Wytrzymałość na rozciąganie
Największa siła przypadająca na jednostkę szerokości próbki przed jej zerwaniem. Wynik podaje się zwykle w kN/m.
Hasło encyklopedyczne
Centrum Wiedzy A-Z Biuro
Właściwości papieru przy rozciąganiu – badanie i interpretacja
Właściwości papieru przy rozciąganiu opisują zachowanie próbki pod działaniem rosnącej siły rozciągającej. Badanie pozwala określić między innymi wytrzymałość na rozciąganie, odkształcenie przy zerwaniu i energię pochłoniętą do chwili zerwania. Wyniki zależą od kierunku wycięcia próbki, warunków kondycjonowania i zastosowanej metody.
W skrócie
Najważniejsze informacje o rozciąganiu papieru
Jedno badanie może dostarczyć kilku różnych wyników. Nie wolno traktować ich jako zamiennych.
Wskaźnik rozciągania
Wytrzymałość odniesiona do gramatury. Ułatwia porównanie materiałów o różnej masie powierzchniowej.
Odkształcenie przy zerwaniu
Procentowe wydłużenie próbki w chwili zerwania względem początkowej długości pomiarowej.
Energia pochłonięta
Pole pod krzywą siła–wydłużenie do momentu zerwania. Łączy informację o sile i zdolności próbki do odkształcenia.
Kierunek ma znaczenie
Próbki wycięte w kierunku maszynowym i poprzecznym często dają różne wyniki z powodu orientacji włókien.
Metoda musi być podana
ISO 1924-2 i ISO 1924-3 stosują różne prędkości rozciągania. Wyniki należy interpretować wraz z użytym wariantem metody.
Definicja i zakres
Czym są właściwości papieru przy rozciąganiu?
Są to parametry opisujące opór materiału oraz jego odkształcenie podczas jednoosiowego rozciągania.
W badaniu wąski pasek papieru lub tektury jest mocowany w dwóch uchwytach maszyny wytrzymałościowej. Uchwyt ruchomy oddala się ze stałą prędkością, a urządzenie rejestruje siłę i zmianę długości próbki. Pomiar trwa do zerwania materiału albo do osiągnięcia warunku określonego procedurą.
Wytrzymałość na rozciąganie nie jest tym samym co odporność na rozdzieranie, przepuklenie czy wielokrotne zginanie. Każda z tych metod wymusza inny rodzaj obciążenia. Papier może dobrze przenosić równomierne rozciąganie, a jednocześnie łatwo rozdzierać się od istniejącego nacięcia.
ISO 1924-2:2008 obejmuje pomiar wytrzymałości, odkształcenia przy zerwaniu i energii pochłoniętej przy stałej prędkości wydłużania 20 mm/min. ISO 1924-3:2005 opisuje metodę 100 mm/min i obejmuje dodatkowo sztywność przy rozciąganiu. Obie metody dotyczą papieru i tektury w zakresie możliwości aparatury; nie należy mieszać wyników bez wskazania zastosowanej części normy.
Wyniki badania
Jakie parametry wyznacza próba rozciągania?
Pełny raport powinien jednoznacznie wskazać parametr, jednostkę, kierunek próbki i metodę.
| Parametr | Co opisuje? | Typowa jednostka | Jak interpretować? |
|---|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | Maksymalną siłę odniesioną do szerokości paska | kN/m | Większa wartość oznacza większy opór na zerwanie w danych warunkach badania. |
| Wskaźnik rozciągania | Wytrzymałość odniesioną do gramatury | N·m/g | Ułatwia porównanie papierów o różnej gramaturze, lecz nie usuwa wpływu budowy materiału. |
| Odkształcenie przy zerwaniu | Względne wydłużenie do chwili zerwania | % | Pokazuje zdolność próbki do wydłużenia, nie jej maksymalną siłę. |
| Energia pochłonięta przy rozciąganiu | Pracę potrzebną do zerwania próbki odniesioną do jej powierzchni | J/m² | Uwzględnia jednocześnie poziom siły i przebieg odkształcenia. |
| Sztywność przy rozciąganiu | Nachylenie odpowiedniego odcinka krzywej siła–wydłużenie | kN/m | Opisuje opór na niewielkie odkształcenie w zakresie zdefiniowanym metodą. |
W uproszczeniu wytrzymałość na rozciąganie oblicza się przez podzielenie maksymalnej siły przez szerokość próbki. Wskaźnik rozciągania powstaje po odniesieniu tej wartości do gramatury papieru. Odkształcenie przy zerwaniu jest stosunkiem przyrostu długości do początkowej długości pomiarowej, wyrażonym w procentach.
Metoda badawcza
Jak bada się papier przy rozciąganiu?
Wiarygodny wynik wymaga kontroli całego procesu — od pobrania próbki do sposobu raportowania.
