蘇紅波　郭素梅

（杭州品享科技有限公司，　浙江　杭州 310022）

測(cè)試參數(shù)對(duì)卷煙紙機(jī)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(cè)過(guò)程。探討它與抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)量、試樣寬度、試樣夾持初始長(zhǎng)度之間的關(guān)系，并對(duì)抗張能量吸收的影響因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

卷煙紙抗張能量吸收影響因素

卷煙紙?jiān)谏蠙C(jī)運(yùn)行時(shí)要保證一定的抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率才不易斷紙，所以卷煙紙舊國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T 12655—1998規(guī)定了抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的下限。我國(guó)的卷煙紙抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率兩個(gè)指標(biāo)的下限均能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的要求，而一些進(jìn)口的卷煙紙抗張強(qiáng)度則達(dá)不到，但伸長(zhǎng)率高，這些進(jìn)口的卷煙紙?jiān)趪?guó)內(nèi)上機(jī)過(guò)程中沒(méi)有反映有斷紙現(xiàn)象。我國(guó)的兩個(gè)指標(biāo)均需達(dá)到反而增加成本，造成一定程度的浪費(fèi)[1]。所以修訂的卷煙紙國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12655—2007[2]引入抗張能量吸收值，以綜合反映紙的機(jī)械物理性能[3]，對(duì)卷煙紙生產(chǎn)企業(yè)降低生產(chǎn)成本具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

目前均采用電子式拉力儀測(cè)量抗張能量吸收等技術(shù)指標(biāo)，精度非常高，測(cè)試結(jié)束后屏幕顯示測(cè)試結(jié)果，直接打印測(cè)試報(bào)告，無(wú)需人工計(jì)算。有的生產(chǎn)廠家研制出智能型抗張檢測(cè)儀器，測(cè)試結(jié)束后可以同時(shí)顯示抗張力、抗張強(qiáng)度、抗張能量吸收、抗張能量吸收指數(shù)、伸長(zhǎng)率、裂斷長(zhǎng)、試樣斷裂時(shí)間等參數(shù)，用戶(hù)可以選擇其中一項(xiàng)或多項(xiàng)這些參數(shù)，只需設(shè)置下即可，甚至可以通過(guò)RS-232連接到PC進(jìn)行通信，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制軟件將測(cè)試數(shù)據(jù)保存到Excel數(shù)據(jù)庫(kù)，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(cè)試樣品，試樣寬度有15 mm 和50 mm兩種。

PN-TT300電腦抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)（抗張力分辨率: 0.001 N，量程3～300 N，伸長(zhǎng)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(yàn)方法

試樣的采取、處理和試驗(yàn)按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 450和GB/T 10739規(guī)定進(jìn)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(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)條件必須滿(mǎn)足測(cè)試速度（20±5）mm/min；試樣長(zhǎng)度至少為250 mm，有效長(zhǎng)度為（180±0.1）mm；試樣寬度為（15±0.1）mm （或50 mm）。以標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的值為中心，分別設(shè)定不同的參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。

在試樣長(zhǎng)度180 mm、試樣寬度15 mm的條件下，測(cè)試速度分別為15、17.5、20、22.5、25 mm/min時(shí)對(duì)卷煙紙的縱向抗張能量吸收進(jìn)行測(cè)試；在測(cè)試速度20 mm/min、試樣長(zhǎng)度180 mm條件下，測(cè)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(jìn)行測(cè)試；在測(cè)試速度20 mm/min、試樣寬度15 mm的條件下，測(cè)試試樣長(zhǎng)度分別為100、140、180和220 mm時(shí)卷煙紙縱向抗張能量吸收值。

1.3 測(cè)試方法

在各設(shè)定的條件下，通過(guò)設(shè)置測(cè)試速度、試樣寬度和夾頭間距（試樣長(zhǎng)度）對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)各取10張?jiān)嚇?，按照GB/T 12914[4]的要求進(jìn)行縱向抗張能量吸收的測(cè)定，將測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)RS-232串口連接到控制軟件，然后將批量測(cè)試數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

卷煙紙的抗張強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率之間是互補(bǔ)關(guān)系。在抗張能量吸收一定的條件下，卷煙紙可以是低強(qiáng)高伸，也可以是高強(qiáng)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(gè)階段[5]: 在OA階段，卷煙紙的抗張力與伸長(zhǎng)量基本呈正比關(guān)系；AB階段卷煙紙?jiān)谳d荷作用下產(chǎn)生塑性形變，抗張力與伸長(zhǎng)量的比率減小，其中A點(diǎn)對(duì)應(yīng)卷煙紙的屈服強(qiáng)度，B點(diǎn)則為抗張強(qiáng)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(cè)試速度對(duì)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(zhǎng)率的積分，所以跟斷裂時(shí)間也有關(guān)系。下面分別分析不同的測(cè)試速度對(duì)抗張力、伸長(zhǎng)率和斷裂時(shí)間及縱向抗張能量吸收（以下簡(jiǎn)稱(chēng)抗張能量吸收）的影響。

