Chương 7. Những tính chất cơ lý của giấy và giấy bìa

Các tính chất liên quan tới sản phẩm đầu cuối của giấy và giấy bìa:

-Các tính chất cơ bản

-Các tính chất về độ bền

--Các tính chất về độ cứng

-Các tính chất về cấu trúc

-Các tính chất bề mặt

-Các tính chất về độ thấm hút

-Các tính chất quang học (được đề cập trong chương 8 của quyển này)

Có nhiều phương pháp khác nhau để đo các tính chất này. Cơ sở vật lý về giấy của đa số các PP này đềuđã được mô tả kỹ trong Q.16, Lý tính của giấy. Bên cạnh đó, các chi tiết kỹ thuật quan trọng về quy trìnhthử nghiệm ở những bộ PP tiêu chuẩn khác nhau cũng đã được mô tả đầy đủ. Do đó, chương này chỉ bànvề những nguyên tắc chính yếu được sử dụng trong những quy trình thử nghiệm phổ biến vốn dĩ là điềuquan trọng cần biết khi muốn chọn những PP chính xác hay muốn cân nhắc mối tương quan giữa chúngvới nhu cầu thử nghiệm. Phần này chỉ tập trung vào các PP được dùng để mô tả các chủng loại giấy vàbìa. Những quy trình thử nghiệm liên quan đến sản phẩm đầu cuối sẽ được bàn trong chương 9&10.

Kèm theo đây là bảng tóm tắt các bộ tiêu chuẩn thử nghiệm như ISO, SCAN, TAPPI, CEN. Chương nàychủ yếu mô tả các quy trình thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO (…)

Ngày nay, có nhiều cách thử nghiệm tính chất cơ lý của giấy và giấy bìa có thể được thực hiện ngay trêndây chuyền nhằm mục đích quản lý quá trình sản xuất. Có nhiều quy trình thử nghiệm tự động giúp tăngnăng suất thử nghiệm. Đa phần các hệ thống thử nghiệm giấy này đều ứng dụng cùng những nguyên tắcxét nghiệm cơ bản dùng trong những phòng thí nghiệm bình thường nhất. Do đó chúng không được nêucụ thể ra đây.

7.1. UChuẩn bị mẫu

7.1.1.Lấy mẫu

Mục đích của việc đo các tính chất của một miếng giấy hay giấy bìa thường là để mô tả các tính chất củamột lượng vật liệu lớn hơn. Do đó, trước khi làm thử nghiệm người ta phải có được mẫu có tính đại diện.Muốn được vậy thì mỗi phần của chuyến hàng phải tương đương về mặt xác suất thống kê với thànhphần mẫu. Trên thực tế, điều này khó thực hiện. Đối với giấy được giao theo cuộn, mẫu lấy được thườngchỉ ở mặt ngoài cuộn giấy. Để xác định số cuộn để lấy mẫu phải dùng các quy tắc thống kê. Theo mộtnguyên lý cơ bản nhất thường được áp dụng thì số cuộn được lấy mẫu phải tương đương với căn bậc haicủa tổng số cuộn trong chuyến hàng. Quy trình thủ tục lấy mẫu được quy định chi tiết trong ISO 186.

Điều quan trọng cần nhớ là một mẫu đại diện phải dựa trên một khối lượng tối thiểu có thể lấy được nàođó của chuyến hàng vào thời điểm lấy mẫu. Theo tập quán thương mại thì con số tối thiểu này thường là50%.

Quan hệ giữa quy trình thủ tục và độ tin cậy của kết quả thử nghiệm được trình bày trong chương 13 củaquyển sách này.

Từ mỗi cuộn giấy được lấy mẫu, người ta cắt ra vài tờ giấy với kích thước nhỏ nhất là 300mmx450mm.Xáo trộn thật kỹ những tờ giấy này và dùng chúng thành một mẫu là để bảo đảm tính ngẫu nhiên của việclấy mẫu.

Việc thực hiện các thí nghiệm tính chất giấy theo yêu cầu sẽ được tiến hành trên các tờ giấy mẫu này. Đốivới những trường hợp thử nghiệm có yêu cầu quan trọng đối với hướng của những miếng giấy thì phải cắtchúng theo các yêu cầu tiên quyết của quá trình thử nghiệm. Những miếng giấy được cắt ra để thủ nghiệmđộ kéo căng có bề rộng 15mm với sai số 1mm sẽ cho kết quả thử nghiệm có sai số là 7%.

