BS ISO 02493——纸和纸板弯曲挺度测定标准系列(恒定挠度率法与Taber试验仪法)

BS ISO 2493 — Paper and board — Determination of bending resistance(2010/2011 版系列)

📦 BS ISO 2493(英国采用编号 BS ISO 02493)是关于纸和纸板弯曲挺度(bending resistance)测定的国际标准系列。弯曲挺度(也称抗弯强度)是表征纸板刚性与挺括程度的重要力学指标,直接影响纸盒、纸箱、卡片、书籍封面等纸制品在成型、堆码与使用中的形状保持能力。弯曲挺度过低,纸盒易塌陷变形;过高,则折痕加工困难。本系列由 ISO/TC 6(纸、纸板与纸浆),具体由 SC 2(纸和纸板试验方法与质量规范分委员会)归口,英国方面由 BSI 技术委员会 PAI/11(纸、纸板与纸浆试验方法)参与归口。系列分为两个部分:第 1 部分规定恒定挠度率(constant rate of deflection)法,第 2 部分规定 Taber 型试验仪(Taber-type tester)法。两部分共同取代了原 ISO 2493:1992。

💡 弯曲挺度的测量原理不同,结果也不同:恒定挠度率法在试样弯曲时以恒定挠度速率加载并记录力值;Taber 法测量试样被弯曲到规定角度所需的力矩。两部分方法互补,报告时必须注明所用标准部分。

一、标准系列概述 📌

纸与纸板在印刷、模切、折叠、堆码与运输过程中承受各种弯曲载荷。弯曲挺度反映材料抵抗弯曲变形的能力,由材料的弹性模量、厚度与结构(如层合结构、瓦楞结构)共同决定。对包装纸板而言,挺度是决定包装容器刚性与保护性能的关键因素;对书籍用纸与卡片纸,挺度影响挺括手感与使用体验。

BS ISO 2493 系列第 1 部分与第 2 部分分别采用两种测量原理:第 1 部分(恒定挠度率法)通过弯曲试样并测量使其产生规定挠度变形所需的力,得到弯曲挺度;第 2 部分(Taber 法)通过将试样弯曲至规定角度,测量所需力矩。两部分均规定了试样尺寸、弯曲长度、弯曲角度与环境条件,保证测试结果的准确与可比。

⚠️ 弯曲挺度强烈依赖试样厚度:厚度的小幅变化会引起挺度的显著改变。试验结果可比的前提是试样厚度、弯曲长度与夹角条件一致,不可直接用不同条件下的数据比较。

二、系列构成与技术要点 🔧

标准号发布年份测量原理测量参数典型应用
BS ISO 2493-12010恒定挠度率弯曲力/弯曲挺度值(可选更短弯曲长度与更低弯曲角度)实验研究、精密测量、研发与质控
BS ISO 2493-22011Taber型试验仪弯曲力矩(Taber挺度)包装纸板生产质量控制、行业通行测量

原 ISO 2493:1992 因测量原理不同被拆分为两个部分修订而成,两部分在方法适用范围与结果表达上各有特点。

三、恒定挠度率法(第 1 部分)📐

第 1 部分规定了以恒定挠度率测定纸和纸板弯曲挺度的方法。试验中,矩形试样的一端被夹持固定,另一端在弯曲装置作用下以恒定速率发生弯曲挠度,同时测量试样在弯曲过程中受到的力(或弯矩)。弯曲挺度值由挠度、力与试样尺寸按标准公式计算。

标准规定了试样尺寸、夹持方式、弯曲长度、挠度速率、弯曲角度范围,并允许多种弯曲长度与角度组合,以适应不同挺度范围的试样。标准还给出了可按需要计算的指数形式结果(如每单位宽度的挺度指数),便于不同定量试样的比较。资料性附录提供了方法的精密度说明。

💡 测量弯曲挠度与力时,试样应保持平直且不受预载荷;夹持端应牢固无滑动。采用标准推荐的弯曲长度与角度组合,保证结果与历史数据可比。

四、Taber型试验仪法(第 2 部分)📏

第 2 部分规定了使用 Taber 型试验仪测定纸和纸板弯曲挺度的方法。Taber 试验仪将矩形试样夹持于转盘与夹头之间,通过旋转机构将试样弯曲至规定角度(如 15°),测量在此弯曲过程中产生的力矩(Taber 挺度,常用单位 mN·m 或 gf·cm)。

标准对 Taber 试验仪的几何结构、摆锤与砝码系统、弯曲角度、试样尺寸与夹持方式作出了规定,并给出了相应的校准与精密度要求。Taber 法操作快速、结果稳定,是包装行业广泛采用的挺度测量方法,尤其适用于成批纸板的日常质量检验。

⚠️ Taber 挺度受砝码选择与摆锤平衡影响:砝码过轻或过重都会使测量偏离线性区。应根据试样挺度范围选择合适量程,并定期校核准直,保证读数准确。

五、试样制备与环境调节 📋

  • 取样:按取样标准沿纸幅横向与纵向分别取样,考虑纤维取向对各向异性的影响。
  • 尺寸:按标准规定的宽度与弯曲长度裁切试样,边缘平整、无毛刺与折痕。
  • 环境调节:试样在标准环境(通常 23 ℃ ± 1 ℃、RH 50% ± 2%)中调节规定时间后测量。
  • 测量方向:分别测量纵向(MD)与横向(CD)挺度,如实记录方向。
  • 重复测量:每个方向取多个试样测量并取平均值,控制试验间变差。
⚠️ 纸张含水率随环境湿度变化,弯曲挺度也随之变化。试样必须经标准环境调节;湿度越高,纸板挺度通常越低,未调节试样的结果不可比。

六、工程实践应用 🛠️

  • 🔍 包装设计:根据包装用途确定纸板挺度要求,选择定量与结构合适的纸板。
  • 🔧 生产控制:纸板厂以挺度作为过程与出厂检验项目,监控浆料配比、压榨与干燥工艺。
  • 📊 采购验收:包装用户按标准方法验收纸板挺度,确保满足成型与堆码性能。
  • 📋 新产品开发:通过挺度测试评价新配方、新层合结构对刚性的改善效果。

七、常见问题解答 ❓

❓ 问:ISO 2493-1 与 ISO 2493-2 有什么区别?
答:第 1 部分采用恒定挠度率原理测量弯曲力/挺度;第 2 部分采用 Taber 型试验仪测量弯曲力矩。两者原理不同,结果不能直接互换。
❓ 问:弯曲挺度与纸板厚度有什么关系?
答:挺度随厚度的增加而非线性增大(约与厚度立方相关)。厚度、定量与浆料弹性模量共同决定挺度。
❓ 问:为什么纸板挺度有纵向与横向之分?
答:纸页在成形过程中纤维沿纵向(MD)取向,导致纵向与横向(CD)的力学性能存在差异,挺度亦不同,须分别测量。
❓ 问:环境湿度如何影响挺度?
答:湿度升高使纸板含水量增加、纤维间结合变软,挺度下降。因此试样须在标准环境中调节后再测量。
🔍 问:Taber 挺度如何进行量程选择与校准?
答:根据试样挺度范围选择适当砝码,使读数落在线性量程内;使用标准校准砝码/摆锤定期校验,保证测量准确。
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