纸张抗张强度和伸长率的测定

抗张强度和伸长率的测定

　 抗张强度是指纸或纸板在一定条件下所能承受的zui大张力。通常以下面几种方式表示
　 （1）抗张强度
　 一定宽度的试样断裂时所承受的张力，以kN／m表示。
　 （2）裂断长
　 一定宽度的试样由本身重量将其拉断时的长度，以m表示。
　 纸和纸板的抗张强度受纤维的结合力和纤维本身的强度影响，而纤维的结合力是影响抗张强度的决定因素。抗张强度是很多纸种应予测定的性能指标，对于包装纸和纸板尤为重要，是纸袋纸、包装纸、纸绳纸．纱管纸、电缆纸等的重要指标。
　 伸长率为纸条受张力至断裂时所增加的长度对原试样长度的百分率，伸长率是衡量纸张韧性的一项指际，其值越大越能减轻外力冲击的破坏作用，对纸袋纸、包装纸等都是重要的性能指标。
（一）仪器及工作原理
　 测定纸与纸扳用的抗张强度测定仅有摆锤式、扭力棒式、电感应式等。近年在仪器的更新中出现了自动记录带数字显示测试结果的台式抗张力测定仪。目前用的较多的还是摆锤式，即肖伯尔式抗张强度测定仪，下面介绍这种仪器。
　 1．仪器结构
　 （1）传动变速机构
　 由电机通过皮带、摩擦轮．蜗轮蜗杆系统，驱动试样下夹头升降。当启动电机后，右手操纵手柄，控制离合器，使下夹头下降、停止或上升。下夹头的行程为229mm，待达上、下限位时均能自动停机。转动变速上的手柄，可进行无级变速，变速范围为40～500mm／min。
　 （2）抗张测量机构
　 作用在下央头上的牵引力，由试样传给上夹头，再通过链条使用沿扇形板缓慢均勾地问左摆动一定角度至达到平衡。当试样被拉断时，摆被刺动爪卡住，摆上的指针即在刻度盘上指示出拉力数值。刻度盘上的刻度有的分A、B两档，有的分A、B、C三档，使用时可根据被测试样执张强度的大小选择适宜的砝码。
　 （3）伸长测量机构
　 实际上是指示上下夹头在测定过程中的位移之差。指示伸长的标尺通过执杆滑块及挂钩与下夹头连接在一起，随下夹头做相对运动，伸长指示牌与上头夹固定在一起，当试样断裂时，挂钩脱开使标尺不再随下夹头下降，这时指示牌在标尺上即指示出试样的伸长值和伸长率。
　 2．工作原理
　 是根据摆动平衡原理进行测定的。仪器工作时，由下夹头的运动通过试样、上夹头，链条使摆沿刻度尺转动一定角度而指示出试样的抗张强度值。
（二）仪器的校准
　 1．抗张力标尺的校准
　 又起摆上的制动爪，在上夹头口悬挂一个已知重量的珐码，让摆慢慢达到平衡位置，读出指示值，同砧码比较，其误差不应超过土1％。
　 2．伸长标尺的校准
锁住摆，使下夹头升至开始测定时的位置，用内卡尺测量两夹头间的距离。调节指针至伸长标尺的零点，开动电机使下夹头下降，测量下夹头在任何一点停时两夹头的距离的增加值，应与伸长标尺的实际伸长值相符合，其误差不应超越0.5mm。
（三）测量步骡
　 （1）切取宽15mm、长约250mm纵、横方向的试样至少各5条，按标准规定的条件进行处理。
　 （2）调节仪器各部件，使指针指零，下夹头升至zui高位置，夹距一般控制在180mm，若试样较短，可用150或100mm夹距。
　 （3）分别按纵、横向将纸条夹在上夹头上（可同时夹10条，纸板应逐条加入）。调节试样至平行，拧紧．上夹头，松开上夹头固定螺丝，取一条纸样于下夹生内，用手轻轻拉直，然后夹紧下夹头。根据试样强度的情况，选择适当的重砣，调节下夹头下降速度，待下降速度能在20土5秒使试样断裂时，即可进行正式测定。读取试样断裂时的抗张强度至三位有效数字，伸长率准确至0.2％。纸条若在夹头内部或距夹口10mm以内断裂时，该数据应弃去不计。
根据特定的质量标准要求，测定厚纸板的抗张强度时，采用的宽度为50mm（若采用15mm宽度时，其结果应乘以3.3），夹距为100mm。
　 注：调节下夹头下降速度可采用秒表测试外，还可以用2—3条试样做试探性测定。为此，可将试样断裂时下夹头下降距离（mm）乘以3，即可求得调速盘上每分钟下夹头应该下降的速度．按此速度进行测定，便可保证试样断裂时间在20土5s。
（四）结果计算
　 1．抗张强度
　 当试样断裂时，由仪器上指示的数值计算，以kN／m表示。
　 　 式中　 S—抗张强度，kN/m；
　 　 　 　 　 　 　---平均抗张力，N；
　 　 　 　 　 　 　LW ---试验纸条的宽度，mm。
　 结果取三位有效数字。
　 2．裂断长

