电子拉力试验机测定纸张抗张强度标准方法与应用指南

在造纸、包装、印刷及质检等行业，纸张的抗张强度是衡量其内在质量和适用性的核心力学指标之一。它直接关系到纸袋的承重能力、印刷机的运行效率、胶装书本的耐用性以及各类纸制包装的抗破损性能。电子拉力试验机作为测量这一关键指标的设备，其测试的规范性与准确性至关重要。本文将依据 GB/T 12914 《纸和纸板抗张强度的测定法（恒速拉伸法）》 ，系统阐述利用电子拉力试验机进行纸张抗张强度测试的标准流程、技术要点与常见问题。

纸张抗张强度测试的核心原理与标准价值

纸张抗张强度，是指单位宽度的纸或纸板在断裂前所能承受的拉力，通常以kN/m或N/m表示。这项测试模拟了纸张在加工和使用过程中所承受的拉伸应力，例如在高速轮转印刷中纸幅所受的张力，或手提袋承重时提手处的受力。

严格执行 GB/T 12914 标准（等效于国际标准ISO 1924）的意义在于，它统一了测试的仪器、方法、环境条件和结果计算，确保了不同实验室、不同批次产品间测试数据的可比性和公信力。这不仅是生产企业进行内部质量控制、工艺优化和研发新材料的基础，也是贸易双方进行质量验收、以及质检机构出具报告的法定依据。

符合标准的测试系统构成

一套符合 GB/T 12914 标准的测试系统，远不止一台主机，它是精密机械、传感器技术、计算机控制和专用夹具的系统集成。

1. 高精度测力与驱动系统：核心是一台能够提供恒速拉伸的电子拉力试验机。其力值传感器应能精确测量试样断裂过程中的拉力，精度需达到实际作用力的±1%。驱动系统必须平稳，能精确控制横梁移动速度，确保在整个测试过程中拉伸速率恒定。

2. 专用试样夹具：夹具是影响测试结果准确性的关键部件。标准要求上下夹具的夹持面和所夹试样应在同一平面内，且在测试过程中夹线需保持高的平行度与垂直度（偏差在±1°以内）。夹具应能提供均匀且可调的夹持力，既要确保试样在整个宽度上被牢固夹紧、无滑动，又要避免因夹持力过大导致试样在夹口处提前损伤或断裂。

3. 数据采集与处理系统：现代电子拉力试验机均配备计算机和专用软件。系统不仅能实时绘制拉力-伸长量曲线，自动识别抗张力（抗张强度）和断裂伸长率，还应能计算“抗张力-伸长"曲线下的面积，即断裂功，用以评价纸张的韧性。积分或计算装置的记录精确度应达到±2%。

标准测试流程详解

一次规范的测试，必须遵循以下步骤，细节决定数据的可靠性。

1. 试样制备与状态调节

• 取样：按标准规定，沿纸样的纵向和横向分别裁取至少10条有效试样，试样宽度通常为15mm，总长度应满足夹距要求。

• 预处理：将试样置于温度23±1°C、相对湿度50±2% 的标准恒温恒湿环境中，进行至少4小时的状态调节，使试样水分与测试环境达到平衡。这是消除环境干扰、获得可比数据的必要条件。

2. 仪器准备与参数设置

• 开启试验机，预热并校准。设置关键的测试参数：夹距（试验长度） 和拉伸速度。标准规定，对于200mm或180mm的夹距，拉伸速度为20±5 mm/min；对于100mm或90mm的夹距，速度为10±2.5 mm/min。核心原则是控制试样在 （20±5）秒内断裂。若断裂时间不在此范围，应调整速度并在报告中注明。

3. 测试执行与数据记录

• 装夹试样：将试样垂直、对中地夹入上下夹具，确保试样在整个宽度上受力均匀，且在整个测试过程中上下保持垂直。

• 启动测试：点击开始，试验机将以恒定速度拉伸试样直至断裂。软件自动记录并显示抗张力、抗张强度、断裂伸长率及断裂功等结果。

• 重复测试：纵向和横向均应完成足够数量的有效测试（通常各不少于5条），剔除在夹口处断裂或滑脱的无效数据。

4. 结果计算与报告

• 分别计算纵向和横向所有有效试样抗张强度的算术平均值，结果精确至三位有效数字。完整的测试报告除结果外，还应包含测试标准、环境温湿度、试样方向、平均夹距、拉伸速度及任何偏离标准的情况。

常见技术问题解答

问：为什么测试时必须严格控制实验室的温湿度？
答：纸张是亲水性材料，其纤维的强度和柔韧性会随含水量变化而显著改变。温湿度条件直接影响纸张的含水率，进而影响抗张强度、挺度等所有物理性能的测试结果。在非标准环境下测试，数据会失去可比性，甚至可能导致误判。因此，标准实验室环境是纸张物性测试的基石。

问：测试时，试样频繁在夹具夹口处断裂，是什么原因？如何解决？
答：夹口断裂是常见问题，主要原因有三：一是夹具夹持力不当，压力过大导致纤维被压溃；二是夹具刃口磨损或不平，造成应力集中；三是试样未对中，存在侧向应力。
解决方案包括：检查并调整夹具压力至适中；使用专用纸张夹具或增加衬垫以保护试样边缘；确保试样安装时垂直对中。若问题持续，应检查夹具平行度是否符合±1°的标准要求。

问：对于瓦楞纸板，能否使用此方法测试其抗张强度？
答：不能直接使用。GB/T 12914 标准明确注明不适用于瓦楞纸板。因为瓦楞纸板是一种复合结构，其拉伸破坏机制与平板纸不同。瓦楞纸板的边缘抗压强度（ECT）、平压强度（FCT）和耐破度是更重要的评价指标。测试瓦楞纸板的抗张性能需参考其他专用标准和方法。

问：抗张强度与断裂伸长率、断裂功之间有何关联，在质量控制中如何应用？
答：这三个参数共同描述了纸张的拉伸性能谱图。抗张强度代表材料抵抗破坏的力；断裂伸长率代表其“延展性"或韧性；断裂功则是力与伸长量的积分，代表了材料断裂前吸收的总能量，是综合衡量纸张强韧性的指标。
在质量控制中，包装用纸（如水泥袋纸）需重点关注高强度和高断裂功；而对高速印刷用纸（如新闻纸），则要求具有适当的强度和较高的伸长率，以适应印刷机的拉伸而不易断纸。通过系统分析这些数据，可以更精准地指导生产和产品应用。

免责声明：本文内容旨在介绍纸张抗张强度测试的通用原理与标准方法概要，仅供学习参考。具体的测试操作、条件设定及结果判定，请务必以现行有效的 GB/T 12914 国家标准正式条款及仪器操作规程为准。文中信息如有更新或疏漏，欢迎与我们沟通指正。