测试参数对卷烟纸机械性能纵向抗张能量吸收的影响

苏红波　郭素梅

（杭州品享科技有限公司，　浙江　杭州 310022）

测试参数对卷烟纸机械性能纵向抗张能量吸收的影响

苏红波郭素梅

（杭州品享科技有限公司，浙江杭州 310022）

介绍卷烟纸抗张能量吸收的智能检测过程。探讨它与抗张强度、伸长量、试样宽度、试样夹持初始长度之间的关系，并对抗张能量吸收的影响因素进行数据分析。

卷烟纸抗张能量吸收影响因素

卷烟纸在上机运行时要保证一定的抗张强度和伸长率才不易断纸，所以卷烟纸旧国家标准GB/ T 12655—1998规定了抗张强度和伸长率的下限。我国的卷烟纸抗张强度和伸长率两个指标的下限均能达到技术指标的要求，而一些进口的卷烟纸抗张强度则达不到，但伸长率高，这些进口的卷烟纸在国内上机过程中没有反映有断纸现象。我国的两个指标均需达到反而增加成本，造成一定程度的浪费[1]。所以修订的卷烟纸国家标准GB/T 12655—2007[2]引入抗张能量吸收值，以综合反映纸的机械物理性能[3]，对卷烟纸生产企业降低生产成本具有现实的指导意义。

目前均采用电子式拉力仪测量抗张能量吸收等技术指标，精度非常高，测试结束后屏幕显示测试结果，直接打印测试报告，无需人工计算。有的生产厂家研制出智能型抗张检测仪器，测试结束后可以同时显示抗张力、抗张强度、抗张能量吸收、抗张能量吸收指数、伸长率、裂断长、试样断裂时间等参数，用户可以选择其中一项或多项这些参数，只需设置下即可，甚至可以通过RS-232连接到PC进行通信，通过计算机控制软件将测试数据保存到Excel数据库，方便数据的批量分析。

1 材料和方法

1.1 材料和设备

选用雄狮牌定量为32.6 g/m2的卷烟纸作为测试样品，试样宽度有15 mm 和50 mm两种。

PN-TT300电脑抗张试验机（抗张力分辨率: 0.001 N，量程3～300 N，伸长量:0.01 mm，杭州品享提供）；PN-PC300 mm 可调切纸刀(裁切精度:±0.1 mm,杭州品享提供)。

1.2 试验方法

试样的采取、处理和试验按标准GB/T 450和GB/T 10739规定进行。

根据GB/T 12914—2008[4]的要求，卷烟纸的纵向抗张能量吸收测试的标准条件必须满足测试速度（20±5）mm/min；试样长度至少为250 mm，有效长度为（180±0.1）mm；试样宽度为（15±0.1）mm （或50 mm）。以标准设定的值为中心，分别设定不同的参数进行试验。

在试样长度180 mm、试样宽度15 mm的条件下，测试速度分别为15、17.5、20、22.5、25 mm/min时对卷烟纸的纵向抗张能量吸收进行测试；在测试速度20 mm/min、试样长度180 mm条件下，测试宽度分别为15 mm和50 mm的卷烟纸的纵向抗张能量吸收进行测试；在测试速度20 mm/min、试样宽度15 mm的条件下，测试试样长度分别为100、140、180和220 mm时卷烟纸纵向抗张能量吸收值。

1.3 测试方法

在各设定的条件下，通过设置测试速度、试样宽度和夹头间距（试样长度）对每个测量点各取10张试样，按照GB/T 12914[4]的要求进行纵向抗张能量吸收的测定，将测试数据通过RS-232串口连接到控制软件，然后将批量测试数据导出到Excel进行数据分析。

卷烟纸的抗张强度与伸长率之间是互补关系。在抗张能量吸收一定的条件下，卷烟纸可以是低强高伸，也可以是高强低伸。抗张力与变形量之间的关系如图1所示。卷烟纸的抗张力分两个阶段[5]: 在OA阶段，卷烟纸的抗张力与伸长量基本呈正比关系；AB阶段卷烟纸在载荷作用下产生塑性形变，抗张力与伸长量的比率减小，其中A点对应卷烟纸的屈服强度，B点则为抗张强度。

