原纸弹性模量测定方法.doc

1、原纸弹性模量测定方法一、引言纸和纸板在包装中的主要用途有：用做包裹材料、用于制袋、生产纸盒和生产结构型材料(如瓦楞纸板、蜂窝纸板等)。我 们通常将用于生产结构型材料的纸称为原纸。当 纸用于商品外包装时，纸的力学性能通常由耐折度、撕裂度、环压强度、耐破度、戳穿强度等性能指标表示。随着国际上对“白色污染”问题的重视，EPS发泡塑料的禁用，纸包装材料越来越多地制成结构型材料用于缓冲包装之中。而 评估缓冲材料缓冲性能的参数通常是缓冲系数。用 原纸制作结构型缓冲材料的方式非常多，究竟哪种结构方式适合于产品的缓冲包装呢?我们不可能把每种结构形式均制出原型产品进行性能测试，因此，有必要根据原纸的力学性能推算

2、结构型材料的缓冲性能。GIBSON1曾经研究过六角形蜂窝结构的力学性能与蜂窝原材料力学性能之间的关系，主要是用结构参数和蜂窝原材料的弹性模量 联 系 起 来 Kel1icutt 2 公 式也 给 出 了 瓦楞 纸 板 的 强 度 与 原 纸 强度之间的关系。这些经典的理论均可作为新型结构型纸质缓冲材料开发的依据。为了推算结构型纸质材料的缓冲性能与原纸之间的关系，通常需要用到原纸材料的弹性模量。原 纸的弹性模量也是评价原纸的抗弯和环压性能的一个综合指标。目前很难查到纸的弹性模量测试方法，也未见其测试标准，由于原纸是一种非常易于弯曲且很薄、边压强度又较低的材料，使得原纸的压缩弹性模量测量起来非常困

3、难。文献【3】曾用挺度仪测量 纸 板 弯 折 l5 0 的 挺 度 。 再 根 据 挺 度 的 定 义 和 计 算 公 式 ：式 (1) 中 ， S 是 蜂 窝 原 纸 的 挺 度 ， F 是 Taber挺 度仪 悬 臂 的 载荷 ，r 是弯曲力矩的有效半径，G是挺度仪顺时针或逆时针旋转 150 时的读数，是重量系数，05。根据挺度仪的工作原理，杨氏模量E可以描述为：式 (2) 中 ， W是试 样的 宽 度， t 是 试 样 的厚 度 ，将 方 程 (1) 代人 方程(2) 得：根据公式(3) 可以计算原纸的弹性模量。它更趋向于表征原纸的弯曲弹性模量，这样的测试方法比较繁琐，且数据的准确性依赖

4、于挺度仪精度和人工读数。本文试图借鉴文献4 塑料弹性模量测试方法测量，并结合原纸的特性，找出比较适合于原纸弹性模量的测试方法。二、测试材料及方法原 纸采 用定 量 分 别 为 230g m- 2 和 350g m- 2 的 国 产 牛 皮 纸 板 。其 纸 厚 分 别 是 0 29mm 和 0 49mm 采 用 边 压强 度取 样 仪取 样， 试样 尺 寸 规 格 为 12 7mm 125mm， 纵横 向 各 10 条 。 试 样 在 20 、相对 湿 度 为 65 下 处 理 24h 。 取 出 试 样在 5min 内 完 成 实验 。试验仪器为 5000N 电子拉伸计，由于原纸较薄(其厚度

5、0 5mm) 用 电 子 拉 伸 计的 夹 具 固 定时 很难 夹 紧 ， 易于 打滑 ，因 此在测试纸条固定时要在不影响原纸性能的情况下，先给试样一个预应力才能固定好，所以测试结果的应力应变点并非始于 0点。电 子拉 伸 计 的 标 距 是 65mm， 应 变 率 为 (1 0 5)mm min - 1 。参照的实验标准为：JBT65441993 中华人民共和国机械行业标准，塑料拉伸和弯曲弹性模量试验方法。三、试验结果及分析根据弹性模量的定义，它指的是在弹性极限内，线性应力与线性应变的比值。从 原纸的拉伸力位移曲线可知，该材料的纵向拉伸线 性 区 在 位 移 为 05-lmm 之 间 。横

6、向 拉 伸 线 弹 性区 在 0 5-0 8mm。原纸弹性模量的计算可根据其定义来计算：式 (4) 中 ， 为 拉 伸 应 力 ， 为 拉 伸 应 变 ，根 据 应 力 应变 的定 义 ， 和 可 以 分 别 描 述 为 ：其中：P-原纸的拉伸载荷；t- 原 纸 的 厚 度 ；b 一 试 样 的宽 度， 本 试验 中 b=12 7mm；l- 拉 伸 位 移 ，单 位： mm；L- 试 验 时 拉 伸计 的跨 度 ，本 试验 中 L=65mm。定 量 350g.m - 2 和 230g.m - 2 纵 横 向 拉伸 应 力 应 变如 图 1(a) 和 图 l(b) 所 示 。 为 了 便 于 弹

7、 性 模量 的 计 算 ，将 初 始 弹 性 变 形 区放 大 ，得到图 2所示的结果。根据公式(4) (6) 可以求出原纸的纵横向弹性模 量 。 定 量 350g.m - 2 牛 皮 纸板 的 纵 向 弹 性 模 量 E 纵 为 2 32GPa， 横向 弹 性 模 量 E 横 为 1 36GPa ： 定 量 为 230g.m - 2 牛 皮 纸的 纵 向 弹 性 模量 E 纵 为 2 82GPa ，横 向 弹 性 模 量 E 横 为 1 23GPa 。试验结果表明，原纸的拉伸总是经历弹性区和塑性区，原纸横向表现出非常明显的塑性；原纸的纵向弹性模量远大于横向弹性模量，一般采用原纸的纵向作为承载方向；定量大的原纸的弹性模量不一定大于定量小的原纸的弹性模量，要根据具体的纸板材料而定 。上述方法可以用于原纸弹性模量的检验，值得注意的是在原纸固定时需给原纸一个不大于 10N的预应力，以防原纸测试过程中打滑；原纸应在预定的温湿度下进行处理；计算原纸弹性模量时需根据具体的实验曲线来选择线弹性区的关键点(文中。原纸纵向线弹性 区 关 键 点 是 位 移 分 别 为 0 5mm和 1mm时所 对 应 的 点