一、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度簡(jiǎn)介

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度也叫層間結(jié)合強(qiáng)度，是在試驗(yàn)條件下，使試樣分層所需的平均勢(shì)能，也就是試樣分層前的勢(shì)能與分層后的剩余能量之差，單位為J/m²。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度對(duì)于紙張和紙板的質(zhì)量控制至關(guān)重要。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度過(guò)低，在印刷、制盒時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，影響用戶(hù)使用。過(guò)高的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度會(huì)給加工帶來(lái)難度，同時(shí)加大了公司的成本。國(guó)外產(chǎn)品的層間結(jié)合強(qiáng)度普遍低于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品。但客戶(hù)使用時(shí)反映國(guó)外產(chǎn)品雖然內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度低，但壓痕飽滿(mǎn)。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(cè)方法：一種是scott型，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26203-2023《紙和紙板 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定（Scott型）》；另外一種是Z向抗張強(qiáng)型，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 31110-2014 《紙和紙板Z向抗張強(qiáng)度的測(cè)定》。

Scott型的檢測(cè)方法最常用，新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2603-2023是對(duì)GB/T 26203-2010的修改和升級(jí)，預(yù)計(jì)將在2024年4月1日開(kāi)始實(shí)施。此標(biāo)準(zhǔn)同樣規(guī)定了紙和紙板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定方法，并且采用了ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：ISO 16260:2016。新標(biāo)準(zhǔn)適用于單層或多層紙和紙板，包括涂布紙和表面覆有聚合物膜的紙和紙板。不適用于手抄紙和低定量、多孔、柔軟或低密度的紙和紙板，因?yàn)榭赡軙?huì)使相當(dāng)量的膠帶膠黏劑滲入紙頁(yè)內(nèi)部，造成潛在的膠帶之間的結(jié)合力。

 我國(guó)采用國(guó)際單位，國(guó)際單位為焦耳每平方米（J/m²），英制單位為英尺磅力每平方英寸（ft.lbf/in²），他們之間的換算關(guān)系如下：

2 1 J/m²=0.00047619 ft·lbf/in²

2 1 ft.lbf/in²=2104.5 J/m²

二、參考方法標(biāo)準(zhǔn)

GB/T 26203、ISO 16260、TAPPI T-569

三、檢測(cè)原理

雙面膠-試樣-雙面膠的組合形成一個(gè)夾層結(jié)構(gòu)，該夾層被壓在一個(gè)金屬平砧和一個(gè)金屬平砧之間。用擺錘撞擊金屬平砧上部的內(nèi)表面，使金屬平砧翻轉(zhuǎn)，并在Z向破壞試樣。通過(guò)測(cè)定擺動(dòng)的最高位置來(lái)計(jì)算試樣被破壞過(guò)程中吸收的能量。內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的測(cè)定儀是為了檢測(cè)將單層或多層纖維分開(kāi)需要克服的抗拒力，她經(jīng)常用來(lái)探討紙頁(yè)或紙板的分層問(wèn)題。

圖1 擺錘與金屬平砧撞擊示意圖

四、檢測(cè)設(shè)備

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定儀、制樣器、取樣器、小刀、雙面膠。

內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定儀如圖2所示，它包括裝在底座上的擺，擺動(dòng)軸裝在球或類(lèi)似低摩擦軸承的兩點(diǎn)上，擺的重心距離軸的中心線(xiàn)（127.0士0.6）mm，擺從水平位置開(kāi)始至少可自由旋轉(zhuǎn)180°，擺上的撞擊球應(yīng)在豎直方向時(shí)撞擊金屬平砧；一個(gè)鎖緊裝置，可將擺固定在水平位置上，并能滿(mǎn)足擺瞬間釋放的需要；試樣組件，一個(gè)固定的金屬平砧和一個(gè)可分離的直角金屬平砧（在橫截面上呈直角）；機(jī)械式或電子式記錄裝置，當(dāng)擺被釋放，并擺過(guò)垂直位置時(shí)，記錄擺動(dòng)的最高位置。儀器的測(cè)量范圍應(yīng)為0J/m²～525J/m²。

制樣器：可以一次壓制出5個(gè)25.4mm×25.4mm的試樣，試樣的最大厚度為1.25mm。

取樣器：可裁切出 25.4mm寬的試樣，且試樣兩側(cè)邊的平行度應(yīng)不超過(guò) 0.1mm，其長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足試樣制備臺(tái)的需要。

