纸张
探讨纸张测试å‰çš„调湿程åº
2005-12-19 09:40  ???:2387

  éšç€åŒä¸šå¯¹çº¸å¼ çš„å“è´¨åŠç¨³å®šæ€§è¦æ±‚愈æ¥æ„ˆé«˜ï¼Œä»–们往往会为自己添置简å•çš„纸张测试设备,为纸张进行测试,以作内部å‚考,或与供应商æ供的数æ®äº’相比较以作 为收货标准。然而测试数æ®çš„准确性往往产生很多ä¸å¿…è¦çš„争拗或误会。事实上,数æ®ä¸Šçš„å差是必然存在的,除了æºè‡ªäºŽæµ‹è¯•æ ·å“本身正常的数æ®æ³¢åŠ¨å¤–,样å“çš„ å–æ ·(Sampling)ã€æµ‹è¯•å‰å¯¹æ ·å“的处ç†ã€ä½¿ç”¨ä»ªå™¨çš„类型ã€æµ‹è¯•çš„技巧和方法都会影å“测试的数æ®ã€‚问题åªåœ¨äºŽæ•°æ®ä¸Šçš„å差是å¦åœ¨æˆ‘们控制的范围内。 故此针对纸张测试的国际标准如TAPPI(Technical Association of the Pulp and Paper Industry)å’ŒISO(International Standards Organization)都会把测试的程åºï¼Œç”±æ€Žæ ·å–æ ·ã€å¤„ç†ã€æµ‹è¯•æ–¹æ³•ã€ä»ªå™¨è¦æ±‚,以至报告形å¼éƒ½æœ‰æ¸…楚列明,务必令根æ®æ ‡å‡†æ¥æµ‹è¯•çš„人员能得到å¯æ¯” 较的测试数æ®ã€‚而对于纸张样å“测试å‰çš„处ç†ç¨‹åºï¼Œä½ä½ä¸ºäººæ‰€å¿½ç•¥ã€‚故藉此机会在这里和大家一起探讨其é‡è¦æ€§ã€‚

  由于纸张是一ç§å¸æ¹¿æ€§(Hygroscopic)的物料,æ„å³å®ƒä¼šéšç€çŽ¯å¢ƒç›¸å¯¹æ¹¿åº¦(Relatively Humidity -R.H.)çš„å˜åŒ–å¸æ”¶æ°´åˆ†å’Œé‡Šæ”¾æ°´åˆ†ã€‚举例说,当我们把纸张由一个相对湿度较低的地方移到一个相对湿度较高的地方,由于新环境有较高的水气压 (Vapour Pressure),由空气中进入纸张的水气会较多释放,故纸张的å«æ°´é‡ä¼šå¢žåŠ ï¼Œç›´è‡³çº¸å¼ çš„相对湿度æå‡åˆ°ä¸ŽçŽ¯å¢ƒç›¸åŒï¼Œè¿™æ—¶æˆ‘们便会说纸张与环境已达至平 衡状æ€(Equilibrium)。相å,当我们把纸张由一个相对湿度较高的地方移到一个相对湿度较低的地方,由于新环境有较低的水气压,纸张释放到空气 中的水气会较å¸æ”¶çš„多,此时纸张的水å«é‡ä¼šå‡å°‘,直至纸张的相对湿度与环境相åŒã€‚由以上例å­ï¼Œæˆ‘们å¯ä»¥äº†è§£åˆ°çŽ¯å¢ƒçš„相对湿度与纸张的水份å«é‡ (Moisture Content)是æ¯æ¯ç›¸å…³çš„。而纸张水分å«é‡äº¦åŒæ—¶å½±å“纸张的å„ç§ç‰¹æ€§ï¼ŒåŒ…括:

  (一)纸张的机械特性(Mechanical Properties),如抗张强度(Tensile Strength)ã€åˆšæŒºåº¦(Stiffness)等。

  (二)纸张的结构特性(Structural Properties),如纸é‡(Grammage)ã€å¹³æ»‘度(Smoothness)等。

  (三)纸张的其他特性,如纸张的带电特性ã€å°ºå¯¸çš„稳定性ã€å¸æ”¶èƒ½åŠ›ç­‰ã€‚


  å„ç§ç‰¹æ€§çš„改å˜éš¾åº¦èƒ€è£‚强度(Burst)抗张强度(Tensile)撕裂强度(Tear)è€æŠ˜åº¦(Fold)刚挺度(Stiffness)相对湿度%纸张相对湿度与纸张特性的关系.

