第三章 纸包装材料性能测试.ppt
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1、第3章纸包装材料性能测试一 纸与纸板一般性能测试l1、取样标准:、取样标准:GB/T4502002l(1)从同一批次所需检验的产品中抽取3个包装单位的试样;(2)从所抽取的包装单位中抽取整张试样:l平板纸的抽取见下表l卷筒纸的抽取:l去掉所有受损的纸层,然后再去掉未受损的三层(定量不超过225g/m2)或一层(定量超过225g/m2)的纸层,沿纸全幅切一刀,其深度应为满足取样张数;(3)样品的切取:平板纸或纸板:从整张试样上切取400mm400mm的样品,各张纸上所取的部位应各不相同;卷筒纸或纸板:从整张试样上切取一个样品,长为卷筒的全幅,宽为400mm。一、纸与纸板一般性能测试注注意意:每张
2、样品应标明纸的纵、横向和正、反面;l取样时如出意外,应严格按上述步骤重新进行取样;l水分检验的样品应立即密封包装。2、纸样品的处理、纸样品的处理l(1)标准环境(GB1073989):温度为231,相对湿度为502%。l(2)温湿度的处理:l试样的预处理:为避免纸张水分平衡滞后引起测试误差,应对试样进行预处理,即将试样放在温度低于40,相对湿度不大于35%的环境中,预处理24h。l将切好的试样悬挂在标准环境中,以便恒温恒湿的气流能自由接触到试样各面,直到水分平衡(间隔1小时前后称量之差不大于总质量的0.25%)。一般纸处理4h,薄纸板至少58h,高定量或其它纸要48h或更长。3、纸张纵横向的测
3、定法、纸张纵横向的测定法(1)定义:纸张的纵向是指纸张沿纤维的方向;纸张的横向是指垂直于纸张纤维的方向。(2)测定方法:l纸条弯曲法:取两条相互垂直的长200mm,宽15mm的纸条,将其重叠捏住一端,将另一端弯向左方或右方,若纸条分开,下面的弯曲大,则为纸的横向;再将纸条弯向另一方,若纸条不分开,上面的纸条为横向。3、纸张纵横向的测定法、纸张纵横向的测定法纸页卷曲法:平行切取50mm的正方形或直径为50mm的试片,并标注原试样的方向,将试片浮在水面上,与卷曲轴平行的方向为纸的纵向。抗张强度法:将试样裁成250mm15mm,测定抗张强度,数值大的为纸的纵向。纤维定向法:一般纸的纵向是沿纸表面的纤
4、维方向排列的,因此只需识别纸的纤维方向即可。4、纸张正反面的测定法、纸张正反面的测定法纸张有两个表面,贴表面机铜网的面为反面(网面),另一面为正面(毛毯面)。直接观测:将纸页折叠观察两边的表面形状或结构,网印清晰的一面为反面如用肉眼看不清,可借助放大镜辨认湿润方法,用水或稀氢氧化钠溶液浸渍纸张表面,将多余液排掉,效置几分钟后,观察两面,如有网印的即为反面也可将纸条放在水里,由于纸页正、反面收缩性不同,向上卷曲时,接触水的面为反面四、纸张正反面的测定法四、纸张正反面的测定法l碳素纸压痕法:在纸上做一记号后,将碳素纸压在纸面上,使碳素纸的痕迹压在纸上,可划出宽约13mm,长5176mm一条黑色痕迹
5、,观察时可放在一平滑的表面如平板玻璃上,最后按方法鉴别正反面l卷曲识别法:例如把试祥放在烘箱中干燥,注意观察发生卷曲的方向,一般卷曲的内面是正面l用以上方法不能准确地识别时,可以通过测定其平滑度来判断,正面平滑度大于反面5、定 量(W)的测定l纸与纸板的定量期是以每平方米的纸与纸板的质量(克)数,即常以g/m2为单位表示。l(1)测试仪器。测试定量的仪器有灵敏度为0.01g的天平.l(2)测试步骤。从样品上切取面积为100100mm(或200500mm)大小的试样,尺寸精度为:0.5mm计算出面积,并抽出20个试样进行称重。5、定 量(W)的测定l如果样品是l00mm以下的盘纸,应按卷盘全宽切
6、取5条长300mm的试样一并称重。同时测量纸条的长边与短边准确至0.1mm,然后计算面积。l(3)结果计算l定量G=MA(g/m2)l式中M一试样质量,g,lA一试样面积,m26、厚度的测量 厚度是纸与纸板厚薄的量度,它指在一定的单位面积压力下,纸或纸板两个表面间的垂直距离。l(1)切取100100mm(或200250mm)的试样20片,按GB450-70中规定的条件进行温、湿度预处理,并在标准温,湿度条件下测定。l(2)根据被测试样的厚度范围及要求的测试精度,选择,安装千分尺,并使指针对零。l(3)开动仪器,使测量头升起,将试样夹在上下测量面之间,下降测量头进行测量,避免产生任何冲击作用。待
