測試參數(shù)對卷煙紙機械性能縱向抗張能量吸收的影響

蘇紅波　郭素梅

（杭州品享科技有限公司，　浙江　杭州 310022）

測試參數(shù)對卷煙紙機械性能縱向抗張能量吸收的影響

蘇紅波郭素梅

（杭州品享科技有限公司，浙江杭州 310022）

介紹卷煙紙抗張能量吸收的智能檢測過程。探討它與抗張強度、伸長量、試樣寬度、試樣夾持初始長度之間的關(guān)系，并對抗張能量吸收的影響因素進行數(shù)據(jù)分析。

卷煙紙抗張能量吸收影響因素

卷煙紙在上機運行時要保證一定的抗張強度和伸長率才不易斷紙，所以卷煙紙舊國家標準GB/ T 12655—1998規(guī)定了抗張強度和伸長率的下限。我國的卷煙紙抗張強度和伸長率兩個指標的下限均能達到技術(shù)指標的要求，而一些進口的卷煙紙抗張強度則達不到，但伸長率高，這些進口的卷煙紙在國內(nèi)上機過程中沒有反映有斷紙現(xiàn)象。我國的兩個指標均需達到反而增加成本，造成一定程度的浪費[1]。所以修訂的卷煙紙國家標準GB/T 12655—2007[2]引入抗張能量吸收值，以綜合反映紙的機械物理性能[3]，對卷煙紙生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

目前均采用電子式拉力儀測量抗張能量吸收等技術(shù)指標，精度非常高，測試結(jié)束后屏幕顯示測試結(jié)果，直接打印測試報告，無需人工計算。有的生產(chǎn)廠家研制出智能型抗張檢測儀器，測試結(jié)束后可以同時顯示抗張力、抗張強度、抗張能量吸收、抗張能量吸收指數(shù)、伸長率、裂斷長、試樣斷裂時間等參數(shù)，用戶可以選擇其中一項或多項這些參數(shù)，只需設(shè)置下即可，甚至可以通過RS-232連接到PC進行通信，通過計算機控制軟件將測試數(shù)據(jù)保存到Excel數(shù)據(jù)庫，方便數(shù)據(jù)的批量分析。

1 材料和方法

1.1 材料和設(shè)備

選用雄獅牌定量為32.6 g/m2的卷煙紙作為測試樣品，試樣寬度有15 mm 和50 mm兩種。

PN-TT300電腦抗張試驗機（抗張力分辨率: 0.001 N，量程3～300 N，伸長量:0.01 mm，杭州品享提供）；PN-PC300 mm 可調(diào)切紙刀(裁切精度:±0.1 mm,杭州品享提供)。

1.2 試驗方法

試樣的采取、處理和試驗按標準GB/T 450和GB/T 10739規(guī)定進行。

根據(jù)GB/T 12914—2008[4]的要求，卷煙紙的縱向抗張能量吸收測試的標準條件必須滿足測試速度（20±5）mm/min；試樣長度至少為250 mm，有效長度為（180±0.1）mm；試樣寬度為（15±0.1）mm （或50 mm）。以標準設(shè)定的值為中心，分別設(shè)定不同的參數(shù)進行試驗。

在試樣長度180 mm、試樣寬度15 mm的條件下，測試速度分別為15、17.5、20、22.5、25 mm/min時對卷煙紙的縱向抗張能量吸收進行測試；在測試速度20 mm/min、試樣長度180 mm條件下，測試寬度分別為15 mm和50 mm的卷煙紙的縱向抗張能量吸收進行測試；在測試速度20 mm/min、試樣寬度15 mm的條件下，測試試樣長度分別為100、140、180和220 mm時卷煙紙縱向抗張能量吸收值。

1.3 測試方法

在各設(shè)定的條件下，通過設(shè)置測試速度、試樣寬度和夾頭間距（試樣長度）對每個測量點各取10張試樣，按照GB/T 12914[4]的要求進行縱向抗張能量吸收的測定，將測試數(shù)據(jù)通過RS-232串口連接到控制軟件，然后將批量測試數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel進行數(shù)據(jù)分析。

卷煙紙的抗張強度與伸長率之間是互補關(guān)系。在抗張能量吸收一定的條件下，卷煙紙可以是低強高伸，也可以是高強低伸?？箯埩εc變形量之間的關(guān)系如圖1所示。卷煙紙的抗張力分兩個階段[5]: 在OA階段，卷煙紙的抗張力與伸長量基本呈正比關(guān)系；AB階段卷煙紙在載荷作用下產(chǎn)生塑性形變，抗張力與伸長量的比率減小，其中A點對應(yīng)卷煙紙的屈服強度，B點則為抗張強度。

