一、內(nèi)結(jié)合強度簡介

在多層紙產(chǎn)品的生產(chǎn)中，內(nèi)結(jié)合強度的控制尤其重要。內(nèi)結(jié)合強度過低，在印刷、制盒時可能會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，影響用戶使用。過高的內(nèi)結(jié)合強度會給加工帶來難度，同時加大了公司的成本。內(nèi)結(jié)合強度達到一定值就不會影響使用，從節(jié)約資源的角度考慮，內(nèi)結(jié)合強度達到一定值不影響使用是最合理的。

內(nèi)結(jié)合強度有兩種檢測方法：一種是scott法，對應的檢測方法標準是GB/T 26203-2010《紙和紙板 內(nèi)結(jié)合強度的測定（Scott)》；另外一種是Z向抗張法，對應的檢測方法標準是GB/T 31110-2014 《紙和紙板Z向抗張強度的測定》。這兩種方法有相似之處，但又完全不同。相同之處是兩種方法都是檢測材料厚度方向的紙層和粘膠的接合強度。不同之處是這兩種方法的基本原理不同，Z向抗張強度是測量分離試樣所需的最大力值，以千帕kPa表示，測試速度慢；Scott型內(nèi)結(jié)合強度是測量分離試樣所需的能量，以焦耳每平方米J/m²表示，瞬間打破，速度極快。其測試原理及測試方法區(qū)別如下圖1和圖2示意圖所示。

圖1   Z向抗張強度              圖2 Scott型

Scott型的檢測方法最常用，新修訂的產(chǎn)品標準上有具體的規(guī)定，如涂布白卡紙、固體食品包裝紙、液體食品包裝紙規(guī)定內(nèi)結(jié)合強度按GB/T 26203進行測定。

Z向抗張強度的檢測方法，雖然有相應的國標GB/T 31110-2014，也有對應的ISO國標標準，但是Z向抗張強度檢測儀器現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)較少，部分院所采用國外引進設備且數(shù)量少，價格高昂。國外像L&W公司只有Z向抗張強度，而TMI、IDM和Thwing-Albert等設備制造商這兩種檢測方法儀器均有生產(chǎn)制造。本文主要介紹Z向抗張強度檢測方法及檢測儀器設備使用規(guī)范。

二、參考方法標準

GB/T 31110-2014 、ISO 15754-2009、TAPPI T541-2015

三、檢測原理

用雙面膠將試樣粘貼于兩塊平整的金屬盤之間，給試樣施加一定的壓力，并保持加壓至規(guī)定的時間。利用抗張測定儀沿試樣的Z向施加張力，在規(guī)定的加荷時間內(nèi)使試樣破壞，儀器記錄整個拉伸過程中最大的抗張力，以單位面積試樣所能承受的最大張力作為Z向抗張強度，單位為千帕（kPa）。

四、檢測設備

  PN-ZDTF Z向抗張強度測定儀（圖3）、3M410膠帶，膠帶寬度30mm。

該儀器采用新模塊電路設計，具有WIFI物聯(lián)網(wǎng)功能。傳動機構(gòu)采用滾珠絲桿加同步帶輪的方式，傳動效率高，測試速度150mm/min以下可以任意設置；測量最大力值達到3000N；測試面積（645±10）mm²；顯示采用時尚的電容觸摸屏；試樣壓力（1.4±0.1）MPa采用32位，ARM處理器進行精確控制。測試結(jié)束，屏幕直接顯示測試結(jié)果，智能化程度較高。