  å‡è®¾çŽ°åœ¨æˆ‘们分别在50%R.H.ã€23°C å’Œ10%R.H.ã€23°C 两个ä¸åŒçš„环境下,为åŒä¸€è¿­çº¸å¼ è¿›è¡Œå«æ°´é‡æµ‹è¯•ï¼Œå‰è€…çš„å«æ°´é‡å¤§çº¦ä¸ºçº¸é‡çš„6%,而åŽè€…则大约为2%。如果我们这迭纸张在50%R.H.ã€23°C 的环境下是2000磅,根æ®ä»¥ä¸Šå«æ°´é‡æµå¤±ç™¾åˆ†æ¯”计算整迭纸张的é‡é‡æ—¶ï¼Œå°†å‘觉纸张é‡é‡ä¼šæœ‰80磅å差之多。从这个例å­ï¼Œè¯»è€…ä¸éš¾å‘现,如è¦å–得准确的纸 å¼ æ•°æ®ï¼Œæ¯æ¬¡æµ‹è¯•æ—¶ï¼Œçº¸å¼ æ ·å“å«æ°´é‡çš„稳定性是相当é‡è¦çš„。æ¢è¨€ä¹‹ï¼Œæˆ‘们必须于测试å‰å…ˆæŠŠçº¸å¼ æ ·å“通过预先调湿(Preconditioning)和调湿 (Conditioning)程åºæŠŠæ°´å«é‡ç¨³å®šä¸‹æ¥ï¼Œæ‰ä¸ºçº¸å¼ è¿›è¡Œæµ‹è¯•ã€‚

  为了让大家测试时对环境控制有统一的ä¾æ®ï¼Œå›½é™…测试标准亦æ供了对测试环境的è¦æ±‚给我们ä¾å¾ª(表一)。因为温度的改å˜ï¼Œä¼šä»¤ç›¸å¯¹æ¹¿åº¦æ”¹å˜ï¼Œä¸¾ä¾‹è¯´ï¼šæµ‹è¯•çŽ¯ 境的温度çªç„¶æ”¹å˜1°C,测试环境的相对湿度会éšä¹‹æ”¹å˜å¤§çº¦3%。故此è¦æŽ§åˆ¶å¥½çŽ¯å¢ƒçš„相对湿度,我们也è¦åŒæ—¶æŽ§åˆ¶å¥½çŽ¯å¢ƒçš„温度。所以从测试标准的è¦æ±‚中, 我们会看到对于温度的控制éžå¸¸ä¸¥æ ¼ã€‚å†è€…,对于æŸç±»çº¸å¼ å¦‚åˆæˆçº¸æˆ–ç»è¿‡èƒ¶å¤„ç†çš„纸张,温度的影å“ä½ä½æ¯”湿度的影å“æ¥å¾—é‡è¦ã€‚
 
                ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ç›¸å¯¹æ¹¿åº¦R.H. ã€€R.H 容许差异 ã€€ã€€ã€€ã€€æ¸©åº¦ ã€€ã€€ã€€ã€€æ¸©åº¦å®¹è®¸å·®å¼‚
   预先调湿环境Preconditioning atmosphere ã€€ã€€10-35% ã€€ã€€ã€€ã€€æ—  ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€22-40°C ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€æ— 
   调湿环境Conditioning atmosphere ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€50.0% ã€€ã€€ã€€ã€€Â±2% ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€23°C ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€Â±1°C
   测试环境Testingat mosphere ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€50.0% ã€€ã€€ã€€ã€€Â±2% ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€23°C ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€Â±1°C

