原纸弹性模量测定方法

一、引言
    纸和纸板在包装中的主要用途有：用做包裹材料、用于制袋、生产纸盒和生产结构型材
料(如瓦楞纸板、蜂窝纸板等)。我们通常将用于生产结构型材料的纸称为原纸。当纸用于商
品外包装时，纸的力学性能通常由耐折度、撕裂度、环压强度、耐破度、戳穿强度等性能指

“

”

标表示。随着国际上对 白色污染 问题的重视，EPS 发泡塑料的禁用，纸包装材料越来越
多地制成结构型材料用于缓冲包装之中。而评估缓冲材料缓冲性能的参数通常是缓冲系数。
用原纸制作结构型缓冲材料的方式非常多，究竟哪种结构方式适合于产品的缓冲包装呢?
我们不可能把每种结构形式均制出原型产品进行性能测试，因此，有必要根据原纸的力
学性能推算结构型材料的缓冲性能。GIBSON[1]曾经研究过六角形蜂窝结构的力学性能与
蜂窝原材料力学性能之间的关系，主要是用结构参数和蜂窝原材料的弹性模量联系起来 ．
Kel1icutt[2]公式也给出了瓦楞纸板的强度与原纸强度之间的关系。这些经典的理论均可作
为新型结构型纸质缓冲材料开发的依据。为了推算结构型纸质材料的缓冲性能与原纸之间
的关系，通常需要用到原纸材料的弹性模量。原纸的弹性模量也是评价原纸的抗弯和环压
性能的一个综合指标。
    目前很难查到纸的弹性模量测试方法，也未见其测试标准，由于原纸是一种非常易于
弯曲且很薄、边压强度又较低的材料，使得原纸的压缩弹性模量测量起来非常困难。文献
【3】曾用挺度仪测量纸板弯折 l50 的挺度。再根据挺度的定义和计算公式：
                  
式(1)中，S 是蜂窝原纸的挺度，F 是 Taber 挺度仪悬臂的载荷，r 是弯曲力矩的有效半径，
G 是挺度仪顺时针或逆时针旋转 150 时的读数，，是重量系数，0．5。根据挺度仪的工作
原理，杨氏模量 E 可以描述为：
            
式(2)中，W 是试样的宽度，t 是试样的厚度，将方程(1)代人方程(2)得：
                 
    根据公式(3)可以计算原纸的弹性模量。它更趋向于表征原纸的弯曲弹性模量，这样的
测试方法比较繁琐，且数据的准确性依赖于挺度仪精度和人工读数。本文试图借鉴文献
[4]塑料弹性模量测试方法测量，并结合原纸的特性，找出比较适合于原纸弹
性模量的测试方法。
二、测试材料及方法
    原纸采用定量分别为 230g·m-2 和 350g·m-2 的国产牛皮纸板。其纸厚分别是 0．29mm 和
0．49mm．采用边压强度取样仪取样，试样尺寸规格为 12．7mm×125mm，纵横向各 10
条。试样在 20％、相对湿度为 65％下处理 24h。取出试样在 5min 内完成实验。
    试验仪器为 5000N 电子拉伸计，由于原纸较薄(其厚度<0．5mm)．用电子拉伸计的夹
具固定时很难夹紧，易于打滑，因此在测试纸条固定时要在不影响原纸性能的情况下，
先给试样一个预应力才能固定好，所以测试结果的应力应变点并非始于 0 点。电子拉伸计
的标距是 65mm，应变率为(1±0．5)mm·min-1。
    参照的实验标准为： JB／T6544—1993 中华人民共和国机械行业标准，塑料拉伸和弯
曲弹性模量试验方法。
三、试验结果及分析
    根据弹性模量的定义，它指的是在弹性极限内，线性应力与线性应变的比值。从原纸