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抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的測(cè)定

　 抗張強(qiáng)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(qiáng)度
　 一定寬度的試樣斷裂時(shí)所承受的張力，以kN／m表示。
　 （2）裂斷長(zhǎng)
　 一定寬度的試樣由本身重量將其拉斷時(shí)的長(zhǎng)度，以m表示。
　 紙和紙板的抗張強(qiáng)度受纖維的結(jié)合力和纖維本身的強(qiáng)度影響，而纖維的結(jié)合力是影響抗張強(qiáng)度的決定因素。抗張強(qiáng)度是很多紙種應(yīng)予測(cè)定的性能指標(biāo)，對(duì)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(biāo)。
　 伸長(zhǎng)率為紙條受張力至斷裂時(shí)所增加的長(zhǎng)度對(duì)原試樣長(zhǎng)度的百分率，伸長(zhǎng)率是衡量紙張韌性的一項(xiàng)指際，其值越大越能減輕外力沖擊的破壞作用，對(duì)紙袋紙、包裝紙等都是重要的性能指標(biāo)。
（一）儀器及工作原理
　 測(cè)定紙與紙扳用的抗張強(qiáng)度測(cè)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(dòng)記錄帶數(shù)字顯示測(cè)試結(jié)果的臺(tái)式抗張力測(cè)定儀。目前用的較多的還是擺錘式，即肖伯爾式抗張強(qiáng)度測(cè)定儀，下面介紹這種儀器。
　 1．儀器結(jié)構(gòu)
　 （1）傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)
　 由電機(jī)通過(guò)皮帶、摩擦輪．蝸輪蝸桿系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)試樣下夾頭升降。當(dāng)啟動(dòng)電機(jī)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(dá)上、下限位時(shí)均能自動(dòng)停機(jī)。轉(zhuǎn)動(dòng)變速上的手柄，可進(jìn)行無(wú)級(jí)變速，變速范圍為40～500mm／min。
　 （2）抗張測(cè)量機(jī)構(gòu)
　 作用在下央頭上的牽引力，由試樣傳給上夾頭，再通過(guò)鏈條使用沿扇形板緩慢均勾地問(wèn)左擺動(dòng)一定角度至達(dá)到平衡。當(dāng)試樣被拉斷時(shí)，擺被刺動(dòng)爪卡住，擺上的指針即在刻度盤上指示出拉力數(shù)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(shí)可根據(jù)被測(cè)試樣執(zhí)張強(qiáng)度的大小選擇適宜的砝碼。
　 （3）伸長(zhǎng)測(cè)量機(jī)構(gòu)
　 實(shí)際上是指示上下夾頭在測(cè)定過(guò)程中的位移之差。指示伸長(zhǎng)的標(biāo)尺通過(guò)執(zhí)桿滑塊及掛鉤與下夾頭連接在一起，隨下夾頭做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，伸長(zhǎng)指示牌與上頭夾固定在一起，當(dāng)試樣斷裂時(shí)，掛鉤脫開(kāi)使標(biāo)尺不再隨下夾頭下降，這時(shí)指示牌在標(biāo)尺上即指示出試樣的伸長(zhǎng)值和伸長(zhǎng)率。
　 2．工作原理
　 是根據(jù)擺動(dòng)平衡原理進(jìn)行測(cè)定的。儀器工作時(shí)，由下夾頭的運(yùn)動(dòng)通過(guò)試樣、上夾頭，鏈條使擺沿刻度尺轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度而指示出試樣的抗張強(qiáng)度值。
（二）儀器的校準(zhǔn)
　 1．抗張力標(biāo)尺的校準(zhǔn)
　 又起擺上的制動(dòng)爪，在上夾頭口懸掛一個(gè)已知重量的琺碼，讓擺慢慢達(dá)到平衡位置，讀出指示值，同砧碼比較，其誤差不應(yīng)超過(guò)土1％。
　 2．伸長(zhǎng)標(biāo)尺的校準(zhǔn)
鎖住擺，使下夾頭升至開(kāi)始測(cè)定時(shí)的位置，用內(nèi)卡尺測(cè)量?jī)蓨A頭間的距離。調(diào)節(jié)指針至伸長(zhǎng)標(biāo)尺的零點(diǎn)，開(kāi)動(dòng)電機(jī)使下夾頭下降，測(cè)量下夾頭在任何一點(diǎn)停時(shí)兩夾頭的距離的增加值，應(yīng)與伸長(zhǎng)標(biāo)尺的實(shí)際伸長(zhǎng)值相符合，其誤差不應(yīng)超越0.5mm。
（三）測(cè)量步騾
　 （1）切取寬15mm、長(zhǎng)約250mm縱、橫方向的試樣至少各5條，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件進(jìn)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(shí)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(kāi)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(qiáng)度的情況，選擇適當(dāng)?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(shí)，即可進(jìn)行正式測(cè)定。讀取試樣斷裂時(shí)的抗張強(qiáng)度至三位有效數(shù)字，伸長(zhǎng)率準(zhǔn)確至0.2％。紙條若在夾頭內(nèi)部或距夾口10mm以內(nèi)斷裂時(shí)，該數(shù)據(jù)應(yīng)棄去不計(jì)。
根據(jù)特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)定厚紙板的抗張強(qiáng)度時(shí)，采用的寬度為50mm（若采用15mm寬度時(shí)，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(cè)試外，還可以用2—3條試樣做試探性測(cè)定。為此，可將試樣斷裂時(shí)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(jìn)行測(cè)定，便可保證試樣斷裂時(shí)間在20土5s。
（四）結(jié)果計(jì)算
　 1．抗張強(qiáng)度
　 當(dāng)試樣斷裂時(shí)，由儀器上指示的數(shù)值計(jì)算，以kN／m表示。
　 　 式中　 S—抗張強(qiáng)度，kN/m；
　 　 　 　 　 　 　---平均抗張力，N；
　 　 　 　 　 　 　LW ---試驗(yàn)紙條的寬度，mm。
　 結(jié)果取三位有效數(shù)字。
　 2．裂斷長(zhǎng)