7.1.2. Điều kiện thử nghiệm

Điều kiện tiên quyết quan trọng nhất trong thử nghiệm tính chất giấy là yêu cầu đối với môi trường tiếnhành thử nghiệm độ ẩm của giấy. Vì bản thân xơ sợi gỗ đã có tính hút ẩm nên giấy cũng dễ dàng hút ẩmtừ môi trường xung quanh hoặc nhả ẩm ra nếu như môi trường khô hơn độ ẩm ổn định của giấy. Ẩm độcủa giấy ảnh hưởng lên hầu như toàn bộ các tính chất cơ lý. Do đó cần phải đưa các mẫu giấy vào nhữngđiều kiện nghiêm ngặt trước khi xét nghiệm.

Theo ISO 187, điều kiện khí hậu cho phép là 50 ± 2% RH and 23 ± 1°C. Ở các nước nhiệt đói các giớihạn cho phép là 65% RH và 27°C. Ngày xưa, mức phổ biến là 65% RH và 20°C, nhưng bây giờ thì khôngcho phép như thế nữa. (LND: RH: relative humidity: độ ẩm tương đối, là lượng hơi nước có trong khôngkhí được thể hiện dưới dạng %, đó là lượng tối đa có thể có trong cùng điều kiện nhiệt độ)

(theo HTUhttp://www.neenahpaper.com/GlossaryUTH).

Thời lượng thông thương để giấy ổn định ít nhất là 4 tiếng. Thời gian này đủ lâu để xơ sợi gỗ có thể húthoặc thoát hơi ẩm. Phần lớn các tính chất của giấy bị thay đổi trong những phút đầu tiên sau khi mẫu giấyđược đưa từ môi trường này sang môi trường khác. Hình 1 cho thấy ví dụ về tỷ lệ thay đổi độ nhám bềmặt giấy.

H.1. Sự thay đổi độ nhám bề mặt của giấy theo thời gian ổn định môi trường thử nghiệm

Hình 2 cho thấy sự thay đổi độ ẩm của giấy khi độ ẩm tương đối RH của môi trường không khí xungquanh thay đổi.

H.2. Mối tương quan độ ẩm với độ ẩm tuơng đối của giấy in báo

Trong hình này cái gọi là hiệu ứng trễ thể hiện khá rõ. Có nghĩa là, độ ẩm của giấy biến thiên theo một độẩm tương đối cho trước nào đó thì phụ thuộc vào mặt giấy nào đạt đến cân bằng. Nếu giấy được đưa vềđiều kiện 50% RH ở mặt khô, thì độ ẩm của nó sẽ thấp hơn khoảng 1% nếu cân bằng đạt tới ở mặt ẩm (cóđộ ẩm tương đối RH cao hơn). Điều này sẽ ảnh hưởng tới các thông số về tính chất cơ lý đo được. Do đó,để công tác thử nghiệm giấy có được sự cẩn trọng cần thiết, người ta không chỉ quan tâm đến điều kiệnmôi trường thử nghiệm mà còn đến chiều hướng mà ở đó giấy đạt được cân bằng độ ẩm thỏa mức tiêuchuẩn hóa (xem thêm chương 7, quyển 16 về quan hệ giữa độ ẩm tương đối của không khí với ẩm độ củagiấy).

Vì giấy là loại vật liệu có tính đàn hồi, nên nhiệt độ có ảnh hưởng tới kết quả thử nghiệm. Trên thực tế,ảnh hưởng này cũng không lớn lắm. Nguyên nhân để chuẩn hóa về giới hạn nhiệt độ chủ yếu là để duy trìđộ ẩm tương đối trong các tính chất cơ lý.

Do kết quả của việc hút ẩm hay nhả ẩm mà các chiều hướng của giấy cũng thay đổi. Đối với nhiều tìnhhuống sử dụng thành phẩm đầu cuối thì đây là một thông số quan trọng. Tính ổn định theo chiều của giấythì được xác định bằng cách đo chiều dài của băng giấy thử nghiệm sau khi đã ổn định được điều kiệnnhiệt độ ở những mức độ ẩm tương đối khác nhau, theo SCAN-P28.