7、指针停稳后25S内读取测量数值。6、厚度的测量l(4)抬起测量头,移动被测试样,做第二次测量。对单层试样,测试点应在距试样边缘20mm内的部分选取,对于多层试样,按下图所示的5个指定点进行,测量点距离试样某一边40-80m,然后沿两边横跨试样分配测量点。6、厚度的测量6、厚度的测量7、紧度和松厚度l紧度是指单位体积的质量,单位为g/m3,其值由纸或纸板的定量及厚度计算而得。l紧度D=W(100T)(gcm3)l式中T一厚度,mmlW一定量,(gm2)l松厚度为紧度的倒数(即1/D)l紧度与耐破度、抗张强度成正比,与搪裂度、透气度成反比。8、尘埃度的测定(1)定义l杂质是任何嵌人纸浆内的不需要的
8、小块物质,其尺寸超出规定的最小尺寸,且相对于纸页表面呈现出明显的不透明度。尘埃度是每平方米的纸上具有一定面积的杂质的个数,或每平方米面积的纸l杂质的等值面积(mm3)。8、尘埃度的测定(2)测定仪器8、尘埃度的测定(3)测定步骤取250250mm样品4张将一张切取好的试样放在可转动的试样台上,用板上四角别钳压紧。在日光灯下检查纸表面肉眼可见的尘埃,眼睛观察时的明视距离为250-300mm,用不同标记圈出不同面积的尘埃。用标准尘埃对比图鉴定纸上尘埃面积的大小。然后将样板旋转90,每旋转一次将新发现的尘埃加以标记,直至返回最初的位置。8、尘埃度的测定8、尘埃度的测定然后按上述方法检查另一面。依以上
9、步骤检查另三张试样。结果表示。按分组或产品标准要求计算出每一张试样正反面尘埃的个数,若单面使用的纸张仅测使用面的尘埃数,将四张试样合并计算,然后换算成每平方米的尘埃个数,计算结果取整数:No尘埃度,个/m2;M全部试样正反面尘埃总数;N进行尘埃测定的试样张数;9、尺寸稳定性测定l(1)概念。纸张是一种纤维堆聚而成的材料,在一定温,湿度条件下,会产生尺寸变化。因此,存在尺寸稳定性问题。印刷用纸,要求有一定尺寸稳定性,使纸张在印刷过程中不致产生大的变形造成套印不准的质量问题。在实际印刷过程中,首先将纸张进行温、湿度预处理,使其尺寸变化达到稳定后再进行印刷。l由于纸张品种上有差别,纤维构成不相同,导
10、致纸张伸缩率的大小有一定差别。纸张发生伸缩的原因有两点,一是纤维相互拧紧或散开,二是单根纤维发生收缩及润胀。9、尺寸稳定性测定l(2)伸缩率测试方法l游标卡尺测量法l专用长度刻度板测量法l芬海利伸缩测定仪法。l我国国标所采用的游标卡尺测量法。la.沿纸幅横向均匀地切取220220mm试样二片,并挂于标准温,湿度大气中处理至平衡。lb通过试样中心划二条平行于试祥边且相互垂直的直线。在直线两端距试样各边缘l0mm处作一标记,两标记间用游标卡尺测量其距离为200mm。l9、尺寸稳定性测定lc.将试样浸泡于与周围大气温度相同的水中,使试样充分润胀。ld到达规定时间(一般为2小时)后,从水中取出试样,平
11、铺于玻璃板上,用游标卡尺测量两标记间的距离,伸缩率依据下式求:l得:T()=(L1L0)L0l00%l式中L0一浸水前试样尺寸,mm。lL1一浸水后试样尺寸,mm。l如果要求测试浸湿并干燥后的伸缩率时,则将浸水后的试样平放在滤纸上,在空气中使其风干至长度不变为止,然后用游标卡尺测量9、尺寸稳定性测定l标记间的距离,干燥后伸缩串依据下式计算:lT()=(L2-L0)L0100l式中L0一浸水前两标记间的距离,mm;lL2一浸水干燥后两标记间的距离,mm。l如果计算结果为正,则表示伸长,结果为负,则表示收缩。实验报告中应说明纵横向。l湿度不同,纸张的伸缩率也不一样,采用专用仪器可测量纸张在不同湿度
