THỬ NGHIỆM TÍNH CHẤT GIẤY VÀ BỘT GIẤY

Chương Những tính chất lý c giấy giấy bìa Các tính chất liên quan tới sản phẩm đầu cuối giấy giấy bìa: -Các tính chất -Các tính chất độ bền Các tính chất độ cứng -Các tính chất cấu trúc -Các tính chất bề mặt -Các tính chất độ thấm hút -Các tính chất quang học (được đề cập chương này) Có nhiều phương pháp khác để đo tính chất Cơ sở vật lý giấy đa số PP đư ợc mô tả kỹ Q.16, Lý tính giấy Bên cạnh đó, chi tiết kỹ thuật quan trọng quy trình thử nghiệm PP tiêu chuẩn khác đư ợc mơ tả đầy đủ Do đó, chương bàn nguyên tắc yếu sử dụng quy trình thử nghiệm phổ biến ều quan trọng cần biết muốn chọn PP xác hay muốn cân nhắc mối tương quan chúng với nhu cầu thử nghiệm Phần tập trung vào PP dùng để mơ tả chủng loại giấy bìa Những quy trình thử nghiệm liên quan đến sản phẩm đầu cuối bàn chương 9&10 Kèm theo bảng tóm tắt tiêu chuẩn thử nghiệm ISO, SCAN, TAPPI, CEN Chương chủ yếu mô tả quy trình thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO (…) Ngày nay, có nhiều cách thử nghiệm tính chất lý giấy giấy bìa thực dây chuyền nhằm mục đích quản lý q trình sản xuất Có nhiều quy trình thử nghiệm tự động giúp tăng suất thử nghiệm Đa phần hệ thống thử nghiệm giấy ứng dụng nguyên tắc xét nghiệm dùng phịng thí nghiệm bình thư ờng Do chúng không nêu cụ thể 7.1 Chuẩn bị mẫu U 7.1.1.Lấy mẫu Mục đích việc đo tính chất miếng giấy hay giấy bìa thường để mơ tả tính chất lượng vật liệu lớn Do đó, trước làm thử nghiệm người ta phải có mẫu có tính đại diện Muốn phần chuyến hàng phải tương đương mặt xác suất thống kê với thành phần mẫu Trên thực tế, điều khó thực Đối với giấy giao theo cuộn, mẫu lấy thường mặt cuộn giấy Để xác định số cuộn để lấy mẫu phải dùng quy tắc thống kê Theo nguyên lý thường áp dụng số cuộn lấy mẫu phải tương đương với bậc hai tổng số cuộn chuyến hàng Quy trình thủ tục lấy mẫu quy định chi tiết ISO 186 Điều quan trọng cần nhớ mẫu đại diện phải dựa khối lượng tối thiểu lấy chuyến hàng vào thời điểm lấy mẫu Theo tập quán thương mại số tối thiểu thường 50% Quan hệ quy trình thủ tục độ tin cậy kết thử nghiệm trình bày chương 13 c sách Từ cuộn giấy lấy mẫu, người ta cắt vài tờ giấy với kích thước nhỏ 300mmx450mm Xáo trộn thật kỹ tờ giấy dùng chúng thành mẫu để bảo đảm tính ngẫu nhiên việc lấy mẫu Việc thực thí nghiệm tính chất giấy theo yêu cầu tiến hành tờ giấy mẫu Đối với trường hợp thử nghiệm có yêu cầu quan trọng hướng miếng giấy phải cắt chúng theo yêu cầu tiên trình thử nghiệm Những miếng giấy cắt để thủ nghiệm độ kéo căng có bề rộng 15mm với sai số 1mm cho kết thử nghiệm có sai số 7% 7.1.2 Điều kiện thử nghiệm Điều kiện tiên quan trọng thử nghiệm tính chất giấy u cầu mơi trường tiến hành thử nghiệm độ ẩm giấy Vì thân xơ sợi gỗ có tính hút ẩm nên giấy d ễ dàng hút ẩm từ môi trường xung quanh nhả ẩm môi trường khô độ ẩm ổn định giấy Ẩm độ giấy ảnh hưởng lên toàn tính chất lý Do cần phải đưa mẫu giấy vào điều kiện nghiêm ngặt trước xét nghiệm Theo ISO 187, điều kiện khí hậu cho phép 50 ± 2% RH and 23 ± 1°C Ở nước nhiệt đói giới hạn cho phép 65% RH 27°C Ngày xưa, mức phổ biến 65% RH 20°C, khơng cho phép (LND: RH: relative humidity: độ ẩm tương đối, lượng nước có khơng khí thể dạng %, lượng tối đa có điều kiện nhiệt độ) (theo http://www.neenahpaper.com/Glossary ) HTU UTH Thời lượng thông thương để giấy ổn định tiếng Thời gian đủ lâu để xơ sợi gỗ hút ẩm Phần lớn tính chất giấy bị thay đổi phút sau mẫu giấy đưa từ môi trường sang mơi trường khác Hình cho thấy ví dụ tỷ lệ thay đổi độ nhám bề mặt giấy H.1 Sự thay đổi độ nhám bề mặt giấy theo thời gian ổn định mơi trường thử nghiệm Hình cho thấy thay đổi độ ẩm giấy độ ẩm tương đối RH môi trường không khí xung quanh thay đổi H.2 Mối tương quan độ ẩm với độ ẩm tuơng đối giấy in báo Trong hình gọi hiệu ứng trễ thể rõ Có nghĩa là, độ ẩm giấy biến thiên theo độ ẩm tương đối cho trước ph ụ thuộc vào mặt giấy đạt đến cân Nếu giấy đưa điều kiện 50% RH mặt khơ, độ ẩm thấp khoảng 1% cân đạt tới mặt ẩm (có độ ẩm tương đối RH cao hơn) Điều ảnh hưởng tới thông số tính chất lý đo đư ợc Do đó, để cơng tác thử nghiệm giấy có cẩn trọng cần thiết, người ta không