Рулон бумаги может выглядеть совершенно приемлемо при входном контроле, а затем расслоиться по линии сгиба, порваться при переработке или потерять прочность после изменения покрытия или условий хранения. Когда это происходит, первый вопрос часто прост: «Отказал материал или ошибочным был результат испытания?» Ответить может быть сложно, когда две лаборатории сообщают разные значения прочности при растяжении для образца, который кажется одинаковым.

Это распространенный источник разочарования при работе с упаковкой на бумажной основе. Результат может быть технически правдоподобным, но все же непригодным для решений о приемке, обсуждений с поставщиками или внутренних расследований, если метод испытания, подготовка образцов, конфигурация захватов или статус поверки неясны. Испытатель бумаги на растяжение не считается подходящим только потому, что он отображает силу и удлинение. Он должен быть способен выполнять метод, требуемый применимым стандартом на бумагу, в контролируемых и документированных условиях.

Практическая отправная точка — разделить две взаимосвязанные идеи: соответствие методу и поверка прибора. Первое касается того, как бумага отбирается, кондиционируется, нарезается, закрепляется в захватах и растягивается. Второе касается того, достаточно ли точно машина измеряет силу, расстояние и — при необходимости — удлинение для данного метода. Для того чтобы результаты испытаний на растяжение могли служить надежной основой для решения о качестве, необходимы оба условия.

Начните с требования, лежащего в основе результата

Не существует единого мирового правила, устанавливающего, что каждый испытатель бумаги на растяжение должен соответствовать одному конкретному стандарту. Правильный стандарт зависит от того, где продается бумага, спецификации заказчика, типа материала, метода испытания, указанного в контракте, и используемой лабораторной системы.

Например, бумажная фабрика может работать преимущественно по методам ISO, тогда как переработчик упаковки может получить спецификацию заказчика со ссылкой на TAPPI или ASTM. Лаборатории, обслуживающей внутренний рынок, также может потребоваться использовать соответствующий национальный стандарт. Проблемы возникают, когда испытатель выбирают только по его максимальной грузоподъемности, не проверяя, может ли он воспроизвести фактический метод, требуемый спецификацией.

Перед сравнением приборов соберите документы, регулирующие приемку материала. Ищите такие формулировки, как «индекс прочности при растяжении», «прочность при растяжении», «разрывная длина», «удлинение при разрыве», «прочность при растяжении в MD/CD», «постоянная скорость удлинения» или название стандарта. Также подтвердите, требуется ли результат в сухих лабораторных условиях, после кондиционирования по влажности или после отдельного воздействия окружающей среды.

Если требование содержит только «прочность при растяжении», для целей сравнения оно является неполным. Прочность при растяжении может изменяться в зависимости от рабочей длины, скорости растяжения, ширины образца, атмосферы кондиционирования, направления вырезки и используемой основы расчета. В такой ситуации лаборатория должна согласовать полный метод до использования результатов в качестве критерия приемки.

Основные стандарты методов испытания бумаги на растяжение

Для многих применений бумаги и картона наиболее актуальными международными документами является серия ISO 1924. Эти стандарты рассматривают свойства бумаги и картона при растяжении с использованием испытаний с постоянной скоростью удлинения. Выбранная часть имеет значение, поскольку она определяет требуемые условия проведения испытания, включая номинальную скорость испытания.

• ISO 1924-2 широко применяется для определения свойств при растяжении методом с постоянной скоростью удлинения при 20 mm/min.
• ISO 1924-3 устанавливает метод с постоянной скоростью удлинения при 100 mm/min.

Машина, предназначенная для любого из этих методов, должна позволять задавать и поддерживать указанную скорость испытания, использовать требуемое расстояние между захватами и регистрировать необходимую информацию о силе и удлинении. Она также должна поддерживать расчеты, требуемые методом, а не просто отображать пиковую силу. В зависимости от спецификации сообщаемое свойство может включать прочность при растяжении, индекс прочности при растяжении, растяжение при разрыве, поглощение энергии при растяжении или другие значения, определенные методом.

Для лабораторий, работающих со спецификациями на бумагу Северной Америки, двумя часто упоминаемыми методами являются TAPPI T 494, охватывающий свойства бумаги и картона при растяжении с постоянной скоростью удлинения, и ASTM D828, охватывающий свойства бумаги и картона при растяжении с использованием оборудования с постоянной скоростью удлинения. Их техническое назначение сходно в важных аспектах, но они не являются взаимозаменяемыми лишь потому, что оба используют испытание на растяжение. Лаборатория должна следовать точному стандарту или процедуре заказчика, указанным в требовании.

В Китае и в спецификациях, основанных на китайских национальных методах, для определения свойств бумаги и картона при растяжении обычно указывается GB/T 12914. Если в закупочном документе указан этот стандарт, испытатель, процедура вырезки образцов, подготовка окружающей среды и формат отчета должны оцениваться в соответствии с этим документом, а не заменяться процедурой ISO или ASTM без официального согласования.

