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纸张与纸板弯曲阻力测定标准试验方法（格利型测试仪法）（D6125-97）
📋 概述与适用范围
ASTM D6125‑97（2007年重新批准）是由美国材料与试验协会制定的专门用于评估纸张、纸板及其他柔性平板材料弯曲阻力的权威标准。该方法采用经典的格利型测试仪，通过测量使试样产生规定偏转所需的力来表征材料的抗弯挺度。标准最初于1997年发布，其技术体系充分吸收了造纸行业对材料成形性、加工适应性及终端使用性能的长期经验积累。
本方法适用于绝大多数具有适当挺度的纸及纸板产品，但明确排除了柔软、起皱或具有明显卷曲的材料——例如生活用纸和毛巾纸因无法形成稳定弯曲而无法获得有效数据。特别重要的是，当试样在最轻砝码作用下仍无法使指针偏转至1至7刻度区间时，表明其弯曲阻力低于1.39格利单位（约13.6微牛顿），此时不应采用本规程。该标准与ASTM D585（取样规程）及D685（调湿规程）紧密关联，同时与TAPPI T543方法在技术内容上相互协调，但两者在仪器细节和结果表达方式上存在细微差异。
注意：被测材料若具有高弹性或明显塑性流动，可能会引入非线性误差。对于瓦楞纸板等多层结构，建议先进行预试验确认变形模式是否符合本方法的悬臂梁假设。
⚙️ 试验原理与方法
本方法的物理基础是悬臂梁弯曲模型。格利型测试仪的核心构件为一架装在宝石轴承中的平衡摆锤，摆锤重心通过支点中心，其臂上设有若干孔位用以悬挂不同质量的砝码。试验时，将裁切好的矩形试样（典型尺寸为150 mm×25.4 mm）一端夹紧于固定夹具，另一端自由悬空并接触摆锤指针的施力点。借助砝码重力，摆锤绕支点转动并对试样施加逐渐增大的弯矩，试样随之弯曲并推动指针沿弧形刻度盘滑动。
标准规定试样须在（23±1）℃、相对湿度（50±2）%的环境下按照ASTM D685完成至少4小时的调湿平衡。测试时根据预估挺度选择合适砝码，使指针偏转量落在1至7格利单位区间内。读取指针停止时的刻度值，该数值直接以格利单位表示，代表使试样产生该偏转所需的毫克力。通常每个方向至少测试5个试样，计算算术平均值作为最终结果。设备需定期使用标准弹簧片进行力值校验，确保砝码质量与指针旋转轴之间的力臂关系准确无误。
提示：操作时应避免急拉或快速加力，务必使砝码缓慢、平稳地作用。宝石轴承的清洁度直接影响测试重复性，建议每班次使用后以无绒布蘸取专用清洁剂轻拭轴尖和轴承。
📊 技术参数与指标
弯曲阻力以格利单位（Gurley Units）为计量单位，其数值在历史上直接等同于毫克力（mgf）。标准提供了明确的国际单位制换算关系：1格利单位＝9.807×10⁻³ 毫牛顿。测试有效性受偏转量程和砝码重量的双重约束，以下表格汇总了核心换算数据、适用范围限制以及引用标准体系。
| 🟦 格利单位 | 📏 对应力值（mN） | ⚡ 工程等效说明 |
|---|---|---|
| 1 | 9.807 × 10⁻³ | 相当于1 mgf，为最小可直接读取的单位 |
| 10 | 9.807 × 10⁻² | 测试低挺度纸张的常见量程 |
| 100 | 9.807 × 10⁻¹ | 中等挺度纸板常用范围 |
| 500 | 4.904 | 高强度纸板或复合材料典型值 |
| 1000 | 9.807 | 标准方法的上限参考值 |
| 🎯 材料类型 | 📐 适用性 | ⚠️ 限制原因 |
|---|---|---|
| 一般纸张与纸板 | 适用 | 稳定弯曲响应，能提供可靠读数 |
| 瓦楞纤维板 | 需谨慎 | 结构不均匀，可能需调整试样尺寸 |
| 柔软、起皱材料（如卫生纸） | 不适用 | 无法形成明确弯曲点，测试结果无效 |
| 高卷曲材料 | 不适用 | 初始曲率影响偏转基准，误差不可接受 |
| 弯曲阻力＜1.39格利单位的材料 | 不可测试 | 即使最轻砝码也无法使偏转达到1刻度 |
| 📌 引用标准编号 | 🔗 标准名称 | 📋 在D6125中的作用 |
|---|---|---|
| ASTM D585 | 纸、纸板等产品批次取样与接收实施规程 | 规定取样方案，保证试样代表整批产品 |
| ASTM D685 | 纸及纸制品测试前调湿处理实施规程 | 设定标准温湿度条件与平衡时间 |
| TAPPI T543 | 纸张弯曲阻力（挺度）测试方法 | 提供平行方法，用于方法比对与验证 |
| TAPPI T1200 | 试验方法室内精密度与再现性评价 | 评估本方法的重复性与再现性指标 |