quan tâm đến điều kiện mơi trường thử nghiệm mà cịn đến chiều hướng mà giấy đạt cân độ ẩm thỏa mức tiêu chuẩn hóa (xem thêm chương 7, 16 quan hệ độ ẩm tương đối khơng khí với ẩm độ giấy) Vì giấy loại vật liệu có tính đàn hồi, nên nhiệt độ có ảnh hưởng tới kết thử nghiệm Trên thực tế, ảnh hưởng không lớn Nguyên nhân để chuẩn hóa giới hạn nhiệt độ chủ yếu để trì độ ẩm tương đối tính chất lý Do kết việc hút ẩm hay nhả ẩm mà chiều hướng giấy thay đ ổi Đối với nhiều tình sử dụng thành phẩm đầu cuối thơng số quan trọng Tính ổn định theo chiều giấy đư ợc xác định cách đo chiều dài băng giấy thử nghiệm sau ổn định điều kiện nhiệt độ mức độ ẩm tương đối khác nhau, theo SCAN-P28 Cũng nên lưu ý là, có m ột số tính chất lý giấy bị trở lại lúc đầu điều kiện khơng khí thay đổi, số tính chất khác thay đổi theo kiểu khác hẳn với ban đầu Các tính chất độ bền giấy thường thay đổi theo kiểu trở lại lúc đầu, với đơi chút độ trễ Các tính chất liên quan tới cấu trúc chắn tính chất bề mặt thay đổi theo kiểu khác hẳn với ban đầu độ ẩm tương đối mơi trường xung quanh thay đổi Điều có nghĩa là, m ột mẫu giấy mà đư ợc để môi trường độ ẩm tương đối RH cao có độ nhám bề mặt cao Giá trị không bị giảm trở lại mẫu giấy đưa mơi trường khơng khí khơ Đối với độ bóng độ hút ẩm Sự phụ thuộc tính chất lý c giấy vào độ ẩm vào q trình thay đ ổi ẩm độ có nghĩa làm thử nghiệm tính chất lý giấy bột giấy phải trọng tới điều kiện thử nghiệm Nếu không, kết thu bị giới hạn U 7.2 Những tính chất Bất kỳ loại giấy hay giấy bìa có tính ch ất độ ẩm, định lượng, độ dày, mật độ, độ xếp chặt thành phần chất độn Đó đặc điểm mơ tả quan trọng giấy Vì trao đổi thương mại giấy giấy bìa đ ều dựa khối lượng, nên định lượng mối quan hệ cân nặng vật liệu với bề mặt Bên cạnh định lượng cịn có độ dày mật độ tiêu quan trọng chất cấu trúc giấy Xác định độ ẩm giấy đơn giản cân mẫu giấy trước sau sấy nhiệt độ 105 ± 2°C, ISO 287 Cần trì thời gian sấy đủ mức cần thiết để đạt trọng lượng cố định Độ ẩm biểu diễn dạng % khối lượng mẫu ẩm Định lượng khối lượng đơn vị diện tích giấy giấy bìa, biểu diễn thành g/m2 Việc xác định định lượng bao gồm động tác cân miếng giấy có diện tích biết trước, ISO 536 Miếng giấy xét nghiệm có diện tích 500cm2, thường 200 x250 mm, với sai số cắt cho phép ± 0.5 mm Nói độ dày giấy, người ta thường dùng đơn vị mm Thiết bị sử dụng máy đo độ dày tờ giấy hay nhiều tờ giấy ép với lực nén cho trước tạo hai đĩa đặt song song Lực nén thường ưa dùng 100 kPa, ISO 534 Do giá trị nhận cho tờ giấy riêng lẻ phụ thuộc vào việc trình đo s dụng hay nhiều tờ giấy nên cần phân biệt rõ khác biệt hai giá trị Để đo độ dày tờ riêng lẻ rõ rang phải dùng tờ riêng biệt, độ dày xếp chặt giá trị độ dày trung bình tờ đo từ xấp nhiều tờ Do có nhiều thay đổi tính chịu nén giấy, tính khơng bất biến tính chất bề mặt giấy nên giá trị độ dày xếp chặt thường nhỏ giá trị độ dày tờ giấy riêng lẻ Việc sử dụng giá trị độ dày theo trường hợp cụ thể phụ thuộc vào mục đích sử dụng kết Độ dày tờ giấy riêng lẻ thường có liên quan tới hồn cảnh sử dụng thành phẩm, cơng tác in ấn chẳng hạn Độ dày xếp chặt độ dày cuối sách làm từ tờ giấy ta xét Mật độ biểu kiến khối lượng đơn vị thể tích giấy hay giấy bìa đư ợc tính theo tỷ số định lượng độ dày, đơn vị tính kg/m , g/cm P P P P Theo ISO 534, mật độ gọi mật độ xếp chặt biểu kiến dựa độ dày xếp chặt, mật độ biểu kiến dựa độ dày tờ giấy riêng lẻ Độ xếp chặt nghịch đảo mật độ: (1) Do yêu cầu tính chất giấy sử dụng thành phẩm thường có liên quan tới yếu tố mật độ giấy thấp tốt nên nhà sản xuất giấy khách hàng thường thích dùng độ xếp chặt tính chất đại diện cho mật độ Xác định thành phần chất độn giấy bao gồm việc đốt mẫu nhiệt độ 900°C, ISO 2144, hay thường dùng 525°C thành phần chất độn có chứa CaCO3 bị phân huỷ nhiệt độ cao, theo TAPPI T211 Từ kết xét nghiệm tro tính thành phần chất độn theo phương pháp Putz mô tả chương Giấy xeo máy có đặc trưng số xơ sợi nằm theo hướng máy xeo nhiều xơ sợi nằm ngang Tính bất đẳng hướng torng cấu trúc giấy thường đề cập đến tên gọi khác hướng xơ sợi, chiều giấy Tính chất ảnh hưởng nhiều lên tính chất lý mà khác theo nh ững hướng