12、时的收缩率,将试样在规定的温、湿度条件下处理后,放在相对湿度为33的箱内,并增加湿度到75%,此时在相同温度下测量其由于湿度变化而使长度9、尺寸稳定性测定l增加的变化。试样长度的相对增加量可按下式计算:lXLL0100l式中:L0一恒温、湿条件下试样长度,mmlL一试样所增加的长度,mm。l可测定伸长率与相对湿度的关系。10、纸张的均匀性l纸张的均匀性是指纸张在一定面积上纤维和填料的分布均匀程度,主要表现为定量、厚度在纸幅上的变化。对于印刷纸,不但要求纤维分布均匀,厚度一致,定量差别小,更主要的是整个纸幅平整,平滑度波动小。在装水泥和运输过程中水泥袋会受到各种外力作用,这就要求水泥袋纸在受到外
13、力时,能够均匀地分担外力。如果纸的纤维分布不均匀,受力后会出现破裂现象。l评价纸张均匀性的指标是匀度。目前常见的匀度仪有美国mk匀度测试系统和上海造纸所研制的匀度仪两种。l其基本原理都是利用透光率来评价匀度的,即用一定光强和光点的光束扫描给定面积的被测纸面,逐点接受透射纸面的光强变化。求得其平均透光率和偏差值,再乘以适当的加权系敷,即:lFAtsl式中F一被测试样有的匀度值,lA一被测试样的平均透光率值,lt一加权系数,ls-平均透光率的标准偏差。l加权系数t=0.693(1nT2lnT1)l式中T2-多层试样的透光率:lT1一单层试样的透光率。二、纸与纸板表面性能测试 l1粗糙度平滑度l粗糙
14、度平滑度是衡量纸、纸板表面凸凹、平整程度的一个重要物理量。采用表面较平滑的纸张进行压印时能以最大的接姓面积与印版或橡皮布的图文接触,能较均匀地、完整地实现油墨转移,使图文清晰、饱满地再现于纸张上,从而获得令人满意的复制效果。对于那些通过网点来表达层次色调的印品,只有非常平滑、无凸凹的纸张才能较好地反映原稿各阶调的层次和网点状态,从而使得画面的色调层次丰富,网点清晰,调子柔和。对书写纸来说。也要达到足够的平滑度才能书写流利。1、粗糙度平滑度测定法l平滑度是指在一定的真空度下,一定容积的空气通过在一定压力下,一定面积的试样l表面与玻璃面之间的间隙所需的时间,以秒表示。粗糙度是指在一定压力下与平面金
15、属环接触,环内通入一定压力的空气,从试样面和金属环面流出的空气量单位是ml/min测定平滑度的方法很多,有空气泄漏法、光学法、印刷试验法、电容法,摩擦法以及液体挤压法等。每种方法都有许多种形式的仪器,目前以空气泄漏法用得最多。1 粗糙度平滑度测定法空气泄漏法设计的纸张平滑度测定仪、有Bekk测 定 仪、Gurley(格 利)三 用 仪。bendtesn测定仪等。lBekk测试法:测试原理如下图,将纸张试样放置在环形玻璃砧上,并在试样上施加一定的压力,从环形玻璃砧的中心孔通以一定的空气,测定空气通过试样与玻璃砧间所需时间来标定纸张的平滑度,其单位以秒计,对于表面粗糙不平的纸张,它与玻璃砧接触时间
16、隙较多,空气容易从纸张表面的低凹部分通过。所以通过一定容积的空气所需时间越短;表示纸张表面平滑度越低。Bekk测试法a.沿纸幅横向切取5050mm的试样10片,标明正反面,把试样置于标准温、湿量度条件下处理至平衡。b.取出试样并置于玻璃砧上;被测面紧贴玻璃砧,橡胶膜和金属盖板盖好。c调节加压装置,给试样施加一定压力。d将仪器上的阀门开到指定位置,利用真空泵或抽气唧筒将容器内空气抽出,使水银柱上升至高于380mmHg为止,然后停止抽气,并迅速拧紧有关阀门。Bekk测试法le.在上述真空度下,外界空气将沿着试样表面和玻璃砧表面之间进入容器,使水银柱有所下降,当水银柱降到380mmHg时开动秒表计时
17、,直至降到360mmHg时停止秒表。秒表读数即为该试样的平滑度。如果利用小管测量,秒表读数再乘以10;才是试样的平滑度值。大小管的使用原则是,平滑度小于300s者用大管,大干300s者用小管。(如果平滑度值小于15s,应使用大管)测量从482mmHg到282mmHg所需时间,然后用秒表读数除以10表示该试样的测量结果,Bekk测试法lf.取下已测试样,准备下一试验,依次进行各个试样正、反面的测定。lg.平滑度仪的容积计算l因 筒 内 平 均 真 空 度 为 0.5kgf cm2相 当 于368mmHg(为了简便,特取为370mmHg),Bekk平滑度是水银柱由380mmHg降至360mmHg时