成功要点：正确选用砝码使指针落在1‑7刻度区间是获得可靠数据的前提。若读数持续靠近边界值，应变更砝码重量并重新测试，避免截断误差累积。
🔬 工程应用与注意事项
弯曲阻力直接关系到纸张和纸板的加工顺畅度及终端使用性能。在高速印刷中，挺度过低的纸张易出现褶皱或送纸不到位，而过高的挺度则会导致折页困难或卷曲反弹；在包装领域，纸板的抗弯刚度是决定纸箱堆码强度与抗压性能的核心因素。格利型测试仪因操作简便、结果直观而广泛应用于生产线质量监控与来料检验，但必须特别注意试样方向性——纵向（机器方向）与横向的弯曲阻力往往相差显著，标准要求分别测量并报告两类结果。
试样制备时应采用锋利的切纸刀裁切，避免边缘毛刺或微裂纹影响变形的一致性。每次测试前需用专用工具清洁宝石轴承与轴尖，去除微小纤维和尘埃。尤其值得注意的是，格利型测试仪与泰伯（Taber）挺度测试仪在力学原理上存在根本不同：前者为恒力变角度方式，后者为恒角度变力方式，因此两者的数值不可直接转换，仅在有限条件下可通过经验关联公式进行大致估算。此外，纸基材料对温湿度极为敏感，偏离标准调湿条件将导致数据严重漂移，必须严格执行ASTM D685规定的环境控制要求。
关键注意：当需要比较不同来源的挺度数据时，必须确认所用的测试仪器类型（格利或泰伯）、试样尺寸、加载方向以及调湿规程是否一致。否则，数据间的差异可能完全由方法差异引起，而非材料本身的变化。
❓ 常见问题解答
🔍 问：格利单位与毫克力（mgf）有何关系？为什么现在推荐使用毫牛顿？
答：按照标准定义，1 格利单位等于1 毫克力（mgf），即9.807 × 10⁻³ mN。历史上因工程习惯常用mgf，但国际单位制推行后，标准明确以mN为推荐单位以利于跨学科交流。转换公式为：力值（mN）＝9.807 × 10⁻³ ×（格利单位）。
答：按照标准定义，1 格利单位等于1 毫克力（mgf），即9.807 × 10⁻³ mN。历史上因工程习惯常用mgf，但国际单位制推行后，标准明确以mN为推荐单位以利于跨学科交流。转换公式为：力值（mN）＝9.807 × 10⁻³ ×（格利单位）。
💡 问：本方法为何不适用于柔软或起皱材料？
答：柔软材料（如卫生纸）在悬臂状态下无法形成稳定的弹性弯曲，往往在自身重力作用下就产生过大变形，使得指针偏转不能真实反映材料的抗弯特性；起皱结构则导致力‑位移关系高度非线性，重复性极差。标准从经验出发设定了1.39格利单位的底线，低于该限值即认为材料已不适合此方法。
答：柔软材料（如卫生纸）在悬臂状态下无法形成稳定的弹性弯曲，往往在自身重力作用下就产生过大变形，使得指针偏转不能真实反映材料的抗弯特性；起皱结构则导致力‑位移关系高度非线性，重复性极差。标准从经验出发设定了1.39格利单位的底线，低于该限值即认为材料已不适合此方法。
⚡ 问：如何选择合适的砝码重量？
答：先从最轻砝码开始测试，若指针偏转小于1刻度，则换用更重砝码；若偏转超过7刻度，则换用更轻砝码。目标是使读数落在1 ‑ 7区间内，此时仪器的灵敏度和线性度最佳。若所有砝码都无法使偏转进入该区间，则需判断材料是否超出本方法适用范围。
答：先从最轻砝码开始测试，若指针偏转小于1刻度，则换用更重砝码；若偏转超过7刻度，则换用更轻砝码。目标是使读数落在1 ‑ 7区间内，此时仪器的灵敏度和线性度最佳。若所有砝码都无法使偏转进入该区间，则需判断材料是否超出本方法适用范围。
📌 问：试样尺寸是否可以改变？标准为何规定150 mm×25.4 mm？
答：标准尺寸是经过大量比对试验确定的通用规格，可保证大多数纸张和纸板的弯曲响应在量程范围内。对于某些特殊产品，标准允许在报告中注明的情况下使用其他尺寸（如增加宽度以增强信号），但此时结果不可与标准尺寸数据直接比较，必须加注条件。
答：标准尺寸是经过大量比对试验确定的通用规格，可保证大多数纸张和纸板的弯曲响应在量程范围内。对于某些特殊产品，标准允许在报告中注明的情况下使用其他尺寸（如增加宽度以增强信号），但此时结果不可与标准尺寸数据直接比较，必须加注条件。
🎯 问：格利挺度与泰伯挺度之间能否互相换算？
答：两种仪器在力学模式上不同（格利为恒力‑变角，泰伯为恒角‑变力），理论上不存在严格的线性换算关系。部分文献给出经验公式，但准确度有限。标准建议在内部质量监控中固定使用同一种仪器，而不要混合使用两种方法进行数据对标。
答：两种仪器在力学模式上不同（格利为恒力‑变角，泰伯为恒角‑变力），理论上不存在严格的线性换算关系。部分文献给出经验公式，但准确度有限。标准建议在内部质量监控中固定使用同一种仪器，而不要混合使用两种方法进行数据对标。