（1）測(cè)試速度對(duì)抗張強(qiáng)度的影響。不同的測(cè)試速度對(duì)抗張強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果比較穩(wěn)定，無(wú)離散現(xiàn)象,不同的測(cè)試速度對(duì)抗張強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果無(wú)顯著性差異，見(jiàn)圖2。

圖2 不同測(cè)試速度下抗張強(qiáng)度平均值曲線圖

（2）測(cè)試速度對(duì)伸長(zhǎng)率的影響。結(jié)果表明，不同的測(cè)試速度對(duì)伸長(zhǎng)率的檢測(cè)結(jié)果比較穩(wěn)定，無(wú)離散現(xiàn)象,伸長(zhǎng)率隨著速度的增加而增大，見(jiàn)圖3。

（3）測(cè)試速度對(duì)斷裂時(shí)間的影響。結(jié)果表明，不同的測(cè)試速度對(duì)伸長(zhǎng)率的檢測(cè)結(jié)果比較穩(wěn)定，無(wú)離散現(xiàn)象,斷裂時(shí)間隨著速度的增加而減小，見(jiàn)圖4。

圖4 不同測(cè)試速度下斷裂時(shí)間平均值曲線圖

（4）測(cè)試速度對(duì)抗張能量吸收值的影響。結(jié)果表明，不同的測(cè)試速度對(duì)抗張能量吸收值的檢測(cè)結(jié)果有影響，由于抗張能量吸收值是個(gè)綜合指標(biāo)，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(jiàn)圖5。

圖5 不同測(cè)試速度下抗張能量吸收值平均值曲線圖

綜合（1）～（4），測(cè)試速度對(duì)抗張力的影響不大，對(duì)伸長(zhǎng)率和斷裂時(shí)間有影響[6]，伸長(zhǎng)率隨著測(cè)試速度的增加而增大，斷裂時(shí)間隨著測(cè)試速度的增加而減少，總體上抗張能量吸收隨著測(cè)試速度的增加而增加。因此為了保證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，宜標(biāo)明測(cè)試速度,默認(rèn)為20 mm/min。

2.2 試樣寬度對(duì)抗張能量吸收的影響

試樣寬度的增加意味著抗張強(qiáng)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(dá)到纖維間的結(jié)合力極限。由表1可知，抗張強(qiáng)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(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響。但在同一測(cè)試過(guò)程中，對(duì)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(cè)試結(jié)果。

表1 不同試樣寬度對(duì)抗張強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及抗張能量吸收的影響

2.3 試樣長(zhǎng)度對(duì)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(zhǎng)度（簡(jiǎn)稱(chēng)試樣長(zhǎng)度）對(duì)抗張力、伸長(zhǎng)率和斷裂時(shí)間及以下簡(jiǎn)稱(chēng)抗張能量吸收的影響。

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

圖6 不同試樣長(zhǎng)度的抗張強(qiáng)度平均值曲線圖

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

圖7 不同試樣長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)率平均值曲線圖

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

圖8 不同試樣長(zhǎng)度的斷裂時(shí)間平均值曲線圖

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

圖9　不同試樣長(zhǎng)度的抗張能量吸收值平均值曲線圖

綜合（1）～（4），隨著試樣長(zhǎng)度的增加，抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率雖然略有減小，但斷裂時(shí)間一直在增加，抗張能量吸收是抗張強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的時(shí)間積分，所以抗張能量吸收隨著試樣長(zhǎng)度的增加而增加。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，試驗(yàn)長(zhǎng)度在180 mm時(shí)的測(cè)試結(jié)果與220 mm無(wú)顯著差別，因此為了保證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，試驗(yàn)長(zhǎng)度在180 mm為宜[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

在卷煙紙抗張能量吸收值的測(cè)試過(guò)程中，除了保證測(cè)試過(guò)程必須在恒溫恒濕條件下進(jìn)行，還必須選擇合適的測(cè)試參數(shù)，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)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(qiáng)度也增加，抗張能量吸收值也增加，對(duì)伸長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)寬度15 mm，寬度誤差控制在±0.1 mm范圍內(nèi)，對(duì)于抗張強(qiáng)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(zhǎng)度的增加，抗張能量吸收值增加，在試驗(yàn)長(zhǎng)度100～220 mm范圍內(nèi)，隨著試樣長(zhǎng)度的增加，卷煙紙的抗張力、伸長(zhǎng)率略有減少，斷裂時(shí)間呈線性增加。

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

[1] 邢軍,劉峰,雷樟泉. 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12655—2007《卷煙紙》解讀[J] .中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2008(11):60-61.

[2]中國(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).卷煙紙:GB/T 12655—2007[S] .北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(guó)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).紙和紙板抗張強(qiáng)度的測(cè)定GB/T 12914—2008 [S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[5] 周小凡,謝來(lái)蘇,隆言泉. 紙張抗張斷裂機(jī)理的研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2001(10):29-32.

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

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[8] 邢軍,劉峰,李曉輝,等. 測(cè)試參數(shù)對(duì)卷煙紙機(jī)械性能測(cè)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