图表一 国际标准对纸张测试程åºçŽ¯å¢ƒæŽ§åˆ¶çš„è¦æ±‚

  如我先å‰æ‰€è¯´ï¼Œæµ‹è¯•æ—¶çº¸å¼ çš„水分是å¦ç¨³å®šæ˜¯ç›¸å½“é‡è¦çš„,调湿程åºæ­£æ­£æ˜¯ä¸ºäº†è®©çº¸å¼ åœ¨æµ‹è¯•å‰ä¸ŽçŽ¯å¢ƒè¾¾åˆ°å¹³è¡¡çŠ¶æ€è€Œè®¾ã€‚但ä¸åŒçº¸å¼ çš„æˆåˆ†åŠé‡é‡éƒ½æœ‰æ‰€ä¸åŒï¼Œç† 所当然,所需的调湿时间一定会有分别。那么我们怎样厘定ä¸åŒçº¸å¼ æ‰€éœ€çš„调湿时间,以确认纸张已ç»è¾¾åˆ°å¹³è¡¡çŠ¶æ€å‘¢ï¼Ÿåœ¨è¿™æ–¹é¢ï¼Œæœ€ç®€å•çš„åšæ³•èŽ«è¿‡äºŽå‚考国际测 试标准æ供的一些建议(图表二)。至于标准里的调湿时间是怎样订出æ¥ï¼Ÿå¦‚果我们时常é‡å¤æµ‹è¯•åŒä¸€ç§çº¸å¼ ï¼Œæˆ‘们åˆæ˜¯å¦æœ‰æ–¹æ³•è®¢å‡ºæ›´å‡†ç¡®çš„调湿时间,以缩短测 试æµç¨‹çš„时间?至于较少人认识的「预先调湿ã€ç¨‹åºåˆæ˜¯ä»€ä¹ˆï¼Ÿä»–对测试的数æ®åˆæœ‰ä»€ä¹ˆå½±å“?对于这些疑问,将会于下期继续和大家探讨。

                纸张ç§ç±» ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€æ ‡å‡†å»ºè®®æ—¶é—´
              一般常用磅数纸张 ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ä¸€èˆ¬è°ƒæ¹¿4å°æ—¶å·²è¶³å¤Ÿ
                轻磅纸濠          最少调湿4-8å°æ—¶
            é‡ç£…纸æ¿æˆ–ç»ç‰¹åˆ«æŠ—水处ç†çš„纸张 ã€€ã€€ã€€æœ€å°‘调湿16å°æ—¶
              以蜡处ç†è¿‡çš„纸类 ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€æœ€å°‘调湿72å°æ—¶

图表二 国际标准对纸张调湿所需时间的建议

  å‰é¢æˆ‘们已探讨过调湿(Conditioning)的主è¦ç›®çš„,是è¦ä»¤æ¯ä¸ªçº¸å¼ æ ·æœ¬çš„æ°´å«é‡åœ¨æµ‹è¯•å‰ï¼Œéƒ½å·²åˆ°è¾¾ç¨³å®šçŠ¶æ€ï¼Œä»¤æµ‹è¯•çš„æ•°æ®æœ‰æ›´é«˜çš„é‡å¤æ€§ã€‚ç”± 于ä¸åŒçº¸å¼ çš„调湿时间有别,我们亦引用了测试标准中对纸张调湿所需时间的一些建议,给大家å‚考。

  细心的读者å¯èƒ½å‘现,调湿时间的建议中,并未有详细界定市场上的所有纸张ç§ç±»ã€‚所以当我们切实执行调湿程åºæ—¶ï¼Œå¯èƒ½å¯¹çº¸å¼ çš„分类,以至所需的调湿时间产生 疑问。而且建议中ä¸åŒçº¸å¼ çš„调湿时间往往以å€æ•°å¢žåŠ ï¼Œå¦‚果我们è¦å®šæœŸä¸ºä¸åŒç§ç±»çš„纸张进行测试作为生产å‰çš„å“质审定,岂ä¸éžå¸¸è´¹æ—¶ã€‚如果我们能为自己常用 的纸张订立准确的调湿时间,整个测试æµç¨‹æ‰€éœ€æ—¶é—´å°±èƒ½å¤§å¤§å‡å°‘。

