包装材料学试验指导书

包装材料学实验指导书

实验1 塑料薄膜性能测试

一、实验目的

1．通过实验掌握使用电子拉伸仪测定塑料薄膜拉伸强度的方法。

2．通过对具有代表性的几种塑料薄膜拉伸强度的测定，加深理解聚合物根据应力—应变情况分类方法，并学会通过应力―应变曲线对被测试样加以判断归类。

二、实验任务

1.按国标GB13022－91规定测定被测试样的拉伸强度；

2.计算每种塑料薄膜拉伸强度，断裂伸长率及弹性模量，并绘制每种试样的应力―应

变曲线图。

三、实验仪器设备名称及原理

1. 实验仪器（如图1-1所示）

主要技术指标：

最大负荷：1KN

测力精度：示值的±1％以内

有效拉伸空间：600mm

试验速度范围：20～500mm/min

位移测量分辨率：0.01m

图1-1 EMT 系列液晶电子拉力试验机

2. 仪器工作原理

（1）机械结构原理

机械传动顺序如下：

电机—→连轴器—→减速机—→丝杠—→试台升降

由电机带动丝杠转动，在丝杠上固定有一个可移动夹具，另一个夹具固定在机座上，将试样夹紧在两夹具之间，丝杠转动，使其上夹具向上运动，从而实现对试样施加拉伸载荷。

（2）电气控制及拉力显示原理

拉伸载荷大小由拉力传感器将机械力转变为电信号，通过相应的电路处理，可直接显示拉力的大小及拉伸强度与断裂伸长率。

四、实验方法

1. 试样制备方法

沿被测塑料薄膜纵横向，使用标准切刀冲裁成哑铃形（如图1-2所示）试样条，横纵向各10条。按国标GB13022－91要求对试条进行预处理，即温度20±2℃，湿度60±5％条件下放置4小时后方可试验。

图1-2 Ⅱ型试样

L3—总长115；L2—夹具间初始距离80±5；L1—平行部分长度33±2；

L0—标线间距离25±0.25；R—大半径25±2；r—小半径14±1；

b—平行部分宽度6±0.4；b1—端部宽度25±1；d—厚度。

2. 实验操作步骤

（1）将仪器拉伸速度设定为300mm/min输入试样宽度及厚度。

（2）调整夹具高度，将一个试样条夹紧于上下夹具之间。

（3）将仪器力与位移显示清零，按原点，按运行，即可进行实验。

（4）试条断裂，夹具会自动停止运动，记录最大拉伸强度，及位移断裂伸长率后，按返车键即可准备进行下一次实验。

载荷力传感器平衡电路放大器解调滤波显示数值

振荡器移项计算比较电路

五、操作注意事项

1. 试样夹持应位于两夹具中心线上。

2. 设定原始标距后夹具不可升降。

3. 在实验过程中禁止用大力拉上夹具，以免损坏拉力传感器。

六、实验报告要求

1.说明实验目的和实验步骤。

2.实验数据列表求平均值。

3.绘制应力―应变曲线并分析曲线特点。

4.回答思考题。

七、思考题

1. 为什么相同厚度的低密度聚乙烯(LDPE)薄膜与聚氯乙稀（PVC）薄膜拉伸特性差异很

大?

2. 试比较分析韧性材料与脆性材料的拉伸性能差异?

实验2 印刷包装用纸性能测试

一、实验目的

1. 掌握纸张厚度仪，电子天平，撕裂强度测定仪，MIT式耐折度测定仪的操作方法。

2. 通过对包装用牛皮纸不同定量的性能测试，了解包装用纸随定量增加其机械性能指

标是如何变化的，并对纸张纵横向的机械性能差异有所认识。

二、实验任务

1．按国标GB451.2-89中规定测定纸张的定量。

2．按国标GB451.3-89中规定测定纸张的厚度。

3．按国标GB455.1-89中规定测定纸张的撕裂强度。

4．按国标GB2679.5-81中规定测定纸张的耐折度。

三、实验内容

（一）包装用纸张定量的测定（参照国标GB4512.2-89）

1. 定量即纸或纸张每平方米的质量，以g/㎡表示。将待测纸张切取面积为100㎝2的

圆形标准式样5个，在灵敏度大于0.01g的天平上进行称量，取得M用下式计算

M

定量。G=A

式中：G—式样定量；M—式样的平均质量（g）；A—式样面积（㎡）。

2. 实验仪器（ER—120A电子分析天平，如图2-1所示）

主要技术参数：

读数精度0.1mg

称量范围0～120g

稳定时间5s

称盘直径?85mm

操作温度5～40℃

图2-1 ER—120A电子分析天平

（二）包装用纸张厚度测定（参照国标GB451.3—89）

1. 从样品中随机切取200mm×250mm大小的式样5个，按图2-2所示选择测量点，

将被测式样放置在下测量面上，然后将上测量面慢慢地放下（其下移速度应小于3mm/s）接触试样表面应尽可能的避免产生任何冲击作用，待指针停转后2～5s 内读取测量数值。