圖1 紙張的抗張力和變形量關(guān)系曲線

2 縱向抗張能量吸收的影響因素

2.1 測試速度對縱向抗張能量吸收的影響

由于縱向抗張能量吸收是抗張力和伸長率的積分，所以跟斷裂時間也有關(guān)系。下面分別分析不同的測試速度對抗張力、伸長率和斷裂時間及縱向抗張能量吸收（以下簡稱抗張能量吸收）的影響。

（1）測試速度對抗張強度的影響。不同的測試速度對抗張強度的檢測結(jié)果比較穩(wěn)定，無離散現(xiàn)象,不同的測試速度對抗張強度的檢測結(jié)果無顯著性差異，見圖2。

圖2 不同測試速度下抗張強度平均值曲線圖

（2）測試速度對伸長率的影響。結(jié)果表明，不同的測試速度對伸長率的檢測結(jié)果比較穩(wěn)定，無離散現(xiàn)象,伸長率隨著速度的增加而增大，見圖3。

（3）測試速度對斷裂時間的影響。結(jié)果表明，不同的測試速度對伸長率的檢測結(jié)果比較穩(wěn)定，無離散現(xiàn)象,斷裂時間隨著速度的增加而減小，見圖4。

圖4 不同測試速度下斷裂時間平均值曲線圖

（4）測試速度對抗張能量吸收值的影響。結(jié)果表明，不同的測試速度對抗張能量吸收值的檢測結(jié)果有影響，由于抗張能量吸收值是個綜合指標，影響因素比較多，但整體上還算穩(wěn)定，未出現(xiàn)離群值,抗張能量吸收值隨著速度的增加而增加，見圖5。

圖5 不同測試速度下抗張能量吸收值平均值曲線圖

綜合（1）～（4），測試速度對抗張力的影響不大，對伸長率和斷裂時間有影響[6]，伸長率隨著測試速度的增加而增大，斷裂時間隨著測試速度的增加而減少，總體上抗張能量吸收隨著測試速度的增加而增加。因此為了保證檢驗數(shù)據(jù)的一致性，宜標明測試速度,默認為20 mm/min。

2.2 試樣寬度對抗張能量吸收的影響

試樣寬度的增加意味著抗張強度的增加，意味著要拉斷試樣需要額外增加一定拉力，以保證試樣單位寬度所受的拉力達到纖維間的結(jié)合力極限。由表1可知，抗張強度最終結(jié)果以拉斷單位寬度試樣所需的力表示，只要保持寬度的穩(wěn)定一致，便不會對測試結(jié)果造成影響。但在同一測試過程中，對于確定的試樣寬度，必須保證所裁切的試樣寬度誤差保持在最小的范圍內(nèi)，否則將影響測試結(jié)果。

表1 不同試樣寬度對抗張強度、伸長率及抗張能量吸收的影響

2.3 試樣長度對抗張能量吸收的影響

下面分別分析下不同的試樣夾持有效長度（簡稱試樣長度）對抗張力、伸長率和斷裂時間及以下簡稱抗張能量吸收的影響。

（1）試樣長度對抗張強度的影響。在拉伸速度一定的情況下，試樣長度對抗張強度的影響不大，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。隨著試樣長度的增加，單位長度內(nèi)試樣所受的拉力略有減小，在試樣長度為180 mm達到最低點，然后又稍微有所增加，見圖6。

圖6 不同試樣長度的抗張強度平均值曲線圖

（2）試樣長度對伸長率的影響。在拉伸速度一定的情況下，試樣長度對伸長率的影響也不大，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，見圖7。在試驗長度小于180 mm時，隨著試驗長度的增加，卷煙紙的縱向伸長率的減少量較大；試驗長度大于180 mm時，卷煙紙的縱向伸長率的減少量非常小，基本可忽略。這是因為試驗長度增加意味著試樣的初始長度增加，在相同的拉伸速度下，試樣達到斷裂極限時的形變量是一定的，即使它會隨試樣起始長度有所增加，但增加量也是有限的，遠小于試樣起始長度的增加量，從而導(dǎo)致試樣的伸長率隨試驗長度增加而減少。

