一、戳穿强度
戳穿强度是指瓦楞纸板在规定的试验条件下，被符合标准规定的戳穿头由高处落下时穿透纸板所消耗的能量。 戳穿试样时，戳穿头穿透试样的过程由三个连续动作组成，即刺穿、撕裂和弯折。面纸的纵横两个方向的撕裂强度和瓦楞楞芯纸的平压强度对瓦楞纸板的戳穿强度有重要影响。戳穿强度与原纸的纤维韧性、硬度、紧度、含水率以及瓦楞纸板的粘合强度和瓦楞纸板的厚度等有着密切的关系。戳穿强度是一种动态强度，它通过测试一定形状的角锥穿过纸板所需的功能来模拟纸板受到突然施加的冲击力时的强度性能。戳穿强度体现纸箱在使用或运输过程中的冲击力，通过试验反映瓦楞纸板承受锐利物体冲撞的抵抗能力。
我国、日本和韩国习惯使用工程单位制kgf.cm，美国和英国习惯使用lbf/in，国际单位为J，在精密科学技术领域中，广泛统一使用国际单位制是必然趋势。它们之间的换算关系如下：
² 1 J=10.2 kgf.cm = 8.85 lb.in
² 1 kgf.cm = 0.098 J= 0.87 lb.in
² 1 lb.in = 0.113J=1.153 kgf.cm
戳穿强度的试验方法按GB/T 2679.7《纸板 戳穿强度的测定》进行，对应国际标准ISO 3063-1975。
二、参考方法标准
GB/T2679.7、ISO3036、TAPPI T803
三、检测原理
在规定的试验条件下，将试样夹在戳穿强度测定仪上，用连在摆上的戳穿头穿透试样，测定戳穿试样时所消耗的能量，以焦耳（J）表示。
四、检测设备
电子式戳穿强度仪由摆锤、戳穿头、防摩擦套环、配重砝码、松释装置、编码器、显示屏、硬件电路及WiFi联网模块等部件组成。纸板戳穿强度测定仪（以PN-PRT48F智能机型为例）外形结构如图1所示，戳穿头示意图如图2所示。
1－戳穿头 2－摆臂 3－摆锤释放机构 4－试样加压装置 5 - 显示屏 6 －打印机
图1 PN-PRT48F 纸板戳穿强度测定仪
A－摆臂横断面
图2 戳穿头示意图
仪器的底板应牢固地连接到坚固的基础上，在试验过程中不应产生振动和移动，以免损耗能量，且应保持设备水平牢固地放置。
4.1 摆锤和戳穿头
摆锤上装有90°圆弧的摆臂，摆臂应很坚固，足以使试验结果不受震动的影响。戳穿头接于摆臂的前端，是按照标准几何参数设计的正三角棱形角锥，其高度为（25士0.7）mm，各面边圆角的半径为1.0mm～1.6mm。戳穿头角锥的一个底边平行于摆轴，该底边的对角应指向摆轴。当角锥戳穿头通过摆轴水平面的一半时，通过戳穿头有效点的对称轴应垂直于水平面。
4.2 防摩擦套环
安装于戳穿头后部，在戳穿头穿过纸板时脱离戳穿头，留在试样上保持试样开孔，以避免弧形摆臂在穿过试样后受到摩擦而影响测试结果。当防摩擦套环不脱离戳穿头时，由于摩擦作用而损耗的能量是可测的，且可以通过调整环的松紧来改变。
4.3 配重砝码
根据试样戳穿强度的大小，在摆臂上调整配重砝码，以改变摆锤的冲击力，便于选择合适的测量范围，使试验结果在相应刻度最大值的20%～80%之间。
4.4 夹板
用于固定试样，配有2块水平夹板，分为上夹板和下夹板。上夹板是固定的，其下平面应处于摆轴的水平面上，或位于摆轴水平面上方不超过7mm处；下夹板是活动的，用于夹紧试样，夹板的有效面积应不小于175mm×175mm。
上、下夹板间各有一个等边三角形的孔，两个孔应相互重合。该三角形孔的边长为（100士2）mm，其中一边与摆轴平行，该底边的对角应指向摆轴。
上、下夹板应有足够的刚度，当试样受冲击时夹板不产生变形。上、下夹板的夹紧力应在250N～1000N之间，并可调节。如果仪器没有测定夹紧力的装置，那么应保证在测定过程中试样不松动。
4.5 松释装置
松释装置包括固定装置、释放装置和保险装置。固定装置是将摆锤水平地吊挂在起始位置；释放装置应能平稳自由地释放摆锤，不应给摆锤施加任何初速度；保险装置应锁紧释放装置，使之不能随意操作，以防摆锤意外脱落。
