用自制简易挺度仪测定单面涂布白纸板挺度的方法

    随着国内OCC废纸的总体品质越来越低档（箱纸板的KP面浆配比降低，甚至以废报纸浆染色后代之，一部分瓦楞纸板则以含KP浆甚少的中低档的单面涂布白纸板贴面等。当然在满足产品的功能指标的前提下，这种改变应该称之为技术进步，否则，则应称之为粗制滥造），加之各单面涂布白纸板生产厂家为自身生存或谋取更高的利润，不得不在降低生产成本上狠下工夫。产生的后果是一大部分中低档单面涂布白纸板的挺度指标偏低，并随之或多或少带来低定量印品的起皱，这是目前该产品市场上存在的一个普遍性的质量问题。各生产厂家也都在积极探索解决办法，据说部分厂家已经取得了一定的效果。效果的好坏需要仪器的测定，遗憾的是，许多生产厂家并未配置挺度测定仪，在确定纸板的挺度时，仅是依靠眼看、耳听、手摸（许多企业称之为手感），凭经验来确定纸板挺度的大小。这对指导生产、储存、销售和确定新的工艺改进方案都是极其不利的。因为，如果纸板的挺度功能过剩将加大生产成本，而挺度功能不足则满足不了用户的需要。用户才是自己的衣食父母，纸厂老板们是不会不清楚这一点的。笔者在近期一次从事技术服务的过程中，苦于所在纸厂没有挺度仪，老板自然不愿意掏腰包去购买，但是自己却很想得知一次助剂添加的生产性试验前后的纸板样品的挺度指标到底是否产生变化及变化的多少，不得已才想出这样一个简易的测定方法。本测定方法对箱纸板等其它纸板的挺度试验仍然适用。本测试仪器没有传动部件。试验过程直观可信。而自制造价仅为商品挺度仪的几百分之一。

    所谓纸板的挺度，按国家的现行标准，就是：在规定的条件下，弯曲一端夹紧的规定尺寸的试样至15度角度时的力矩，以mN.m表示。这是一个衡量纸板的抵抗变形能力的一个物理量，按此规定的条件必须使用国家标准规定的泰伯式挺度测定试验仪方能得出正确的结论。

    根据经典材料力学的原理，被研究的构件假设为是连续的、构件各点性质是*相同的、各个方向具有相同的性能，显然如果把纸板试样作为这样一个构件则是不*符合这些假设的，但我们同样还是可以利用材料力学的研究方法，来确定纸板的挺度（对材料力学来讲是抗弯刚度）。

    材料力学的抗弯刚度＝EI ①②
    同质漂白纸板挺度＝KE T×T×T ③ 因为不知的网页上是如何表示X的n次方，所以这里表示为连乘
    理论上纸板的挺度＝E（W×T×T×T / 12）/ （L×L） ④ 
    式中：E─弹性模量，是物质的基本属性，与材料的尺寸规格无关；
    I─惯性力矩，仅与纸板试样尺寸有关的几何量，纸板挺度试样的I＝W×T×T×T / 12 ； ⑤
    K－同质漂白纸板的挺度系数；
    T─纸板试样的厚度；
    W─纸板试样的宽度（本方法对单面涂布白纸板表示为纵向尺寸）；
    L─纸板试样的长度（本方法对单面涂布白纸板表示为横向尺寸）。

    弹性模量E虽然是物质的基本的属性，但对纸板而言它却是一个zui为活跃的变量，其影响的因素众多，例如：原料的材种、浆种；打浆方式、打浆度；纤维长度、纤维宽度；个层纸浆原料的配比；不同层浆料的定量比例；水质；施胶；加填；加添；湿抄；压榨；干燥；压光；各种化工原料的特性；涂料配方、涂布；光泽压光；纸机各段的温度；成纸水分；大气湿度等等。任何环节出现问题和发生变化都有可能导致弹性模量的改变及挺度的改变。部分环节的工艺变化可能带来的是“病来如山倒”之势头，在没有对症的且又不增加产品成本的处理方法之前，祛病是不容易的，正所谓是“病祛如抽丝”。

    至少有以下几种方法可以确定纸板试样的挺度：

    1. 弯曲一端夹紧的规定尺寸的纸板试样至一定角度时的力矩，mN.m ；
    2. 弯曲一端夹紧的规定尺寸的纸板试样至一定力矩时的挠度或角度，mm或度；
    3. 一端夹紧的规定尺寸的水平放置的纸板试样，利用纸板的自身的质量，受地心引力的作用试样产生的弯曲角度，度；
    4. 一端夹紧的规定尺寸的水平放置的纸板试样，利用纸板的自身的质量，受地心引力的作用其自由端产生的挠度，mm 。

    对于不具备标准的挺度测定试验仪，又想能方便得出挺度数值而言，显然第四种方法zui为简便与实用。这就像测试液体化工原料的和涂料的粘度，现时的标准的方法采用的是旋转粘度计法，其测试结果的表示单位是mPa.s ；而仍然有许多企业还是在用涂－4杯法，其测试结果的表示单位是s ，虽然测试的仪器和表示结果的单位不同，但涂－4杯法对生产、使用、销售还是具有直接指导的意义。

    第四种方法，对挺度的数学表达式仍有直接意义，可以直观地解释试样的厚度、尺寸、定量（荷载）对挺度的影响。这是一个很值得*的方法（可以制定为企业标准，如果企业已经或准备进行*的话，则应对产品标准的技术指标进行变通处理：挺度指标仍然保留，只进行其年度或季度的由技术监督部门取样的形式试验；新增产品的挠度指标，为每批产品的必测项目，对于用国家的或行业的产品标准转化而成的企业产品标准而言，其技术指标缺少一项是不行的，但多一项指标则是无可非议的）。

