一、内结合强度简介

在多层纸产品的生产中，内结合强度的控制尤其重要。内结合强度过低，在印刷、制盒时可能会出现分层现象，影响用户使用。过高的内结合强度会给加工带来难度，同时加大了公司的成本。内结合强度达到一定值就不会影响使用，从节约资源的角度考虑，内结合强度达到一定值不影响使用是最合理的。

内结合强度有两种检测方法：一种是scott法，对应的检测方法标准是GB/T 26203-2010《纸和纸板 内结合强度的测定（Scott)》；另外一种是Z向抗张法，对应的检测方法标准是GB/T 31110-2014 《纸和纸板Z向抗张强度的测定》。这两种方法有相似之处，但又完全不同。相同之处是两种方法都是检测材料厚度方向的纸层和粘胶的接合强度。不同之处是这两种方法的基本原理不同，Z向抗张强度是测量分离试样所需的最大力值，以千帕kPa表示，测试速度慢；Scott型内结合强度是测量分离试样所需的能量，以焦耳每平方米J/m²表示，瞬间打破，速度极快。其测试原理及测试方法区别如下图1和图2示意图所示。

图1   Z向抗张强度              图2 Scott型

Scott型的检测方法最常用，新修订的产品标准上有具体的规定，如涂布白卡纸、固体食品包装纸、液体食品包装纸规定内结合强度按GB/T 26203进行测定。

Z向抗张强度的检测方法，虽然有相应的国标GB/T 31110-2014，也有对应的ISO国标标准，但是Z向抗张强度检测仪器现在国内生产较少，部分院所采用国外引进设备且数量少，价格高昂。国外像L&W公司只有Z向抗张强度，而TMI、IDM和Thwing-Albert等设备制造商这两种检测方法仪器均有生产制造。本文主要介绍Z向抗张强度检测方法及检测仪器设备使用规范。

二、参考方法标准

GB/T 31110-2014 、ISO 15754-2009、TAPPI T541-2015

三、检测原理

用双面胶将试样粘贴于两块平整的金属盘之间，给试样施加一定的压力，并保持加压至规定的时间。利用抗张测定仪沿试样的Z向施加张力，在规定的加荷时间内使试样破坏，仪器记录整个拉伸过程中最大的抗张力，以单位面积试样所能承受的最大张力作为Z向抗张强度，单位为千帕（kPa）。

四、检测设备

  PN-ZDTF Z向抗张强度测定仪（图3）、3M410胶带，胶带宽度30mm。

该仪器采用新模块电路设计，具有WIFI物联网功能。传动机构采用滚珠丝杆加同步带轮的方式，传动效率高，测试速度150mm/min以下可以任意设置；测量最大力值达到3000N；测试面积（645±10）mm²；显示采用时尚的电容触摸屏；试样压力（1.4±0.1）MPa采用32位，ARM处理器进行精确控制。测试结束，屏幕直接显示测试结果，智能化程度较高。

图3 PN-ZDTF Z向抗张强度测定仪

五、测试过程

1. 试样采取处理

试样采取按GB/T 450进行，处理按GB/T 10739进行。

2. 参数设置

设置加压速度为1mm/min、拉伸速度为23mm/min、保压时间为6s和重载比例为2%。

3. 试样准备

从采取的未受破坏的样品中切取试样，避免从有水印、折痕和皱纹的部位取样。切取的试样数应至少完成5次试验，试样的尺寸应略大于上压板的面积。

4. 测试

测试前，先用溶剂（乙醇或类似溶剂）清洁测试盘，然后用干的纸巾或软布擦干，时刻保持测试盘表面清洁，避免用裸手接触清洁的测试盘。取一片双面胶，去掉一侧的保护层，然后将双面胶粘贴在试样的一面，双面胶覆盖试样的面积至少应与测试盘面积相等。在试样的另一面重复此步骤。将试样放置在调整好的上测试盘中间，使试样略微伸出测试盘的边缘（见图4）。

 图4 放置试样        图5加压（6±1）秒         图6 试样分离

按【测试】键，先对试样施加向下1.4MPa（折合力值903N）的压力，并保持6s（见图5）。然后使用设定的拉伸速度，向上拉伸直至试样被破坏（见图6），记录最大的力值F。测试结束后上测试盘复位，屏幕显示测试结果。测试结束后上测试盘复位，屏幕显示测试结果。如下图7所示：

图7  Z向抗张强度检测曲线及结果

按上述步骤，进行多个试样的测试。

1. 计算

A——测试盘的面积，单位为mm²。

六、影响Z向抗张测试的因素

1. 相对湿度

由于Z向强度主要体现的是纤维之间的结合力，因而也属于机械强度，它同抗张力等一样不可避免地要受到本身水分含量的影响，而引起水分波动变化的主要因素就是环境相对湿度。当环境相对湿度增大，试样的水分含量也会有所增加，导致部分纤维间结合键分离而失去作用，从而导致Z向强度有所降低。反之，则有可能增强。

2. 试样面积

试样面积参与计算，直接影响检测结果。

3. 制备试样时压力

对试样施压的目的是使试样与胶带之间结合牢固，只要结合牢固，这个压力的大小对测试结果的影响应该是不大的。但是压力过大或过小都有可能影响测试结果，压力过小，试样可能无法与胶带结合牢固；压力过大，会导致试样受高压后结构发生变化，紧度进一步增大，使测试结果有所提高。

4. 胶带质量（粘合力）

胶带的质量直接关系到结果的准确性，胶带粘合力应大于试样的Z向结合强度。

5. 制样时加压时间

如果在标准规定的条件下，试样的破坏未发生在试样内部，可适当加大压力或延长加压时间，直至得到满意的结果。由此推测，胶带与试样在一定压力下接触时间延长，会使测试结果有所变化。

6. 应力速度

应力速度对试验结果的影响极大。当应力速度极大，试样瞬间的抗拒力会非常大，而且不利于仪器捕捉峰值；当应力速度极小，在这种情况下，试样在试验过程中，纤维与纤维间的分离缓慢进行，有可能出现逐步分离的情况，使测试结果偏小。

七、 与Z向抗张强度有关的问题

1） 印刷过程会出现分层现象；箱体接合过程会出现分层现象，见图8。

图8 层间结合不良图示一

2） 上机过程会出现撕裂或分层现象；压线过程会出现分层现象，见图9。

图9  层间结合不良图示二

3） 折叠过程会出现分层；印刷过程会出现起泡现象，见图10。

图10  层间结合不良图示三

本文2024年1月，发表于《纸箱世界》杂志