khác tờ giấy Khi báo cáo kết quả, phải ý ghi rõ hư ớng thao tác thử nghiệm so với hướng tờ giấy Tùy theo công nghệ sản xuất mà hai mặt tờ giấy có khác bi ệt Sự khác biệt tính chất bề mặt hai mặt tờ giấy lớn Do đó, nên đo báo cáo tính chất riêng rẽ theo mặt U 7.3 Các tính chất độ bền Các tính chất lý quan trọng liên quan tới độ bền giấy giấy bìa gồm có: -Độ bền kéo -Độ chịu bục -Độ chịu xé -Độ bền xếp -Độ bền bề mặt -Độ bền kéo zero-span -Độ bền theo hướng z Để hiểu rõ lý thuyết tảng tính chất xin xem 16 – tính chất giấy 7.3.1 Độ bền kéo Độ bền kéo tính chất hữu ích để mơ tả độ bền nói chung vật liệu Đối với giấy, lực tác động tối đa lên đơn vị chiều dài, theo hướng song song với chiều dài mà băng giấy chịu đứt lìa Khi làm nhiều thử nghiệm với tỷ lệ không đổi lực tác động, theo ISO 1924-1; với tỷ lệ không đổi độ dãn đ ối với lực tác động, theo ISO 1924-2 Trong thử nghiệm độ bền kéo, mẩu giấy thủ nghiệm kéo bị đứt lìa Ghi nhận lại lực kéo tối đa mà băng giấy chịu đứt lìa độ dãn tương ứng băng giấy Đơn vị đo kN/m Từ tính số kéo căng theo cơng thức đây: (2) Chỉ số kéo căng = độ kéo căng/ định lượng Đơn vị số kéo căng Nm/g Giá trị số kéo căng liên quan tới độ bền khối vật liệu chịu tải Do đó, số kéo căng chủ yếu dùng để mơ tả độ bền bột Đối với giấy dùng độ bền kéo Lý giấy loại thành phẩm sử dụng đầu cuối mà độ bền kéo tính chất quan trọng Độ dãn hay độ dài băng giấy lúc bị đứt độ gia tăng chiều dài băng giấy đứt lìa, diễn tả dạng % so với chiều dài ban đầu Đối với đa số loại giấy đ ộ dãn thư ờng 1-5%, cao 20% số loại giấy vệ sinh Công tác thử nghiệm độ kéo căng để đo lực tác động khiến băng giấy bị dãn Nếu thiết bị thử nghiệm có phận ghi nhận phịng thí nghiệm đại đường cong độ dãn chịu tải (độ kéo căng) tự động vẽ Bên cạnh lực tác động tối đa gây lực căng băng giấy độ dãn, đường cong cho biết lượng hấp thụ lực căng Đây động tác cần để làm đứt băng giấy Về mặt toán học, độ hấp thụ lượng căng W định nghĩa sau: (xem hình 3) F lực tác động, l độ dãn tương ứng (3) H.3 Đo độ bền kéo giấy Đơn vị độ hấp thu lượng kéo J/m2 Phép tính tốn ứng suất độ đàn hồi sử dụng đường cong độ dãn lực tác động Nó phản ảnh độ dốc cực đại đường cong (phần gạch xéo) hình Một khái niệm gần gũi độ dòn căng Hình minh họa cách tính độ bền căng, số bền căng, độ dãn, ứng suất đàn hồi độ dòn căng từ đường cong dãn-do-lực (kéo- căng) giấy (4) (5) (6) (7) Trong w định lượng b chiều rộng băng giấy thử nghiệm t: độ dày băng giấy thử nghiệm l : chiều dài lúc ban đầu băng giấy thử nghiệm B B E: ứng suất đàn hồi TS: độ dòn căng Độ kéo căng giấy phụ thuộc vào độ bền xơ sợi, chủ yếu phụ thuộc vào mối liên kết chúng Do thử nghiệm tính chất bột giấy nói chung người ta thường xét đến khả liên kết xơ sợi Kết nhận tùy thuộc vào điều kiện thử nghiệm Lực tác động tăng đ ộ bền căng lớn Giấy có độ ẩm cao đ ộ bền căng giảm, độ đàn hồi lại tăng Độ bền căng phụ thuộc nhiều vào chiều giấy Độ bền căng đo theo hướng khác tờ giấy thường dùng báo định hướng xơ sợi Có đơi thử nghiệm độ bền căng người ta dùng mẩu giấy tẩm chất lỏng đó, nước chẳng hạn, theo ISO 3781 Giá trị độ bền ướt cho thấy bảo lưu độ bền giấy sau bị ướt Độ bền ướt giấy khác với độ bền ướt ban đầu băng giấy ướt vốn độ bền kéo băng giấy ướt trước tham gia vào chu trình sấy Đây giá trị độ kéo căng tờ giấy phịng thí nghiệm với thành phần chất lỏng hay thành phần chất lỏng nhận quy trình khử nước tiêu chuẩn; tính chất bột hay nguyên liệu phối chế có liên quan tới khả vận hành máy xeo, theo SCAN-C31 C-35 7.3.2 Độ chịu bục Độ chịu bục sức ép tối đa mà tờ giấy chịu trước rách bị tác động theo phương thẳng góc với mặt phẳng ngang miếng giấy thử nghiệm Đơn vị đo độ chịu bục kilopascal, kPa Việc tính tốn dùng cơng thức sau: (8) Chỉ số chịu bục = độ chịu bục/định lượng Chỉ số chịu bục biểu diễn kPa x m2/g Cách đo nêu ISO 2758 , giấy bìa ISO 2759 Độ chịu bục thông số thử nghiệm cũ, vi ệc tiến hành đo đơn gi ản nhanh chóng, khơng cần cắt mẫu giấy cho xác Ngồi khơng liên quan tới chiều tờ giấy Thử nghiệm độ chịu bục đư ợc phát triển dựa kinh nghiệm chưa định nghĩa xác theo thuật ngữ vật lý học Tuy nhiên độ chịu bục có tương quan