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(guò)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(guò)測(cè)試一定形狀的角錐穿過(guò)紙板所需的功能來(lái)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(guò)程中的沖擊力，通過(guò)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(guò)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(guò)擺軸水平面的一半時(shí)，通過(guò)戳穿頭有效點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)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(guò)紙板時(shí)脫離戳穿頭，留在試樣上保持試樣開(kāi)孔，以避免弧形擺臂在穿過(guò)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(guò)調(diào)整環(huán)的松緊來(lái)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(guò)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(méi)有測(cè)定夾緊力的裝置，那么應(yīng)保證在測(cè)定過(guò)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(guò)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(wú)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(shuō)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(kāi)釋放保險(xiǎn)裝置，按“測(cè)試”鍵，釋放擺錘，戳穿頭穿過(guò)試樣。當(dāng)擺錘擺回來(lái)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(lái)源

7.1 可能的錯(cuò)誤操作

7.1.1 開(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)始下降。

本文2024年4月，發(fā)表于《紙箱世界》雜志