一、内结合强度简介
内结合强度也叫层间结合强度，是在试验条件下，使试样分层所需的平均势能，也就是试样分层前的势能与分层后的剩余能量之差，单位为J/m2。内结合强度对于纸张和纸板的质量控制至关重要。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。国外产品的层间结合强度普遍低于国内产品。但客户使用时反映国外产品虽然内结合强度低，但压痕饱满。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型，对应标准GB/T 26203-2023《纸和纸板 内结合强度的测定（Scott型）》；另外一种是Z向抗张强型，对应标准GB/T 31110-2014 《纸和纸板Z向抗张强度的测定》。
Scott型的检测方法最常用，新标准GB/T 2603-2023是对GB/T 26203-2010的修改和升级，预计将在2024年4月1日开始实施。此标准同样规定了纸和纸板内结合强度的测定方法，并且采用了ISO国际标准：ISO 16260:2016。新标准适用于单层或多层纸和纸板，包括涂布纸和表面覆有聚合物膜的纸和纸板。不适用于手抄纸和低定量、多孔、柔软或低密度的纸和纸板，因为可能会使相当量的胶带胶黏剂渗入纸页内部，造成潜在的胶带之间的结合力。
我国采用国际单位，国际单位为焦耳每平方米（J/m2），英制单位为英尺磅力每平方英寸（ft.lbf/in2），他们之间的换算关系如下：
² 1 J/m2=0.00047619 ft·lbf/in2
² 1 ft.lbf/in2=2104.5 J/m2
二、参考方法标准
GB/T 26203、ISO 16260、TAPPI T-569
三、检测原理
双面胶-试样-双面胶的组合形成一个夹层结构，该夹层被压在一个金属平砧和一个金属平砧之间。用摆锤撞击金属平砧上部的内表面，使金属平砧翻转，并在Z向破坏试样。通过测定摆动的最高位置来计算试样被破坏过程中吸收的能量。内结合强度的测定仪是为了检测将单层或多层纤维分开需要克服的抗拒力，她经常用来探讨纸页或纸板的分层问题。
图1 摆锤与金属平砧撞击示意图
四、检测设备
内结合强度测定仪、制样器、取样器、小刀、双面胶。
内结合强度测定仪如图2所示，它包括装在底座上的摆，摆动轴装在球或类似低摩擦轴承的两点上，摆的重心距离轴的中心线（127.0士0.6）mm，摆从水平位置开始至少可自由旋转180°，摆上的撞击球应在竖直方向时撞击金属平砧；一个锁紧装置，可将摆固定在水平位置上，并能满足摆瞬间释放的需要；试样组件，一个固定的金属平砧和一个可分离的直角金属平砧（在横截面上呈直角）；机械式或电子式记录装置，当摆被释放，并摆过垂直位置时，记录摆动的最高位置。仪器的测量范围应为0J/m2～525J/m2。
制样器：可以一次压制出5个25.4mm×25.4mm的试样，试样的最大厚度为1.25mm。
取样器：可裁切出 25.4mm宽的试样，且试样两侧边的平行度应不超过 0.1mm，其长度应满足试样制备台的需要。
小刀：用于分离5个试样，以获得整齐的边缘。
双面胶：宽度为（25.4±0.08）mm，粘在一张起皱的离型纸上。双面胶对不锈钢的黏附力应至少为486N/m，标称厚度应为0.13 mm。
1-打印机 2-摆 3-锁紧装置 4-调压阀 5-显示屏 6-金属平砧 7-配重块
图2 PN-IBTF 内结合强度测定仪
五、测试过程
1. 试样采取和处理
试样的采取按GB/T 450的规定进行；试样的处理和试验的标准大气条件按GB/T 10739的规定进行。
2. 试样制备
2.1 取样
从经过恒温恒湿处理的样品中，用取样器切取宽（25.4士0.1）mm、长140mm的试样，同一方向的试样至少5条。需保证试样无变形或起皱，裁切过程中应避免接触试样的中部。
2.2 放金属平砧
试验前，应检查金属平砧，确保上面没有胶粘剂和残余纤维。试验时，将金属平砧按照序号放在制备台的相应位置上，并使前面销子上的定位孔和槽朝后。
2.3 拉出第1条双面胶
拉出第一条双面胶，平整地覆盖在金属平砧上，并多出25mm。
