一、戳穿強(qiáng)度

戳穿強(qiáng)度是指瓦楞紙板在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，被符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的戳穿頭由高處落下時(shí)穿透紙板所消耗的能量。 戳穿試樣時(shí)，戳穿頭穿透試樣的過程由三個(gè)連續(xù)動(dòng)作組成，即刺穿、撕裂和彎折。面紙的縱橫兩個(gè)方向的撕裂強(qiáng)度和瓦楞楞芯紙的平壓強(qiáng)度對(duì)瓦楞紙板的戳穿強(qiáng)度有重要影響。戳穿強(qiáng)度與原紙的纖維韌性、硬度、緊度、含水率以及瓦楞紙板的粘合強(qiáng)度和瓦楞紙板的厚度等有著密切的關(guān)系。戳穿強(qiáng)度是一種動(dòng)態(tài)強(qiáng)度，它通過測(cè)試一定形狀的角錐穿過紙板所需的功能來模擬紙板受到突然施加的沖擊力時(shí)的強(qiáng)度性能。戳穿強(qiáng)度體現(xiàn)紙箱在使用或運(yùn)輸過程中的沖擊力，通過試驗(yàn)反映瓦楞紙板承受銳利物體沖撞的抵抗能力。

我國(guó)、日本和韓國(guó)習(xí)慣使用工程單位制kgf.cm，美國(guó)和英國(guó)習(xí)慣使用lbf/in，國(guó)際單位為J，在精密科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，廣泛統(tǒng)一使用國(guó)際單位制是必然趨勢(shì)。它們之間的換算關(guān)系如下：

2 1 J=10.2 kgf.cm = 8.85 lb.in

2 1 kgf.cm = 0.098 J= 0.87 lb.in

2 1 lb.in = 0.113J=1.153 kgf.cm

戳穿強(qiáng)度的試驗(yàn)方法按GB/T 2679.7《紙板　戳穿強(qiáng)度的測(cè)定》進(jìn)行，對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 3063-1975。

二、參考方法標(biāo)準(zhǔn)

GB/T2679.7、ISO3036、TAPPI T803

三、檢測(cè)原理

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，將試樣夾在戳穿強(qiáng)度測(cè)定儀上，用連在擺上的戳穿頭穿透試樣，測(cè)定戳穿試樣時(shí)所消耗的能量，以焦耳（J）表示。

四、檢測(cè)設(shè)備

    電子式戳穿強(qiáng)度儀由擺錘、戳穿頭、防摩擦套環(huán)、配重砝碼、松釋裝置、編碼器、顯示屏、硬件電路及WiFi聯(lián)網(wǎng)模塊等部件組成。紙板戳穿強(qiáng)度測(cè)定儀（以PN-PRT48F智能機(jī)型為例）外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，戳穿頭示意圖如圖2所示。

1－戳穿頭  2－擺臂  3－擺錘釋放機(jī)構(gòu) 4－試樣加壓裝置 5 - 顯示屏  6 －打印機(jī)

圖1 PN-PRT48F 紙板戳穿強(qiáng)度測(cè)定儀

A－擺臂橫斷面

圖2 戳穿頭示意圖

儀器的底板應(yīng)牢固地連接到堅(jiān)固的基礎(chǔ)上，在試驗(yàn)過程中不應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)和移動(dòng)，以免損耗能量，且應(yīng)保持設(shè)備水平牢固地放置。

4.1 擺錘和戳穿頭

擺錘上裝有90°圓弧的擺臂，擺臂應(yīng)很堅(jiān)固，足以使試驗(yàn)結(jié)果不受震動(dòng)的影響。戳穿頭接于擺臂的前端，是按照標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)設(shè)計(jì)的正三角棱形角錐，其高度為（25士0.7）mm，各面邊圓角的半徑為1.0mm～1.6mm。戳穿頭角錐的一個(gè)底邊平行于擺軸，該底邊的對(duì)角應(yīng)指向擺軸。當(dāng)角錐戳穿頭通過擺軸水平面的一半時(shí)，通過戳穿頭有效點(diǎn)的對(duì)稱軸應(yīng)垂直于水平面。

