紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)：技術(shù)解析與應(yīng)用洞察

摘要： 本文詳細(xì)闡述了紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)組成、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)、測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)，分析了其在造紙及相關(guān)行業(yè)中的重要應(yīng)用，并探討了影響測(cè)試結(jié)果的因素及相應(yīng)的解決措施，旨在為相關(guān)從業(yè)人員提供全面的技術(shù)參考，促進(jìn)紙張質(zhì)量檢測(cè)與控制技術(shù)的發(fā)展。

 一、引言

紙張作為一種廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)材料，其抗張強(qiáng)度是衡量紙張質(zhì)量和性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)作為專(zhuān)門(mén)用于測(cè)定紙張抗張強(qiáng)度的設(shè)備，在造紙、印刷、包裝等行業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。準(zhǔn)確了解和掌握紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用，對(duì)于保證紙張質(zhì)量、優(yōu)化生產(chǎn)工藝以及提高產(chǎn)品性能具有重要意義。

 二、技術(shù)原理

紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)基于力學(xué)原理，通過(guò)對(duì)紙張?jiān)嚇邮┘永炝?，測(cè)量試樣在斷裂前所能承受的最大拉力，從而計(jì)算出紙張的抗張強(qiáng)度。其工作原理主要涉及力的傳遞、測(cè)量與數(shù)據(jù)處理。在測(cè)試過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)的夾具夾住紙張?jiān)嚇拥膬啥?，然后以一定的速度?duì)試樣進(jìn)行拉伸，隨著拉伸的進(jìn)行，試樣所受的拉力逐漸增大，直至試樣斷裂。此時(shí)，試驗(yàn)機(jī)記錄下斷裂時(shí)的最大拉力值，并根據(jù)試樣的寬度等參數(shù)，依據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出紙張的抗張強(qiáng)度。

 三、結(jié)構(gòu)組成

1. 夾持裝置

    - 包括上夾具和下夾具，用于牢固地夾住紙張?jiān)嚇印A具的設(shè)計(jì)應(yīng)確保試樣在拉伸過(guò)程中不會(huì)滑動(dòng)或脫落，且?jiàn)A持力均勻分布，以避免試樣在夾持處出現(xiàn)局部損壞而影響測(cè)試結(jié)果。夾具的類(lèi)型有多種，如機(jī)械夾具、氣動(dòng)夾具等，可根據(jù)實(shí)際需求選擇。

2. 加載系統(tǒng)

    - 是產(chǎn)生拉伸力的核心部件，常見(jiàn)的有電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副結(jié)構(gòu)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式具有精度高、控制穩(wěn)定、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于大多數(shù)常規(guī)紙張的測(cè)試；液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)則能提供更大的拉力，適用于高強(qiáng)度紙張或特殊材料的測(cè)試。加載系統(tǒng)的拉伸速度應(yīng)可調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足不同標(biāo)準(zhǔn)和紙張類(lèi)型的測(cè)試要求。

3. 測(cè)量系統(tǒng)

    - 由力傳感器和位移傳感器組成。力傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量試樣所承受的拉力大小，其精度和穩(wěn)定性直接影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。位移傳感器則用于測(cè)量試樣在拉伸過(guò)程中的伸長(zhǎng)量，通過(guò)計(jì)算伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度的比值，可得到紙張的伸長(zhǎng)率等相關(guān)參數(shù)?，F(xiàn)代的紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)通常采用高精度的應(yīng)變片式力傳感器和光柵式位移傳感器，以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性。

4. 數(shù)據(jù)處理與顯示單元

    - 負(fù)責(zé)接收測(cè)量系統(tǒng)傳來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理。然后，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和公式，計(jì)算出紙張的抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等性能參數(shù)，并將結(jié)果顯示在顯示屏上。同時(shí)，該單元還具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析、打印報(bào)告等功能，方便用戶(hù)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和分析。

 四、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

1. 測(cè)量范圍

    - 表示試驗(yàn)機(jī)能夠測(cè)量的力的最大值和最小值范圍。一般來(lái)說(shuō)，紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量范圍應(yīng)覆蓋常見(jiàn)紙張的抗張強(qiáng)度范圍，通常從幾牛頓到數(shù)千牛頓不等。選擇合適測(cè)量范圍的試驗(yàn)機(jī)對(duì)于保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要，若測(cè)量范圍過(guò)小，可能無(wú)法滿(mǎn)足高強(qiáng)度紙張的測(cè)試需求；若測(cè)量范圍過(guò)大，對(duì)于低強(qiáng)度紙張的測(cè)試精度可能會(huì)受到影響。