mặt toán học vật lý học với độ bền căng độ dãn giấy Độ hấp thu lượng bục thống số liên quan khác; độ chịu bục tác động đơn vị diện tích giấy hay giấy bìa bị kéo lúc rách Phương pháp đo độ chịu bục phổ biến PP Mullen Người ta đặt miếng giấy thử nghiệm lên màng đàn hồi kẹp chặt xung quanh rìa v ẫn phồng cách xa màng Lực ép thủy tĩnh gia tăng cách bơm theo mức không đổi cho màng phồng lên miếng giấy thử nghiệm bị rách Độ chịu bục miếng giấy giá trị tối đa lực ép thủy tĩnh đư ợc dùng để tác động Bản thân thiết bị đo máy áp kế nhạy nên thường cho kết đáng tin cậy Đối với thiết bị đại, áo kế hay chuyển đơi áp kế điện tử nên xác nhiều 7.3.3 Độ bền xé, sức kháng xé nội Độ bền xé hay sức kháng xé nội lực tác động cần có để tiếp tục xé tờ giấy từ mẩu cắt ban đầu tờ giấy riêng lẻ, theo ISO 1974, hay xấp nhiều tờ giấy Nếu vết cắt theo chiều máy xeo kết độ bền xé hướng xeo Tương tự, độ bền xé theo hướng ngang kết thử nghiệm xé theo hướng ngang máy xeo Độ bền xé phụ thuộc nhiều vào tính định hướng xơ sợi tờ giấy Hình cho thấy nguyên lý thử nghiệm xé Đơn vị độ bền xé Newton (N) hay milinewton (mN) Từ độ bền xé, tính số xé theo công thức (9) sau: (9) số xé = độ bền xé/định lượng Đon vị số xé mN xm /g P P Hình Máy đo độ bền xé ghi nhận lực cần đế gây rách toạc Nếu độ dài vết xé khơng đổi giá trị nhận phần trực tiếp độ bền xé (lực xé chia cho tổng chiều dài bị xé) PP đo độ bền xé thường dùng kiểu Elmendorf mô tả ISO 1974 Đây lắc tác động lực xé cách di chuyển mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng ban đầu mảnh giấy thử nghiệm Lực tác động làm rách giấy đo tiêu hao lắc Để nhận số đọc mặt đồng hồ thiết bị, trọng lượng lắc hay số tờ giấy bị rách lúc thay đổi (số tờ giấy bị rách thường 4) Có người ta dùng phương pháp kết hợp, chẳng hạn như, MarxElmendorf Dù cho điều kiện thử nghiệm có khác nhau, kết cuối thể độ bền xé hay số xé tương tự bất chấp điều kiện thử nghiệm Tiêu chuẩn DIN 53155 Đức mô tả việc dùng PP Bretch-Imset để đo độ bền xé cách đo tác động lan truyền cú xé đôi từ vết cắt ban đầu tờ giấy riêng lẻ Độ bền xé tối thiểu phụ thuộc yếu tố sau: -độ dài xơ sợi -độ bền xơ sợi -mức độ liên kết xơ sợi -mức độ định hướng xơ sợi tờ giấy Xơ sợi dài bền độ chịu xé cao Ở mức liên kết xơ sợi thấp độ chịu xé tăng theo độ liên kết xơ sợi Với mức liên kết xơ sợi cao đ ộ bền sợi xơ định độ bền xé Độ bền xé có liên quan với độ chịu đập bột với độ bền kéo, ln ln vượt qua ngưỡng tối đa Độ liên kết xơ sợi mà xảy độ bền xé cực đại bột gỗ cứng xớ ngắn cao với bột gỗ mềm xớ dài Phương pháp thử nghiệm kể bị trích lý sau: -Chỉ đo lực tác động xé liên tục xuất phát từ vết cắt ban đầu Trong thực tế, băng giấy ướt bị đứt thường khơng thể tồn vết cắt ban đầu -Thiết bị thử nghiệm dùng lực xé theo phương vng góc với mặt phẳng tờ giấy Trong thực tế, lực xé tác động lên mặt phẳng tờ giấy có nhiều hướng khác cần quan tâm Đã có nhi ều nghiên cứu để phát triển phương pháp khác có cân nhắc tới hạn chế Thực tế là, nhiều nỗ lực bỏ để phát triển PP có sử dụng tình vết xé rìa vết cắt rõ ràng Điều đư ợc đưa vào PP đề nghị gần như: -độ xé- trong- mặt -độ kháng đứt -độ kháng rách rìa -độ nhám vết đứt Trong tất PP lực tác động theo hướng song song với mặt phẳng tờ giấy Trong cách thử nghiệm độ xé- trong- mặt độ kháng đứt, lực tác động song song với mặt phẳng tờ giấy khổ rộng Trong PP đầu, má kẹp khơng song song mà lệch x 6° trước lực xé tác động Trong PP đo độ kháng đứt, góc zero, nên má kẹp song song từ đầu Trong hai trường hợp miếng giấy thử nghiệm có vết cắt sẵn rìa Hình cho thấy thử nghiệm độ xé- trong-mặt Hình Hình Trong thử nghiệm xé rìa đề nghị lúc đầu, theo TAPPI 470, miếng giấy thử nghiệm kẹp hai ngàm tạo với thành góc lớn zero nhiều, thể hình Khi tác động lực theo hướng chiều dài miếng giấy độ dãn tương đối cạnh ngắn lớn theo cạnh dài miếng giấy Tác động rách khởi đầu cạnh ngắn Độ cứng đứt đề nghị khác để cải thiện việc chạy máy xeo, theo SCAN-P77 Trong trường hợp này, thử nghiệm độ kéo căng dung băng giấy có khơng có dấu khía vng góc để định hướng cho lực tác động băng giấy Từ kết nhận có độ cứng đứt theo lý thuyết Jintergral Hiện không sử dụng