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紙張抗張強度和伸長率的測定
閱讀：6493 發布時間：2010-11-25抗張強度和伸長率的測定
抗張強度是指紙或紙板在一定條件下所能承受的zui大張力。通常以下面幾種方式表示
（1）抗張強度
一定寬度的試樣斷裂時所承受的張力，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的長度，以m表示。
紙和紙板的抗張強度受纖維的結合力和纖維本身的強度影響，而纖維的結合力是影響抗張強度的決定因素。抗張強度是很多紙種應予測定的性能指標，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。
伸長率為紙條受張力至斷裂時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。
（一）儀器及工作原理
測定紙與紙扳用的抗張強度測定僅有擺錘式、扭力棒式、電感應式等。近年在儀器的更新中出現了自動記錄帶數字顯示測試結果的臺式抗張力測定儀。目前用的較多的還是擺錘式，即肖伯爾式抗張強度測定儀，下面介紹這種儀器。
1．儀器結構
（1）傳動變速機構
由電機通過皮帶、摩擦輪．蝸輪蝸桿系統，驅動試樣下夾頭升降。當啟動電機后，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，待達上、下限位時均能自動停機。轉動變速上的手柄，可進行無級變速，變速范圍為40～500mm／min。
（2）抗張測量機構
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到平衡。當試樣被拉斷時，擺被刺動爪卡住，擺上的指針即在刻度盤上指示出拉力數值。刻度盤上的刻度有的分A、B兩檔，有的分A、B、C三檔，使用時可根據被測試樣執張強度的大小選擇適宜的砝碼。
（3）伸長測量機構
實際上是指示上下夾頭在測定過程中的位移之差。指示伸長的標尺通過執桿滑塊及掛鉤與下夾頭連接在一起，隨下夾頭做相對運動，伸長指示牌與上頭夾固定在一起，當試樣斷裂時，掛鉤脫開使標尺不再隨下夾頭下降，這時指示牌在標尺上即指示出試樣的伸長值和伸長率。
2．工作原理
是根據擺動平衡原理進行測定的。儀器工作時，由下夾頭的運動通過試樣、上夾頭，鏈條使擺沿刻度尺轉動一定角度而指示出試樣的抗張強度值。
（二）儀器的校準
1．抗張力標尺的校準
又起擺上的制動爪，在上夾頭口懸掛一個已知重量的琺碼，讓擺慢慢達到平衡位置，讀出指示值，同砧碼比較，其誤差不應超過土1％。
2．伸長標尺的校準
鎖住擺，使下夾頭升至開始測定時的位置，用內卡尺測量兩夾頭間的距離。調節指針至伸長標尺的零點，開動電機使下夾頭下降，測量下夾頭在任何一點停時兩夾頭的距離的增加值，應與伸長標尺的實際伸長值相符合，其誤差不應超越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，按標準規定的條件進行處理。
（2）調節儀器各部件，使指針指零，下夾頭升至zui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、橫向將紙條夾在上夾頭上（可同時夾10條，紙板應逐條加入）。調節試樣至平行，擰緊．上夾頭，松開上夾頭固定螺絲，取一條紙樣于下夾生內，用手輕輕拉直，然后夾緊下夾頭。根據試樣強度的情況，選擇適當的重砣，調節下夾頭下降速度，待下降速度能在20土5秒使試樣斷裂時，即可進行正式測定。讀取試樣斷裂時的抗張強度至三位有效數字，伸長率準確至0.2％。紙條若在夾頭內部或距夾口10mm以內斷裂時，該數據應棄去不計。
根據特定的質量標準要求，測定厚紙板的抗張強度時，采用的寬度為50mm（若采用15mm寬度時，其結果應乘以3.3），夾距為100mm。
注：調節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，可將試樣斷裂時下夾頭下降距離（mm）乘以3，即可求得調速盤上每分鐘下夾頭應該下降的速度．按此速度進行測定，便可保證試樣斷裂時間在20土5s。
（四）結果計算
1．抗張強度
當試樣斷裂時，由儀器上指示的數值計算，以kN／m表示。
式中 S—抗張強度，kN/m；
---平均抗張力，N；
LW ---試驗紙條的寬度，mm。
結果取三位有效數字。
2．裂斷長 
式中 LB---裂斷長，km；
---平均抗張力，N；
S ---抗張強度，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量，mg。
若試樣的定量波動較大和度要求較高時，可由測定抗張強度的紙條本身的重量換算裂斷長
3．抗張指數
式中 Y —抗張指數，N·m／g ；
S —抗張強度，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。
試樣的抗張強度和伸長率，按縱橫向進行測定，分別以所有測定值的算術平均值表示結果，并報出zui大值和zui小值。
計算結果準確至三位有效數字。
5.抗張能量吸收的測定
破裂功是紙張強度和伸長率的綜合性函數，是紙張強韌性能的一項指標。其數值等于紙張在拉力抗張作用下從開始到斷裂時所吸收的總能量，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重要性能指標。過去表示紙張抗破損性能好壞都用抗張強度、耐破度指標表示，但這些指標并不能確切地反映紙張在受外力沖擊后而破裂的動態狀況。實際上，往往抗張強度、耐破度大的紙張，在使用時其破損率不一定就低；而伸長率大的紙張即使其抗張強度、耐破度差一點，其破損率反倒小一些。以水泥裝袋運搬為例，在此過程中，要受到一定沖擊力；當紙袋紙的伸長率較高、柔韌性較好時，就能夠較多地吸收這種沖擊時的應力，而使之迅速向周圍環境擴散，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，應力不易迅速擴散而集中在受力點，因而就容易破損。所以，對這類紙張僅要求抗張強度、耐破度幾項指標是不行的，尚須引入反映紙張強韌性即破裂功這項性能指標，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計的應力一應變儀，它可以通過自動積分器直接將破裂功計算出來。但為了簡便起見，目前國內外多在拉力儀上進行測定，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，即應力—應變曲線下邊的面積。求此面積，可用作圖方法或通過積分器求得．但實際上，許多國家通常用紙張斷裂時的拉力和伸長的乘積（拉伸積）乘以系數來近似表示。有的國家則不考慮系數，直接用拉伸積表示，在一定條件下，作為相對比較，仍能起到控制生產的目的。破裂功系數k之值，對通過實驗而求得，其方法是，先在拉力儀上求得試樣拉伸過程中的應力—應變曲線，并計算曲線下面的面積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。在進行破裂功研究時，聯邦德國測得的破裂功系數，橫向kc＝0.72，縱向km＝0.62。
輕工業部造紙研究所于1972年到1973年曾對全國用木漿生產紙袋紙的17個機臺進行361次測定，由破裂功和拉伸積導出的平均破裂功系數，kc＝0.682，km＝0.582，與聯邦德國采用的系數接近。
（1）抗張能量吸收
抗張能量吸收是指紙張裂斷時的單位面積所吸收的能量，其值依下式計算：
式中 E—抗張能量吸收，J/m2；
k---破裂功系數；
---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
由抗張能量吸收除以定量可求得!其值按下式計算：
抗張能量吸收指數的單位為J／g。
按縱橫向至少各取5個試樣進行測定，分別以縱、橫向所有測定值的算術平均值計算抗張能量吸收和抗張能量吸收指數，并報出zui大值和zui小值。計算結果取三位有效數字。