2. 精度等級(jí)

    - 反映了深圳市普云電子有限公司PY-H801系列微電腦紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，通常用示值誤差或相對(duì)誤差來(lái)表示。高精度的試驗(yàn)機(jī)能夠更準(zhǔn)確地測(cè)量紙張的抗張強(qiáng)度，一般精度等級(jí)在±1%以?xún)?nèi)的試驗(yàn)機(jī)可滿(mǎn)足大多數(shù)常規(guī)測(cè)試要求。對(duì)于一些對(duì)測(cè)試精度要求較高的行業(yè)，如紙品生產(chǎn)或科研領(lǐng)域，可能需要精度更高的試驗(yàn)機(jī)。

3. 拉伸速度

    - 是指試驗(yàn)機(jī)對(duì)紙張?jiān)嚇舆M(jìn)行拉伸的速度，常見(jiàn)的拉伸速度范圍為 1~500mm/min 可無(wú)級(jí)調(diào)速。拉伸速度對(duì)紙張的抗張強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果有一定影響，不同的紙張類(lèi)型和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可能規(guī)定了不同的拉伸速度。例如，對(duì)于較薄、強(qiáng)度較低的紙張，應(yīng)采用較低的拉伸速度，以防止試樣在拉伸過(guò)程中過(guò)快斷裂，從而獲得更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果；而對(duì)于強(qiáng)度較高的紙張，可以適當(dāng)提高拉伸速度，以提高測(cè)試效率。

4. 夾間距

    - 即試驗(yàn)機(jī)上下夾具之間的距離，也稱(chēng)為試驗(yàn)長(zhǎng)度。夾間距的大小會(huì)影響紙張?jiān)嚇釉诶爝^(guò)程中的受力狀態(tài)和變形情況。標(biāo)準(zhǔn)夾間距一般為 180mm 或其他特定尺寸，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)確保夾間距符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，否則可能導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的偏差。

 五、測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)

1. 測(cè)試方法

    - 試樣準(zhǔn)備：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如 GB/T 12914 - 2018《紙和紙板 抗張強(qiáng)度的測(cè)定》）的規(guī)定，從待測(cè)試的紙張中隨機(jī)抽取足夠數(shù)量的樣品，并將其裁剪成合適尺寸的試樣。一般試樣為長(zhǎng)條形，寬度在 15 - 25mm 之間，長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足能夠有效夾持在試驗(yàn)機(jī)上并且有足夠的拉伸長(zhǎng)度，通常在 200 - 250mm 左右。裁剪過(guò)程中要使用鋒利的刀具，確保試樣邊緣平整，無(wú)破損、褶皺等缺陷，以免影響測(cè)試結(jié)果。

    - 儀器校準(zhǔn)：在進(jìn)行正式測(cè)試之前，需要對(duì)紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)內(nèi)容包括力傳感器校準(zhǔn)和拉伸速度校準(zhǔn)。力傳感器校準(zhǔn)可使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行，將已知重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼掛在試驗(yàn)機(jī)的拉力傳感器上，檢查儀器顯示的拉力值是否與砝碼重量相符，誤差應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)。拉伸速度校準(zhǔn)可通過(guò)測(cè)量在一定時(shí)間內(nèi)試樣拉伸的距離來(lái)進(jìn)行，計(jì)算實(shí)際拉伸速度并與設(shè)定值進(jìn)行比較，確保拉伸速度的準(zhǔn)確性。

    - 測(cè)試操作：將準(zhǔn)備好的試樣兩端分別夾在試驗(yàn)機(jī)的上下夾具中，注意使試樣的中軸線(xiàn)與拉力方向保持一致，并確保試樣夾緊。啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，按照設(shè)定的拉伸速度對(duì)試樣進(jìn)行拉伸。在拉伸過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)的測(cè)量系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)記錄試樣所承受的拉力和伸長(zhǎng)量等數(shù)據(jù)。當(dāng)試樣斷裂時(shí)，試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)記錄下斷裂時(shí)的最大拉力值和相應(yīng)的伸長(zhǎng)量。