注意：如有褶皱、干燥点或明显的胶黏剂松弛，这部分的双面胶应舍弃不用。在导销间仔细摆放，使双面胶处于金属平砧的脊的中间位置。放置过程中，在双面胶上应施加轻微的张力，以避免双面胶下出现气泡。
2.4 放置试样
将待测试样准确地放置在第一条双面胶上。
2.5 拉出第2条双面胶
拉出第一条双面胶，覆盖试样并至少多出25mm。
注意：再将第二条双面胶准确地放置在试样上时，应避免双面胶在试样的前后边缘重叠。用小刀裁切双面胶一试样一双面胶复合层。
2.6 放置金属平砧
将装有5个直角金属平砧的固定装置定位放好，使其垂直向前。
2.7 试样加压
对于气动加压装置，按下“加压”旋钮并保持2s～3s，然后松开旋钮。
2.8 分切试样
小心打开并移走固定板，使金属平砧粘在双面胶-试样一双面胶复合层上，用小刀将5个试样分离，应小心裁切，避免双面胶重叠或缺口。
3. 测试
将摆锤置于初始位置，并锁住。将试样放在试样台上，按“测试”键，先锁紧试样再释放摆锤破坏试样，测试结束，屏幕显示测试结果。
图3 内结合强度测试设备
六、结果计算分析
检查试样上下面的破坏情况。若在试样中间层附近出现分层、在任何平面上仅有纤维、多层破坏、带有第二层的枕状剥离或上下层带有纤维块的分离，就表明试验结果是可接受的。相反地，若出现部分分层，试样上整块舌状剥离、双面胶间明显结合，或任何类型的双面胶穿透现象，均表明该试验结果不满足要求。若在破裂处的前部边缘发生双面胶－金属剥离现象，则表明该试样无效。
图4 纸层分离后示意图
在试样的测试方向上应进行5次试验。对于许多纸来说，纵向和横向的试验结果没有明显的差异，但是试验方向应一致。
结果表示：取5次测试结果的算术平均值作为内结合强度的结果，以J/m2表示，保留三位有效数字；计算每个测试方向结果的标准偏差或变异系数，保留两位有效数字。
七、可能的错误操作及误差来源
7.1 可能的错误操作
7.1.1 开机直接测
本仪器属于电子仪器，测量前要预热30min以上。
7.1.2 仪器未调水平
仪器是否水平直接影响到试验数据的准确性。试验之前，一定要调水平。
7.1.3 制样过程，将双面胶与双面胶粘在一起
应避免双面胶在试样的前后边缘重叠，防止双面胶与双面胶连接，双面胶连接会阻止试样破坏，导致试验结果无效。
7.1.4 制样过程，双面胶下出现气泡
放置过程中，在双面胶上应施加轻微的张力，以避免双面胶下出现气泡，导致测试结果偏低。
7.1.4 制样过程，加压时间过长或压力过高
制样时，夹持时间过长或加压过高都会导致胶黏剂迁移到试样上，从而使试验结果无效。
7.1.5 制样过程，金属平砧未清洁或有划痕
金属平砧是测试关键部件，测试前先检查表面是否平整，有没有划痕或缺边。磨损和受污染的金属平砧会使结果产生至少15%的误差。测试结束后马上将金属平砧和金属块清理干净。
7.2 主要误差来源
7.2.1 胶带的粘合强度
样品制备过程中使用的不同品牌的胶带会增加或减少测试结果。当钟摆撞击金属平砧时，较低的胶带粘合强度将吸收冲击时的能量，并由于冲击时的能量损失而产生较低的读数。
7.2.2 胶带的老化
如果测试胶带已经老化并失去粘合力，则测试结果可能会下降。如果剥离强度随着时间的推移而降低，请更换新胶带。胶带在6个月后开始失去剥离强度。在购买新胶带时，可能还需要测量并记录其剥离强度，以确保剥离强度与以前供应的胶带一致。
7.2.3 摆锤档位选择不当
摆锤在撞击试件时产生的能量影响试验结果，测试同一等级的纸张使用量程较高或较低的摆锤会产生不同的测试结果，量程较高的摆锤测试结果偏高。
7.2.3 试样的准备
在准备可再现试验结果的试样时，必须遵循适当的程序。在样品持续阶段，压缩压力和停留时间的变化会影响测试结果。避免用手指接触纸张表面，如果可能的话，请戴上手套。正确定位试样是必要的，以确保胶带完全覆盖纸张。
7.2.4 金属平砧表面磨损
金属平砧会随着时间的推移而老化，并且应用胶带的测试表面会磨损和划伤。粗糙或刮伤的表面将具有较小的表面积和较少的胶粘合，这将导致较低的内结合强度。
7.2.5 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。
本文2024年2月，发表于《纸箱世界》杂志