Cũng nên lưu ý là, có m ột số tính chất cơ lý của giấy bị trở lại như lúc đầu khi điều kiện không khí thayđổi, và một số tính chất khác thì thay đổi theo kiểu khác hẳn với ban đầu. Các tính chất về độ bền củagiấy thường thay đổi theo kiểu trở lại như lúc đầu, có thể với đôi chút độ trễ. Các tính chất liên quan tớicấu trúc và chắc chắn là các tính chất bề mặt thì thay đổi theo kiểu khác hẳn với ban đầu khi độ ẩm tươngđối của môi trường xung quanh thay đổi. Điều này có nghĩa là, một mẫu giấy mà đã được để trong môitrường độ ẩm tương đối RH cao sẽ có độ nhám bề mặt cao. Giá trị này sẽ không bị giảm trở lại nếu nhưmẫu giấy được đưa về môi trường không khí khô hơn. Đối với độ bóng và độ hút ẩm cũng vậy. Sự phụthuộc của tính chất cơ lý của giấy vào độ ẩm của nó và vào quá trình thay đổi ẩm độ có nghĩa là khi làmthử nghiệm các tính chất cơ lý của giấy và bột giấy phải hết sức chú trọng tới điều kiện thử nghiệm. Nếukhông, kết quả thu được sẽ bị giới hạn.

U7.2. Những tính chất căn bản

Bất kỳ loại giấy hay giấy bìa nào cũng có các tính chất căn bản là độ ẩm, định lượng, độ dày, mật độ, độxếp chặt và thành phần chất độn. Đó là những đặc điểm mô tả rất quan trọng của giấy. Vì trao đổi thươngmại giấy và giấy bìa đều dựa trên khối lượng, nên định lượng là mối quan hệ giữa cân nặng của vật liệuvới bề mặt của nó. Bên cạnh định lượng còn có độ dày và mật độ cũng là những chỉ tiêu quan trọng vềbản chất của cấu trúc giấy.

Xác định độ ẩm của giấy chỉ đơn giản là cân mẫu giấy trước và sau khi sấy ở nhiệt độ 105 ± 2°C, ISO287. Cần duy trì thời gian sấy đủ mức cần thiết để đạt được trọng lượng cố định. Độ ẩm được biểu diễndưới dạng % của khối lượng của mẫu ẩm.

Định lượng là khối lượng trên một đơn vị diện tích của giấy và giấy bìa, được biểu diễn thành g/m2. Việcxác định định lượng bao gồm động tác cân một miếng giấy có diện tích biết trước, ISO 536. Miếng giấyxét nghiệm có diện tích ít nhất là 500cm2, thường là 200 x250 mm, với sai số cắt cho phép là ± 0.5 mm.

Nói về độ dày của giấy, người ta thường dùng đơn vị mm. Thiết bị sử dụng là máy đo độ dày của một tờgiấy hay nhiều tờ giấy được ép với lực nén cho trước tạo bởi hai đĩa đặt song song. Lực nén thường đượcưa dùng là 100 kPa, ISO 534.

Do bởi giá trị nhận được cho một tờ giấy riêng lẻ phụ thuộc vào việc quá trình đo đã sử dụng một haynhiều tờ giấy nên cần phân biệt rõ sự khác biệt giữa hai giá trị này. Để đo độ dày của một tờ riêng lẻ thì rõrang là phải dùng một tờ riêng biệt, nhưng độ dày xếp chặt là giá trị độ dày trung bình của một tờ đo đượctừ một xấp nhiều tờ. Do có nhiều thay đổi và tính chịu nén của giấy, và tính không bất biến của các tínhchất bề mặt của giấy nên giá trị độ dày xếp chặt thường nhỏ hơn giá trị độ dày của một tờ giấy riêng lẻ.

Việc sử dụng giá trị độ dày theo những trường hợp cụ thể thì phụ thuộc vào mục đích sử dụng kết quả. Độdày tờ giấy riêng lẻ thường có liên quan tới một hoàn cảnh sử dụng thành phẩm, như công tác in ấn chẳnghạn. Độ dày xếp chặt là độ dày cuối cùng của quyển sách được làm từ tờ giấy ta đang xét.

Mật độ biểu kiến là khối lượng trên một đơn vị thể tích của giấy hay giấy bìa được tính theo tỷ số giữađịnh lượng và độ dày, đơn vị tính là kg/mP

3P, đôi khi là g/cmP

3P.

Theo ISO 534, mật độ còn được gọi là mật độ xếp chặt biểu kiến dựa trên độ dày xếp chặt, hay là mật độbiểu kiến dựa trên độ dày của tờ giấy riêng lẻ.

Độ xếp chặt là nghịch đảo của mật độ:

(1)

Do bởi các yêu cầu về tính chất của giấy khi sử dụng thành phẩm thường có liên quan tới yếu tố mật độcủa giấy càng thấp càng tốt nên các nhà sản xuất giấy và khách hàng thường thích dùng độ xếp chặt nhưlà một tính chất đại diện cho mật độ.