  事实上ä¸åŒæµ‹è¯•æ ‡å‡†ä¸­ï¼Œäº¦æœ‰æ供一些指引给我们去界定ä¸åŒçº¸å¼ æ ·æœ¬ç¡®å®žçš„调湿时间。较为简å•çš„åšæ³•ï¼Œæˆ‘们å¯ä»¥åœ¨è°ƒæ¹¿çš„过程中,最少æ¯éš”一å°æ—¶é‡åº¦æ ·æœ¬çš„é‡ é‡ä¸€æ¬¡(确实的时段å¯æ ¹æ®çº¸å¼ æ ·æœ¬çš„特性ã€é‡é‡åŠå¤§å°è€Œè°ƒæ•´),当é‡åº¦é‡é‡çš„改å˜å°‘于å‰ä¸€æ¬¡é‡åº¦é‡é‡çš„0.25%时,就代表调湿中的纸张样本基本上已到达 稳定的平衡状æ€ï¼Œå¯ä»¥è¿›è¡Œå…¶ä»–å„ç§æµ‹è¯•ã€‚而å¦å¤–一ç§æ–¹æ³•åœ¨æ¦‚念上与先å‰æ‰€æ的没有两样,是以图表记录形å¼æ¥æ‰¾å‡ºæ›´å‡†ç¡®çš„调湿时间(图一)。图表中X 轴为调湿时间的对数(Logarithm),而Y 轴则为纸张样本的é‡é‡ã€‚当我们在调湿过程中记录所需时间åŠæ ·æœ¬é‡é‡ï¼Œå¹¶æŠŠèµ„料绘æˆæ›²çº¿ï¼Œå½“曲线与X è½´å¹³å‡æ—¶(样本é‡é‡å†æ²¡æœ‰æ”¹å˜),所需的时间就是属于该样本的调湿时间。

  样本é‡é‡A B C log (调湿时间)


图 纸张样本的调湿曲线

  在调湿å‰å…ˆè®°å½•æ ·æœ¬çš„é‡é‡

  如纸张样本调湿å‰æ˜¯ä½ŽäºŽ50%R.H.,调湿过程会令到样本é‡é‡å¢žåŠ ï¼Œç›´è‡³åˆ°è¾¾ä¸ŽçŽ¯å¢ƒR.H.平衡的状æ€ï¼Œæ­¤æ—¶æ ·æœ¬çš„é‡é‡å†ä¸ä¼šéšç€è°ƒæ¹¿æ—¶é—´æœ‰æ˜Žæ˜¾çš„波动åŠæ”¹å˜(B 点)

  根æ®è°ƒæ¹¿æ›²çº¿ä¸ŽX è½´çš„å¹³å‡æƒ…况æ¥å†³å®šè¯¥æ ·æœ¬çš„调湿时间(C 点)

  当我们测试的数æ®æ˜¯é’ˆå¯¹çº¸å¼ çš„物ç†ç‰¹æ€§(如抗张强度ã€åˆšæŒºåº¦ç­‰);或è¦æ±‚更准确的数æ®ï¼Œç”¨æ¥å’Œå…¶ä»–地方测试出æ¥çš„æ•°æ®ä½œæ¯”较时,我们会å‘现å•é è°ƒæ¹¿ç¨‹åºå¹¶ ä¸è¶³å¤Ÿã€‚事实上纸张调湿å‰å­˜æ”¾çŽ¯å¢ƒç›¸å¯¹æ¹¿åº¦çš„高低,也会直接影å“到调湿åŽæ ·æœ¬çš„æ°´å«é‡ï¼Œä»¥è‡³æµ‹è¯•å‡ºæ¥ç»“果的准确性。举例说:如果我们有两个相åŒçš„测试样 本,分别æ¥è‡ªç›¸å¯¹æ¹¿åº¦é«˜äºŽ50%和低于50%的地方,当调湿完æˆåŽï¼Œçº¸å¼ æ°´å«é‡çš„åå·®å¯ä»¥é«˜è¾¾1.6%至6%,从而令到物ç†ç‰¹æ€§æµ‹è¯•æ•°æ®çš„å差高达5至 25%之多。这ç§ç”±çº¸å¼ å­˜æ”¾ç›¸å¯¹æ¹¿åº¦åŽ†å²æ‰€é€ æˆè¯¯å·®çš„现象,我们称为「Hysteresis ã€(图)。由于我们ä¸èƒ½å®Œå…¨æŽ’除这ç§çŽ°è±¡çš„å‘生,亦ä¸èƒ½å‡†ç¡®åœ°é¢„计到由它所引致å«æ°´é‡æ³¢åŠ¨çš„范围,以åŠæµ‹è¯•ç»“果的误差,所以我们必须采å–一些步骤,将他 çš„å½±å“å‡è‡³æœ€å°‘。