图2-2 试样上测量点位置选取示意图

2. 实验仪器（J—HDY04型纸与纸板厚度测量仪，如图2-3所示）

主要技术特性：

测量范围：（0～4）mm

分度值：0.01mm

接触压力：（100±10）kpa

接触面积：（2±0.05）㎝2

图2-3 J—HDY04型纸与纸板厚度测量仪

1 座体；

2 重锤；

3 防转螺钉；

4 测量头；

5 量砧；

6 螺钉；

7 拨杆；8 小轴；9 套垫；10 螺钉；11 量表。

（三）包装用纸张撕裂强度的测定（参照国标GB455.1—89）

1.内撕裂度是指撕裂预先切口的纸或纸板至一定长度所需要的力，以mN表示。

1)将待测纸切取63×75mm大小的试样，沿纸张横纵向各切取40张，对于纸

纵向与试样长向平行的进行横向实验。反之，则进行纵向实验。

2)将4个试样夹持在仪器试样夹上（注意不论横纵向实验均沿63mm尺寸方向

竖直夹持）按预切刀切取20mm的预切口。

3)按下释放的装置，使试样撕裂开，撕裂口偏歇斜不得超过10mm。若有超出

的视为数值无效，重新实验。

4)数据读取“S”代表的值是格数，并不是撕裂度，需按下式计算出撕裂度。

A=sp/n

式中：

A－撕裂度

s－平均刻度读数

p－换算因子（A摆是2，B摆是4，C摆是8）

n－同时撕裂试样的层数

2. 实验仪器（如图2-4所示）

图2-4 ELMENPORF（爱利门道夫）09型撕裂度仪（瑞典L&W公司制造）

1、2 调整器；3、9、15 指针及定位器、停止器；4 弹簧；5、12 切刀及手柄；

6、7、8 螺母；10、11 试样架；13 精调砝码孔；14、18、19 定标器；

16 保持器；17 挡块；20 调节螺丝；21 刻度尺。

仪器原理：

利用摆的自重，将其重心提升到一固定高度，使摆具有了一定的势能，释放摆，使其围绕轴心，自由摆动，同时将试样撕裂。

（四）包装用纸耐折度测定（参照国标2679.5—91）

1. 耐折度是指纸或纸板在一定张力下所能承受135o的往复折叠的能力，以往复折叠

的次数来表示。

1)将待测纸样使用专用切纸刀，切取15mm×150mm大小的试样横纵向各8条，

按GB450—79要求在标准温、湿度进行预处理。

2)根据待测纸的厚度选择合适的折叠头。

3)根据待测试样夹持在上下夹具上，保证竖直状态，按下开关待试样折断后，

记录折叠次数即可，注意标明最大和最小值。

2. 实验仪器（MIT立式耐折度仪，如图2-5所示）

主要技术参数：

张力调节范围 4.9N～

14.7N

折叠角度135o±2o

折叠速度175±10次/分

折叠口的圆弧半径0.38±

0.02mm

电动机90瓦1420转/分，

220伏单

图2-5 MIT立式耐折度仪

1 前盖板；

2 试样装卡调整柄；

3 张力调整螺钉；

4 指针；

5 张力杆；

6 张力标度；

7 制动螺钉；

8 上夹头；

9 夹持螺钉；10 折叠头；11 电机；

12 计数器；13 电源开关；14 加紧螺钉。

工作原理：

由电机通过连轴器和蜗杆轴连接，经蜗轮蜗杆变速，减速到175转/分。在通过偏心轮滑快机构和装在滑板一侧的齿条，啮合摆动轴上的小齿轮，产生下夹头

的左右摆动。其摆动次数为175次/分。

四、实验报告的要求

1．说明实验的目的及任务，简述实验步骤。

2．实验所用仪器名称，型号，简述工作原理。

3．整理实验数据，并作简要总结。

4．根据所学理论知识，对实现中的现象加以分析。

5．认真回答思考题。

五、思考题

1．包装用牛皮纸随定量增加机械强度如何变化？

2．为什么纸张横向，纵向机械强度有一定的差异？

实验3 印刷包装用纸板性能测试

一、实验目的

1.掌握纸板定量、厚度、紧度、挺度、环压强度、戳穿强度的测定方法；

2.通过对包装用单面涂布白纸板的性能测试，了解包装用纸板机械强度的基本特点

（与纸张机械强度比较）。

二、实验任务

1.按国标GB451.2—89中规定测定纸板的定量；

2.按国标GB451.3—89中规定测定纸板的厚度与紧度；

3.按国标GB2679.3—81中规定测定纸板的挺度；

4.按国标GB2679.6—81中规定测定纸板的环压强度。

5.按国准GB 2679.7中规定测定纸板的戳穿强度

三、实验内容

包装用单面涂布白纸板主要应用于医药、日用品的包装，生产的产品是小包装盒，因此该纸板的抗压缩性能与抗弯曲性能尤为重要，下面重点阐述挺度与环压强度的测定方法：（一）包装用单面涂布白纸板挺度的测定（参照国标GB2679.3---81）

