包装材料实验报告

西南林业大学材料工程学院包装工程专业实验报告

课程：包装材料学

姓名：李天卓

学号：20131052046

班级：包装工程2013级

任课教师: 解林坤

时间：2015.11.06

一厚度的测定

一、实验原理

厚度是指纸和纸板等材料在两侧压板间规定压力下直接测量的结果，单位是mm或μm。厚度是影响纸和纸板技术性能的一项关键指标，要求一批产品各张纸或纸板之间的厚度应趋于一致，同一张纸或纸板不同部位之间厚度也应一致。对于具有特殊用途要求的产品如标准纸板还应进行更为严格的全幅校验。在测量时可根据纸的厚薄采用多层测量或单层测量，最后以单层测量的结果表示纸的厚度。

二、测试仪器：

测定纸和纸板厚度的主要仪器是厚度测定仪，有手动、电动之分，以手动为例，其基本结构如图1所示，测定时将纸或纸板放在两受压面之间进行测量。测量过程中受压面间的压力为100 kPa±10 kPa，测厚时，受压测量面积为200 mm2。

图1 厚度测定仪

1—拨杆；2一指针；3一重锤；4一测量杆；

5一测量头；6一量砧；7一底座

三、试验步骤

（1）把测微计放置在无震动的水平面上，调好零点，按标准规定采取试样，以每张纸样上切取100 mm3100 mm的试样至少5张。

（2）按下拨杆，抬起测量头至足以放人纸样的高度(若为电动仪器，则由仪器自动控制高度)，置纸样于测量头与测量砧之间。

（3）缓慢放松拨杆，使测量头以低于3 mm/S的速度将测量面轻轻压到试样上(若为电动测厚仪，则自动下降接触纸样)，注意避免产生任何冲击作用，待指示值稳定后2～5 s内读数，避免人为对测微计施加任何压力。

（4）对每个试样进行一次测定，测定点离任何一端不小于20 mm或在试样的中心点。宽度在100 mm以下的盘纸，应按全宽切取5条长300 mm的纸条，在每条不同位置测量其厚度，至少两处。

四、结果表示：

以所有测定值的算术平均值表示结果，并报出最大值和最小值。

厚度小于0.05mm的纸，准确至0.001 mm；

厚度小于0.2 mm的纸，准确至0.005mm；

厚度大于0.2mm的纸，准确至0.01 mm。

实验结果：0.3330.01mm=0.0033mm

二纸和纸板耐折度的测定

一、实验原理

耐折度是指试样在一定张力下，抗往复折叠的能力，以折叠次数表示。耐折度受纤维的长度、纤维本身的强度和纤维间的结合状况影响。凡纤维长度大纤维的强度高和纤维结合力大者，其耐折度就高。耐折度也受纸张水分含量的影响，水分含量低纸张发脆，耐折度低，适当增加含水量，纸张的柔性提高，耐折度随之增大，但水分含量超过一定限度耐折度开始下降。另外，耐折度受打浆程度的影响，在一定程度内，耐折度随打浆度的增加而增加，继续提高打浆度到一定程度，由于纤维的平均长度下降，纤维交织紧密，纸质变脆，则使耐折度下降。因此，在实际生产上控制好影响因素，对保证纸张有较好的耐折强度甚为重要。

许多纸和纸板如白纸板和箱纸板等在加工和使用过程中要经受多次折叠，而耐折度则能较好地反映出纸张抗反复折叠的能力，因此，耐折度的检测被广泛采用。

常用的耐折度仪有两种，一种为卧式的，称作肖伯尔（Schopper）式和立式，称作MIT式，二者的主要区别在于对试样的折叠角度不同，肖伯尔式的折叠角度为180°，MIT式的折叠角度为135°。

二、实验仪器

仪器结构如图所示，MIT耐折度仪包括传动部分、夹头部分、计数器和控制部分。试样在一定张力和角度下往复折叠，其强度不断下降，直至不能承受弹簧的拉力而被拉断，纸的折叠角度为135°±2°，折叠速度为（175±25）次/分。

三、试验步骤

（1）校准仪器的水平，切取宽15.0 mm±0.1mm、长150 mm的试样各8条。

（2）调节所需的弹簧张力。一般纸为9.8 N，纸板为9.8 N或14.7 N。选择试样厚度所需的折叠夹头，将纸条垂直地夹紧于测定器的两夹子间，松开弹簧固定螺丝，观察弹簧张力指针是否在9.8 N或14.7 N的位置，如有差异，需重新调整。

