一、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度簡介

在多層紙產(chǎn)品的生產(chǎn)中，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的控制尤其重要。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度過低，在印刷、制盒時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，影響用戶使用。過高的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度會(huì)給加工帶來難度，同時(shí)加大了公司的成本。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到一定值就不會(huì)影響使用，從節(jié)約資源的角度考慮，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到一定值不影響使用是最合理的。

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度有兩種檢測方法：一種是scott法，對應(yīng)的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 26203-2010《紙和紙板 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測定（Scott)》；另外一種是Z向抗張法，對應(yīng)的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 31110-2014 《紙和紙板Z向抗張強(qiáng)度的測定》。這兩種方法有相似之處，但又完全不同。相同之處是兩種方法都是檢測材料厚度方向的紙層和粘膠的接合強(qiáng)度。不同之處是這兩種方法的基本原理不同，Z向抗張強(qiáng)度是測量分離試樣所需的最大力值，以千帕kPa表示，測試速度慢；Scott型內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度是測量分離試樣所需的能量，以焦耳每平方米J/m²表示，瞬間打破，速度極快。其測試原理及測試方法區(qū)別如下圖1和圖2示意圖所示。

圖1   Z向抗張強(qiáng)度              圖2 Scott型

Scott型的檢測方法最常用，新修訂的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)上有具體的規(guī)定，如涂布白卡紙、固體食品包裝紙、液體食品包裝紙規(guī)定內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度按GB/T 26203進(jìn)行測定。

Z向抗張強(qiáng)度的檢測方法，雖然有相應(yīng)的國標(biāo)GB/T 31110-2014，也有對應(yīng)的ISO國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，但是Z向抗張強(qiáng)度檢測儀器現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)較少，部分院所采用國外引進(jìn)設(shè)備且數(shù)量少，價(jià)格高昂。國外像L&W公司只有Z向抗張強(qiáng)度，而TMI、IDM和Thwing-Albert等設(shè)備制造商這兩種檢測方法儀器均有生產(chǎn)制造。本文主要介紹Z向抗張強(qiáng)度檢測方法及檢測儀器設(shè)備使用規(guī)范。

二、參考方法標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 31110-2014 、ISO 15754-2009、TAPPI T541-2015

三、檢測原理

用雙面膠將試樣粘貼于兩塊平整的金屬盤之間，給試樣施加一定的壓力，并保持加壓至規(guī)定的時(shí)間。利用抗張測定儀沿試樣的Z向施加張力，在規(guī)定的加荷時(shí)間內(nèi)使試樣破壞，儀器記錄整個(gè)拉伸過程中最大的抗張力，以單位面積試樣所能承受的最大張力作為Z向抗張強(qiáng)度，單位為千帕（kPa）。

四、檢測設(shè)備

  PN-ZDTF Z向抗張強(qiáng)度測定儀（圖3）、3M410膠帶，膠帶寬度30mm。

該儀器采用新模塊電路設(shè)計(jì)，具有WIFI物聯(lián)網(wǎng)功能。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲桿加同步帶輪的方式，傳動(dòng)效率高，測試速度150mm/min以下可以任意設(shè)置；測量最大力值達(dá)到3000N；測試面積（645±10）mm²；顯示采用時(shí)尚的電容觸摸屏；試樣壓力（1.4±0.1）MPa采用32位，ARM處理器進(jìn)行精確控制。測試結(jié)束，屏幕直接顯示測試結(jié)果，智能化程度較高。

圖3 PN-ZDTF Z向抗張強(qiáng)度測定儀

五、測試過程

1. 試樣采取處理

試樣采取按GB/T 450進(jìn)行，處理按GB/T 10739進(jìn)行。

2. 參數(shù)設(shè)置

設(shè)置加壓速度為1mm/min、拉伸速度為23mm/min、保壓時(shí)間為6s和重載比例為2%。

3. 試樣準(zhǔn)備

從采取的未受破壞的樣品中切取試樣，避免從有水印、折痕和皺紋的部位取樣。切取的試樣數(shù)應(yīng)至少完成5次試驗(yàn)，試樣的尺寸應(yīng)略大于上壓板的面積。