圖7 不同試樣長度的伸長率平均值曲線圖

（3）試樣長度對斷裂時間的影響。在拉伸速度一定的情況下，試樣長度對斷裂時間影響比較大，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。隨著試樣長度的增加，斷裂時間一直在增加，見圖8。

圖8 不同試樣長度的斷裂時間平均值曲線圖

（4）試樣長度對抗張能量吸收的影響。試樣長度為100 mm時抗張能量吸收值[7]比較小，試樣長度為140 mm、180 mm和220 mm時抗張能量吸收值比較大，試樣長度為100 mm、140 mm、180 mm時抗張能量吸收值比較穩(wěn)定，試樣長度為220 mm時抗張能量吸收值的數(shù)據(jù)稍有些離散。隨著試樣長度的增加，抗張能量吸收值呈增加的趨勢，增加的趨勢非常明顯；從試樣長度100 mm到試樣長度為140 mm的增長比較明顯，從140 mm～220 mm這個階段增長非常緩慢，基本上呈直線，見圖9。

圖9　不同試樣長度的抗張能量吸收值平均值曲線圖

綜合（1）～（4），隨著試樣長度的增加，抗張強度和伸長率雖然略有減小，但斷裂時間一直在增加，抗張能量吸收是抗張強度和伸長率的時間積分，所以抗張能量吸收隨著試樣長度的增加而增加。實際測試結(jié)果表明，試驗長度在180 mm時的測試結(jié)果與220 mm無顯著差別，因此為了保證檢驗數(shù)據(jù)的一致性，試驗長度在180 mm為宜[8]。

3 結(jié)束語

在卷煙紙抗張能量吸收值的測試過程中，除了保證測試過程必須在恒溫恒濕條件下進行，還必須選擇合適的測試參數(shù)，以保證測試結(jié)果的準確性和可比性:

（1）在速度（20±5）mm/min范圍內(nèi)，抗張能量吸收值隨著速度的增加略有增加。

（2）隨著試樣寬度的增加，抗張強度也增加，抗張能量吸收值也增加，對伸長率的影響不大，而且試樣寬度和抗張能量吸收呈正比的增加。一般情況下選用，標準寬度15 mm，寬度誤差控制在±0.1 mm范圍內(nèi)，對于抗張強度比較小的衛(wèi)生紙才選用25 mm或50 mm的夾頭。

（3）隨著試樣長度的增加，抗張能量吸收值增加，在試驗長度100～220 mm范圍內(nèi)，隨著試樣長度的增加，卷煙紙的抗張力、伸長率略有減少，斷裂時間呈線性增加。

（4）為了保證測試結(jié)果的一致性，測試速度設(shè)定為20 mm/min、試樣長度為180 mm、試樣寬度裁切15 mm。

[1] 邢軍,劉峰,雷樟泉. 國家標準GB/T 12655—2007《卷煙紙》解讀[J] .中國標準化，2008(11):60-61.

[2]中國國際標準化管理委員會.卷煙紙:GB/T 12655—2007[S] .北京：中國標準出版社，2007.

[3] 姚元軍,王鳳蘭,王磊，等. 卷煙色卷煙紙的研制[J].紙和造紙, 2012(1):10-12.

[4]中國國際標準化管理委員會.紙和紙板抗張強度的測定GB/T 12914—2008 [S].北京：中國標準出版社，2008.

[5] 周小凡,謝來蘇,隆言泉. 紙張抗張斷裂機理的研究[J].南京林業(yè)大學學報(自然科學版)2001(10):29-32.

[6] 劉茜，鄭利鋒，吳金鳳. 不同拉伸速度對卷煙紙縱向抗張強度和伸長率檢測結(jié)果的影響[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工, 2012(7):101-104.

[7] 曾廣植. 紙張破裂功系數(shù)的簡易測定方法[J]. 紙和造紙, 1991(7):48.

[8] 邢軍,劉峰,李曉輝,等. 測試參數(shù)對卷煙紙機械性能測試結(jié)果的影響[J]. 煙草科技,2009(8):6-9.

Effects of test parameter on results of mechanical property tensile energy absorption of cigarette paper

SU Hongbo, GUO Sumei
(Hangzhou Pnshar Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310035，China）

The intelligent measure method of tensile energy absorption of cigarette paper was introduced, effects of tensile strength, stretch at break, width of sample, and effective length on results of tensile energy absorption were discussed,and the influence factors of tensile energy absorption were analyzed.

cigarette paper; tensile energy absorption; effects