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瓦楞纸板平压强度FCT测试方法详解

瓦楞纸板优越于硬质纸板的最大特点就是其具有很强的抗震缓冲性能,该性能的获得是由于瓦楞的存在,使瓦楞纸板有较大的松厚度,瓦楞纸板能保持这个松厚度的能力是至关重要的。瓦楞纸板的平压强度(Flat Crush Test ,简称FCT)是指在压缩强度试验仪上沿瓦楞纸板表面垂直方向加压,直至瓦楞被压溃为止,测定单位面积试样承受的最大压力,单位为kPa。试样为圆形,面积一般为64.5cm2,即直径90.6cm(根据实际也可以选用32.2cm2或100cm2)。瓦楞纸板的平压强度就是衡量纸板抵抗平面载荷而不发生压溃的能力。因此,平压强度是瓦楞纸板的一项非常重要强度指标,应该引起瓦楞纸箱包装行业的重视。
一、测试仪器及方法标准
GB/T 22874、ISO 3035、TAPPI T825。
二、测试目的
瓦楞纸板的平压强度主要用来考察成型后的单面瓦楞纸板或单瓦楞纸板的厚度方向的耐压和缓冲性能。
三、测试原理和设备结构

(一) 测试原理

在规定的试验条件下,用平压取样器切取一定面积的单面或单瓦楞纸板,然后放置在压缩强度试验仪的下盘板中间,启动仪器对试样表面进行垂直加压,直到瓦楞被压溃为止,测定单位面积试样受到的最大压力,以千帕(kPa)表示。

(二)设备结构

压缩强度试验仪由机械传动、硬件电路、传感器、显示屏及测量控制等部件组成。压缩强度试验仪(以PN-CT300F智能机型为例)外形结构如图1所示。


1-急停按钮 2-打印机 3-下压盘 4-上压盘 5-传感器 6-按钮 7-显示屏 
图1 压缩强度试验仪结构示意图

四、试样的采取、处理及制备

试样的采取按GB/T 450进行。至少制取10个试样,试样上不应有机加工、印刷或损坏的痕迹。
平压取样器的选择。目前行业常规有三款平压面积的取样刀具,参考GB/T 22874-2008,先估算瓦楞纸板的平压强度,然后根据力值选择合适尺寸的取样器进行取样,确保力值在量程的20%~80%范围内,也就是1000~4000N,见表1。
表1  力值、平压强度与面积直径的关系
用平压取样器裁切64.5cm2[直径(90.6±0.5)mm]的圆形试样,若平压力值小于1000N,则改用100.0cm2[直径(112.8±0.5)mm]的圆形试样;若平压力值大于4000N,则可改为32.2cm2[直径(64.0±0.5)mm]的圆形试样。
试样按GB/T 10739进行温湿度处理,并在该大气条件下进行测试。

试验步骤及方法
根据瓦楞纸板试样的厚度调整压缩试验仪的压板间距,测试程序中选择相应的平压面积(不正确的面积选择会影响测量计算结果),将试样置于下压板正中。启动仪器,直至试样压溃,测试结束,压板复位,屏幕显示测试结果。试验过程及设备见图2。

图2  平压强度试验过程及设备
 
记录试样压溃时受到的最大力值,变形量并计算平压强度值,重复上述步骤测试剩余的试样,获得至少10个有效结果。
瓦楞纸板平压强度(FCT)的测试过程分为6个阶段,压缩过程示意图如下图3所示,其中有三个波峰,第一个波峰是2位置,仪器的上压板刚接触试样,这时候刚性最强;第二个波峰是4位置,瓦楞纸板由于弹性回复力所以力值还要增加一点;第三个波峰是6位置,瓦楞纸板已经被压溃变形,是FCT的峰值即最大力值。

图3平压强度压缩过程示意图
 
平压强度测试过程中,瓦楞被压前样子(见图4),瓦楞变形有以下两种情况:当压力从中间释放时,楞峰变平(见图5),从而导致楞型遭到破坏。

图4 被压前样子                                     图5 被压溃的试样    

当压力能从纸板边缘释放时,楞峰变平,表层面纸移位,使芯纸歪斜或卷曲。试验中如发生瓦楞倾斜位移(见图6),则结果作废,另取试样继续试验。

图6 试样倾斜或压板横移
 
如果压板发生相对移动或制样时对试样造成损坏或由于瓦楞纸板内在的缺陷,都有可能导致瓦楞倾斜位移。将试样旋转90°,继续测试,以确定是否是前两个原因,但前提是制样时应异常小心。如果仍发生瓦楞倾斜的现象,则有可能由于瓦楞纸板的缺陷;应在试验报告中注明这些结果。当前市场上有部分检测设备不能正确在测量出FCT平压强度值,主要原因是设备控制技术和制造精度没有达到上述要求。

六、结果计算分析

瓦楞纸板的平压强度用式(1)计算。

公式中,
        P—平压强度,单位为千帕(kPa);
        F—最大压力,单位为牛顿(N);  S—试样面积,单位为平方米(m2)。

七、可能的错误操作及误差

(一)可能的错误操作

(1)制样过程中压坏试样

制样过程压坏试样有可能导致瓦楞倾斜、位移。

(2)平压面积未输入或选择错误

将直接导致测试结果错误。

(3)测试速度输入错误

测试速度对测试结果有影响,一般粘合强度测试速度默认12.5mm/min。

(二)7.2主要误差来源

(1)压力测量系统校准不准确

压缩强度试验仪本身为高精密电子产品,使用一段时间后,因为电子元器件及传感器具的性能变化,测试准确度有一定要漂移,从而会影响测试结果,要定期对仪器进行力值校准。

(2)测试速度

粘合强度一般使用12.5mm/min,偏差为0.25mm/min,增加了仪器的精密度,测试数据更准确、稳定。

(3)取样的影响

取样的质量直接影响测试结果,取样精度越高,测试数据更准确。所以,平压强度一般采用专用取样器进行取样。
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本论于2023年1月发表于《纸箱世界》杂志


 

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