小刀：用于分離5個(gè)試樣，以獲得整齊的邊緣。

雙面膠：寬度為（25.4±0.08）mm，粘在一張起皺的離型紙上。雙面膠對(duì)不銹鋼的黏附力應(yīng)至少為486N/m，標(biāo)稱(chēng)厚度應(yīng)為0.13 mm。

1-打印機(jī) 2-擺 3-鎖緊裝置 4-調(diào)壓閥 5-顯示屏 6-金屬平砧 7-配重塊

圖2 PN-IBTF 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)定儀

五、測(cè)試過(guò)程

1. 試樣采取和處理

試樣的采取按GB/T 450的規(guī)定進(jìn)行；試樣的處理和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)大氣條件按GB/T 10739的規(guī)定進(jìn)行。

2. 試樣制備

  2.1 取樣

從經(jīng)過(guò)恒溫恒濕處理的樣品中，用取樣器切取寬（25.4士0.1）mm、長(zhǎng)140mm的試樣，同一方向的試樣至少5條。需保證試樣無(wú)變形或起皺，裁切過(guò)程中應(yīng)避免接觸試樣的中部。

  2.2 放金屬平砧

試驗(yàn)前，應(yīng)檢查金屬平砧，確保上面沒(méi)有膠粘劑和殘余纖維。試驗(yàn)時(shí)，將金屬平砧按照序號(hào)放在制備臺(tái)的相應(yīng)位置上，并使前面銷(xiāo)子上的定位孔和槽朝后。

  2.3 拉出第1條雙面膠

拉出第一條雙面膠，平整地覆蓋在金屬平砧上，并多出25mm。

注意：如有褶皺、干燥點(diǎn)或明顯的膠黏劑松弛，這部分的雙面膠應(yīng)舍棄不用。在導(dǎo)銷(xiāo)間仔細(xì)擺放，使雙面膠處于金屬平砧的脊的中間位置。放置過(guò)程中，在雙面膠上應(yīng)施加輕微的張力，以避免雙面膠下出現(xiàn)氣泡。

  2.4 放置試樣

將待測(cè)試樣準(zhǔn)確地放置在第一條雙面膠上。

  2.5 拉出第2條雙面膠

拉出第一條雙面膠，覆蓋試樣并至少多出25mm。

注意：再將第二條雙面膠準(zhǔn)確地放置在試樣上時(shí)，應(yīng)避免雙面膠在試樣的前后邊緣重疊。用小刀裁切雙面膠一試樣一雙面膠復(fù)合層。

 2.6 放置金屬平砧

將裝有5個(gè)直角金屬平砧的固定裝置定位放好，使其垂直向前。

 2.7 試樣加壓

對(duì)于氣動(dòng)加壓裝置，按下“加壓”旋鈕并保持2s～3s，然后松開(kāi)旋鈕。

 2.8 分切試樣

小心打開(kāi)并移走固定板，使金屬平砧粘在雙面膠-試樣一雙面膠復(fù)合層上，用小刀將5個(gè)試樣分離，應(yīng)小心裁切，避免雙面膠重疊或缺口。

3. 測(cè)試

將擺錘置于初始位置，并鎖住。將試樣放在試樣臺(tái)上，按“測(cè)試”鍵，先鎖緊試樣再釋放擺錘破壞試樣，測(cè)試結(jié)束，屏幕顯示測(cè)試結(jié)果。

圖3 內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備

六、結(jié)果計(jì)算分析

檢查試樣上下面的破壞情況。若在試樣中間層附近出現(xiàn)分層、在任何平面上僅有纖維、多層破壞、帶有第二層的枕狀剝離或上下層帶有纖維塊的分離，就表明試驗(yàn)結(jié)果是可接受的。相反地，若出現(xiàn)部分分層，試樣上整塊舌狀剝離、雙面膠間明顯結(jié)合，或任何類(lèi)型的雙面膠穿透現(xiàn)象，均表明該試驗(yàn)結(jié)果不滿(mǎn)足要求。若在破裂處的前部邊緣發(fā)生雙面膠－金屬剝離現(xiàn)象，則表明該試樣無(wú)效。

