少各取5個(gè)試樣進(jìn)行測定,分別以縱、橫向所有測定值的算術(shù)平均值計(jì)算抗張能量吸收和抗張能量吸收指數(shù),并報(bào)出最大值和最小值。計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字。
耐破度是指紙或紙板在單位面積上所能承受的均勻增加的最大壓力,以kPa表示。
耐破度測定簡單,廣泛用于生產(chǎn)中的測定。它是紙袋紙、包裝紙及紙板的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。耐破度與纖維長度和纖維結(jié)合力有關(guān),纖維長度和結(jié)合力高的紙張其耐破度亦高。漿料的機(jī)械處理方式及打漿程度直接影響漿料纖維的平均長度及纖維的結(jié)合力,提高打漿度,則耐破度增加,但打漿度過高,反使耐破度下降。耐破度是紙張?jiān)S多強(qiáng)度性能的綜合反映,它與抗張強(qiáng)度、伸長率、撕裂強(qiáng)度都互有影響。
目前常用的為繆倫(Mullen)式耐破度儀,分油壓和氣壓兩種。油壓耐破度儀是以甘油為壓力傳遞介質(zhì)。氣壓耐破度儀是以壓縮空氣為壓力源傳遞壓力。
1.儀器結(jié)構(gòu)
紙與紙板所用耐破度儀的結(jié)構(gòu)基本相同。其組成包括壓緊機(jī)構(gòu)、傳動加壓機(jī)構(gòu)和指示機(jī)構(gòu)三部分。
試樣的壓緊采用凸輪杠桿機(jī)構(gòu)。在上、下壓環(huán)的接觸面上刻有V形同心槽,以壓緊試樣。壓緊杠桿一般儀器采用人工操作,新型儀器采用壓縮空氣或液壓裝置自動壓緊試樣。
由電機(jī)通過皮帶或聯(lián)軸器驅(qū)使蝸桿、蝸輪和齒輪系統(tǒng)運(yùn)動,并通過離合器帶動蝸桿軸作正反旋轉(zhuǎn),使帶有皮碗的活塞在油缸內(nèi)作往復(fù)達(dá)動,從而通道油介質(zhì)對試樣進(jìn)行加壓和泄壓。
指示機(jī)構(gòu)為一與油缸相通的雙針壓力表。加壓時(shí)壓力表指針隨油缸的壓力增加而轉(zhuǎn)動。試樣破裂后,油缸泄壓,表的主針即退至零點(diǎn).副針仍停留在破裂時(shí)所達(dá)到的壓力值位置上。我室耐破儀的指示系統(tǒng)由壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和光電顯示器等組成。
2.工作原理
儀器是根據(jù)壓力傳遞的原理設(shè)計(jì)的。開動電機(jī),驅(qū)使活塞運(yùn)動,對介質(zhì)施加壓力,通過橡膠膜將壓力傳遞到壓環(huán)中間的試樣,使之逐漸凸起,直至破裂,試樣破裂時(shí)所能承受的最大壓力即為試樣的耐破度。
3.測定步驟
(1)切取70×70mm的試樣(紙板試樣為100×100mm)10張。
(2)置試樣子壓環(huán)間,并夾緊。
(3)啟動;由于壓力的逐漸增加,試樣破裂。
(4)記錄數(shù)值。
(5)提起上壓環(huán),取出破裂的試樣,放入新的試樣,進(jìn)行下一個(gè)測定,正、反面各做五次。
4.結(jié)果計(jì)算
(1)耐破度
試樣破裂時(shí),壓力表指示的數(shù)值耐破度,
(2)耐破指數(shù)
由耐破度除以定量而求得,以kPa.m2/g表示。以所有測定值的算術(shù)平均值表示結(jié)果,并報(bào)出最大值和最小值.計(jì)算結(jié)果取兩位有效數(shù)字。