　 式中　 　 　 　 LB---裂断长，km；
　 　 　 　 　 　 ---平均抗张力，N；
　 　 　 　 　 　 S ---抗张强度，kN/m；
　 　 　 　 　 　 G ---定量，g/m2；
　 　 　 　 　 　 LW ---试样宽度，mm；
　 　 　 　 　 　 L1 ---夹子间初始长度，mm；
　 　 　 　 　 　 m---夹子间纸条的平均质量，mg。
　 若试样的定量波动较大和度要求较高时，可由测定抗张强度的纸条本身的重量换算裂断长
　 3．抗张指数
　

　 式中　 　 　Y —抗张指数，N·m／g ；
　 　 　 　 　 S —抗张强度，k N／m；
　 　 　 　 　 G —定量，g／m2。
　 4．伸长率
　
　 式中　 　 　ξ---伸长率，%；
　 　 　 　 　Δl ---伸长，mm；
　 　 　 　 　l ---试样断裂时试样夹间距离，mm；
　 　 　 　 　l0 ---试样夹之间的起始长度，mm。
　 试样的抗张强度和伸长率，按纵横向进行测定，分别以所有测定值的算术平均值表示结果，并报出zui大值和zui小值。
　 计算结果准确至三位有效数字。
　 5.抗张能量吸收的测定
　 破裂功是纸张强度和伸长率的综合性函数，是纸张强韧性能的一项指标。其数值等于纸张在拉力抗张作用下从开始到断裂时所吸收的总能量，即外力对纸张所做的功，以J表示。纸张单位面积所吸收的能量称为抗张能量吸收，以J／m2表示。
　 破裂功是包装纸和纸袋纸的一项重要性能指标。过去表示纸张抗破损性能好坏都用抗张强度、耐破度指标表示，但这些指标并不能确切地反映纸张在受外力冲击后而破裂的动态状况。实际上，往往抗张强度、耐破度大的纸张，在使用时其破损率不一定就低；而伸长率大的纸张即使其抗张强度、耐破度差一点，其破损率反倒小一些。以水泥装袋运搬为例，在此过程中，要受到一定冲击力；当纸袋纸的伸长率较高、柔韧性较好时，就能够较多地吸收这种冲击时的应力，而使之迅速向周围环境扩散，因而就不易破损：而伸长率较小，柔韧性较差的纸袋纸，在受到外界冲击力时，应力不易迅速扩散而集中在受力点，因而就容易破损。所以，对这类纸张仅要求抗张强度、耐破度几项指标是不行的，尚须引入反映纸张强韧性即破裂功这项性能指标，才能更确切地指示出纸张的抗冲击能力。
　 测定破裂功可采用专门设计的应力一应变仪，它可以通过自动积分器直接将破裂功计算出来。但为了简便起见，目前国内外多在拉力仪上进行测定，通常采用自动记录的电感式抗张仪或其他有自动记录的抗张仪。
　 破裂功之值，即应力—应变曲线下边的面积。求此面积，可用作图方法或通过积分器求得．但实际上，许多国家通常用纸张断裂时的拉力和伸长的乘积（拉伸积）乘以系数来近似表示。有的国家则不考虑系数，直接用拉伸积表示，在一定条件下，作为相对比较，仍能起到控制生产的目的。破裂功系数k之值，对通过实验而求得，其方法是，先在拉力仪上求得试样拉伸过程中的应力—应变曲线，并计算曲线下面的面积A（破裂功）：再由试样断裂的抗张力F和伸长值ξ求出试样的拉伸积。在进行破裂功研究时，联邦德国测得的破裂功系数，横向kc＝0.72，纵向km＝0.62。
　 轻工业部造纸研究所于1972年到1973年曾对全国用木浆生产纸袋纸的17个机台进行361次测定，由破裂功和拉伸积导出的平均破裂功系数，kc＝0.682，km＝0.582，与联邦德国采用的系数接近。
　 （1）抗张能量吸收
　
　 抗张能量吸收是指纸张裂断时的单位面积所吸收的能量，其值依下式计算：
　 式中　 　 E—抗张能量吸收，J/m2；
　 　 　 　 k---破裂功系数；
　 　 　 　 ---抗张力，N；
　 　 　 　 ξ—伸长，m；
　 　 　 　 LW—试样宽度，m；
　 　 　 　 L0—试样起始长度，m。
　 （2）抗张能量吸收指数
　 由抗张能量吸收除以定量可求得!其值按下式计算：
　
　 抗张能量吸收指数的单位为J／g。
　 按纵横向至少各取5个试样进行测定，分别以纵、横向所有测定值的算术平均值计算抗张能量吸收和抗张能量吸收指数，并报出zui大值和zui小值。计算结果取三位有效数字。