（3）启动仪器，往复折叠至试样折断。读取计数器的指示数即为135°往复折

叠的次数。

（4）使计数器回零，进行下一试验。

四、结果计算：以纵向、横向、正面、反面所有测定值的算术平均值表示测定结果，并报告最大值、最小值。计算结果精确至整数。

耐折度受湿度的影响大，测试时操作者要离开仪器远一些，更不要对折叠头呼吸。另外，不要用手模试样的折叠部分，严格操作应戴手套进行。仪器长时间工作，温升明显时，应停一段时间，再进行测试。

横向：100次

纵向：140次

三纸板挺度的测定

一、实验原理

1. 纸板挺度是指在一定条件下弯曲宽度为38mm的试样至15°角时的弯

距，单位是mN·m。

挺度代表试样的抗弯曲能力，是纸板的一项很重要的物理性能指标。纸包装材料制成品如纸箱等承受外界压力的能力是影响包装性能的关键性指标，与制造材料的挺度有着紧密的关系，制造包装箱的纸板如黄板纸、箱板纸、白板纸以及瓦楞原纸的挺度愈高，则制成包装箱在外界压力作用下的变形或破坏的程度愈小。因此，对于纸包装材料，挺度是最重要的性能指标之一。挺度的大小主要与纤维材料本身的刚性，即杨氏模量以及纸板厚度、紧度有关。

2. 工作原理：仪器是根据力矩对转轴中心平衡的原理设计的。仪器未启动前，摆和试样处于垂直位置，其中心线与试样和角度盘的中心线三者重合。仪器运转时，摆和角度盘顺时针转动，同时角度盘带动推纸架转动，从而使推纸辊对试样产生一个弯曲力矩。当转到摆的中心线和角度盘的中心线的相对夹角为15°，即试样被弯曲15°角停止运转时，以转轴为中心构成一个力矩平衡系统，即推纸辊作用在试样上的力通过试样夹作用在摆上的力矩和重砣的分力作用在摆上的力矩形成平衡力矩。因此，根据试样弯曲15°角时，摆的中心线在负荷盘上的读数可以计算试样的挺度。

二、实验仪器

仪器结构和工作原理

国内外目前用于测试挺度的仪器型式很多，有克拉克（Clark）式、葛尔莱（Gurley）式、泰伯尔（Taber）式等测定仪。前两种仪器多用于纸的挺度的测定，泰伯式挺度仪用于纸板挺度的测定，该挺度仪测定挺度的方法已纳入ISO标准，我国也采用该仪器测定纸板的挺度。

1. 仪器结构：挺度采用如图所示的泰伯式挺度仪进行测定，包括传动、测试两部分。

泰伯尔（Taber ）式纸板挺度测定仪

1、力度盘；

2、角度盘；

3、摆；

4、夹纸器；

5、左右推纸辊；

6、调节螺钉；

7、可调支足；8、水平器；9、重铊轴；10、壳体；11、左右开关；12、包装锁紧销 仪器的测量范围为（1～500）mN·m ，整个测量范围分为七档，各档分档重铊质量和力度盘分度值如表所示。