　 式中　 　 　 　 LB---裂斷長(zhǎng)，km；
　 　 　 　 　 　 ---平均抗張力，N；
　 　 　 　 　 　 S ---抗張強(qiáng)度，kN/m；
　 　 　 　 　 　 G ---定量，g/m2；
　 　 　 　 　 　 LW ---試樣寬度，mm；
　 　 　 　 　 　 L1 ---夾子間初始長(zhǎng)度，mm；
　 　 　 　 　 　 m---夾子間紙條的平均質(zhì)量，mg。
　 若試樣的定量波動(dòng)較大和度要求較高時(shí)，可由測(cè)定抗張強(qiáng)度的紙條本身的重量換算裂斷長(zhǎng)
　 3．抗張指數(shù)
　

　 式中　 　 　Y —抗張指數(shù)，N·m／g ；
　 　 　 　 　 S —抗張強(qiáng)度，k N／m；
　 　 　 　 　 G —定量，g／m2。
　 4．伸長(zhǎng)率
　
　 式中　 　 　ξ---伸長(zhǎng)率，%；
　 　 　 　 　Δl ---伸長(zhǎng)，mm；
　 　 　 　 　l ---試樣斷裂時(shí)試樣夾間距離，mm；
　 　 　 　 　l0 ---試樣夾之間的起始長(zhǎng)度，mm。
　 試樣的抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，按縱橫向進(jìn)行測(cè)定，分別以所有測(cè)定值的算術(shù)平均值表示結(jié)果，并報(bào)出zui大值和zui小值。
　 計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確至三位有效數(shù)字。
　 5.抗張能量吸收的測(cè)定
　 破裂功是紙張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的綜合性函數(shù)，是紙張強(qiáng)韌性能的一項(xiàng)指標(biāo)。其數(shù)值等于紙張?jiān)诶箯堊饔孟聫拈_(kāi)始到斷裂時(shí)所吸收的總能量，即外力對(duì)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(xiàng)重要性能指標(biāo)。過(guò)去表示紙張抗破損性能好壞都用抗張強(qiáng)度、耐破度指標(biāo)表示，但這些指標(biāo)并不能確切地反映紙張?jiān)谑芡饬_擊后而破裂的動(dòng)態(tài)狀況。實(shí)際上，往往抗張強(qiáng)度、耐破度大的紙張，在使用時(shí)其破損率不一定就低；而伸長(zhǎng)率大的紙張即使其抗張強(qiáng)度、耐破度差一點(diǎn)，其破損率反倒小一些。以水泥裝袋運(yùn)搬為例，在此過(guò)程中，要受到一定沖擊力；當(dāng)紙袋紙的伸長(zhǎng)率較高、柔韌性較好時(shí)，就能夠較多地吸收這種沖擊時(shí)的應(yīng)力，而使之迅速向周圍環(huán)境擴(kuò)散，因而就不易破損：而伸長(zhǎng)率較小，柔韌性較差的紙袋紙，在受到外界沖擊力時(shí)，應(yīng)力不易迅速擴(kuò)散而集中在受力點(diǎn)，因而就容易破損。所以，對(duì)這類紙張僅要求抗張強(qiáng)度、耐破度幾項(xiàng)指標(biāo)是不行的，尚須引入反映紙張強(qiáng)韌性即破裂功這項(xiàng)性能指標(biāo)，才能更確切地指示出紙張的抗沖擊能力。
　 測(cè)定破裂功可采用專門設(shè)計(jì)的應(yīng)力一應(yīng)變儀，它可以通過(guò)自動(dòng)積分器直接將破裂功計(jì)算出來(lái)。但為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，目前國(guó)內(nèi)外多在拉力儀上進(jìn)行測(cè)定，通常采用自動(dòng)記錄的電感式抗張儀或其他有自動(dòng)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(guò)積分器求得．但實(shí)際上，許多國(guó)家通常用紙張斷裂時(shí)的拉力和伸長(zhǎng)的乘積（拉伸積）乘以系數(shù)來(lái)近似表示。有的國(guó)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(duì)比較，仍能起到控制生產(chǎn)的目的。破裂功系數(shù)k之值，對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)而求得，其方法是，先在拉力儀上求得試樣拉伸過(guò)程中的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，并計(jì)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(zhǎng)值ξ求出試樣的拉伸積。在進(jìn)行破裂功研究時(shí)，聯(lián)邦德國(guó)測(cè)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(duì)全國(guó)用木漿生產(chǎn)紙袋紙的17個(gè)機(jī)臺(tái)進(jìn)行361次測(cè)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(guó)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(shí)的單位面積所吸收的能量，其值依下式計(jì)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(zhǎng)，m；
　 　 　 　 LW—試樣寬度，m；
　 　 　 　 L0—試樣起始長(zhǎng)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(jì)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(gè)試樣進(jìn)行測(cè)定，分別以縱、橫向所有測(cè)定值的算術(shù)平均值計(jì)算抗張能量吸收和抗張能量吸收指數(shù)，并報(bào)出zui大值和zui小值。計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字。