圖3 PN-ZDTF Z向抗張強度測定儀

五、測試過程

1. 試樣采取處理

試樣采取按GB/T 450進行，處理按GB/T 10739進行。

2. 參數(shù)設置

設置加壓速度為1mm/min、拉伸速度為23mm/min、保壓時間為6s和重載比例為2%。

3. 試樣準備

從采取的未受破壞的樣品中切取試樣，避免從有水印、折痕和皺紋的部位取樣。切取的試樣數(shù)應至少完成5次試驗，試樣的尺寸應略大于上壓板的面積。

4. 測試

測試前，先用溶劑（乙醇或類似溶劑）清潔測試盤，然后用干的紙巾或軟布擦干，時刻保持測試盤表面清潔，避免用裸手接觸清潔的測試盤。取一片雙面膠，去掉一側(cè)的保護層，然后將雙面膠粘貼在試樣的一面，雙面膠覆蓋試樣的面積至少應與測試盤面積相等。在試樣的另一面重復此步驟。將試樣放置在調(diào)整好的上測試盤中間，使試樣略微伸出測試盤的邊緣（見圖4）。

 圖4 放置試樣        圖5加壓（6±1）秒         圖6 試樣分離

按【測試】鍵，先對試樣施加向下1.4MPa（折合力值903N）的壓力，并保持6s（見圖5）。然后使用設定的拉伸速度，向上拉伸直至試樣被破壞（見圖6），記錄最大的力值F。測試結(jié)束后上測試盤復位，屏幕顯示測試結(jié)果。測試結(jié)束后上測試盤復位，屏幕顯示測試結(jié)果。如下圖7所示：

圖7  Z向抗張強度檢測曲線及結(jié)果

按上述步驟，進行多個試樣的測試。

1. 計算

A——測試盤的面積，單位為mm²。

六、影響Z向抗張測試的因素

1. 相對濕度

由于Z向強度主要體現(xiàn)的是纖維之間的結(jié)合力，因而也屬于機械強度，它同抗張力等一樣不可避免地要受到本身水分含量的影響，而引起水分波動變化的主要因素就是環(huán)境相對濕度。當環(huán)境相對濕度增大，試樣的水分含量也會有所增加，導致部分纖維間結(jié)合鍵分離而失去作用，從而導致Z向強度有所降低。反之，則有可能增強。

2. 試樣面積

試樣面積參與計算，直接影響檢測結(jié)果。

3. 制備試樣時壓力

對試樣施壓的目的是使試樣與膠帶之間結(jié)合牢固，只要結(jié)合牢固，這個壓力的大小對測試結(jié)果的影響應該是不大的。但是壓力過大或過小都有可能影響測試結(jié)果，壓力過小，試樣可能無法與膠帶結(jié)合牢固；壓力過大，會導致試樣受高壓后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，緊度進一步增大，使測試結(jié)果有所提高。

4. 膠帶質(zhì)量（粘合力）

膠帶的質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)果的準確性，膠帶粘合力應大于試樣的Z向結(jié)合強度。

5. 制樣時加壓時間

如果在標準規(guī)定的條件下，試樣的破壞未發(fā)生在試樣內(nèi)部，可適當加大壓力或延長加壓時間，直至得到滿意的結(jié)果。由此推測，膠帶與試樣在一定壓力下接觸時間延長，會使測試結(jié)果有所變化。

6. 應力速度

應力速度對試驗結(jié)果的影響極大。當應力速度極大，試樣瞬間的抗拒力會非常大，而且不利于儀器捕捉峰值；當應力速度極小，在這種情況下，試樣在試驗過程中，纖維與纖維間的分離緩慢進行，有可能出現(xiàn)逐步分離的情況，使測試結(jié)果偏小。

七、 與Z向抗張強度有關(guān)的問題

1） 印刷過程會出現(xiàn)分層現(xiàn)象；箱體接合過程會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，見圖8。

圖8 層間結(jié)合不良圖示一

2） 上機過程會出現(xiàn)撕裂或分層現(xiàn)象；壓線過程會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，見圖9。

圖9  層間結(jié)合不良圖示二

3） 折疊過程會出現(xiàn)分層；印刷過程會出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，見圖10。

圖10  層間結(jié)合不良圖示三

本文2024年1月，發(fā)表于《紙箱世界》雜志