2. 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

    - 國(guó)際上常用的紙張抗張強(qiáng)度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 1924 - 1:2008《紙和紙板 - 抗張強(qiáng)度的測(cè)定 - 第 1 部分：恒速拉伸法（20mm/min）》等。國(guó)內(nèi)主要采用 GB/T 12914 - 2018《紙和紙板 抗張強(qiáng)度的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了紙張抗張強(qiáng)度的測(cè)定方法、試樣的制備、試驗(yàn)環(huán)境條件以及測(cè)試儀器的要求等內(nèi)容。不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可能在試樣尺寸、拉伸速度、測(cè)試環(huán)境等方面存在一些差異，因此在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行操作，以確保測(cè)試結(jié)果的可比性和準(zhǔn)確性。

 六、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 造紙行業(yè)

    - 在紙張生產(chǎn)過(guò)程中，紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)用于對(duì)原材料、半成品和成品紙張進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和監(jiān)控。通過(guò)定期測(cè)試紙張的抗張強(qiáng)度，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中的問(wèn)題，如打漿程度不合適、纖維配比不合理、添加劑使用不當(dāng)?shù)龋瑥亩{(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)，保證紙張質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。此外，對(duì)于新產(chǎn)品研發(fā)，紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)可以幫助研究人員評(píng)估不同配方和工藝對(duì)紙張抗張強(qiáng)度的影響，為優(yōu)化產(chǎn)品性能提供依據(jù)。

2. 印刷行業(yè)

    - 印刷過(guò)程中，紙張需要承受印刷機(jī)的各種作用力，如張力、壓力等。紙張的抗張強(qiáng)度直接影響印刷質(zhì)量和生產(chǎn)效率。如果紙張的抗張強(qiáng)度不足，可能會(huì)導(dǎo)致印刷過(guò)程中紙張斷裂、起皺、套印不準(zhǔn)等問(wèn)題。因此，印刷企業(yè)在采購(gòu)紙張時(shí)，通常會(huì)使用紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)對(duì)紙張進(jìn)行檢測(cè)，確保所選紙張符合印刷要求。同時(shí)，印刷企業(yè)也可以根據(jù)紙張的抗張強(qiáng)度調(diào)整印刷機(jī)的參數(shù)，如張力控制、印刷速度等，以提高印刷質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

3. 包裝行業(yè)

    - 包裝用紙和紙板的抗張強(qiáng)度是包裝材料性能的重要指標(biāo)之一。在包裝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)包裝物品的重量、形狀、運(yùn)輸方式等因素，選擇具有合適抗張強(qiáng)度的紙張和紙板。紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)可以幫助包裝企業(yè)評(píng)估包裝材料的力學(xué)性能，確保包裝在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過(guò)程中能夠承受各種外力的作用，保護(hù)包裝內(nèi)物品的安全。例如，對(duì)于紙箱包裝，較高的抗張強(qiáng)度可以保證紙箱在堆疊、搬運(yùn)和運(yùn)輸過(guò)程中不易變形、破裂，提高包裝的可靠性和耐久性。

4. 科研領(lǐng)域

    - 在材料科學(xué)研究中，紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)是研究紙張力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能關(guān)系的重要工具?？蒲腥藛T可以利用該試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同種類(lèi)、不同工藝的紙張進(jìn)行測(cè)試，分析紙張的微觀(guān)結(jié)構(gòu)（如纖維形態(tài)、纖維結(jié)合方式等）與宏觀(guān)力學(xué)性能（抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等）之間的內(nèi)在聯(lián)系，為開(kāi)發(fā)新型紙張材料、改進(jìn)造紙工藝提供理論支持。此外，紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)還可以用于研究紙張?jiān)诓煌h(huán)境條件（如溫度、濕度）下的力學(xué)性能變化規(guī)律，為紙張的應(yīng)用和保存提供科學(xué)依據(jù)。

 七、影響測(cè)試結(jié)果的因素及解決措施

1. 試樣因素

    - 試樣尺寸：試樣的寬度和長(zhǎng)度對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定影響。如果試樣寬度不均勻或長(zhǎng)度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的偏差。因此，在試樣制備過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸進(jìn)行裁剪，并使用精度較高的測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，確保試樣尺寸的準(zhǔn)確性。

    - 試樣邊緣質(zhì)量：試樣邊緣的平整度和光滑度對(duì)測(cè)試結(jié)果也有重要影響。如果試樣邊緣存在毛刺、褶皺或破損等缺陷，在拉伸過(guò)程中容易在邊緣處產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致試樣過(guò)早斷裂，從而使測(cè)試結(jié)果偏低。為了保證試樣邊緣質(zhì)量，裁剪試樣時(shí)應(yīng)使用鋒利的刀具，并盡量避免對(duì)試樣邊緣造成損傷。