Xác định thành phần chất độn của giấy bao gồm việc đốt mẫu ở nhiệt độ 900°C, ISO 2144, hay thườngđược dùng ở 525°C nếu như thành phần chất độn có chứa CaCO3 vốn dĩ sẽ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao,theo TAPPI T211. Từ các kết quả xét nghiệm tro sẽ tính được thành phần chất độn theo phương pháp củaPutz được mô tả trong chương 4 của quyển này.

Giấy được xeo bằng máy có một đặc trưng là số xơ sợi nằm theo hướng máy xeo luôn nhiều hơn xơ sợinằm ngang. Tính bất đẳng hướng này torng cấu trúc giấy thường được đề cập đến dưới tên gọi khác làhướng xơ sợi, hay là chiều của giấy. Tính chất này ảnh hưởng rất nhiều lên các tính chất cơ lý mà vốn dĩđã khác nhau theo những hướng khác nhau của tờ giấy. Khi báo cáo kết quả, luôn phải chú ý ghi rõ hướngcủa thao tác thử nghiệm so với hướng tờ giấy.

Tùy theo công nghệ sản xuất mà giữa hai mặt của tờ giấy cũng có khác biệt. Sự khác biệt tính chất bề mặtcủa hai mặt tờ giấy có thể rất lớn. Do đó, nên đo và báo cáo các tính chất này riêng rẽ theo từng mặt.

U7.3. Các tính chất về độ bền

Các tính chất cơ lý quan trọng nhất liên quan tới độ bền của giấy và giấy bìa gồm có:

-Độ bền kéo

-Độ chịu bục

-Độ chịu xé

-Độ bền xếp

-Độ bền bề mặt

-Độ bền kéo zero-span

-Độ bền theo hướng z

Để hiểu rõ hơn về lý thuyết nền tảng của các tính chất này xin xem quyển 16 – các tính chất của giấy.

7.3.1. Độ bền kéo

Độ bền kéo là một tính chất rất hữu ích để mô tả độ bền nói chung của bất kỳ vật liệu nào. Đối với giấy,đó là lực tác động tối đa lên một đơn vị chiều dài, theo hướng song song với chiều dài mà một băng giấycó thể chịu được cho đến khi đứt lìa. Khi đó có thể làm nhiều thử nghiệm với tỷ lệ không đổi của lực tácđộng, theo ISO 1924-1; hoặc với tỷ lệ không đổi của độ dãn đối với lực tác động, theo ISO 1924-2.

Trong thử nghiệm độ bền kéo, mẩu giấy thủ nghiệm được kéo cho tới khi bị đứt lìa. Ghi nhận lại lực kéotối đa mà băng giấy có thể chịu được cho tới khi đứt lìa và độ dãn tương ứng của băng giấy. Đơn vị đo làkN/m. Từ đó có thể tính được chỉ số kéo căng theo công thức dưới đây:

(2) Chỉ số kéo căng = độ kéo căng/ định lượng

Đơn vị của chỉ số kéo căng là Nm/g.

Giá trị chỉ số kéo căng liên quan tới độ bền của khối vật liệu chịu tải. Do đó, chỉ số kéo căng chủ yếuđược dùng để mô tả độ bền của bột. Đối với giấy thì dùng độ bền kéo. Lý do là giấy là loại thành phẩm sửdụng đầu cuối mà độ bền kéo là một tính chất quan trọng.

Độ dãn hay độ dài băng giấy lúc bị đứt là độ gia tăng chiều dài của băng giấy cho tới khi đứt lìa, đượcdiễn tả dưới dạng % so với chiều dài ban đầu. Đối với đa số các loại giấy thì độ dãn thường là 1-5%,nhưng cũng có thể cao hơn 20% đối với một số loại giấy vệ sinh.

Công tác thử nghiệm độ kéo căng là để đo lực tác động khiến băng giấy bị dãn ra. Nếu thiết bị thử nghiệmcó bộ phận ghi nhận như trong các phòng thí nghiệm hiện đại thì đường cong của độ dãn chịu tải (độ kéocăng) sẽ được tự động vẽ ra. Bên cạnh lực tác động tối đa gây ra lực căng của băng giấy và độ dãn, mộtđường cong như thế cũng cho biết năng lượng hấp thụ lực căng. Đây chính là động tác cần để làm đứtbăng giấy. Về mặt toán học, độ hấp thụ năng lượng căng W được định nghĩa như sau: (xem hình 3) trongđó F là lực tác động, và l là độ dãn tương ứng.