1. Pobranie reprezentatywnej próbki
Materiał pobiera się z określonej partii zgodnie z planem próbkowania. ISO 186 opisuje sposób uzyskania próbki przeznaczonej do oceny średniej jakości partii papieru lub tektury.
2. Kondycjonowanie
Próbki doprowadza się do równowagi w zdefiniowanej atmosferze. ISO 187 określa standardowe warunki kondycjonowania i badania oraz sposób monitorowania temperatury i wilgotności względnej.
3. Wycięcie pasków w dwóch kierunkach
Próbki przygotowuje się oddzielnie w kierunku maszynowym i poprzecznym. Krawędzie powinny być równe, a pasek wolny od przypadkowych uszkodzeń i zagięć.
4. Mocowanie w uchwytach
Pasek umieszcza się osiowo, bez poślizgu i bez wstępnego uszkodzenia. Nieprawidłowy docisk może powodować zerwanie przy szczęce zamiast w odcinku pomiarowym.
5. Rozciąganie ze stałą prędkością
Maszyna zwiększa odległość między uchwytami, rejestrując siłę i wydłużenie. Wariant 20 mm/min opisuje ISO 1924-2, a wariant 100 mm/min — ISO 1924-3.
6. Ocena serii wyników
Raport obejmuje wyniki statystyczne, kierunek próbki, zastosowaną metodę i informacje o odrzuconych zerwaniach. Pojedyncza wartość nie opisuje zmienności partii.
Anizotropia
Dlaczego kierunek włókien zmienia wynik?
Papier wytwarzany maszynowo nie jest materiałem jednakowym we wszystkich kierunkach.
Podczas formowania wstęgi wiele włókien układa się preferencyjnie w kierunku ruchu maszyny. Z tego powodu próbka wycięta w kierunku maszynowym zwykle zachowuje się inaczej niż próbka poprzeczna. Różnica może dotyczyć maksymalnej siły, wydłużenia, sztywności i energii pochłoniętej do zerwania.
Wynik bez oznaczenia kierunku jest niepełny. Zapis „wytrzymałość 5 kN/m” nie pozwala stwierdzić, czy chodzi o kierunek maszynowy, poprzeczny czy średnią. W dokumentacji technicznej stosuje się dwa oddzielne zestawy wartości.
Kierunek włókien ma także znaczenie podczas zginania, falcowania i przetwarzania arkusza. Nie należy jednak przewidywać wyniku próby rozciągania wyłącznie na podstawie obserwacji kierunku — potrzebny jest pomiar.
Interpretacja
Co wpływa na wyniki i czego wynik nie oznacza?
Parametry mechaniczne wynikają z budowy papieru, ale zależą również od przygotowania i warunków badania.
Skład i długość włókien
Rodzaj masy włóknistej, udział włókien długich i krótkich oraz stopień ich obróbki wpływają na sieć połączeń w arkuszu.
Stopień związania włókien
Lepsze zespolenie może zwiększać opór na rozciąganie, lecz ten sam zabieg może inaczej wpływać na porowatość, grubość i odkształcenie.
Gramatura i grubość
Więcej materiału w przekroju może zwiększać siłę zerwania. Dlatego obok wartości bezwzględnej analizuje się wskaźnik odniesiony do gramatury oraz relację z grubością.
Wilgotność i atmosfera
Woda oddziałuje z włóknami celulozowymi. Zmiana wilgotności papieru może zmienić zarówno siłę, jak i odkształcenie.
Powłoki i przetwarzanie
Powlekanie, kalandrowanie, impregnacja lub procesy uszlachetniania mogą zmienić rozkład naprężeń i sposób inicjowania zerwania.
Nie jest to ocena całego zastosowania
Wysoka wytrzymałość na rozciąganie nie gwarantuje dobrej odporności na rozdzieranie, przepuklenie ani zginanie.
Najczęstsze nieporozumienia
Błędy w interpretacji próby rozciągania
Większość błędów wynika z porównywania wyników uzyskanych w różnych warunkach lub z mylenia parametrów.
„Większa siła zawsze oznacza lepszy papier”
Nie. Wymagana wytrzymałość zależy od zastosowania, a duża siła zerwania może współistnieć z małym wydłużeniem lub słabą odpornością na inne rodzaje obciążenia.
„Wytrzymałość i wskaźnik rozciągania to to samo”
Nie. Pierwszy wynik odnosi maksymalną siłę do szerokości próbki, drugi dodatkowo uwzględnia gramaturę.
„Wyniki 20 mm/min i 100 mm/min są bezpośrednio zamienne”
Nie należy tego zakładać. Prędkość odkształcania jest elementem metody i może wpływać na zarejestrowane zachowanie materiału.
„Wystarczy zbadać jeden kierunek”
Nie w przypadku materiału anizotropowego. MD i CD powinny być rozpatrywane oddzielnie, jeśli specyfikacja nie stanowi inaczej.
