 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
+7 (495) 989-43-69
(многоканальный)
e-mail: arz-p@arzpuck.ru
8-926-917-76-62
8-926-917-76-69
+7 (499) 123-54-44,
+7 (499) 124-56-63,
+7 (499) 797-49-76,
+7 (499) 127-67-40,
+7 (499) 127-18-78,
+7 (499) 755-71-13.
Методы испытаний
На современных бумажных производствах для контроля свойств бумаги и регулирования технологических параметров внедрено автоматическое управление, обеспечивающее стабильно высокое качество продукции. Кроме того, вся готовая бумага регулярно подвергается выборочной проверке на качество. Испытывать поступающие партии мешочной крафт-бумаги и других материалов, используемых в производстве мешков, могут и сами предприятия-изготовители мешков.
Для проведения испытаний бумаги необходимо специальное оборудование, причем испытания должны проводиться в атмосфере с регулируемой температурой и влажностью. Потребители бумаги обычно не проводят ее испытаний, но при изменении технических характеристик или внедрении новых ТУ на мешки необходимы знания методов испытаний и свойств бумаги. Испытания проводят как материалов, так и готовых мешков, причем по разным принципам и методам.
Испытания материалов для бумажных мешков
Многослойный бумажный мешок — это вид гибкий упаковки, которая должна быть устойчива к нагрузкам, возникающим в результате воздействия на мешок его содержимого, а также при фасовке, погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке.
В ходе испытаний измеряют характеристики, связанные с эксплуатацией меш ков.
Мешочную крафт-бумагу изготавливают из натуральных волокон, легко поглощающих и теряющих влагу в зависимости от температуры окружающей среды и влажности воздуха. При отсутствии регулирования этих параметров количество поглощенной влаги может варьировать в очень широких пределах и существенно влиять на механические свойства мешков и результаты испытаний. Мешочную крафт-бумагу перед проведением механических испытаний необходимо выдержать 24 ч в стандартной атмосфере с регулируемой температурой и относительной влажностью (ОВ). В Великобритании и Ирландии стандартная атмосфера, используемая на производстве мешков, характеризуется температурой 23 °С и ОВ 50%, что обеспечивает равновесное содержание влаги в мешочной крафт-бумаге около 9,5%.
Крафт-бумага, как и другие бумажные материалы, состоит из массы переплетенных волокон, и в ходе любых испытаний наблюдается некоторое отклонение свойств материала поперек и вдоль полотна (соответственно, CD- и MD-направления). Вследствие этого на каждом образце бумаги необходимо выполнить ряд параллельных испытаний, причем для получения значимого среднего результата необходимо иметь репрезентативное количество образцов из каждой партии.
В настоящее время по пробоотбору, кондиционированию и испытаниям применяется ряд стандартов ISO, EC и Великобритании (BS), краткие сведения о которых приведены в табл. 8.5.
Испытания на прочность
К наиболее важным испытаниям на прочность относятся измерение сопротивления разрыву или энергии, необходимой для разрыва бумаги.
Сопротивление разрыву
Сопротивление разрыву — это максимальное усилие, выдерживаемое узкой полоской бумаги до ее разрыва. Обычно мешочная крафт-бумага характеризуется более высоким сопротивлением разрыву в продольном направлении, чем в поперечном.
Сопротивление разрыву измеряют на разрывной машине, в которой полоса мешочной крафт-бумаги зажимается между двумя зажимами, постепенно раздвигающимися до разрыва полосы. Прибор регистрирует силу в последний момент перед разрывом и величину удлинения бумаги. Из величины разрывного напряжения может быть рассчитана так называемая разрывная длина.
Удлинение при растяжении
Удлинение при растяжении определяется одновременно с сопротивлением разрыву и фиксирует удлинение, наблюдающееся до разрыва бумаги. Произведение разрушающего усилия на удлинение служит мерой способности листа бумаги поглощать энергию (мерой прочности) и применяется при сравнении разных материалов.
Индекс TEA
Индекс TEA (Tensile Energy Absorption, определение работы разрыва) выражается количеством энергии на единицу площади поверхности образца, которую поглощает бумага в процессе ее растяжения до наступления разрыва. Для измерений используют специальный прибор для испытания на растяжение, который не только измеряет прочность на разрыв и растяжение, но и обобщает данные с вычислением полной энергии, поглощаемой полосой бумаги до разрыва.