圖4 紙層分離后示意圖

在試樣的測(cè)試方向上應(yīng)進(jìn)行5次試驗(yàn)。對(duì)于許多紙來(lái)說(shuō)，縱向和橫向的試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有明顯的差異，但是試驗(yàn)方向應(yīng)一致。

結(jié)果表示：取5次測(cè)試結(jié)果的算術(shù)平均值作為內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度的結(jié)果，以J/m²表示，保留三位有效數(shù)字；計(jì)算每個(gè)測(cè)試方向結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差或變異系數(shù)，保留兩位有效數(shù)字。

七、可能的錯(cuò)誤操作及誤差來(lái)源

  7.1 可能的錯(cuò)誤操作

  7.1.1 開(kāi)機(jī)直接測(cè)

本儀器屬于電子儀器，測(cè)量前要預(yù)熱30min以上。

  7.1.2 儀器未調(diào)水平

儀器是否水平直接影響到試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)之前，一定要調(diào)水平。

  7.1.3 制樣過(guò)程，將雙面膠與雙面膠粘在一起

應(yīng)避免雙面膠在試樣的前后邊緣重疊，防止雙面膠與雙面膠連接，雙面膠連接會(huì)阻止試樣破壞，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

  7.1.4 制樣過(guò)程，雙面膠下出現(xiàn)氣泡

放置過(guò)程中，在雙面膠上應(yīng)施加輕微的張力，以避免雙面膠下出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低。

  7.1.4 制樣過(guò)程，加壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或壓力過(guò)高

制樣時(shí)，夾持時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或加壓過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致膠黏劑遷移到試樣上，從而使試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

  7.1.5 制樣過(guò)程，金屬平砧未清潔或有劃痕

金屬平砧是測(cè)試關(guān)鍵部件，測(cè)試前先檢查表面是否平整，有沒(méi)有劃痕或缺邊。磨損和受污染的金屬平砧會(huì)使結(jié)果產(chǎn)生至少15%的誤差。測(cè)試結(jié)束后馬上將金屬平砧和金屬塊清理干凈。

  7.2 主要誤差來(lái)源

  7.2.1 膠帶的粘合強(qiáng)度

樣品制備過(guò)程中使用的不同品牌的膠帶會(huì)增加或減少測(cè)試結(jié)果。當(dāng)鐘擺撞擊金屬平砧時(shí)，較低的膠帶粘合強(qiáng)度將吸收沖擊時(shí)的能量，并由于沖擊時(shí)的能量損失而產(chǎn)生較低的讀數(shù)。

  7.2.2 膠帶的老化

如果測(cè)試膠帶已經(jīng)老化并失去粘合力，則測(cè)試結(jié)果可能會(huì)下降。如果剝離強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移而降低，請(qǐng)更換新膠帶。膠帶在6個(gè)月后開(kāi)始失去剝離強(qiáng)度。在購(gòu)買(mǎi)新膠帶時(shí)，可能還需要測(cè)量并記錄其剝離強(qiáng)度，以確保剝離強(qiáng)度與以前供應(yīng)的膠帶一致。

  7.2.3 擺錘檔位選擇不當(dāng)

擺錘在撞擊試件時(shí)產(chǎn)生的能量影響試驗(yàn)結(jié)果，測(cè)試同一等級(jí)的紙張使用量程較高或較低的擺錘會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)試結(jié)果，量程較高的擺錘測(cè)試結(jié)果偏高。

  7.2.3 試樣的準(zhǔn)備

在準(zhǔn)備可再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果的試樣時(shí)，必須遵循適當(dāng)?shù)某绦?。在樣品持續(xù)階段，壓縮壓力和停留時(shí)間的變化會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。避免用手指接觸紙張表面，如果可能的話(huà)，請(qǐng)戴上手套。正確定位試樣是必要的，以確保膠帶完全覆蓋紙張。

  7.2.4 金屬平砧表面磨損

金屬平砧會(huì)隨著時(shí)間的推移而老化，并且應(yīng)用膠帶的測(cè)試表面會(huì)磨損和劃傷。粗糙或刮傷的表面將具有較小的表面積和較少的膠粘合，這將導(dǎo)致較低的內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度。

  7.2.5 取樣的影響

取樣的質(zhì)量直接影響測(cè)試結(jié)果，取樣精度越高，測(cè)試數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。

本文2024年2月，發(fā)表于《紙箱世界》雜志