图1 纸张的抗张力和变形量关系曲线

2 纵向抗张能量吸收的影响因素

2.1 测试速度对纵向抗张能量吸收的影响

由于纵向抗张能量吸收是抗张力和伸长率的积分，所以跟断裂时间也有关系。下面分别分析不同的测试速度对抗张力、伸长率和断裂时间及纵向抗张能量吸收（以下简称抗张能量吸收）的影响。

（1）测试速度对抗张强度的影响。不同的测试速度对抗张强度的检测结果比较稳定，无离散现象,不同的测试速度对抗张强度的检测结果无显著性差异，见图2。

图2 不同测试速度下抗张强度平均值曲线图

（2）测试速度对伸长率的影响。结果表明，不同的测试速度对伸长率的检测结果比较稳定，无离散现象,伸长率随着速度的增加而增大，见图3。

（3）测试速度对断裂时间的影响。结果表明，不同的测试速度对伸长率的检测结果比较稳定，无离散现象,断裂时间随着速度的增加而减小，见图4。

图4 不同测试速度下断裂时间平均值曲线图

（4）测试速度对抗张能量吸收值的影响。结果表明，不同的测试速度对抗张能量吸收值的检测结果有影响，由于抗张能量吸收值是个综合指标，影响因素比较多，但整体上还算稳定，未出现离群值,抗张能量吸收值随着速度的增加而增加，见图5。

图5 不同测试速度下抗张能量吸收值平均值曲线图

综合（1）～（4），测试速度对抗张力的影响不大，对伸长率和断裂时间有影响[6]，伸长率随着测试速度的增加而增大，断裂时间随着测试速度的增加而减少，总体上抗张能量吸收随着测试速度的增加而增加。因此为了保证检验数据的一致性，宜标明测试速度,默认为20 mm/min。

2.2 试样宽度对抗张能量吸收的影响

试样宽度的增加意味着抗张强度的增加，意味着要拉断试样需要额外增加一定拉力，以保证试样单位宽度所受的拉力达到纤维间的结合力极限。由表1可知，抗张强度最终结果以拉断单位宽度试样所需的力表示，只要保持宽度的稳定一致，便不会对测试结果造成影响。但在同一测试过程中，对于确定的试样宽度，必须保证所裁切的试样宽度误差保持在最小的范围内，否则将影响测试结果。

表1 不同试样宽度对抗张强度、伸长率及抗张能量吸收的影响

2.3 试样长度对抗张能量吸收的影响

下面分别分析下不同的试样夹持有效长度（简称试样长度）对抗张力、伸长率和断裂时间及以下简称抗张能量吸收的影响。

（1）试样长度对抗张强度的影响。在拉伸速度一定的情况下，试样长度对抗张强度的影响不大，数据比较稳定。随着试样长度的增加，单位长度内试样所受的拉力略有减小，在试样长度为180 mm达到最低点，然后又稍微有所增加，见图6。

图6 不同试样长度的抗张强度平均值曲线图

（2）试样长度对伸长率的影响。在拉伸速度一定的情况下，试样长度对伸长率的影响也不大，数据比较稳定，见图7。在试验长度小于180 mm时，随着试验长度的增加，卷烟纸的纵向伸长率的减少量较大；试验长度大于180 mm时，卷烟纸的纵向伸长率的减少量非常小，基本可忽略。这是因为试验长度增加意味着试样的初始长度增加，在相同的拉伸速度下，试样达到断裂极限时的形变量是一定的，即使它会随试样起始长度有所增加，但增加量也是有限的，远小于试样起始长度的增加量，从而导致试样的伸长率随试验长度增加而减少。