cách thử nghiệm Các thử nghiệm cho thấy mối quan hệ rõ ràng xé- trong- mặt với độ kháng đứt Nhưng liên hệ độ kháng đứt với độ xé Elmendorf truyền thống khơng rõ Điều cho thấy chúng mô tả đặc điểm khác giấy 7.3.4 Độ bền gấp Độ bền gấp hay độ chịu gấp (xếp) khả mà băng giấy chịu đứt bị xếp lại tải lực Lực tác động khơng đổi, nói chung phần nhỏ độ bền căng giấy Độ chịu xếp diễn tả trực tiếp số lần xếp đôi lại mà giấy chịu được, logarit thập phân số lần xếp đôi, theo ISO 5626 Thử nghiệm Độ bền xếp cho giấy thử nghiệm cũ, khơng có định nghĩa rõ ràng mặt vật lý Nó có liên quan tới độ bền kéo, tới độ đàn hồi, độ dãn giấy Giấy có độ bền kéo độ dãn cao đ ộ bền xếp cao Những cách thử nghiệm phổ biến nêu ISO 5626 là: - SchoPPer - MIT - Köhler-Molin - Lhomargy Mặc dù PP thử nghiệm có nguyên tắc, kết nhận từ PP lại khác Điều có phần khác lực dùng để tác động, khác biệt cấu tạo thiết bị xếp góc xếp thiết bị thử nghiệm Giá trị độ bền xếp nhạy cảm với vị trí khác cấu trúc giấy Đồng thời, nh ạy cảm với điều kiện thử nghiệm, tức vào thay đổi độ ẩm tương đối môi trường xung quanh Do kết thử nghiệm có khuynh hướng chênh lệch nhiều so với thử nghiệm giấy khác Ngày độ bền xếp thường dùng báo tinh nhạy tuổi thọ giấy Một ứng dụng khác để đo độ bền giấy ghi ngân phiếu 7.3.5 Độ bền kéo zero-span Hình 7.3.6 Độ bền bề mặt Độ bền bề mặt giấy khả chống lại lực kéo khiến sợi xơ hay bó sợi xơ bị bung khỏi bề mặt Tờ giấy có độ bền bề mặt bị tưa lơng mặt, gây vấn đề máy giấy chạy, phá hỏng công tác in ấn Các PP thử nghiệm độ bền bề mặt thường dùng chất nhớt, dầu dính, hay mực in Có PP thường dùng IGT phát triển đư ợc mô tả ISO 3783 Thiết bị cho in lên giấy với tốc độ tăng liên tục với loại dầu nhớt, ghi nhận lại tốc độ in mà bắt đầu có tượng mặt giấy bị rút Kết việc đo tốc độ độ nhớt dầu số đo độ bền bề mặt giấy Có PP cũ r ất đơn giản PP hút sáp Dennison, theo TAPPI T459 Trong PP đầu nhọn gắn sáp ứng với độ xổ lông khác cho dính vào giấy cách nóng chảy Số sáp mà bề mặt giấy chưa bị lủng rút đầu sáp cho biết độ bền bề mặt giấy Đặc điểm chung tất thử nghiệm độ bền bề mặt tính tái sử dụng không cao Ranh giới độ bền bề mặt thử nghiệm với độ xổ lông không rõ ràng 7.3.7 Thử nghiệm độ bền hướng z giấy Độ bền theo hướng z có liên quan tới khả giấy hay giấy bìa chống lại lực căng theo hướng vng góc với mặt phẳng tờ giấy (hướng z) Sau vượt độ bền căng theo hướng z, xảy tượng đứt gãy cấu trúc tờ giấy không bề mặt Độ bền theo hướng z khơng liên quan với độ bền bề mặt hay tính xổ lơng giấy Trên thực tế, giấy hay giấy bìa thường bị tác đông lực theo hướng z, trường hợp in offset số công đoạn gia cơng ép song, xếp nếp phủ plastic Đã có nhi ều tài liệu mơ tả PP đo độ bền theo hướng z Một số chuẩn hóa theo TAPPI UM 584, TAPPPI UM 403, TAPPI UM 527, and TAPPI UM 528 sau phần mô tả số PP Trong phép đo trực tiếp độ bền theo hướng z, mẫu giấy dán thêm miếng băng keo hai mặt đặt hai miếng kim loại, ép lại cho thật sát với mẫu giấy Bộ phận ghép vào thiết bị đo độ căng cho tác động lực tờ giấy bị tách Độ bền theo hướng z lực tác động mà có rách theo diện tích tờ giấy PP phổ biến để đo độ bền theo hướng z PP SCott bond, theo TAPPI UM 403 Trong PP này, mẫu giấy đặt vào đĩa kim lo ại nhôm hình M ột miếng băng keo hai mặt gắn mẫu giấy lên miếng kim loại Một lắc đụng vào nhôm tác động lên mẫu giấy rách Thế suy giảm lắc sau đụng vào kim loại báo độ bền mặt tờ giấy Hình Trong PP đo mối liên kết Scott, cách tải lực không xác định rõ đo độ căng theo hướng z Do cáh thực dễ dàng nên sử dụng rộng rãi cơng nghiệp giấy bột giấy U 7.4 Các tính chất thuộc độ dòn Độ dòn liên quan tới tính chất đàn hồi vật liệu Đó sức chịu đựng vật liệu bị biến dạng tác động lực bên Đối với giấy giấy bìa, có hai khía cạnh độ dòn thường đo độ dòn căng độ dịn xếp Chương 10 sách có bàn PP thử nghiệm, chương 16 cung cấp thông tin vật lý học có liên quan tới tính dịn 7.4.1 Độ dịn căng Để đo độ dòn căng, người ta cho lực tác động có phương song song với mặt phẳng tờ giấy Kết biến dạng tượng dãn Đ ộ dịn căng có th ể xác định từ kết việc đo độ bền căng (xem 3.1) Đó đường dốc lực uốn cong căng thường định vị gần với ban