五、测试过程
5.1试样采取和处理
试样采取按GB/T 450进行，处理按GB/T 10739进行。
5.2 试样准备
从处理后的每张样品中，切取不小于175mm×175mm的试样8张。试样应平整，无机械加工痕迹和外力损伤。在任何情况下，戳穿试样应距样品边缘、折痕或印刷部不少于60mm。如果由于某种原因，用已印刷的纸板做试验，则应在试验报告中说明。
5.3 定期调节及校准
定期进行摆锤平衡、编码器摩擦阻力和防摩擦套环阻力的调节和校准。
5.4 仪器调水平
仪器调水平，不水平直接影响测量结果。
5.5 选择档位
根据试样的戳穿性能选择合适的档位，使测量结果在量程的20%～80%之间。档位如下：A档：不挂重砣和滚花螺母；B档：挂滚花螺母；C档：B、C砣和滚花螺母；D档：B、C、D砣和滚花螺母。
图3 档位选择示意图
5.6 放置试样
将防摩擦套环套在戳穿头上，然后将待测试样夹在上、下夹板之间。
5.7 测试
打开释放保险装置，按“测试”键，释放摆锤，戳穿头穿过试样。当摆锤摆回来时，顺势用手接住摆臂或摆锤背部的把手，慢慢提起摆锤，使其吊挂在起始位置。
图4 戳穿强度测试设备
六、结果表达
1) 将一张试样的纵向正面，纵向反面，横向正面、横向反面各2个测定值进行算术平均，作为该试样的戳穿强度。纵向平行于摆的摆动方向为纵向戳穿强度；横向平行于摆的摆动方向为横向戳穿强度。
2) 若要测定一张试样的纵向戳穿强度，则应将其纵向正面、纵向反面的测定值进行算术平均；同样若要测定一张试样的横向戳穿强度，则应将其横向正面、横向反面的测定值进行算术平均。
3) 报告结果时，如果最终结果小于12J，则准确至0.1J；如果最终结果大于12J，则准确至0.2J。必要时，应报告最大值、最小值、标准偏差和变异系数。
七、可能的错误操作及误差来源
7.1 可能的错误操作
7.1.1 开机直接测。
本仪器属于电子仪器，测量前要预热30min以上。
7.1.2 仪器调水平
仪器是否水平直接影响试验数据的准确性。试验之前，一定要调水平。
7.1.3 档位选择不正确
根据试样的戳穿性能选择合适的档位，使测量结果在量程的20%～80%之间。如果超过范围选用下面高一档的测量范围。
7.1.4 测试同一个方向
戳穿强度的纵向和横向的测试结果有差别，一般横向戳穿强度大于纵向戳穿强度。以纵向正面，纵向反面，横向正面、横向反面各2个测定值进行算术平均，作为该试样的戳穿强度。
7.1.5 防摩擦套环未套到戳穿头的后部
如果防摩擦套环未套到戳穿头的后部，试样在戳穿过程中会回弹或夹住摆杆，从而影响测试结果。
7.2 主要误差来源
7.2.1 压力测量系统校准不准确
本仪器高精密电子产品，使用一段时间后，因为电子元器件及传感器的性能会发生变化，从而影响测试结果，所以要定期进行校准。
7.2.2 摆轴摩擦力
摆轴摩擦力对测试结果有一定的影响，摩擦力大会使测试结果偏高。
7.2.3 试样夹紧力
试样的夹紧力对测试结果有一定的影响。一般来说，测试结果随夹紧力的增加而降低。尤其对于瓦楞纸板，当压力过大，试样的瓦楞被压溃，从而使戳穿强度降低。但压力太小，试样在试验过程中松动，结果会出现偏高趋势。因此，合理地控制夹紧力是必要的。
7.2.4 防摩擦套环的影响
防摩擦套环是为了在摆锤戳穿试样后，保持试样开孔被撑住，从而避免试样弹回对摆产生摩擦或夹住摆杆。当不能自动摆动就会影响测试结果。
7.2.5 相对湿度的影响
纸板戳穿强度，在一定相对湿度范围内变化不大，如果相对湿度有所增大则戳穿强度也有轻微的增大，不过变化量不大。
7.2.6 打浆度的影响
随着打浆度提高，戳穿强度稍有增加，而后随着打浆度提高，戳穿强度又开始下降。
本文2024年4月，发表于《纸箱世界》杂志