Главный вывод состоит в том, что испытатель бумаги на растяжение должен оцениваться в соответствии с версией и частью стандарта, которые фактически требуются. Стандарты пересматриваются со временем. Поэтому испытатели должны настраиваться согласно текущей контролируемой копии, используемой лабораторией, а не по настройке, запомненной из предыдущего проекта.

С чего обычно начинаются несогласованные показания

Когда значения прочности при растяжении расходятся, первым часто обвиняют датчик нагрузки. Однако первопричина может находиться на более раннем этапе процесса. Бумага чувствительна к влажности, ориентации волокон, качеству резки и поведению захватов. Технически способный прибор все равно может давать сомнительные результаты, если эти переменные не контролируются.

Рассмотрим обычную ситуацию: полоски вырезаются из листа в машинном и поперечном направлениях, но до испытания они находятся рядом с открытой производственной зоной. Другой комплект полосок испытывается сразу после извлечения из помещения для кондиционирования. Если материал реагирует на изменение влажности, эти два комплекта могут быть несопоставимы. Если в отчете не указана практика кондиционирования, данные могут вызвать спор, который впоследствии невозможно разрешить.

По этой причине при работах на основе ISO обычно учитывают ISO 187, устанавливающий стандартную атмосферу для кондиционирования и испытаний бумаги, картона и целлюлозы. Лаборатории TAPPI часто используют TAPPI T 402 для стандартных атмосфер кондиционирования и испытаний. ASTM D685 также актуален, когда указана практика кондиционирования ASTM. Это не стандарты для машин испытания на растяжение, но они являются важными вспомогательными стандартами для содержательных результатов испытаний бумаги на растяжение.

Отбор проб — еще один часто недооцениваемый фактор. ISO 186 содержит руководство по отбору образцов бумаги и картона для определения среднего качества. Испытание на растяжение не представляет весь рулон, партию или стопу листов, если отобранные образцы не отражают вариацию материала. Испытатель не может исправить плохой план отбора проб.

Возможности прибора — это больше, чем диапазон усилий

Поставщик может описать универсальную разрывную машину как подходящую для бумаги. Это может быть верно, но пригодность следует проверять по нескольким деталям, влияющим на соответствие методам испытания бумаги.

Измерение силы и его поверка

Испытателю необходим датчик нагрузки с диапазоном, соответствующим ожидаемым усилиям. Датчик нагрузки, слишком большой для испытываемой бумаги, может сделать измерения малых усилий менее полезными, даже если сама рама надежна. Выбранный диапазон должен размещать типичные усилия в области, где заявленные точность и разрешение системы соответствуют методу и внутренним пределам приемки.

Для поверки систем измерения силы на одноосных испытательных машинах широко признанным документом является ISO 7500-1. В системах, ориентированных на ASTM, для поверки силы обычно применяется ASTM E4. Эти стандарты касаются точности измерения силы машиной; они не заменяют метод испытания бумаги на растяжение. Надежная лабораторная программа связывает оба аспекта: метод испытания на растяжение определяет, как оператор должен испытывать бумагу, а стандарт поверки помогает подтвердить достоверность показаний силы.

Перемещение траверсы, скорость и контроль расстояния

Методы с постоянной скоростью удлинения требуют, чтобы подвижный элемент испытателя работал с заданной скоростью. Поэтому испытатель бумаги на растяжение должен обеспечивать контролируемые настройки скорости, охватывающие требуемые стандартные условия и позволяющие документировать эти настройки. Он также должен поддерживать стабильное движение во время испытания, а не создавать заметные колебания скорости, когда образец начинает нагружаться.

Расстояние между захватами должно быть задано правильно, поскольку оно влияет на условия деформации, прикладываемой к полоске. Оператор должен иметь возможность последовательно устанавливать требуемое начальное расстояние, в идеале с использованием воспроизводимой практики настройки. Значения, введенного в программное обеспечение, недостаточно, если фактические поверхности зажимов не расположены на этом расстоянии.

Захваты, разработанные с учетом поведения бумаги

Бумага часто разрушается из-за проскальзывания, смятия или повреждения у края зажима, а не потому, что центральный участок испытания достиг своего истинного предела прочности при растяжении. Это может формировать кривую силы, выглядящую аномально, но не всегда явно. Поэтому выбор и выравнивание захватов заслуживают такого же внимания, как и датчик нагрузки.

Подходящие захваты должны удерживать образец без прогрессирующего проскальзывания и без создания излишней концентрации напряжений. Текстура поверхности, давление зажима, ширина зажима и выравнивание поверхностей могут влиять на результат. Во время настройки метода исследуйте разрушенные полоски. Разрыв в захвате или очень близко к нему может указывать на проблему зажима, особенно при повторении. Это должно стать поводом для расследования, а не автоматического принятия числового результата.

Измерение удлинения, если его требует сообщаемое свойство

Во многих процедурах испытания бумаги на растяжение удлинение определяется по перемещению траверсы в установленных условиях. В других применениях метод или внутренняя процедура могут требовать отдельный экстензометр или устройство измерения удлинения. Если экстензометр используется для регистрируемой деформации, необходимо рассмотреть его поверку. ISO 9513 и ASTM E83 являются признанными документами для поверки и классификации экстензометров.