  

  纸张水å«é‡%15Q P 0050100B C é™ä½ŽR.H.增加R.H.相对湿度(R.H.)%(图二)纸张的「Hysteresis ã€çŽ°è±¡ï¼Ž
  当纸张由低于50%R.H.的存放地方,移到50%R.H.的地方进行调湿。纸张水å«é‡ä¼šæ ¹æ®æ›²çº¿C 而改å˜ï¼Œè€Œæœ€åŽçš„æ°´å«é‡ä¸ºP .
  当纸张由高于50%R.H.的存放地方,移到50%R.H.的地方进行调湿。纸张水å«é‡ä¼šæ ¹æ®æ›²çº¿B 而改å˜ï¼Œè€Œæœ€åŽçš„æ°´å«é‡ä¸ºQ .
  纸张调湿å‰æ°´å«é‡çš„历å²(存放相对湿度),会令到调湿度纸张水å«é‡å­˜åœ¨ç€ä¸€ä¸ªæµ‹ä¸å‡†æ€§-Uncertainty(图中Q 和P之间的è·ç¦»),造æˆæµ‹è¯•æ•°æ®ä¸Šçš„误差.

  实验å‘现如果在纸张调湿å‰ï¼Œå…ˆæŠŠçº¸å¼ å­˜æ”¾åœ¨ä¸€ä¸ªç›¸å¯¹æ¹¿åº¦ä½ŽäºŽ50%的地方一段时间,是有助于把样本水å«é‡çš„波动控制在0.15%之内,所以我们称这一个处 ç†ç¨‹åºä¸ºé¢„先调湿(Preconditioning)。至于预先调湿的温度åŠæ¹¿åº¦è¦æ±‚,大家å¯ä»¥å‚阅上期,而所需时间,一般为24å°æ—¶ã€‚如我们è¦è¾ƒå‡†ç¡®çš„ 预先调湿时间,也å¯å‚考测试标准中对预先调湿的一些建议(表)。

                      纸张ç§ç±»æ ‡å‡†ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ å»ºè®®æ—¶é—´
                      纸张(å•å¼ ) ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€å°‘于1å°æ—¶
                      轻磅纸濠          1至2å°æ—¶
                    é‡ç£…纸æ¿æˆ–瓦通纸濠       5至10å°æ—¶
                    纸æ¿æˆ–瓦通纸æ¿åˆ¶æˆå“ ã€€ã€€ã€€ã€€ã€€12至16å°æ—¶
                   ç»æŠ—水处ç†çš„纸张或纸濠     ä¸å°‘于24å°æ—¶

表三 标准建议对纸张预先调湿所需时间

  而在实际的纸张测试过程中,就三个阶段的环境控制,大家å¯èƒ½è§‰å¾—éžå¸¸å›°éš¾ã€‚但事实上,除调湿过程å¯èƒ½ä¼šé‡ä¸Šä¸€ç‚¹å°‘麻烦外,基本上一般家居设备都能应付得æ¥ï¼Œä»¥ä¸‹æ˜¯ä¸€äº›çŽ¯å¢ƒæŽ§åˆ¶çš„建议,大家ä¸å¦¨ç”¨ä»¥ä½œä¸ºå‚考:

  1.预先调湿-由于对环境温度åŠç›¸å¯¹æ¹¿åº¦çš„è¦æ±‚比较宽æ¾ï¼Œæˆ‘们åªè¦è¿ç”¨ç©ºæ°”调节装置,å°å¿ƒæŽ§åˆ¶çº¸å¼ å­˜æ”¾çŽ¯å¢ƒä¾¿æˆã€‚
  2.调湿-由于è¦æ±‚比较严格,而且存放时间较长,建议使用有æ’温ã€æ’湿的存放设备。
  3.测试环境-由于测试时间较短,我们åªè¦é€‚当地è¿ç”¨ç©ºæ°”调节装置åŠæŠ½æ¹¿è®¾å¤‡ï¼ŒäºŽæµ‹è¯•æ—¶é—´å†…控制好环境的温度åŠæ¹¿åº¦ä¾¿æˆã€‚