拉力试验机测试纸张方法详解

拉力试验机是一个在造纸、包装和印刷行业中非常常见的质量控制测试，主要用于测定纸张的抗张强度、伸长率、裂断长等关键力学性能。整个过程可以分为以下几个步骤：

一、测试前的准备

1.试样制备：

标准尺寸：使用标准切纸刀将纸张裁切成特定的条形试样。根据不同的测试标准（如ISO1924、GB/T453、TAPPIT494），常见的尺寸是宽15mm，长至少250mm。

代表性：需要在整张纸的不同部位（如纵向、横向）取样，以获得代表整批纸张性能的数据。

环境调节：将裁切好的试样放置在恒温恒湿的标准环境中（通常是23±1°C，50±2%相对湿度）至少4小时，使其水分含量与测试环境达到平衡。这是至关重要的一步，因为温湿度会显著影响纸张的强度。

2.设备准备：

选择合适的量程：拉力试验机通常有多个力值量程。根据纸张的预估强度，选择一个合适的量程，以确保测试结果的精确度（通常测试结果在量程的20%-80%之间为佳）。

安装夹具：使用专用的纸张拉伸夹具，通常是气动平推夹具或手动螺旋夹具。气动夹具能提供均匀的夹持力，防止试样打滑或夹持处断裂，是更理想的选择。

设置参数：在拉力试验机的控制软件中输入测试参数，包括：

试样尺寸（宽度、厚度）

标距：上下夹具之间的初始距离，通常为180mm或100mm。

拉伸速度：夹具分离的速度，标准中通常有明确规定（如mm/min）。

校准（可选但建议）：定期对拉力试验机的力和位移进行校准，以确保数据准确。

二、测试操作流程

1.夹持试样：

将试样垂直、平整地放入上夹具中，轻轻夹紧。

然后将试样下端放入下夹具中，确保试样自然垂直，没有弯曲或预应力。

夹紧上下夹具。对于气动夹具，设置一个合适的夹持压力，既要防止打滑，又不能压坏试样。

2.开始测试：

在控制软件上点击“开始测试"按钮。

拉力试验机的驱动系统开始工作，下夹具（或上夹具）以恒定的速度移动，对试样施加逐渐增大的拉力。

3.数据采集：

在拉伸过程中，机器内部的力值传感器会实时监测并记录施加在试样上的拉力（F）。

位移传感器（或编码器）会同步记录夹具的位移量（ΔL），这个位移量可以换算成试样的伸长量。

4.试样断裂：

当拉力超过纸张的极限强度时，试样会在其薄弱点断裂。

测试自动停止，夹具返回到初始位置。

三、数据分析与结果

测试软件会自动记录整个“拉力-位移"曲线（即应力-应变曲线），并计算出以下关键性能指标：

1.抗张强度：

定义：纸张在断裂时所能承受的额定拉力。

计算：`抗张强度(kN/m)=拉力(N)/试样宽度(m)`

意义：反映纸张抵抗拉伸破坏的能力。

2.断裂伸长率：

定义：试样断裂时的伸长量与原始标距的百分比。

计算：`伸长率(%)=(断裂时伸长量/原始标距)×100%`

意义：反映纸张的柔韧性和韧性。伸长率越高，纸张越不容易脆裂。

3.抗张能量吸收值：

定义：纸张在拉伸过程中直至断裂所吸收的总能量，即“拉力-位移"曲线下方的面积。

意义：这是一个综合评价指标，同时考虑了强度和伸长率，对于评估包装纸在冲击下的耐用性（如纸袋掉落后是否易破）非常重要。

4.弹性模量：

定义：在拉伸的初始阶段，应力与应变的比值，即曲线的斜率。

意义：反映纸张的“刚性"或“挺度"。模量越高，材料越硬，越不容易变形。

5.裂断长：

定义：一个理论值，指由于纸张自身重力而导致断裂时所需的纸张长度。

计算：由抗张强度和纸张的定量（克重）计算得出。`裂断长(km)=[抗张强度(N/m)/(定量(g/m²)×9.8)]`

意义：这是一个消除了厚度影响的强度指标，便于比较不同定量纸张的强度。

四、注意事项

夹持影响：确保试样在夹具内断裂，而不是在夹具的边缘处断裂。如果在夹持处断裂，数据无效。

测试方向：必须区分纸张的纵向（MD）和横向（CD）进行测试，因为纸张在这两个方向上的性能差异很大。

测试速度：严格按照标准设置拉伸速度，因为速度会影响测试结果。

有效数据：通常同一个条件下需要测试至少5个有效试样，然后取平均值作为最终结果。

总结来说，使用拉力试验机对纸张进行测试是一个高度标准化的过程，通过精确控制条件并测量力与位移，可以量化出纸张多种关键的力学性能，为生产质量控制、产品研发和材料选择提供科学依据。