4. 測試

測試前，先用溶劑（乙醇或類似溶劑）清潔測試盤，然后用干的紙巾或軟布擦干，時(shí)刻保持測試盤表面清潔，避免用裸手接觸清潔的測試盤。取一片雙面膠，去掉一側(cè)的保護(hù)層，然后將雙面膠粘貼在試樣的一面，雙面膠覆蓋試樣的面積至少應(yīng)與測試盤面積相等。在試樣的另一面重復(fù)此步驟。將試樣放置在調(diào)整好的上測試盤中間，使試樣略微伸出測試盤的邊緣（見圖4）。

 圖4 放置試樣        圖5加壓（6±1）秒         圖6 試樣分離

按【測試】鍵，先對試樣施加向下1.4MPa（折合力值903N）的壓力，并保持6s（見圖5）。然后使用設(shè)定的拉伸速度，向上拉伸直至試樣被破壞（見圖6），記錄最大的力值F。測試結(jié)束后上測試盤復(fù)位，屏幕顯示測試結(jié)果。測試結(jié)束后上測試盤復(fù)位，屏幕顯示測試結(jié)果。如下圖7所示：

圖7  Z向抗張強(qiáng)度檢測曲線及結(jié)果

按上述步驟，進(jìn)行多個(gè)試樣的測試。

1. 計(jì)算

A——測試盤的面積，單位為mm²。

六、影響Z向抗張測試的因素

1. 相對濕度

由于Z向強(qiáng)度主要體現(xiàn)的是纖維之間的結(jié)合力，因而也屬于機(jī)械強(qiáng)度，它同抗張力等一樣不可避免地要受到本身水分含量的影響，而引起水分波動(dòng)變化的主要因素就是環(huán)境相對濕度。當(dāng)環(huán)境相對濕度增大，試樣的水分含量也會(huì)有所增加，導(dǎo)致部分纖維間結(jié)合鍵分離而失去作用，從而導(dǎo)致Z向強(qiáng)度有所降低。反之，則有可能增強(qiáng)。

2. 試樣面積

試樣面積參與計(jì)算，直接影響檢測結(jié)果。

3. 制備試樣時(shí)壓力

對試樣施壓的目的是使試樣與膠帶之間結(jié)合牢固，只要結(jié)合牢固，這個(gè)壓力的大小對測試結(jié)果的影響應(yīng)該是不大的。但是壓力過大或過小都有可能影響測試結(jié)果，壓力過小，試樣可能無法與膠帶結(jié)合牢固；壓力過大，會(huì)導(dǎo)致試樣受高壓后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，緊度進(jìn)一步增大，使測試結(jié)果有所提高。

4. 膠帶質(zhì)量（粘合力）

膠帶的質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)果的準(zhǔn)確性，膠帶粘合力應(yīng)大于試樣的Z向結(jié)合強(qiáng)度。

5. 制樣時(shí)加壓時(shí)間

如果在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下，試樣的破壞未發(fā)生在試樣內(nèi)部，可適當(dāng)加大壓力或延長加壓時(shí)間，直至得到滿意的結(jié)果。由此推測，膠帶與試樣在一定壓力下接觸時(shí)間延長，會(huì)使測試結(jié)果有所變化。

6. 應(yīng)力速度

應(yīng)力速度對試驗(yàn)結(jié)果的影響極大。當(dāng)應(yīng)力速度極大，試樣瞬間的抗拒力會(huì)非常大，而且不利于儀器捕捉峰值；當(dāng)應(yīng)力速度極小，在這種情況下，試樣在試驗(yàn)過程中，纖維與纖維間的分離緩慢進(jìn)行，有可能出現(xiàn)逐步分離的情況，使測試結(jié)果偏小。

七、 與Z向抗張強(qiáng)度有關(guān)的問題

1） 印刷過程會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象；箱體接合過程會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，見圖8。

圖8 層間結(jié)合不良圖示一

2） 上機(jī)過程會(huì)出現(xiàn)撕裂或分層現(xiàn)象；壓線過程會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，見圖9。

圖9  層間結(jié)合不良圖示二

3） 折疊過程會(huì)出現(xiàn)分層；印刷過程會(huì)出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，見圖10。

圖10  層間結(jié)合不良圖示三

本文2024年1月，發(fā)表于《紙箱世界》雜志