Считается, что это испытание больше характеризует эксплуатационные свойства готовых мешков, чем все другие испытания, и поэтому его применяют в качестве своего рода индикатора для определения конструкции мешка или составления ТУ. Обычно такое испытание проводят на двух комплектах проб полос бумаги, вырезанных в продольном и поперечном направлениях листа. Для сравнения двух и более материалов обычно используется среднее значение для двух направлений.
Прочность во влажном состоянии
Прочность во влажном состоянии определяется как уровень прочности, сохраняемый бумажным листом после его полного намокания, то есть после погружения образца в воду не менее чем на полчаса. Традиционно для определения прочности мешочной крафт-бумаги во влажном состоянии использовались пневматические испытания на разрыв при растяжении, но в настоящее время в этих целях все шире применяют приборы с тензодатчиками.
Натуральная крафт-бумага после пребывания в воде в течение получаса вообще не обладает прочностью или обладает малой прочностью, но мешочная крафт- бумага, обладающая прочностью во влажном состоянии после намокания должна сохранять некоторую долю прочности, которую она имела в сухом состоянии. Чаще всего на предприятиях по производству бумажных мешков уровень сохранения прочности в мокром состоянии составляет примерно 30%.
Сопротивление продавливанию
Испытание на сопротивление продавливанию в настоящее время применяется довольно редко из-за большого разброса результатов. При таком испытании образец бумаги зажимают над резиновой мембраной, закрывающей отверстие диаметром около 30 мм. Давление воздуха или жидкости под мембраной постепенно увеличивают, и отверстие расширяется до тех пор, пока бумажный лист не рвется. Гидравлические приборы для испытаний на сопротивление продавливанию недостаточно чувствительны для испытаний мешочной крафт-бумаги, в связи с чем обычно применяют пневматические устройства.
Хотя это испытание считается неприемлемым для оценки качества бумаги, его можно использовать как метод ускоренной проверки прочности во влажном состоянии (по испытанию на сопротивление продавливанию кондиционированного образца и образца, помещенного в воду на полчаса). Кроме того, данное испытание может быть использовано и для ускоренной проверки снижения прочности листа бумаги, вызванного, например, избыточным сминанием, истиранием и т. п.
Сопротивление раздиранию
Сопротивление раздиранию — это усилие, необходиое для увеличения разрыва в листе после возникновения прокола или разрыва. В этом испытании частично разрезанный прямоугольный образец бумаги зажимается между двумя зажимами в разрывной машине по сторонам разреза, и измеряется сила, необходимая для полного разрыва образца.
Между сопротивлением раздиранию и сопротивлением разрыву существует обратная зависимость, которую производитель бумаги может регулировать. Достижение максимального спортивления разрыва дает бумагу с относительно низким сопротивлением раздиранию. Для мешочной крафт-бумаги важны и высокое сопротивление раздиранию, и высокое сопротивление разрыву, в связи с чем производители бумаги стремятся к обеспечению удовлетворительного баланса между ними.
Прочие механические свойства и их испытания
Наряду с испытаниями прочности существует ряд общепринятых методов испытаний для оценки иных механических свойств.
Масса 1 м2
В английском языке термин grammage (масса 1 м2) используется вместо традиционных понятий substance и basis weight. Эта величина измеряется как масса 1 м2 бумаги (г) после ее выдерживания в стандартной атмосфере (при 23 °С и ОВ 50%) в течение 24 ч. Вырезать образец соответствующего размера для взвешивания необходимо после кондиционирования бумаги. В Северной Америке термин basis weight (удельный вес) относится к весу стопы бумаги (обычно из 500 листов) размером 24 х 36 дюймов в фунтах. Это соответствует площади 3000 кв. футов, поэтому наиболее распространенные значения basis weight для бумажных мешков составляют 40-60 фунтов (что примерно эквивалент но массе 1 м2 в 65-100 г).
Толщина
Толщину мешочной крафт-бумаги обычно не измеряют, так как она очень слабо связана с качеством, эксплуатационными свойствами или сортом бумаги. При необходимости ее измеряют микрометром-кронциркулем (толщиномером Пальмера) с весовой нагрузкой, а результат приводят в микрометрах (мкм) или тысячных долях дюйма.
Влажность
Влажность бумаги определяется как потеря массы образца после высушивания в сушильном шкафу при постоянной температуре в 105 °С. Лист бумаги под воздействием окружающей среды быстро теряет или впитывает влагу, в связи с чем образцы для определения влажности бумаги должны быть сразу же после высушивания помещены в плотно закрытый контейнер с известной массой.