各档分档重铊质量和力度盘分度值表

测量范围

（mN·m ）

分档重铊质量 力度盘分度值 （mN·m ） 编号 质量（g ） 1～5

1 5.098 0.05 1～10

2 10.197 0.10 1～20

3 20.39

4 0.20 5～50

4 50.986 0.50 10～100

5 101.972 1.00 20～200

6 203.944 2.00 50～500

7 509.860

5.00 注：1 mN·m ＝10 cN·cm

2.仪器的调节及校准 (1) 调节仪器至水平，再调节角度盘，使摆的中心线与角度盘、负荷盘的零点重合。

(2) 摆的灵敏度的校准：移动摆至15°角，释放摆使之自由摆动，其摆动次数不得少于20次。

三、测定步骤

1. 切取长70±1mm ，宽38.0±0.1mm 的试样纵横向至少各5条。

2．将试样的一端垂直地夹于固定夹上，试样的另一端插于仪器下面的两小辊之间，然后用固定螺丝把试样固定。注意要使试样与摆的中心线重合。用小辊

调距装置把试样和两小辊之间的距离之和调节成0.33 mm±0.03mm。

3．按试样的不同挺度，通过更换重砣选择测定范围，使得试样在负荷盘上所测定的读数在20～70刻度之间，打开开关，使试样弯曲，当摆的中心线和角度盘的15°线重合时立即停止运转，即关闭开关，记下摆的中心线所指的负荷盘读数，精确至半个分度。上述操作分别向左右方向进行，即分别测定试样向正面弯曲和向反面弯曲15°角时的读数。若试样挺度过大或弯至15°角时断裂，可改用弯曲7.5°时停止运转，读数乘2为弯曲15°时近似值，并在报告中注明。

四、结果计算

从力度盘上读取格数，然后按下式计算试样的挺度：

S＝n·R

式中：S——挺度，mN2m；

n——对应于不同分档重铊的分度值（如上表所示）；

R——在刻度（0～100）范围内的实际刻度数（每格为1）。

※计算实例：

例一，选用1号重铊（此重铊即为重铊轴，平时不取掉），在力度盘上读出的格数为67.5，计算挺度值。

从上表中查出1号重铊分度值n＝0.05mN·m，计算：

S＝n·R =0.05367.5＝3.37 mN·m。（保留三位有效数字）

例二，选用4号重铊，在力度盘上的读数为35.6格，计算挺度值。

从上表中查出4号重铊分度值n＝0.5mN·m，计算：

S＝n·R ＝0.5335.6＝17.8 mN·m。

按纵、横向各5条进行测定，以纵、横向所有测定值的算术平均值表示结果，并报出最大值和最小值。计算结果取三位有效数字。

实验结果：

横向：左：S=n2R=67.5mN.m 纵向：左：S=n2R=73mN.m 右：S=n2R=68mN.m 右：S=n2R=81.5mN.m

四 瓦楞纸板平压强度的测定（FCT ）

一、实验原理

瓦楞纸板的平压强度是指试样在其瓦楞被压溃以前所能承受的垂直于纸板平面的最大压力，以kPa 表示。

二、实验仪器

采用与测定环压强度一样的压缩强度仪。瓦楞纸板的平压强度测试示意图如图所示。

瓦楞纸板的平压强度测试示意图

1、试样；3、上压板；4、下压板

三、测定步骤

切取面积为65cm 2（直径91±0.5mm ）的圆形试样（切边应整齐并与瓦楞纸板面垂直），平放在仪器的下压板中心处。开动仪器，使上压板以12.5±2.5mm/min 的速度向下运动，压缩试样至瓦楞槽纹被压溃，记录指示数值，准确至1N 。 更换试样，以同样程序进行10次测定，在测定时若瓦楞不是对称压溃应废弃重做。

四、 结果计算

瓦楞纸板的平压强度按下式计算：

A

F FCT 10 式中：FCT ——平压强度，kPa ；

F ——试样承受的最大压缩力，N ；

A——试样面积，cm2。

以所有测定值的算术平均值表示结果，并报出最大值和最小值。计算结果准确至10kPa。

实验结果：103659N÷64cm2=102.97kPa

五纸和纸板耐破度的测定

一、实验简介

耐破度是指纸或纸板在单位面积上所能承受的均匀增加的最大压力，以kPa 表示。

耐破度测定简单，广泛用于生产中的测定。它是纸袋纸、包装纸及纸板的一项重要性能指标。虽然目前存在以抗张强度取代耐破度评价纸包装材料强度性能的趋势，但耐破度仍以其测试简单、应用广泛等特点成为在生产实际中如实评价纸包装的使用可靠性能的有效手段之一。耐破度与纤维长度和纤维结合力有关，纤维长度和结合力高的张纸其耐破度亦高。浆料的机械处理方式及打浆程度直接影响浆料纤维的平均长度及纤维的结合力，提高打浆度，则耐破度增加，但打浆度过高，反使耐破度下降。耐破度是纸张许多强度性能的综合反映，它与抗张强度、伸长率、撕裂强度都互有影响。