„Zerwanie przy uchwycie jest zawsze prawidłowe”
Zerwanie w strefie zacisku może wskazywać na uszkodzenie próbki, poślizg albo nadmierny docisk. Ważność takiego wyniku ocenia się według procedury.
„Jedna próbka opisuje całą partię”
Nie. Papier ma naturalną zmienność, a próbka musi reprezentować zdefiniowaną partię. Dlatego wyniki podaje się dla serii oznaczeń.
Powiązane hasła
Parametry potrzebne do pełniejszej oceny papieru
Próba rozciągania opisuje jeden sposób obciążenia. Pozostałe parametry uzupełniają obraz właściwości materiału.
Parametry papieru
Mapa najważniejszych właściwości i metod badań.
Otwórz stronę →Gramatura papieru
Parametr potrzebny do obliczenia wskaźnika rozciągania.
Otwórz stronę →Terminologia właściwości papieru
Pojęcia używane do opisu właściwości masy włóknistej, papieru i tektury.
Otwórz stronę →Odporność na rozdzieranie
Badanie propagacji rozdarcia od istniejącego nacięcia.
Otwórz stronę →Wytrzymałość na przepuklenie
Odporność materiału na narastające ciśnienie działające na powierzchnię.
Otwórz stronę →Sztywność na zginanie
Opór papieru lub tektury przeciw odkształceniu zginającemu.
Otwórz stronę →Weryfikacja
Źródła pierwotne i status norm
Opis zweryfikowano w oficjalnych kartach ISO oraz publikacjach przedstawiających wyniki badań materiałowych. Pełne wymagania laboratoryjne znajdują się w dokumentach normalizacyjnych.
- ISO 1924-2:2008 — Paper and board — Determination of tensile properties — Part 2: Constant rate of elongation method (20 mm/min) — aktualnie opublikowane wydanie, przeznaczone do rewizji.
- ISO/DIS 1924-2 — projekt kolejnego wydania — dokument w opracowaniu, nie został przedstawiony jako obowiązująca norma.
- ISO 1924-3:2005 — Constant rate of elongation method (100 mm/min) — opublikowane i potwierdzone wydanie.
- ISO 187:2022 — standard atmosphere for conditioning and testing — warunki kondycjonowania i badań papieru, tektury i mas włóknistych.
- ISO 186:2002 — Sampling to determine average quality — opublikowane wydanie dotyczące pobierania reprezentatywnej próbki partii.
- ISO 536:2019 — Determination of grammage — metoda oznaczania gramatury potrzebnej do obliczania wskaźników.
- ISO 4046-5:2016 — Vocabulary — Properties of pulp, paper and board — terminologia właściwości papieru i tektury.
- Impact of Sample Size and Deformation Measurement Techniques on Uniaxial Tensile Testing of Fiber-Based Materials — badanie wpływu geometrii próbki, sposobu pomiaru odkształcenia i anizotropii materiałów włóknistych.
- What holds paper together: nanometre scale exploration of bonding between paper fibres — eksperymentalna analiza roli połączeń między włóknami.
- Mechanisms of strength and stiffness improvement of paper after PFI refining with a focus on the effect of fines — badania arkuszy i modeli sieci włóknistych dotyczące wytrzymałości oraz sztywności.
Przykładowe produkty papiernicze
Papiery biurowe A4
Produkty o podobnym formacie i gramaturze mogą różnić się strukturą włókien i właściwościami mechanicznymi. Dane handlowe nie zastępują wyniku badania laboratoryjnego.
Papier w innych formatach
Format arkusza nie określa odporności na rozciąganie. Próbki do porównania powinny być pobrane i przygotowane według tej samej procedury.
Papiery o wyższej gramaturze
Wyższa gramatura może zwiększać siłę potrzebną do zerwania, dlatego do porównań materiałowych stosuje się również wskaźnik rozciągania odniesiony do gramatury.
Papier w rolach
W przypadku papieru w rolach ważne są kierunek maszynowy i poprzeczny. Wyniki należy raportować oddzielnie, ponieważ orientacja włókien wpływa na zachowanie próbki.
Dalsze kroki
Od parametru do właściwego produktu
Wynik laboratoryjny wyjaśnia właściwość materiału. Przy zakupie trzeba dodatkowo uwzględnić technologię druku, format, gramaturę i wymagania urządzenia.
Poradnik A-Z Biuro
Jaki papier A4 do drukarki wybrać?
Praktyczne kryteria doboru papieru do codziennego druku, dokumentów i prezentacji.
Przejdź do poradnika →Sklep A-Z BiuroPapier i wyroby papiernicze
Zobacz aktualne produkty i sprawdź parametry konkretnej pozycji przed zamówieniem.
Przejdź do działu Papier →