Мешочная крафт-бумага после ее изготовления характеризуется влажностью 6-9%, а после кондиционирования в течение 24 ч в стандартной атмосфере (23 °С и ОВ 50%) ее абсолютная влажность составляет около 9,5%.
Воздухопроницаемость (пористость)
Скорость, с которой воздух проникает сквозь мешочную крафт-бумагу, важна для операции фасования (особенно для мешков с клапанами и для мешков, в которые фасуют насыщенные воздухом порошкообразные изделия). Воздухопроницаемость измеряют различными методами, наиболее распространенным из которых является тест Герлея (Gurley) (ISO 5636/5: 1987). В данном испытании измеряется время прохода 100 мл воздуха при фиксированном давлении через образец площадью 6,5 см2. Воздухопроницаемость большинства мешочных крафт-бумаг составляет от 5 до 35 с.
Впитываемость воды при одностороннем смачивании
Для сохранения прочности мешочной крафт-бумаги в сухом состоянии важно, чтобы эта бумага обладала водостойкостью. Для этого мешочную крафт-бумагу подвергают специальной обработке (проклейке). Степень проклейки обычно измеряют с помощью теста Кобба (Cobb) (ISO 535: 1991), при котором определяют массу воды, поглощенной бумагой с заданной площадью поверхности после ее выдерживания на глубине 1 см в течение 1 мин. Величина, определяемая в тесте Кобба, для большинства мешочных крафт-бумаг составляет обычно 20-30 г/м2.
Трение
Сила трения — это сила, возникающая при соприкосновении поверхностей двух тел и препятствующая их движению относительно друг друга. Мешочная крафт-бумага обычно довольно устойчива к относительному скольжению, и снижение сил трения обычно вызывается каким-либо загрязнением поверхности.
Существует несколько методов измерения трения. Например, по одному из методов образец бумаги с известной массой протягивается над другим, и измеряется сопротивление движению. При другом методе два образца удерживаются под действием груза на ровной поверхности, которую постепенно наклоняют до тех пор, пока не начнется относительное скольжение образцов. Угол поверхности относительно горизонта в момент начала скольжения служит мерой поверхностного трения.
Измерение трения — самое ненадежное испытание, поскольку на его результат влияют многие факторы. Подбор образцов и их подготовку следует выполнять очень аккуратно, так как для существенного изменения результатов достаточно даже прикосновения оператора к какой-либо из поверхностей.
Проницаемость для водяного пара
Скорость, с которой водяной пар может проникать через преграду, зависит от барьерных свойств материала, его толщины и таких факторов, как температура и влажность с обеих сторон барьерного слоя. Проницаемость для водяного пара измеряют, помещая некоторое химическое вещество, легко поглощающее воду, в металлическую банку, герметически закрытую образцом барьерного материала. Затем эту банку оставляют в атмосфере с регулируемой температурой и влажностью и ежедневно взвешивают до тех пор, пока ее масса не стабилизируется. Чаще всего для испытаний барьерных свойств материалов бумажных мешков используют атмосферу с ОВ 75% и температурой 25 °С.
Проницаемость для водяного пара всегда выражается в г/м2 в сутки с указанием толщины преграды и условий испытаний. Это довольно длительное испытание, дающее результаты с определенным разбросом данных. Существуют и ускоренные негравиметрические методы, но сравнительных данных относительно соответствия их результатов традиционным испытаниям еще недостаточно.
Испытания мешков
Готовые мешки подвергают двум видам испытаний, в ходе которых проверяют качество готовых мешков и их эксплуатационные свойства.
Качество готовых мешков
Для оценки партий мешков необходимо проверить их на соответствие спецификации, т. е.:
• размеры;
• конструкцию мешка, качество материалов и количество слоев бумаги;
• печать (изображения, их размещение, совмещение и цвет);
• дополнительные свойства, в том числе использование и размещение адгезивов.
Все размеры имеют отраслевые допуски, приведенные далее в табл. 8.6. Следует всегда проводить параллельные измерения нескольких мешков из партии.
Один из основных критериев качества материалов — это масса 1 м2, которую следует измерять только после кондиционирования.
Тип материала обычно можно определить визуально, но для испытаний таких параметров, как растяжение или прочность в мокром состоянии, могут требоваться лишь определенные материалы.