目前常用的为缪伦（Mullen）式耐破度仪，分油压和气压两种。油压耐破度仪是以甘油为压力传递介质。气压耐破度仪是以压缩空气为压力源传递压力。

二、实验仪器及结构

纸与纸板所用耐破度仪的结构基本相同。其组成包括压紧机构、传动加压机构和指示机构三部分。

电脑测控耐破度仪

1、注油杯按钮；

2、注油杯；

3、打印纸卷；

4、打印机；

5、显示屏；

6、上夹环；

7、下夹环；

8、调压阀旋钮；

9、压力表；10、操作按键；11、进气接头

试样的压紧采用凸轮杠杆机构。在上、下压环的接触面上刻有V形同心槽，以压紧试样。压紧杠杆一般采用人工操作，新型仪器采用压缩空气或液压装置自动压紧试样。

由电机通过皮带或联轴器驱使蜗杆、蜗轮和齿轮系统运动，并通过离合器带动蜗杆轴作正反旋转，使带有皮碗的活塞在油缸内作往复运动，从而通道油介质对试样进行加压和泄压。

指示机构为一与油缸相通的双针压力表。加压时压力表指针随油缸的压力增加而转动。试样破裂后，油缸泄压，表的主针即退至零点，副针仍停留在破裂时所达到的压力值位置上。

三、工作原理

仪器是根据压力传递的原理设计的。开动电机，驱使活塞运动，对介质施加压力，通过橡胶膜将压力传递到压环中间的试样，使之逐渐凸起，直至破裂，试样破裂时所能承受的最大压力即为试样的耐破度。

四、试样采取和处理

测定纸的耐破度时，送检试样应经过前述标准方法提取和温湿处理，试样尺寸为70 mm370mm；测定纸板耐破度时，试样尺寸为100 mm3100mm。

五、测定步骤

1 按标准方法切取试样10张（正反面各测5次）。

2 试样放入上下压环之间压紧，压力表指针回零。

3．启动电机，保持进油速度在每分钟95 ml ±5 ml （纸试样）或170 ml ±15 ml （纸板试样），待试样破裂后迅速操作仪器使活塞和胶膜退回原位或略低于下夹盘表面，读取压力表数据。

4．抬起上夹盘，取出破裂试样，读数回零，以备下一个测试。

5．注意事项：如发现试样滑动或因压溃而破裂不正常者，应将读数舍去；读数低于70 kPa 时，可用多层纸页测试，使读数超过70 kPa 即可。测定结果除以层数。

六、测试结果的计算

n

B P = 式中 P ——平均耐破度，kPa ；

B ——测定的耐破度值，kPa ；

n ——测定试样的层数。

W

P X = 式中 X ——耐破指数，kP a 2m 2/g ；

P ——平均耐破度，kPa ；

W ——试样的定量，g/m 2。

耐破度、耐破指数以所有测定值的算术平均值表示结果，并报出最大值和最小值，计算结果取三位有效数字。

结果：B=256kPa W=M/S=224.898g/cm2=2.24898×106

P=B/n=256÷5kPa=51.2kPa

X=P/W= 51.2/(2.24898 3106)= 2.277×10-5kPa.m 2/g

六 瓦楞纸板粘合强度的测定

本方法适用于测定各种瓦楞纸板（包括单瓦楞、双瓦楞和三瓦楞纸板）楞峰与面纸或芯纸的粘合强度。

一、试验原理

将针形附件插入试样的楞纸和面纸之间（或芯纸之间），然后对插有针形附件的试样施压，使其做相对运动，直至被分离部分分开。本实验只作单面分离实验，其上、下插针的顺序如图所示。

瓦愣纸板剥离强度上、下插针顺序

N ——下插针架支承反力；P ——上插针架向下的压力

1、下插针(长针)；

2、上插针(短针)；

3、瓦楞芯纸；

4、面纸

根据试样的楞型，按下表选择合适的插针直径和插针数目。

楞型与插针规格

插针规格楞型

上插针下插针

直径数量直径数量

A Ф3 4 Ф3 5

B Ф2 6 Ф2 7

C Ф3或Ф2 5 Ф3或Ф2 5

二、试验设备

（1）采用测定环压强度的仪器并配备瓦楞纸板剥离强度试验架进行测定。

（2）附件

附件是由上部分附件和下部分附件组成，是对试样各粘着部分施加均匀外力的装置。

三、测定步骤

（1）试样的采取和预处理

按GB450-79《纸与纸板平均试样的采取及检验前试样的处理方法》的规定进行。

（2）试样的制备

从样品中切取10个25mm 380mm 的瓦楞纸板试样，瓦楞纸板试样瓦楞的方向与25mm 尺寸线的方向一致。

（3）试验方法

先将被测试样装入附件，然后将其放在测量器下压板的中心位置；开动测定器，以12.5±2.5mm/min 的速度对装有试样的附件施压，直至楞和面纸（或芯纸）分离为止。记录所需的最大的力。读数精确至1N 。