挺度是指在一定的条件下弯曲38mm宽的纸板至15°角时的弯矩，以g?cm（克?厘米）或mN?m（毫牛顿?米）表示。

1. 将待测纸板切取38mm×70mm大小试样，沿纸板横纵向各切取10张试样条。对于

纸板纵向与试样长向平行的进行横向实验，反之则进行纵向实验。

2. 实验仪器（如图3-1所示）

主要技术参数：

额定载荷：5000mN

示值精度：<1%

弯曲角度：在5～30°范围内有

级调节

弯曲长度：1.5、10、15、20、

25、50（mm）

夹持器宽度：38mm

图3-1 16D型卧式挺度仪（瑞典L＆W公司制造）

1 移位旋钮；

2 锁紧螺钉；

3 传感器接口；

4 显示器；

5 电源开关；

6 传感器；

7 试样夹持器；8 弯曲度调节器；9 开始按钮；10 前进复位按钮。

3. 连接传感器，固定在50mm处，并校准仪器，将数据显示定为显示弯矩，即mN?m

（毫牛顿?米）

4. 将预处理后的试样条夹持在试样夹上，使用移位旋钮将传感器探头轻微接触，试

样边缘内1～2mm处。按下开始按钮，仪器的试样夹自动围绕其轴心转动15°，

那么传感器探头就感应到试样弯曲15°所产生的弯矩大小。

5. 记录每张试样条的数据（实验时切记不要弯曲试样）。

（二）瓦楞箱纸板环压强度的测定（参照国标GB2679.6—81）

瓦楞箱纸板的环压强度是指将一定尺寸的瓦楞箱纸板样条插在试样座内，形成圆

环形，在两测量板之间进行压缩，在压溃前所承受的最大的力，即为环压强度。

1. 将待测纸板使用专用的环压强

度取样器（如图3-2所示）沿纸板

的横纵向切取宽0

025.07.12+-mm 、长

025.0152+

-mm 各十条。纸板纵向与试样长向平行的进行横向实验，反

之则进行纵向实验。

图3-2 环压强度取样器

2. 实验仪器设备（如图3-3所示）

主要技术参数：

额定压力：5KW

显示值精度：<±1%

行程：76mm

压缩板尺寸：125mm×125mm

实验速度范围：5~50mm/min

标定速度：12mm/min

图3-3 48型压缩仪（瑞典L ＆W 公司制造）

1 下测量板；

2 上测量板；

3 停止环；

4 机座；

5 控制板面。

仪器特点：

本设备压力传感器是与上压板相连接，保证了测量精度，下压板为加载板，

是直接与交流变频调速电机相连，保证了加载精度。

3. 将预处理好的试样，按其厚度选择合适的环压强度测试座（见表3-1）。

4. 将预处理好的试样，插入环压座内，放置在压缩仪下压板上，然后按加载按钮，让下压板以12.7mm/min 的速度对试样进行压缩，当压力值稳定不再增加时，说明

试样已被压溃，记录该压力。

5. 实验数据处理

环压强度： )(1000m N l F R ?=

R — 环压强度

F — 压溃力 (N) L — 试样长度（mm ）

环压指数： ()g m N W

R r /?= R — 环压强度 (N/m)

W—试样定量（g/㎡）

表3-1 环压强度测试座选择规则

（三）瓦楞箱纸板戳穿强度（GB 2679.7）

纸板的戳穿强度是指用一定形状的角锥穿过纸板所需的功，即包括开始穿刺及使纸板撕裂弯折成孔所需的功，它以角锥总能量的损失来表示，单位以kgf.cm（1kgf.cm=0.098J）表示，国际单位是J。戳穿强度属于动态强度，模拟纸板受到突然施加的冲击力时的强度性能。例如，纸包装箱在装卸搬运、运输环节中，常常会由于尖硬的物品撞击而破坏。戳穿强度与耐破度的本质区别是，耐破度是均匀地施加压力而把试样鼓破，属于静态强度；而戳穿强度是突然施加一个撞击力把纸板戳穿，属于动态强度。因此，对于纸板类包装材料，戳穿强度显得更有实际意义。