4.2 防摩擦套環(huán)

安裝于戳穿頭后部，在戳穿頭穿過紙板時(shí)脫離戳穿頭，留在試樣上保持試樣開孔，以避免弧形擺臂在穿過試樣后受到摩擦而影響測(cè)試結(jié)果。當(dāng)防摩擦套環(huán)不脫離戳穿頭時(shí)，由于摩擦作用而損耗的能量是可測(cè)的，且可以通過調(diào)整環(huán)的松緊來改變。

4.3 配重砝碼

根據(jù)試樣戳穿強(qiáng)度的大小，在擺臂上調(diào)整配重砝碼，以改變擺錘的沖擊力，便于選擇合適的測(cè)量范圍，使試驗(yàn)結(jié)果在相應(yīng)刻度最大值的20%～80%之間。

4.4 夾板

用于固定試樣，配有2塊水平夾板，分為上夾板和下夾板。上夾板是固定的，其下平面應(yīng)處于擺軸的水平面上，或位于擺軸水平面上方不超過7mm處；下夾板是活動(dòng)的，用于夾緊試樣，夾板的有效面積應(yīng)不小于175mm×175mm。

上、下夾板間各有一個(gè)等邊三角形的孔，兩個(gè)孔應(yīng)相互重合。該三角形孔的邊長(zhǎng)為（100士2）mm，其中一邊與擺軸平行，該底邊的對(duì)角應(yīng)指向擺軸。

上、下夾板應(yīng)有足夠的剛度，當(dāng)試樣受沖擊時(shí)夾板不產(chǎn)生變形。上、下夾板的夾緊力應(yīng)在250N～1000N之間，并可調(diào)節(jié)。如果儀器沒有測(cè)定夾緊力的裝置，那么應(yīng)保證在測(cè)定過程中試樣不松動(dòng)。

4.5 松釋裝置

松釋裝置包括固定裝置、釋放裝置和保險(xiǎn)裝置。固定裝置是將擺錘水平地吊掛在起始位置；釋放裝置應(yīng)能平穩(wěn)自由地釋放擺錘，不應(yīng)給擺錘施加任何初速度；保險(xiǎn)裝置應(yīng)鎖緊釋放裝置，使之不能隨意操作，以防擺錘意外脫落。

五、測(cè)試過程

5.1試樣采取和處理

試樣采取按GB/T 450進(jìn)行，處理按GB/T 10739進(jìn)行。

5.2 試樣準(zhǔn)備

從處理后的每張樣品中，切取不小于175mm×175mm的試樣8張。試樣應(yīng)平整，無機(jī)械加工痕跡和外力損傷。在任何情況下，戳穿試樣應(yīng)距樣品邊緣、折痕或印刷部不少于60mm。如果由于某種原因，用已印刷的紙板做試驗(yàn)，則應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中說明。

5.3 定期調(diào)節(jié)及校準(zhǔn)

定期進(jìn)行擺錘平衡、編碼器摩擦阻力和防摩擦套環(huán)阻力的調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)。

5.4 儀器調(diào)水平

儀器調(diào)水平，不水平直接影響測(cè)量結(jié)果。

5.5 選擇檔位

根據(jù)試樣的戳穿性能選擇合適的檔位，使測(cè)量結(jié)果在量程的20%～80%之間。檔位如下：A檔：不掛重砣和滾花螺母；B檔：掛滾花螺母；C檔：B、C砣和滾花螺母；D檔：B、C、D砣和滾花螺母。

圖3 檔位選擇示意圖

5.6 放置試樣

將防摩擦套環(huán)套在戳穿頭上，然后將待測(cè)試樣夾在上、下夾板之間。

5.7 測(cè)試

打開釋放保險(xiǎn)裝置，按“測(cè)試”鍵，釋放擺錘，戳穿頭穿過試樣。當(dāng)擺錘擺回來時(shí)，順勢(shì)用手接住擺臂或擺錘背部的把手，慢慢提起擺錘，使其吊掛在起始位置。

圖4 戳穿強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備

六、結(jié)果表達(dá)