Не следует предполагать, что добавление экстензометра автоматически улучшает результат испытания бумаги. Он должен быть совместим с тонкими гибкими образцами и выбранным методом. Неправильно примененное устройство может повлиять на образец или внести вариации при обращении.

Практический обзор перед утверждением испытателя или процедуры

Полезный обзор заключается в прослеживании испытания от спецификации до окончательного отчета. Это эффективнее, чем задавать только вопрос, имеет ли прибор маркировку «соответствует стандартам».

1. Определите регулирующий метод. Зафиксируйте точный ISO, TAPPI, ASTM, GB/T, метод заказчика или внутреннюю процедуру. Проверьте редакцию, контролируемую лабораторией.
2. Перечислите требуемые настройки. Включите размеры образца, рабочую длину, скорость испытания, направление образца, количество определений, условия кондиционирования и рассчитываемые свойства.
3. Сопоставьте испытатель с этими настройками. Подтвердите наличие и управляемость функций скорости, хода, расстояния между захватами, сбора данных, диапазона усилий, разрешения и формирования отчетов.
4. Проверьте конфигурацию захватов. Используйте репрезентативные сорта бумаги и проверьте, проскальзывают ли образцы, рвутся ли у губок, изгибаются ли или разрушаются нехарактерным образом.
5. Подтвердите свидетельства поверки. Установите, как будет выполняться поверка силы в соответствии с ISO 7500-1 или ASTM E4, где это применимо, и как будет проверяться любое устройство измерения удлинения.
6. Разработайте рабочую процедуру. Включите кондиционирование, вырезку образцов, обнуление, установку, обработку недействительных испытаний, правила расчетов и содержание отчета.

Этот подход также помогает отличить спецификацию машины от лабораторной процедуры. Испытатель может иметь достаточные аппаратные возможности, но метод все равно будет слабым, если операторы используют разное давление захватов, не ведут записи о кондиционировании или применяют непоследовательные правила для отбракованных образцов.

Детали отчета, делающие результат испытания на растяжение применимым

Отчет, содержащий только одно значение прочности при растяжении, оставляет слишком много места для интерпретации. Для внутреннего анализа тенденций и внешнего обсуждения сохраняйте достаточно информации для восстановления условий испытания. Как минимум запись должна идентифицировать материал, направление образца, соответствующий стандарт или процедуру, основу кондиционирования, размеры образца, скорость испытания, расстояние между захватами, количество действительных определений и указанные единицы измерения.

Если расчеты зависят от массы 1 m², основа для этого значения также должна быть прослеживаемой. Например, индекс прочности при растяжении нормируется по массе 1 m², поэтому неопределенность или несогласованность при ее определении может повлиять на конечное значение, даже когда измерение силы корректно. Поэтому связанные методы испытаний бумаги, такие как ISO 536 для определения массы 1 m², могут быть частью более широкого плана контроля.

Сохраняйте кривую сила—удлинение, если система может ее генерировать. Кривая может выявить проскальзывание в зажимах, внезапное повреждение губок, необычные множественные разрывы или неожиданные изменения реакции материала. Для поиска неисправностей она часто полезнее, чем только показатель «годен/не годен».

Не путайте испытания бумаги со стандартами испытаний пластиковых пленок на растяжение

Лаборатории упаковочных материалов часто испытывают бумагу, пластиковые пленки, ламинаты, фольгированные структуры и субстраты с покрытием на одном и том же оборудовании общего типа. Это не означает, что один метод можно применять ко всем материалам. Такие стандарты, как ISO 527 или ASTM D882, могут относиться к определенным пластикам и пленкам, тогда как бумага и картон обычно требуют собственных установленных методов.

Это различие особенно важно для высокобарьерных и ламинированных упаковочных материалов. Если требование приемки относится к готовому ламинату, применимый стандарт на материал может отличаться от стандарта, используемого только для бумажной основы. Сначала определите, что оценивается: слой бумаги, бумага с покрытием, композитная структура или гибкая пленка. Затем выберите соответствующий метод.

Когда результат должен инициировать пересмотр метода

Не каждое необычное значение означает, что производственный материал изменился. Пересмотрите процесс испытания, если разрывы неоднократно происходят в захватах, если маркировка машинного и поперечного направлений неясна, если кривая силы имеет длинный плоский участок, указывающий на проскальзывание, или если текущие данные смещаются после смены оператора, захватов, кондиционирования или программного обеспечения.

Также пересмотрите метод после замены датчика нагрузки, перемещения испытателя, обновления управляющего программного обеспечения, смены резаков для образцов или внедрения нового сорта бумаги. Эти события не делают систему испытаний автоматически недействительной, но являются разумными моментами для подтверждения настроек, статуса поверки и повторяемости.

Наиболее обоснованный выбор — это испытатель бумаги на растяжение, который может выполнять требуемый метод испытания бумаги, проходить поверку с использованием признанных измерительных практик и быть включенным в контролируемый процесс отбора проб и кондиционирования. Соответствие стандартам — не отдельная функция, приобретаемая вместе с рамой. Это результат согласования прибора, принадлежностей, плана поверки и рабочей процедуры со свойством бумаги, которому необходимо доверять.