đầu hình Độ dịn căng mơ tả cơng thức tốn sau: Với TS độ dòn căng F lực căng b chiều rộng băng giấy Δl chiều dài tăng thêm mẫu thử nghiệm l chiều dài ban đầu mẫu thử B B (10) Độ dòn căng ph ải xác định bên miền đàn hồi lực thay đư ờng cong căng, nghĩa t ải lực độ dãn tương ứng băng giấy phải đủ nhỏ vật liệu khơi phục hồn tồn lại cũ sau cất tải Mức giới hạn để từ bắt đầu xảy biến dạng tùy thuộc vào loại giấy giấy bìa thử nghiệm Theo kinh nghiệm thực tế Δl / l khoảng 0.2% Độ dịn căng liên quan tới mơ đun đàn hồi hay cịn gọi mơ đun Young sau: B B Với TS độ dòn căng E mô đun đàn hồi t: độ dày tờ giấy (11) TS= E x t Như độ dòn căng đặc điểm tờ giấy, mô đun đàn hồi lại đặc điểm vât liệu Độ dịn căng tăng theo định lượng, mơ đun đàn hồi khơng đổi giống đặc điểm khác tờ giấy - mật độ thành phần xơ sợi Trong thử nghiệm giấy giấy bìa, độ dòn c ăng thường diễn tả đơn vị kilonewton treenm (kN/m), cịn mơ đun đàn hồi gigapascal (GPa) Những PP chuẩn thử nghiệm độ căng để xác điinh độ dịn căng hay mơ đun đàn hồi ISO 1924-2 SCAN-P 67 Thử nghiệm sóng âm đo mơ đun đàn hồi hay độ dòn căng 7.4.2 Độ dòn xếp Độ dòn xếp cho biết khả băng giấy phải chịu lực xếp vng góc tác động lên mặt giấy để tự bị kẹp mặt PP tải lực 2-điểm Lực cần để xếp băng giấy lại theo góc ứng lực xếp Trên thực tế, hướng băng giấy góc xếp khơng đổi Do độ dòn xếp liên quan trực tiếp với ứng lực xếp đo moment xếp (lực x chiều dài xếp) Độ dịn xếp liên quan tới mơ đun đàn hồi độ dày … vật liệu theo cơng thức sau: Với S độ dịn E: mơ đun đàn hồi I: moment qn tính mẫu h: độ dày mẫu b: bề rộng mẫu (12) Có nhiều PP đo độ dịn xếp giấy giấy bìa Chúng dùng nguyên lý tĩnh đo l ực cần để gây biến dạng đó, nguyên lý động PP cộng hưởng Nguyên lý chung PP tĩnh mô tả ISO 5628 Các PP gồm có PP lực tác động 2điểm, 3-điểm 4-điểm; PP 2-điểm phổ biến để thử nghiệm cho giấy giấy bìa PP 3điểm sử dụng, cịn PP 4-điểm thường dùng cho giấy bìa dầy sản phẩm gia cơng giấy ép sóng Trong PP 2-điểm hình 9, miếng giấy thử nghiệm kẹp đầu Đầu ép biến dạng Lực cần để gây biến dạng đo dùng số đo độ dòn xếp vật liệu Do kiểu tác động lực PP 2-điểm không thỏa điều kiện lý tưởng theo lý thuyết việc xếp nếp túy nên đặc điểm đo thường gọi ứng lực xếp để nhấn mạnh yếu tố không cần thiết phải phản ánh độ dòn xếp thực thụ vật liệu Hình Có nhiều tiêu chuẩn xác định ứng lực xếptheo PP 2-điểm, bao gồm SCAN-P29, TAPPI T556 bề rộng miếng giấy thử nghiệm thường 38mm Đối với giấy bìa, độ dài tự 50mm, độ uốn 15° or 7.5° Đối với giấy, độ dài tự phải giảm xuống 10mm để giữu cho lực tác động mức đo Kết đo thường diễn tả dạng mili Newton (mN) lực cần thiêt để gây biến dạng Đôi người ta dùng moment xếp, tức ứng lực xếp nhân với độ dài tự mẫu giấy thử nghiệm Trong trường hợp kết thử nghiệm bao g ồm hướng của mẫu giấy góc uốn thông số Mặc dù kiểu tải lực PP 2- điểm không phù hợp với quan điểm vật lý học, th ỏa mãn việc ước lượng độ dòn xếp băng giấy dài mối tương quan với độ dày vật liệu độ uốn vừa đủ nhỏ Các lực căng mẫu thử nên trì vùng đàn h ồi, tức Δl/l 0.2% B B Cũng có nh ững PP khác để đo độ dòn giấy cách đo độ biến dạng gây trọng lượng băng giấy Chương 9, mục 1.2.3 sách có đề cập đến PP Đối với PP tải lực 3- 4-điểm, phần giấy nằm đỡ chịu lực xếp thực thụ Cần ý giữ chỗ cho độ biến dạng ứng lực nơi mảnh giấy miền đàn hồi vật liệu Trên thực tế, lực uốn ước lượng từ điểm uốn mẫu giấy thử nghiệm khoảng cách đỡ Moment xếp đỡ đồng xác định lực tác động đầu tờ giấy chiều dài phần giấy tự Độ dòn xếp cấu trúc lớp giấy bìa nhiều lớp phụ thuộc vào tổng độ dịn lớp vào vị trí chúng so với lớp trung tính loại giấy bìa nhiều lớp bị xếp: Tromg S độ dịn xếp Ei: mơ đun đàn h ồi lớp thứ i Ii: mơ ment qn tính lớp i b: bề rộng mẫu giấy thử nghiệm Chương 6, 16 có thảo luận chi tiết yếu tố vật lý độ dòn xếp cấu trúc lớp (13) Hình 10 Ngun lý đo độ dịn theo PP cộng hưởng 7.4.3 Đo độ dòn PP cộng hưởng Nguyên lý PP đo độ dòn cộng hưởng nằm tần số dao động tự nhiên vật liệu trình dao đ ộng tự tùy thuộc vào độ dòn xếp, bề dài mẫu cho dao động tự khối lượng vật liệu Trong PP cộng hưởng, theo ISO 5629, mẫu giấy kẹp đầu tác động để rung theo tần số không đổi (xem H.10) Chiều dài đầu tự mẫu thay đổi đạt cộng hưởng với tần số này, ghi nhận số đo chiều dài Có thể tính độ dịn xếp từ chiều dài đạt cộng hưởng, tần số dao động, định lượng vật liệu theo công thức sau: Với S độ dòn xếp, mNm L chiều dài cộng hưởng băng giấy, mm w: định lượng, g/m P P (14) 7.4.4 Xác định độ dòn thử nghiệm sóng âm Mơ đun đàn hồi mật độ mật vật liệu xác định truyền sóng âm vật liệu theo cơng thức sau: Trong v vận tốc xung âm thanh, m/s c: số, không phụ thuộc hướng E mô đun đàn hồi, Pa r: mật độ, kg/m P E*: số dòn căng, Nm/kg (15) Như tốc độ sóng âm cho phép tính số dịn căng vật liệu theo hướng đo Do có nhiều đặc điểm giấy giấy bìa có liên quan chặt chẽ với nên tiên đốn số dịn c ăng từ đặc điểm khác độ dòn xếp, độ chịu căng, độ chịu ép Thơng thường mối quan hệ thực nghiệm số dòn căng đo với đặc điểm độ bền thiết yếu trước tiếp cận PP Kỹ thuật siêu âm thu ận tiện để đo tính bất đẳng hướng tờ giấy Nó cho phép đo tỷ lệ MD/CD, góc định hướng, hay mặt cắt CD số dịn căng Sau thơng tin dùng để suy đốn độ bền cuốn,độ biến dạng thay đổi độ ẩm, số tính chất tương tự tờ giấy Vốn kỹ thuật thử nghiệm không phá mẫu nên thử nghiệm siêu âm dùng cho xét nghiệm dây chuyền, thường thực phịng thí nghiệm U 7.5 Các tính chất cấu trúc Định lượng, độ dày, mật độ hay độ xếp chặt, độ thấu khí tính chất quan trọng thuộc cấu trúc giấy Ba tính chất đầu đư ợc mơ tả chúng thuộc loại đặc điểm mô tả chung loại giấy Độ thấu khí giấy thường đo cách sử dụng nhiều loại thiết bị thơng khí khác Những thiết bị đo dịng khí xun qua miền định sẵn tờ giấy cách ép theo cách khác lên hai mặt tờ giấy mẫu Những điều kiện đo, chẳng hạn sai biệt áp lực khoảng cách đo, đặt cho phù hợp với loại giấy Nhờ đo độ thấu khí nhiều chủng loại giấy giấy in viết hay loại giấy mật độ thấp giấy vệ sinh giấy vấn thuốc PP chung để đo độ thấu khí mơ tả ISO 5636-1 PP nói đặc điểm vật lý tổng quát việc đo độ thấu khí áp dụng chung cho nhiều thiết bị Kết đọc thiết bị n hau đo thành giá trị độ thấu khí kèm với kích thước thiết bị Mục đích để tìm giá trị thấu khí khơng phụ thuộc vào thiết bị đo Đơn vị đo nói chung mm/Pa · s Ngày thiết bị thử nghiệm độ thấu khí phổ biến dùng cho loại giấy thông thường là: - Bendtsen, ISO 5636-3, Sheffield, ISO 5636-4, đo dịng khí với lưu lượng mili lít/phút - Gurley tester, ISO 5636-5, đo thời gian cần thiết để 100 mL khí xuyên thấu qua tờ giấy mẫu Trong trường hợp giấy có độ xốp rỗ cao với mật độ thấp, sai biệt lực ép phải nhỏ so với thử nghiệm giấy in viết thông thường Độ mở nhỏ Các PP đo dựa nguyên tắc thường dùng thiết bị sau: -Gurley permeometer mô tả TAPPI T 251 - Normal Gurley tester trang bị ống nhẹ bên phận đo độ mở nhỏ (điều không mơ tả PP chuẩn Ngồi ra, công ty sản xuất loại giấy thường dùng PP khơng chuẩn để đo độ thấu khí) U 7.6 Các tính chất bề mặt Những tính chất bề mặt quan trọng là: -Độ nhám hay độ láng -Độ bóng -Độ bền bề mặt -Độ ma sát Vì có nói v ề độ bền bề mặt nên phần bàn độ nhám hay độ láng độ ma sát Độ bóng đề cập đến chương Chương thảo luận tính chất bề mặt có liên quan tới khả in ấn giấy Mục đích việc đo độ nhám hay độ láng đơn giản để có đượcmột số bề mặt tờ giấy Nguyên tắc chung dùng cho mục đích đo lường để đo khả mặt giấy chống lại dịng khí lưu chuyển bề mặt tờ giấy bề mặt hay cạnh (của đầu đo) ép Có thể kể tiêu vật lý nghiêm ngặt phép đo sau: -Sai biệt lực ép để tạo dịng khí -Lực ép mà đầu ép tạo bề mặt tờ giấy -Khu vực đầu ép tác động lên tờ giấy Kết trực tiếp đo báo độ láng hay độ nhám giấy Có số thiết bị đo thể tích dịng khí đơn vị thời gian coi kết đo độ nhám Những thiết bị thấu khí khác đo thời gian cần thiết cho thể tích khí Đây giá trị đo độ láng Đối với định nghĩa t quát độ nhám hay độ láng xin xem ISO 8791-1 Những thiết bị phổ biến là: - Thiết bị đo độ nhám Bendtsen, ISO 8791-2 - Thiết bị đo độ nhám Sheffield, ISO 8791-3 - Thiết bị đo độ nhám Parker Print Surf, ISO 8791-4 - Thiết bị đo độ láng Bekk, ISO 5627 Những thiết bị giống loại thiết bị đo độ thấu khí Cũng có ngun lý khác để đo hình thể bề mặt áp dụng Fogra Kontaktanteil Messgerät Trong thiết bị này, người ta cho mặt gương phẳng ép lên mặt giấy