(3)

H.3. Đo độ bền kéo của giấy

Đơn vị của độ hấp thu năng lượng kéo là J/m2. Phép tính toán ứng suất của độ đàn hồi cũng sử dụngđường cong của độ dãn do lực tác động. Nó phản ảnh độ dốc cực đại của đường cong này (phần gạch xéo)như trong hình 3. Một khái niệm rất gần gũi nữa là độ dòn căng. Hình 3 minh họa cách tính độ bền căng,chỉ số bền căng, độ dãn, ứng suất đàn hồi và độ dòn căng từ một đường cong dãn-do-lực (kéo- căng) củagiấy.

(4)

(5)

(6)

(7)

Trong đó w là định lượng

b là chiều rộng của băng giấy thử nghiệm

t: độ dày của băng giấy thử nghiệm

lB0B: chiều dài lúc ban đầu của băng giấy thử nghiệm

E: ứng suất đàn hồi

TS: độ dòn căng

Độ kéo căng của giấy phụ thuộc vào độ bền của xơ sợi, nhưng chủ yếu phụ thuộc vào mối liên kết giữachúng. Do đó đối với thử nghiệm tính chất bột giấy nói chung người ta thường xét đến khả năng liên kếtxơ sợi. Kết quả nhận được cũng tùy thuộc vào các điều kiện thử nghiệm. Lực tác động càng tăng thì đ ộbền căng càng lớn. Giấy càng có độ ẩm cao thì độ bền căng càng giảm, trong khi độ đàn hồi lại tăng.

Độ bền căng phụ thuộc rất nhiều vào chiều của giấy. Độ bền căng đo được theo các hướng khác nhau củatờ giấy thường được dùng như một chỉ báo về định hướng của xơ sợi. Có đôi khi trong thử nghiệm độ bềncăng người ta dùng những mẩu giấy được tẩm một chất lỏng nào đó, như nước chẳng hạn, theo ISO3781. Giá trị độ bền ướt này cho thấy sự bảo lưu độ bền của giấy sau khi bị ướt.

Độ bền ướt của giấy thì khác với độ bền ướt ban đầu của băng giấy ướt vốn là độ bền kéo của băng giấyướt trước khi tham gia vào chu trình sấy đầu tiên. Đây là giá trị độ kéo căng của tờ giấy trong phòng thínghiệm với một thành phần chất lỏng nào đó hay ở những thành phần chất lỏng nhận được trong quy trìnhkhử nước tiêu chuẩn; nó là tính chất của bột hay nguyên liệu phối chế có liên quan tới khả năng vận hànhcủa máy xeo, theo SCAN-C31 và C-35.

7.3.2 Độ chịu bục

Độ chịu bục là sức ép tối đa mà tờ giấy có thể chịu được trước khi rách khi bị tác động theo phương thẳnggóc với mặt phẳng ngang của miếng giấy thử nghiệm. Đơn vị đo độ chịu bục là kilopascal, kPa. Việc tínhtoán dùng công thức sau:

(8) Chỉ số chịu bục = độ chịu bục/định lượng

Chỉ số chịu bục được biểu diễn bằng kPa x m2/g.

Cách đo được nêu trong ISO 2758 , đối với giấy bìa là ISO 2759.

Độ chịu bục là một thông số thử nghiệm đã cũ, việc tiến hành đo cũng đơn giản và nhanh chóng, khôngcần cắt mẫu giấy cho chính xác. Ngoài ra nó cũng không liên quan gì tới chiều tờ giấy. Thử nghiệm độchịu bục đã đư ợc phát triển dựa trên kinh nghiệm chứ chưa được định nghĩa chính xác theo thuật ngữ vậtlý học. Tuy nhiên độ chịu bục cũng có tương quan về mặt toán học và vật lý học với độ bền căng và độdãn của giấy.

Độ hấp thu năng lượng bục là một thống số liên quan khác; đó là độ chịu bục tác động trên một đơn vịdiện tích giấy hay giấy bìa khi bị kéo cho tới lúc rách.