图7 不同试样长度的伸长率平均值曲线图

（3）试样长度对断裂时间的影响。在拉伸速度一定的情况下，试样长度对断裂时间影响比较大，数据比较稳定。随着试样长度的增加，断裂时间一直在增加，见图8。

图8 不同试样长度的断裂时间平均值曲线图

（4）试样长度对抗张能量吸收的影响。试样长度为100 mm时抗张能量吸收值[7]比较小，试样长度为140 mm、180 mm和220 mm时抗张能量吸收值比较大，试样长度为100 mm、140 mm、180 mm时抗张能量吸收值比较稳定，试样长度为220 mm时抗张能量吸收值的数据稍有些离散。随着试样长度的增加，抗张能量吸收值呈增加的趋势，增加的趋势非常明显；从试样长度100 mm到试样长度为140 mm的增长比较明显，从140 mm～220 mm这个阶段增长非常缓慢，基本上呈直线，见图9。

图9　不同试样长度的抗张能量吸收值平均值曲线图

综合（1）～（4），随着试样长度的增加，抗张强度和伸长率虽然略有减小，但断裂时间一直在增加，抗张能量吸收是抗张强度和伸长率的时间积分，所以抗张能量吸收随着试样长度的增加而增加。实际测试结果表明，试验长度在180 mm时的测试结果与220 mm无显著差别，因此为了保证检验数据的一致性，试验长度在180 mm为宜[8]。

3 结束语

在卷烟纸抗张能量吸收值的测试过程中，除了保证测试过程必须在恒温恒湿条件下进行，还必须选择合适的测试参数，以保证测试结果的准确性和可比性:

（1）在速度（20±5）mm/min范围内，抗张能量吸收值随着速度的增加略有增加。

（2）随着试样宽度的增加，抗张强度也增加，抗张能量吸收值也增加，对伸长率的影响不大，而且试样宽度和抗张能量吸收呈正比的增加。一般情况下选用，标准宽度15 mm，宽度误差控制在±0.1 mm范围内，对于抗张强度比较小的卫生纸才选用25 mm或50 mm的夹头。

（3）随着试样长度的增加，抗张能量吸收值增加，在试验长度100～220 mm范围内，随着试样长度的增加，卷烟纸的抗张力、伸长率略有减少，断裂时间呈线性增加。

（4）为了保证测试结果的一致性，测试速度设定为20 mm/min、试样长度为180 mm、试样宽度裁切15 mm。

[1] 邢军,刘峰,雷樟泉. 国家标准GB/T 12655—2007《卷烟纸》解读[J] .中国标准化，2008(11):60-61.

[2]中国国际标准化管理委员会.卷烟纸:GB/T 12655—2007[S] .北京：中国标准出版社，2007.

[3] 姚元军,王凤兰,王磊，等. 卷烟色卷烟纸的研制[J].纸和造纸, 2012(1):10-12.

[4]中国国际标准化管理委员会.纸和纸板抗张强度的测定GB/T 12914—2008 [S].北京：中国标准出版社，2008.

[5] 周小凡,谢来苏,隆言泉. 纸张抗张断裂机理的研究[J].南京林业大学学报(自然科学版)2001(10):29-32.

[6] 刘茜，郑利锋，吴金凤. 不同拉伸速度对卷烟纸纵向抗张强度和伸长率检测结果的影响[J]. 农产品加工, 2012(7):101-104.

[7] 曾广植. 纸张破裂功系数的简易测定方法[J]. 纸和造纸, 1991(7):48.

[8] 邢军,刘峰,李晓辉,等. 测试参数对卷烟纸机械性能测试结果的影响[J]. 烟草科技,2009(8):6-9.

Effects of test parameter on results of mechanical property tensile energy absorption of cigarette paper

SU Hongbo, GUO Sumei
(Hangzhou Pnshar Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310035，China）

The intelligent measure method of tensile energy absorption of cigarette paper was introduced, effects of tensile strength, stretch at break, width of sample, and effective length on results of tensile energy absorption were discussed,and the influence factors of tensile energy absorption were analyzed.

cigarette paper; tensile energy absorption; effects