四、 结果计算

试样的粘合强度按下式计算：

S

F A 式中：A ——粘合强度，N/m ；

F ——试样被全部分离时所需最大力，N ；

S ——试样瓦楞分离的长度，m 。

实验结果：F=111N

A=F ÷S=111÷0.025N/m=4440N/m

七 纸和纸板戳穿强度的测定

一、仪器的用途

纸板的戳穿强度是指用一定形状的角锥穿过纸板所作的功。即包括开始穿刺及使纸板撕裂弯折成孔所需的功，以焦耳（J ）表示。本方法可适用于各种类型纸板，如箱纸板、瓦楞纸板等。（仪器如图所示）

纸和纸板戳穿强度测定仪

1、试样夹持装置手柄；

2、上压板；

3、下压板；

4、重砣；

5、刻度盘；

6、指针；

7、摆体；

8、释放手柄

1.仪器的基本参数

（1）测量范围：0-48J

（2）刻度盘的分度值：A度盘0-6J：最小分度值0.05J

B度盘0-12J：最小分度值0.1J

C度盘0-24J：最小分度值0.2J

D度盘0-48J：最小分度值0.2J

（3）试样规格：1753175(mm)

（4）外形尺寸（宽3深3高）：90034003800

（5）仪器净重：约152kg

2.仪器的结构

戳穿强度测定仪由以下几个部分组成：支座、摆锤装置、试样夹持装置、释放体和测控系统等组成。

（1）支座由支座与座体组成。

（2）摆锤装置由摆体、摆轴、戳穿头与重砣等组成。

（3）指针部分由指针、指针轴与刻度盘组成。

（4）试样夹持装置由上、下压纸板与夹紧弹簧组成

（5）释放体由支柱与释放体手柄组成。

3.仪器使用前的准备

（1）调整仪器水平

调整调平螺钉，使机座上的水准泡居中。

（2）零点调整

选择不同测量档时都应调整零点，如用12J档试验时：

①先挂上B砣（A砣是固定在摆上的）；

②松开压纸板的固定螺钉，把压纸板转到外侧；

③把摆抬起置于释放体上；

④把指针拨到最大值处；

⑤向前推释放体手柄，摆下落，此时指针应对零；

⑥如不对零则可调整度盘后面拨杆上的螺丝，反复调整几次，直到指针对零。

（3）摆轴摩擦力的校准

在只加重砣A时，释放摆体自由摆动到停止，摆动次数不应少于100次。

（4）指针摩擦力校对

去除压纸板，将指针拨到标尺零点，使摆在无试样条件下摆动一次，推动指针偏离标尺零点刻线，偏离应不超过3mm。

（5）压纸板夹紧力的要求

施于夹纸板间的力最低限度为250N，最大不超过1000N。

4．仪器的使用

（1）试验的准备

按国家有关规定将试样切成1753175mm在规定的条件下进行处理。

（2）操作程序

首先把杠杆1向上抬起使上、下压纸板张开，将试样放在上、下压纸板之间，通过下压纸板3上的二个限位销使试样前端定位。（注意试样的左右位置不应放偏）放下杠杆试样被压紧。根据样品选用合适能量的重砣4装于摆体7后端的孔内（A砣不取下），并通过螺钉使其夹紧在摆体的两侧，将指针拨至最大值处，把防摩擦环套在三角形戳穿头的后面，将释放手柄8推向前方，此时摆体被释放，戳破试样，指针指示出戳穿试样所消耗的功。

记录下结果，用手将摆体拉起复位，抬起杠杆取出试样，一次试验结束。实验结果：戳穿强度为9.6J

注意：

（1）零点校对时，必须先拧下压纸板的固定螺钉，把压纸板转向外侧后对零。

（2）重砣的加挂：A砣始终固定在摆体上，当使用12J度盘时，应加挂B砣，用短螺栓固定，当使用24J度盘时，应加挂B＋C砣，用中长螺栓固定，当使用48J度盘时，应加挂B＋C＋D砣，用最长螺栓固定。