18、所需的时间,l设圆筒总容积为V。V1、V分别为380mmHg和360mmHg时圆筒中的空气在标准大气压下的体积。由压强体积=常数l可得760V1=(760380)V(1)l760V2=(760-360)V(2)lBekk测试法l已知大圆筒的容积V=380ml,l(2)式减(1)式得,760(V2-V1)(380360)V,lV=V2-V1=l0mll当用小圆筒时V=38ml,所以V=V2-V1=lmllD测定结果:求出所有测试结果的算术平均值、最大值,最小值及平滑度有正、反面平均值、正反面平滑度之差。正反面平滑度之差可按下式计算:Bekk测试法l=(S正-S反)/S正100%l式中s正-试样正
19、面平均平滑度,lS反-试样反面平均平滑度,影响Bekk平精度的因素a.测量值的相对误差与环境气压对标准偏差成正比,即=P/P。lb.环境温度升高,测量误差会增大,lC.平滑度随湿度的增加而增大。ld平滑度随试验压力的增加而增大。le.试样有效面积偏大时,所测得的乎滑度值偏高,反之偏低。lf.加压时间越长,平滑度值越大。lg施加压力越大,平滑度值也越大。(2)Gurley三用仪测试方法A.结构及工作原理在一定压力下,测量筒在油中向下运动,测量筒内的空气受压,从中央气管向下排放,经上下压紧处于密封状态的试样,测得一定量空气通过试样缝隙所用的时间后,便可求出试样的透气度,此透气度称为Gurley透气
20、度,计算公式为:S=128/t式中:S-透气率,Um/pa.st-透过100ml空气所用的时间,S。(2)Gurley三用仪测试方法(2)Gurley三用仪测试方法lB.测试前准备la.调仪器水平,移开内圆筒,特专用油注入外圆筒内,油面高度达到外圆筒中部表面的环状纹线上。lb.升高内圆筒,使弹簧指针在它的凸缘下面与它连接为止。当夹好试样后,切忌将内圆筒升高,否则,则会被吸入空气管中。(2)Gurley三用仪测试方法 lC.测试步骤la.将测量头及有关垫圈等安装于仪器上。lb.将经处理至平衡后的试样插入底座上的冲孔器中,冲一个小圆孔。纸的层数视纸样平滑度的大小而定,对于一般印刷纸来说,八层纸能提
21、供较合适的读数。lc.将巳冲孔的纸样夹于试样夹中,保证冲孔没有被夹子环状接触的任何部分所遮住。ld.用棒状螺旋把纸垫慢慢夹紧,逆转离开,借杆臂重量来施加夹紧的压力。,(2)Gurley三用仪测试方法le.自由落下内圆筒,待零刻线与外圆筒顶部对齐时,立即开动秒表或计时器计时。内圆筒靠自身重力将系统内空气压出,同时它也下落一段距离,待50ml刻线与外圆筒对齐时,停止计时,所计时间即为平滑度,单位为s50ml(3)光学接触法lSMChapman所创导。测试原理如图。安放纸试样的平台底座,可以上、下调节,用以调节试样与棱镜之间的压力,当向上调节底座时,纸张不平表面的凸峰部分与棱镜产生光学接触。所谓光学
22、接触是指纸张的凸峰部分与棱镜间的间隙小于或等于入射光的波长的接触。凡间隙大于入射光波长的,被认为在棱镜与纸张间有空气相隔,渭之非光学接触部分。当法向的入射光照射到接触部分时,由玻璃一纸张界面向棱镜体内空间形成漫反射(见图a),(3)光学接触法l因此在入射方向的90o范围内都存在着反射光。当入射光照射到非接触部分时,通过玻璃一空气界面射向纸张的凸洼部分表面。然后纸张的凸洼部分反射光又通过空气一玻璃界面折射到棱镜体内。当可见光波长为380780nm时,玻璃的折射率为n1.51.53,若取n1.52时,由折射率定义可知,折射到棱镜体内的光集中在41o的空间内(见图b),在与入射方向大于41o的空间是
23、不存在反射光的。因此,在与法向的入射光呈30o方向“A”处,反映了接触面积和非接触面(3).光学接触法(3).光学接触法l积上的反射光。而在与法向的入射光呈60o方向“B”处,却只能反映接触部分的反射光。Chapman光学接触法就是利用上述现象,在A”、“B”两位置上设置两个光敏元件,用以测量“A”、“B,两个部位的反射光强,进行比较来确定接触面积的百分比。由上所述可知,光学接触法能测得纸张在加压物体之间接触面积的大小,但测量所得数据与所施加的压力、纸张的压缩特性有关。因而只能在规定的压力下,从一定程度上反映了纸张表面的相对平整程度。此外用光学接触法所测得的接触面积百分比不能反映纸张凹洼部分的
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