1) 將一張?jiān)嚇拥目v向正面，縱向反面，橫向正面、橫向反面各2個(gè)測(cè)定值進(jìn)行算術(shù)平均，作為該試樣的戳穿強(qiáng)度。縱向平行于擺的擺動(dòng)方向?yàn)榭v向戳穿強(qiáng)度；橫向平行于擺的擺動(dòng)方向?yàn)闄M向戳穿強(qiáng)度。

2) 若要測(cè)定一張?jiān)嚇拥目v向戳穿強(qiáng)度，則應(yīng)將其縱向正面、縱向反面的測(cè)定值進(jìn)行算術(shù)平均；同樣若要測(cè)定一張?jiān)嚇拥臋M向戳穿強(qiáng)度，則應(yīng)將其橫向正面、橫向反面的測(cè)定值進(jìn)行算術(shù)平均。

3) 報(bào)告結(jié)果時(shí)，如果最終結(jié)果小于12J，則準(zhǔn)確至0.1J；如果最終結(jié)果大于12J，則準(zhǔn)確至0.2J。必要時(shí)，應(yīng)報(bào)告最大值、最小值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)。

七、可能的錯(cuò)誤操作及誤差來源

7.1 可能的錯(cuò)誤操作

7.1.1 開機(jī)直接測(cè)。

本儀器屬于電子儀器，測(cè)量前要預(yù)熱30min以上。

7.1.2 儀器調(diào)水平

儀器是否水平直接影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試驗(yàn)之前，一定要調(diào)水平。

7.1.3 檔位選擇不正確

根據(jù)試樣的戳穿性能選擇合適的檔位，使測(cè)量結(jié)果在量程的20%～80%之間。如果超過范圍選用下面高一檔的測(cè)量范圍。

7.1.4 測(cè)試同一個(gè)方向

戳穿強(qiáng)度的縱向和橫向的測(cè)試結(jié)果有差別，一般橫向戳穿強(qiáng)度大于縱向戳穿強(qiáng)度。以縱向正面，縱向反面，橫向正面、橫向反面各2個(gè)測(cè)定值進(jìn)行算術(shù)平均，作為該試樣的戳穿強(qiáng)度。

7.1.5 防摩擦套環(huán)未套到戳穿頭的后部

如果防摩擦套環(huán)未套到戳穿頭的后部，試樣在戳穿過程中會(huì)回彈或夾住擺桿，從而影響測(cè)試結(jié)果。

7.2 主要誤差來源

7.2.1 壓力測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)不準(zhǔn)確

本儀器高精密電子產(chǎn)品，使用一段時(shí)間后，因?yàn)殡娮釉骷?/span>傳感器的性能會(huì)發(fā)生變化，從而影響測(cè)試結(jié)果，所以要定期進(jìn)行校準(zhǔn)。

7.2.2 擺軸摩擦力

擺軸摩擦力對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，摩擦力大會(huì)使測(cè)試結(jié)果偏高。

7.2.3 試樣夾緊力

試樣的夾緊力對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響。一般來說，測(cè)試結(jié)果隨夾緊力的增加而降低。尤其對(duì)于瓦楞紙板，當(dāng)壓力過大，試樣的瓦楞被壓潰，從而使戳穿強(qiáng)度降低。但壓力太小，試樣在試驗(yàn)過程中松動(dòng)，結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏高趨勢(shì)。因此，合理地控制夾緊力是必要的。

7.2.4 防摩擦套環(huán)的影響

防摩擦套環(huán)是為了在擺錘戳穿試樣后，保持試樣開孔被撐住，從而避免試樣彈回對(duì)擺產(chǎn)生摩擦或夾住擺桿。當(dāng)不能自動(dòng)擺動(dòng)就會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。

7.2.5 相對(duì)濕度的影響

紙板戳穿強(qiáng)度，在一定相對(duì)濕度范圍內(nèi)變化不大，如果相對(duì)濕度有所增大則戳穿強(qiáng)度也有輕微的增大，不過變化量不大。

7.2.6 打漿度的影響

隨著打漿度提高，戳穿強(qiáng)度稍有增加，而后隨著打漿度提高，戳穿強(qiáng)度又開始下降。

本文2024年4月，發(fā)表于《紙箱世界》雜志