（1）BK-52型戳穿度仪

① 结构及工作原理。BK-52型戳穿度仪适用于测定纸板的戳穿强度，如图3-4所示，在仪器上部固定件的回转中心安装有一个可以携带不同配重的摆臂，摆臂上固定一个圆弧状的摆杆，在摆杆的下端固定一个符合标准要求的三角锥状戳穿头。角锥是一个正三角棱锥形，高25±0.7mm，棱边的圆角半径是1.5mm。摆臂处于水平位置时具有势能，当摆臂释放时，戳穿头给试样施加一个冲击能量，戳破试样所需的能量称为戳穿强度。该仪器结构简单，操作方便，测试精确。

图3-4 BK-52型戳穿度仪

1-刻度盘；2-指针；3-平衡器；4-固定器；5、8-手柄；6-摆臂；7-配重；

9-摆杆；10-戳穿头；11-立柱；12-水平仪；13-三角架；14-调节支脚；

15-调节螺母；16-压簧；17-下压板；18-试样；19-上压板；20-防护罩

② 主要技术参数

a.测量范围：0～5J，0～10J，0～20J，0～36J

b.测量精度：与测量范围相对应，依次是0.1J、0.1J、0.2J、0.2J

③ 校准程序。提起摆臂，让其处于水平位置，把铝套推向戳穿头后部。移动指针到刻度盘的最左边，然后释放摆臂，因无试样，没有阻力，指针指向零位。若不指向零位，应转动刻度盘使指针指向零位。若需要，可重复上述操作调零。

（2）测试方法

按照国家标准GB 2679.7“纸板戳穿强度的测定法”进行试验。具体测试步骤包括：

① 试样采集与处理。按GB 450取样，沿纸幅切取175mm×175mm试样8片，并按GB 10739的要求对试样进行温湿度预处理。

② 检查指针指示“0”位。当摆上安装适当的配重后，将摆抬起至水平位置，用半圆形定位器将摆锁定，将指针拨到最左边，搬动锁定器释放摆，观察指针是否指示在刻度盘零位。若指针没有指示在刻度盘零位，摆动刻度盘使指针指示零位。戳穿头后部的铝套的组合，应松紧适度。

③ 将试样置于夹板三角孔的正中间，若夹紧力不够，可以转动夹板下面立柱上的滚花螺母来增加夹紧力。

④ 调整摆锤，当需要时，附加重铊以选择适当的功的范围，使测量值保持在全量程的20%～80%范围内。

⑤ 将指针拨向最高值位置，防摩擦环套在三角锥戳穿头后面，轻轻释放摆臂，摆体自由落下，戳穿试样。当三角锥体戳穿头通过试样时，铝套便卡在试样的孔内，使孔处于开启状态，这时摆没有摩擦力的制动作用。

⑥ 摆停止后，从刻度盘上读取指针指示的能量值，即试样的戳穿强度。

⑦ 提起摆体手柄，使摆体复位，拨回指针，松开加压装置，取出已试验过的试样，准备下一次试验。4片试样以纵向平行于摆的摆动平面方向进行试验，另外4片试样以横向平行于摆的摆动平面方向进行试验，

试验结果以所有测试值（包括纵、横向）的算术平均值报告测试结果，精确到0.1kgf.cm。若以J表示，试验结果小于12J时，精确到0.1J，否则精确到0.2J。

（3）注意问题

① 仪器空载时，不得随意释放摆体，以免损坏试样夹具以及摆杆。

② 试验结束后，应把摆体固定。

③ 在使用带防护罩的戳穿度仪时，一定要将防护罩牢固地安装在仪器上，以免误伤人体。（4）影响戳穿强度的因素

① 相对湿度增大，戳穿强度也有轻微的增大，但变化量不大。

② 随打浆度提高，戳穿强度稍有增加，而后随打浆度提高，戳穿强度又开始下降。

③ 测试结果随夹紧压力的增加而降低，尤其对于瓦楞纸板，当夹紧压力过大，试样的瓦楞被压溃，从而导致戳穿强度降低。但是，夹紧压力太小，试样在试验过程中易松动，测试结果会出现偏高趋势。因此，合理控制夹紧压力是必要的。

④ 仪器摆轴摩擦力太大，则会使测试结果偏高。

⑤ 防摩擦环是为了在三角锥形戳穿头戳穿试样后，保持试样开孔被撑住，从而避免试样弹回对摆产生摩擦或夹住摆杆。当这种情况发生时，摆不能自动摆动，影响测试结果。

四、思考题

1. 计算实验用纸板的紧度。

2. 为什么纸板厚度一样时，挺度与紧度成正比例关系？

3. 计算环压指数的意义是什么？

4．什么是瓦楞箱纸板的戳穿强度，其影响因素有哪些？

五、实验报告要求

1.说明实验的目的、任务；

2.实验所用仪器设备的名称、型号，简述工作原理；

3.处理实验数据，并作规律性总结；

4.依据所学理论知识，对实验中的现象加以分析；

5.认真回答思考题。