吸水性是表征纸与纸板表面吸水能力的一项技术指标。可勃法测定纸与纸板的吸水性,用可勃值(Cobb)表示在一定条件下,在规定的时间内,单位面积纸与纸板表面所吸收的水的质量。纸与纸板的抗水性能一般通过施胶来获得,施胶可以提高纸与纸板的强度,也可以减少水分的渗透。施胶分为浆内施胶和表面施胶,造纸过程中浆料中加入施胶剂或纸页表面涂上施胶剂,从而降低成纸的亲水性。箱纸板和瓦楞原纸是制作瓦楞纸板的原材料,需要有较好的吸液能力,以便制作瓦楞纸板时上胶和黏合,故其吸水性不能太低,一般采用表面施胶的工艺,既可获得需要的抗水性,又能提高纸页的表面强度。
评价纸箱表面的防潮、防水性能,有一个最重要的技术指标,即表面吸水性,其数值越小,则防护性能越好。
1. 国标GB/T 13024-2016中,对箱纸板的正面做了如下规定:优等品≤35g/m2;一等品≤40g/m2;一等品≤60g/m2(按GB/T 1540测定,浸水时间为2min)。
2. 国标GB/T 13023-2008中,对瓦楞芯(原)的纸做了如下规定:优等品≤100/m2(按GB/T 1540测定,浸水时间为1min)。
GB/T 1540-2002《纸和纸板吸水性的测定 可勃法》主要适用于测定施胶纸与纸板的吸水性。不适用于定量低于50g/m2,施胶度较低或有较多针孔的原纸和压花纸;不适用于未施胶的纸与纸板;不适用于准确评价纸与纸板的书写性能。
1、测试仪器及方法标准
GB/T1540、ISO535、QB/T1668
2、测试目的
吸水性主要影响瓦楞纸箱的防潮性能,这是因为纸箱原纸使用的纤维是一种亲水性的物质,天生吸水性强。梅雨季节等潮湿天气,空气中的相对湿度过高时,纸箱与空气直接接触,会吸收空气中的水分,导致生产出来的瓦楞纸箱、纸板变软。通过检测来评估纸与纸板的表面吸水能力,从而更好地控制纸和纸板的质量。
3、测试原理和设备结构
本仪器测试原理可简述为:试验前称量试样,当试样的一面与水接触达到规定时间后,吸干试样上的多余水分,并立即称量。以单位面积试样增加的质量来表示结果,单位为克每平方米(g/m2)。
本仪器由底座、圆筒、压盖、夹紧装置、金属压辊及秒表等部件组成。本仪器(以PN-COBB可勃吸收性测定仪为例)外形结构如图1所示。
1-底座 2-秒表 3-圆筒 4-滚花螺母 5-压盖 6-夹紧装置 7-把手 8-金属压辊
图1 可勃吸收性测定仪结构示意图
可勃吸收性测定仪的主要技术参数:
1) 试验面积: (100±0.2)cm2;
2) 试验用水量: (100±5)mL;
3) 压辊宽度: (200±0.5)mm;
4) 压辊质量: (10±0.5)kg。
4、试样的采取、处理及试样的准备
按GB/T 450采取试样,按GB/T 10739进行温湿度处理。将处理后的试样用可勃取样器切成φ125mm 的圆形或125mm×125mm 方形试样10张(正反面各5张)。
5、试验步骤及方法
试验应在GB/T 10739规定的大气条件下进行。
在放置试样前,应保证与试样接触的圆筒环面、脚垫是干燥的,同时手不应接触测试区。用量筒取100mL水倒入圆筒中,然后将已称好质量的试样放置于圆筒的环形面上且测试面向下。将压盖盖在试样上并夹紧,使之与圆筒固定在一起。当测试时间确定后,移去剩余水的时间和完成吸水的时间应符合表1的规定。
表1 移去剩余水的时间和完成吸水的时间
将圆筒翻转180°,同时打开秒表计时。在吸水结束前 10s~15 s将圆筒翻正,松开压盖夹紧装置,取下试样。注意:每测试 5 次后,应更换测试用水,以免影响测试结果。在到达规定吸水时间的瞬间,把已从圆筒上取下的试样,吸水面朝下地放在预先铺好的吸水纸上。再在试样上面放上一张吸水纸,然后立即用金属压辊不加其他压力地在 4s 内往返辊压一次,将试样表面剩余的水吸干。将试样快速取出,吸水面向里对折,然后再对折一次后称量,准确至 0.001 g。对于厚纸板,试样可能不易折叠,在此情况下应尽快进行第二次称量。
图2 纸与纸板吸水性测试设备
对于用吸水纸吸水后,表面仍有过量水的试样应舍弃。同时应检查该现象是否是由吸水纸不符合要求引起的。当被夹区域的周围出现渗漏或非测试区域接触到水时,应舍弃该试样。
6、结果计算分析
每个试样的可勃值应根据式(1)计算,以克/平方米表示,精确至一位小数
Cobb120 = (m2 - m1)× 100 g/m2……………(式1)
Cobb120——吸水时间为120s的可勃值,g/m2;
m2——吸水后称出的试样质量,g;m1——吸水前称出的试样质量,g。
分别计算正反面各5个试样可勃值的平均值,作为该样品正反面的测试结果;若不分正反面,则计算试样两面可勃值的平均值作为该样品的测试结果。
箱纸板正反面的吸水性是不同的。例如定量160g/m2的箱纸板,吸水2min后,用压辊辊压后,试样吸水前后及正反面的对比如图3所示。
图3 箱纸板正、反面吸水性
7、可能的错误操作及误差来源
7.1 可能的错误操作
7.1.1 试验用水采用自来水
自来水中杂质比较多,影响纸与纸板的吸水性。标准规定试验应使用蒸馏水或去离子水,试验过程中水的温度与环境温度相一致,即(23±1)℃。
7.1.2 测试5次后,加水不换水
国标规定每测试5次后,应更换测试用水,以免影响测试结果。在ISO国际标准中,规定每试验一次就要更换新的水,相对比较麻烦。一般来讲,水量减少5mL以下,对试验结果不会造成太大误差。
7.1.3 吸水纸不可重复使用
吸水纸的定量应为 200 g/m2~250 g/m2,其毛细吸收高度按 GB/T 461.1测定应不小于75 mm/10 min。当吸水纸的单层定量小于 200 g/m2时,可多层加以满足上述要求。吸水纸只要能保证其吸水性,可重复使用。
7.2 主要误差来源
7.2.1 电子天平精度不够
按标准要求所称量值应精确到0.001g,从理论上看使用感量为0.001g的天平就够了。但是,在实际工作中却很有可能遇到天平末尾数漂移,不能保证精确度。为了保证精确度,最好选用感量为0.0001g的电子天平。称量结果精确到小数点后三位。
7.2.2 每次称量后,示值不回零
天平未调水平、未预热、未预加载、线性不好和更换位置后没校准可能会产生这种示值不回零的情况。电子天平是电子仪器,测量前要预热30min以上,使内部电子器件达到热稳定平衡。预加载是对电子天平进行短暂加压和卸压操作,这是因为天平长时间不使用后,其内部传感器是处于休眠状态,金属弹片也停止了工作,此时的电子天平性能处于不稳定状态,示值稳定性和回零不好。电子天平首次使用前,先调水平,开机预热,测量前先进行预加载,定期进行校准。
本文于2023年8月,发表于《纸箱世界》杂志