Печать на мешках, особенно при первых поставках, необходимо проверять, сравнивая положение изображений и цвет с заданными в спецификации.
Испытания эксплуатационных свойств
Готовые мешки подвергают двум видам испытаний эксплуатационных свойств — испытаниям на ударную прочность при падении и эксплуатационные испытания.
Испытания на ударную прочность при падении
Испытания на ударную прочность при падении заключаются в сбрасывании наполненных мешков с определенной высоты вплоть до их разрыва. Таким способом сравнивают эксплуатационные свойства мешков одинакового размера, отличающихся по конструкции или использованным материалам. Мешки при этом заполняют реальным или эквивалентным ему содержимым. В ходе испытаний выполняют сбрасывание на лицевую поверхность («плоское падение») или на торцы («торцевое падение»), а также последовательность сбрасываний различного типа. Испытания на ударную прочность при падении не дают абсолютной оценки прочности мешков — они всегда должны быть сравнительными, то есть с использованием двух или более комплектов мешков, один из которых служит контрольным (мешки, конструкция которых в испытаниях показала удовлетворительные результаты).
В идеале мешки, используемые для испытаний на ударную прочность при падении, непосредственно перед испытаниями должны кондиционироваться, а испытания, по возможности, должны выполняться в регулируемых атмосферных условиях. Последнее обычно невозможно, поэтому испытания необходимо тщательно планировать, чтобы не проводить их в условиях экстремальных температурных и влажностных условиях.
На результаты испытаний ударной прочности при падении влияют следующие основные факторы:
• масса содержимого;
• тип содержимого;
• конструкция мешка;
• тип мешка;
• степень заполнения.
Повторное сбрасывание заполненных мешков на один торец до разрыва изнутри позволяет проверить прочность боковой стороны мешка, но не создает нагрузок на заделку торцов. Получаемые результаты свидетельствуют лишь о различиях в прочности корпусов мешков.
«Плоское падение» создает нагрузку на весь мешок, то есть на корпус и торцы. Испытания на «плоское падение» используют для определения различий в эксплуатационных свойствах разных типов мешков и их конструкций.
Существуют три способа сравнения мешков с помощью испытаний на падение.
Статический метод {падения с одной и той же высоты). В этом испытании выбирается высота, при которой комплект мешков выдерживает достаточное количество падений до разрыва. Комплект испытываемых мешков сбрасывают с постоянной высоты, определяя среднее количество падений до разрыва.
Падения с увеличением высоты. Первое сбрасывание выполняется с высоты 0,85 м, и высота каждого последующего сбрасывания увеличивается на 0,15 м вплоть до разрыва мешка. Если мешки без разрывов достигают максимальной высоты сбрасывания для данной машины (обычно около 4 м), сбрасывания продолжают с этой высоты до разрыва. На практике такой подход лучше статического метода, при котором в случае, если конструкции мешков значительно отличаются по прочности, испытания могут продолжаться очень долго.
Метод последовательных падений. В качестве средства установления минимального международного стандарта для мешков и других форм упаковки опасных грузов предлагается последовательность падений, включая падения с установленной высоты на лицевую поверхность, дно и боковые стороны. Необходимо понимать, что хотя это испытание и устанавливает минимальный стандарт, оно не определяет пригодности конкретной конструкции для заданной системы сбыта и транспортировки. Факторы риска и протяженность маршрутов системы сбыта значительно варьируют, и пользователь должен предусматривать некоторые предварительные эксплуатационные испытания, особенно если у него нет опыта работы с данной системой сбыта. В настоящее время эта сфера регламентируется стандартом ISO 7965: 1984.
Эксплуатационные (полевые) испытания
Такие испытания рекомендуется проводить, если используются системы сбыта с несколькими этапами перевалки грузов. Испытания должны охватывать небольшую первоначальную партию, проверяемую при отправке и после прибытия на место назначения. Эксплуатационные испытания с контролем партий в различных точках транспортно-сбытовой системы могут потребовать довольно большого числа наблюдателей и оказаться недешевыми.
Применение последнего типа испытаний оправдано только для комплексных или протяженных систем сбыта, где первоначальные пробные партии показали неприемлемые эксплуатационные свойства или повреждения мешков. Заключительный анализ результатов таких испытаний должен быть направлен на определение источников повреждений, после чего следует повысить прочность мешков или исключить конкретные факторы риска в системе сбыта и транспортировки.