với lực ép định sẵn, đo phần diện tích nhỏ mặt giấy tiếp xúc PP Viện Nghiên cứu Giấy& Bột giấy Canada phát triển dựa thiết bị thử nghiệm Chapman Cho ếđn PP chưa đưa vào PP đo chuẩn Đôi hình thể bề mặt tờ giấy mơ tả cách sử dụng phép đo mặt cắt, Thiết bị Talysurf chẳng hạn Những loại thiết bị không phổ biến Ma sát phản lực xuất hai bề mặt giấy hay giấy bìa cho tiếp xúc trượt lên Đặc điểm ma sát bề mặt đặc trưng hệ số ma sát tỷ lệ lực ma sát lực tác động vng góc lên hai mặt phẳng Trong μ hệ số ma sát F lực ma sát F n lực pháp tuyến B B (16) Ma sát tĩnh h ệ số ma sát tĩnh mô tả lực ma sát thời điểm bắt đầu có chuyển động hai mặt phẳng chúng chưa thực bị trượt lên Ma sát động hay hệ số ma sát động áp dụng cho tình hai mặt phẳng trượt tương đối lên theo tốc độ khơng đổi Có số PP đo độ ma sát, chúng thuộc hai nhóm PP mặt phẳng ngang PP mặt phẳng dốc Trong hai PP có kiểu bố trí miếng giấy thử nghiệm gắn chặt vào bàn nằm ngang, miếng giấy đặt bên mặt trượt Khi trượt cho hạ thấp xuống mặt bàn miếng giấy dần tiếp xúc vói Trọng lượng trượt đưa vào lực pháp tuyến F n B B Trong PP mặt phẳng ngang, theo TAPPI T549 T 816, có lực kéo tăng dần tác động lên trượt bắt đầu trượt Đo lực ma sát vào lúc bắt đầu trượt, tính hệ số ma sát theo phương trình (16) Để đo ma sát động, trượt kéo với tốc độ không đổi Lục ma sát trung bình đư ợc đo độ dài trượt Hệ số ma sát động tính từ lực ma sát trung bình Trong PP mặt phẳng dốc, theo TAPPI T-548 T-815, trượt đặt bàn bàn cho dốc dần trượt bắt đầu trượt Có thể đo Hệ số ma sát tĩnh từ góc dốc vào thời điểm bắt đầu trượt (17) PP mặt phẳng dốc dùng để đo hệ số ma sst tĩnh Cũng có th ể áp dụng kiểu kết hợp hai miếng giấy thử nghiệm định hướng với trượt bàn: mặt trên, mặt lưới, hướng ngang máy xeo, hướng máy xeo, hườn sản xuất hướng counter manufacturing Vì lực ma sát phụ thuộc nhiều vào đặc điểm bề mặt hình thể bề mặt tờ giấy nên kiểu kết hợp cho kết thử nghiệm khác đo độ ma sát bề mặt U 7.7 Các đặc điểm thấm hút Các đặc điểm thấm hút thường quan trọng việc in ấn giấy Vì chương thảo luận chúng Hiện có nhiều PP thử nghiệm tính chất Điều quan trọng dùng tất PP điều kiện để thấm hút vào tờ giấy gần với thực tế sử dụng đầu cuối tốt Điều có nghĩa nên sử dụng chất sau: -Nước -Dầu loại với thành phần độ nhớt khác -Mực in loại Thường thử nghiệm chuẩn người ta dùng nước hay dầu Tùy theo yêu cầu kết thử nghiệm mà tính chất thấm hút đo có liên quan tới khả thấm hút hay tỷ lệ thấm hút Thử nghiệm thấm hút nước phổ biến Cobb test, ISO 535, Klemm test, ISO 8787 Theo PP Cobb, người ta đo lượng nước thấm qua mẫu khoảng thời gian cách đo lượng nước thoát theo g/m PP chủ yếu dùng để đánh giá mức độ gia keo, tức độ kháng nước giấy PP Klemm đo gia tăng độ mao dẫn nước băng giấy đặt vng góc với mặt nước P P Vì tác dụng độ kỵ nước (mức độ gia keo) khía cạnh quan trọng hóa học ngành giấy nên có nhiều PP đo độ gia keo giới thiệu, số mô tả chi tiết sách Cả hai số khả thấm hút tỷ lệ thấm hút tính chất quan yếu bột giấy dạng xơ sản phẩm giấy giấy vệ sinh Do chúng đư ợc thảo luận chương 11 bàn thử nghiệm cho sản phẩm Hai PP đo độ thấm hút dầu phổ biến Patra test Cobb-Unger test, SCAN-P 37 Trong PP Patra, người ta cho nhỏ giọt dầu lên mặt tờ giấy đo thời gian cần để dầu thấm qua Độ thấm hút ước lượng mắt thấy độ bóng dầu mặt giấy khơng cịn Trong PP Cobb-Unger, lượng dầu thấm qua giấy thời gian đo cách cân tờ giấy mẫu Do PP tương tự với PP thử nghiệm Cobb dùng nước Khác phương tiện sử dụng Khả thấm hút mực in thường đo với thử nghiệm khả in ấn Việc đánh giá khả in ấn dùng lượng mực thấm qua mặt giấy báo Tất PP thử nghiệm nêu loại thử nghiệm khả thấm hút chậm Trong trường hợp cần quan tâm tới tỷ lệ thấm hút phải đo thấm nước hay dầu khoảng thời gian ngắn 0-20 giây STFI thiết bị dùng cho mục đích Mẫu giấy đặt đai di chuyển bên vòi phun Với tốc độ khác đai, thời gian thấm hút hạ xuống tới 0.2 giây Lượng nước hút đo cách cân mẫu giấy trước sau phun Ngồi có PP dùng thay đổi góc tiếp xúc chất lỏng tờ giấy để đo độ thấm nước động Trong phần nói khả in ấn giấy có mơ tả PP Ghi chú: Định lượng khối lượng đơn vị diện tích, biểu diễn dạng g/m P P