    - 試樣的濕度：紙張是吸濕性材料，其含水量會(huì)影響紙張的力學(xué)性能。如果試樣的濕度與測(cè)試環(huán)境的濕度不平衡，在測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)因水分的蒸發(fā)或吸收而導(dǎo)致紙張性能的變化，進(jìn)而影響測(cè)試結(jié)果。因此，在進(jìn)行測(cè)試前，應(yīng)將試樣放置在測(cè)試環(huán)境中一定時(shí)間，使其達(dá)到濕度平衡。同時(shí)，測(cè)試環(huán)境的濕度應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)（一般為相對(duì)濕度 50%±2%）。

2. 儀器因素

    - 夾具的夾緊力：夾具的夾緊力過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響。夾緊力過(guò)大可能會(huì)損傷試樣，使試樣在夾持處提前斷裂，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低；夾緊力過(guò)小則會(huì)使試樣在拉伸過(guò)程中滑動(dòng)，影響測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，在測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)試樣的厚度和強(qiáng)度選擇合適的夾緊力，并在每次測(cè)試前檢查夾具的夾緊狀態(tài)，確保夾緊力均勻穩(wěn)定。

    - 儀器的校準(zhǔn)：紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)確性依賴(lài)于定期的校準(zhǔn)。如果儀器未經(jīng)過(guò)正確校準(zhǔn)，力傳感器和位移傳感器的測(cè)量誤差可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的不準(zhǔn)確。因此，應(yīng)按照儀器的使用說(shuō)明書(shū)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，定期對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼和標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度量具對(duì)力傳感器和位移傳感器進(jìn)行校驗(yàn)，確保儀器的測(cè)量精度在允許范圍內(nèi)。

    - 儀器的穩(wěn)定性：在測(cè)試過(guò)程中，儀器的穩(wěn)定性也會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。如果儀器存在機(jī)械振動(dòng)、電氣干擾等問(wèn)題，可能會(huì)使測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動(dòng)，從而影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。為了保證儀器的穩(wěn)定性，應(yīng)將儀器放置在平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng)的工作臺(tái)上，并避免在儀器周?chē)褂脧?qiáng)電磁干擾設(shè)備。同時(shí)，定期對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，檢查儀器的各部件連接是否牢固，電氣線(xiàn)路是否正常等。

3. 測(cè)試環(huán)境因素

    - 溫度：溫度對(duì)紙張的力學(xué)性能有一定影響。一般來(lái)說(shuō)，溫度升高會(huì)使紙張的強(qiáng)度降低，伸長(zhǎng)率增加；溫度降低則會(huì)使紙張的強(qiáng)度增加，伸長(zhǎng)率減小。因此，在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，應(yīng)盡量控制測(cè)試環(huán)境的溫度在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)（一般為 23℃±1℃）。如果測(cè)試環(huán)境溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度相差較大，應(yīng)考慮對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行溫度修正，以提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

    - 濕度：如前所述，濕度對(duì)紙張的力學(xué)性能影響較大。除了控制試樣的濕度平衡和測(cè)試環(huán)境的相對(duì)濕度外，還應(yīng)注意避免測(cè)試環(huán)境中的濕度波動(dòng)過(guò)大。在潮濕的環(huán)境中，紙張可能會(huì)吸收水分而變軟，抗張強(qiáng)度降低；在干燥的環(huán)境中，紙張可能會(huì)失去水分而變脆，抗張強(qiáng)度增加。因此，在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)配備恒溫恒濕設(shè)備，以保證測(cè)試環(huán)境的穩(wěn)定性。

 八、結(jié)論

紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)作為紙張質(zhì)量檢測(cè)和性能研究的重要設(shè)備，其技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)組成、測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)等方面都具有嚴(yán)格的要求。通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量紙張的抗張強(qiáng)度，能夠?yàn)樵旒?、印刷、包裝等行業(yè)提供可靠的質(zhì)量控制依據(jù)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升和行業(yè)的發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到影響測(cè)試結(jié)果的各種因素，并采取相應(yīng)的解決措施，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，隨著科技的不斷進(jìn)步和行業(yè)的發(fā)展需求，紙張抗張強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)也在不斷地向高精度、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，為紙張質(zhì)量檢測(cè)與控制技術(shù)的進(jìn)一步提高提供了有力的支持。