    这里需要说明的是第四种测试方法不是国家标准*的测试方法。就像克重（定量的俗称）不是国家标准标准*的术语一样，使用者在用，生产者也在用，从自己经历过的几个单面涂布白纸板生产厂家来看，都是这样在用，想纠正都纠正不过来。

    仪器的制作装配（因笔者上传图形不便，故本制作方法全部采用文字叙述，好比一道没有图形的几何问题，通过文字叙述是可以求解和证明的一样。在以下内容中，尺寸未注明单位的均以mm计。制作方法不限于此一种，土气的还可以比这个仪器土气，洋气一些的，可以使用带有上下夹板的试样夹具、光学或光电读数仪等）：

    1. 试样下夹板：准备表面刨光的未变形的钢板条一块，尺寸260×35×15 ；如无钢板条，用同样尺寸的未变形的木条也可。笔者是用纤维板条制作的。

    2. 支杆：高度225，用φ32钢管制作；木杆也可，截面尺寸40×40、45×45都行。

    3. 地脚板：钢板尺寸50×50×6。如用木支杆，本件可免。

    4. 底座：木板350×300×25。

    5. 侧面板：350×275×10树脂层压板、木板、纤维板、塑料板等均可。

    6. 尺寸经过校准的200mm钢板尺一把。

    7. 圆形水平仪（装有水的扁平密闭小玻璃泡）一只。

    8. 移动标尺板：100×10×250树脂层压板或平整的灰色塑料板。

    9. 大号办公文件铁夹子，夹口应平直，笔者所用铁夹的夹口长度145，zui大开口距离45，夹口深度30。也可用上夹板代之，尺寸与下夹板稍有不同，效果更好，不过还要加装紧固螺栓。

    10. 装配：

    地脚板焊在支杆下，地脚板的中心和支杆的中心重合； 

    下夹板的一端焊在支杆上，支杆外径内切下夹板的短边，支杆中心在下夹板长度方向的中心线上；

    下夹板、支杆、地脚板三者叠加高度246； 

    底座水平放置，其短边在制作者的左、右边；

    侧面板的长度方向与底座的长度方向一致，紧固在离制作者较远一侧的底座的边部；

    在底座上距底座左侧短边80mm划一条垂线，距侧面板265mm划一条与之平行的直线，两条线交点既为支杆安装中心，将地脚板用螺栓紧固在底座上；

    此时当底座放置于一个水平表面，下夹板的上表面应是水平的，否则应将其调整为水平。下夹板长度方向应与侧面板垂直，下夹板的悬臂自由端距侧面板21mm；

    当下夹板水平时，在地脚板附近用胶粘牢圆形水平仪，使气泡正好在泡上的园形标志线中心；

    标尺板成杆状垂直于底座，并浮放在底座上，标尺板可沿底座和侧面板滑动，并可以放置在底座上任一无障碍的位置；

    沿着下夹板的上表面，在标尺板100mm的长度上划一条与之水平的直线；

    将钢板尺上刻度0.2mm的两边上的点与标尺板上水平线重合，读数由上而下，用胶固定；

    在下夹板的上表面，距离左侧长边5mm处用钢针划一条直线与下夹板长边平行，此线为试样的止口线；

    在下夹板的上表面，距离左侧长边30mm处划一条直线与下夹板长边平行，此线为铁夹固定试样的刃口线；

    大号办公文件铁夹子放置在底座上备用。

    如果哪一位光看着以上的文字不知其所以然，不妨用笔在纸上一步一步对照画上图样，其实就一点也不困难了。

    此例也说明了图纸和图形对于人们的正确地理解设计者的意图是多么的重要。

    以挠度表示的挺度的测定方法：

    1. 切取200×100（横向尺寸×纵向尺寸）纸板试样十片，其中五片测正面，五片测反面，试样要求平整，无褶皱；称量每一片试样的质量，其数值乘以100/2既为该试样的定量；

    2. 将仪器调整水平；

    3. 取一片试样，短边放置于下夹板上。与下夹板接触的试样短边与止口线重合；用夹子将试样夹在下夹板上；夹子的刃口与刃口线重合；

    4. 让纸板自由端自然下垂，试样垂下的自由端距离移动标尺板（3～5）mm，读取标尺上与自由端的zui低点水平的数值既为挠度，准至1mm；然后再将该试样另一短边放置在夹板上，做相同的测试，取两次所得的数据平均数作为该试样的挠度值；测试速度尽可能快，以防纸板产生“不可逆转”的变形影响精度；

    5. 分别报告样品的正反面的横向挠度的zui大值、zui小值、平均值。将数值较大的一面的挠度的平均值作为试验结果。

    6. 按“定量－挠度－挺度对照换算表”将挠度值换算为挺度值。也可按用户认可的挠度值作为试样的标准值，大于这一标准值的判定为不合格。

    另：下夹板上可以同时放置两片试样，用于两个试样的挺度的对比，明显而又直观。

    定量－挠度－挺度对照表的编制（没有机会使用到标准挺度仪的制作者将无法编制这一表格）：

    按上述的方法已经测试挠度后的试样，再切裁成70×38纸板试样正反面各5片，用标准的泰伯式挺度试验仪测试挺度，将各次（数十次乃至数百次）测试的若干组的数据记录整理并制制成“定量－挠度－挺度对照换算表（或对照曲线）”，供以后测定时换算。

来源：中华印刷包装网   编辑：中国包装印刷展览网