纸张的断裂韧性和撕裂度的关系

    人们往往从两个方面评价纸张的物理性能:一是抗张强度,另一个就是撕裂度。从抗张强度数值的大小,人们不能对撕裂度的大小作出正确的预测;反之亦然但是抗张强度与断裂韧性变化趋势却基本相似:断裂韧性大, 纸张的抗张强度也大。从纤维形态方面考虑, 过去人们一直认为:纤维长度是影响纸张撕裂度的主要因素; 但现在更多的理论认为: 撕裂度对纤维强度的依赖性要远比对纤维长度的依赖性大。纤维结合力大的纸张, 撕裂度主要取决于纤维强度的大小, 只有在纤维结合力非常小的情况下, 撕裂度才依赖于纤维的长度。撕裂能量主要来源于纤维断裂时能量的释放, 而不是纤维结合力的破坏或纤维的被拉出。ELMENDORF 撕裂度对指导生产, 改进工艺, 提高产品质量是否可靠、正确,一直受到人们的怀疑。但是, 这种测定方法已经使用多年,人们对它的信任超过了对它的怀疑。

    标准集团运用断裂基功法, 从纤维形态和断裂机理等方面, 对纸张的撕裂度和断裂韧性作了一些比较分析。

1.实验方法

    试验方法: (1) 通过对手抄片的裁切, 再疏解抄片,以达到改变纤维长度的目的。( 2) 通过把纸张暴露在盛有盐酸溶液的密闭容器中, 以此改变纤维本身的强度。( 3)通过控制打浆来达到改变纤维的结合力。

    断裂韧性的测定: 采用断裂基功法。撕裂度的测定: 采用 ELMENDORF 撕裂度测定法。

    试验材料: 进口漂白针叶木浆板 

2.试验结果及分析

    试验结果见图 1 、图 2 、图 3 。

    从试验结果可以看出 : 纤维强度对断裂韧性和撕裂度的影响相似 , 当纤维强度增加 24 %时 , 断裂韧性增加了 20 %, 撕裂度增加了 23 %左右; 当纤维长度变化 11 %时 , 断裂韧性变化 17 %, 而撕裂度变化了 13 %, 可见断裂韧性更依赖于纤维长度的变化 , 纤维长度的变化对撕裂度的影响要小于对断裂韧性的影响 ; 随着打浆的进行 , 纤维结合力增加 , 纸张的断裂韧性也增加 ,但是纸张的撕裂度却上升到最大值后减小。

    从断裂机理方面看, ELM ENDO RF 撕裂度的测定中 , 纸张受力断裂模式、 破坏模式与纸张在抄造 、印刷、加工等过程完全不同, 它测定时的受力方向是垂直于纸张的平面, 而纸张实际的受力方向是在纸张平面内 (断裂韧性所测定的正是这种模式)。在撕裂度的测定过程中, 由于纸样采用了多层测定,在测定过程中会发生脱层滑动, 导致了测定数据的不准确, 采用的纸样层数也影响到结果的准确性。所以不能对纸张中存在裂缝的延伸扩展以及对纸张强度的影响作出正确的预测。

    断裂韧性比较理想地反映了纸张抵抗裂缝延伸扩展的能力, 它测定的受力模式与纸张在抄造印刷加工过程中完全一致。纤维长度决定了断裂过程区的长度, 纤维越长, 应力分布更均匀, 增加了纸张抵抗裂缝延伸扩展的能力; 纤维强度决定了断裂过程区的临界负荷, 由于外部塑性区吸收能量, 使得纸张不容易发生断裂; 纤维结合力增大, 同样也提高了纸张的应力分布的均一性, 故抗张强度大的纸 ,其断裂韧性也大。

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