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紙張抗張強度和伸長率的測定
閱讀：6441 發(fā)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(jié)合力和纖維本身的強度影響，而纖維的結(jié)合力是影響抗張強度的決定因素。抗張強度是很多紙種應(yīng)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(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）傳動變速機構(gòu)
由電機通過皮帶、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(zhuǎn)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(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(shù)值?？潭缺P上的刻度有的分A、B兩檔，有的分A、B、C三檔，使用時可根據(jù)被測試樣執(zhí)張強度的大小選擇適宜的砝碼。
（3）伸長測量機構(gòu)
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(zhí)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(jù)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(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)卡尺測量兩夾頭間的距離。調(diào)節(jié)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(yīng)與伸長標尺的實際伸長值相符合，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，按標準規(guī)定的條件進行處理。
（2）調(diào)節(jié)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?qū)⒓垪l夾在上夾頭上（可同時夾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)試樣強度的情況，選擇適當?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，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(shù)字，伸長率準確至0.2％。紙條若在夾頭內(nèi)部或距夾口10mm以內(nèi)斷裂時，該數(shù)據(jù)應(yīng)棄去不計。
根據(jù)特定的質(zhì)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(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．按此速度進行測定，便可保證試樣斷裂時間在20土5s。
（四）結(jié)果計算
1．抗張強度
當試樣斷裂時，由儀器上指示的數(shù)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(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，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(shù)
式中 Y —抗張指數(shù)，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(shù)平均值表示結(jié)果，并報出zui大值和zui小值。
計算結(jié)果準確至三位有效數(shù)字。
5.抗張能量吸收的測定
破裂功是紙張強度和伸長率的綜合性函數(shù)，是紙張強韌性能的一項指標。其數(shù)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(tài)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(yīng)力，而使之迅速向周圍環(huán)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(yīng)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(shè)計的應(yīng)力一應(yīng)變儀，它可以通過自動積分器直接將破裂功計算出來。但為了簡便起見，目前國內(nèi)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(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(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(yīng)力—應(yīng)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(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個機臺進行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(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個試樣進行測定，分別以縱、橫向所有測定值的算術(shù)平均值計算抗張能量吸收和抗張能量吸收指數(shù)，并報出zui大值和zui小值。計算結(jié)果取三位有效數(shù)字。