Phương pháp đo độ chịu bục phổ biến nhất là PP Mullen. Người ta đặt miếng giấy thử nghiệm lên mộtmàng đàn hồi rồi kẹp chặt ở xung quanh rìa nhưng vẫn phồng cách xa màng. Lực ép thủy tĩnh gia tăngbằng cách bơm theo mức không đổi cho màng phồng lên cho tới khi miếng giấy thử nghiệm bị rách. Độchịu bục của miếng giấy là giá trị tối đa của lực ép thủy tĩnh đã đư ợc dùng để tác động. Bản thân thiết bịđo và nhất là máy áp kế đều rất nhạy nên thường cho kết quả ít đáng tin cậy. Đối với các thiết bị hiện đại,những áo kế này được hay bằng bộ chuyển đôi áp kế điện tử nên chính xác hơn nhiều.

7.3.3. Độ bền xé, sức kháng xé nội bộ

Độ bền xé hay sức kháng xé nội bộ là lực tác động cần có để tiếp tục xé tờ giấy ra từ mẩu cắt ban đầutrong một tờ giấy riêng lẻ, theo ISO 1974, hay trong một xấp nhiều tờ giấy. Nếu vết cắt này là theo chiềumáy xeo thì kết quả là độ bền xé hướng xeo. Tương tự, độ bền xé theo hướng ngang là kết quả của thửnghiệm xé theo hướng ngang máy xeo. Độ bền xé phụ thuộc rất nhiều vào tính định hướng của xơ sợitrong tờ giấy. Hình 4 cho thấy nguyên lý của thử nghiệm xé.

Đơn vị của độ bền xé là Newton (N) hay milinewton (mN).

Từ độ bền xé, có thể tính được chỉ số xé theo công thức (9) như sau:

(9) chỉ số xé = độ bền xé/định lượng

Đon vị của chỉ số xé là mN xmP

2P/g

Hình 4

Máy đo độ bền xé ghi nhận lực cần đế gây ra sự rách toạc. Nếu độ dài của vết xé không đổi thì giá trịnhận được là một phần trực tiếp của độ bền xé (lực xé chia cho tổng chiều dài bị xé).

PP đo độ bền xé thường dùng nhất là kiểu Elmendorf được mô tả trong ISO 1974. Đây là một con lắc tácđộng lực xé bằng cách di chuyển trong một mặt phẳng thẳng góc với mặt phẳng ban đầu của mảnh giấythử nghiệm. Lực tác động làm rách giấy được đo bằng sự tiêu hao thế năng của con lắc. Để nhận đượccon số đọc trên mặt đồng hồ của thiết bị, trọng lượng con lắc hay số tờ giấy bị rách cùng lúc có thể thayđổi (số tờ giấy bị rách thường là 4). Có khi người ta dùng phương pháp kết hợp, chẳng hạn như, Marx-Elmendorf.

Dù cho điều kiện thử nghiệm có khác nhau, kết quả cuối cùng vẫn thể hiện độ bền xé hay chỉ số xé tươngtự nhau bất chấp điều kiện thử nghiệm.

Tiêu chuẩn DIN 53155 của Đức mô tả việc dùng PP Bretch-Imset để đo độ bền xé bằng cách đo tác độnglan truyền của một cú xé đôi từ những vết cắt ban đầu trong một tờ giấy riêng lẻ.

Độ bền xé tối thiểu cũng phụ thuộc các yếu tố sau:

-độ dài xơ sợi

-độ bền xơ sợi

-mức độ liên kết giữa các xơ sợi

-mức độ định hướng của xơ sợi trong tờ giấy

Xơ sợi càng dài và càng bền chắc thì độ chịu xé càng cao. Ở những mức liên kết xơ sợi thấp thì độ chịuxé tăng theo độ liên kết xơ sợi. Với những mức liên kết xơ sợi cao hơn thì độ bền chắc của sợi xơ quyếtđịnh độ bền xé. Độ bền xé có liên quan với độ chịu đập của bột hoặc là với độ bền kéo, do đó luôn luônvượt qua ngưỡng tối đa. Độ liên kết xơ sợi mà ở đó xảy ra độ bền xé cực đại đối với bột gỗ cứng xớ ngắnthì cao hơn với bột gỗ mềm xớ dài.

Phương pháp thử nghiệm kể trên bị chỉ trích vì các lý do sau:

-Chỉ đo lực tác động xé liên tục xuất phát từ một vết cắt ban đầu. Trong thực tế, khi một băng giấy ướt bịđứt thì thường không thể tồn tại một vết cắt ban đầu như thế.

-Thiết bị thử nghiệm dùng lực xé theo phương vuông góc với mặt phẳng tờ giấy. Trong thực tế, các lực xétác động lên mặt phẳng tờ giấy có thể có nhiều hướng khác cũng cần được quan tâm.

Đã có nhiều nghiên cứu để phát triển các phương pháp khác có cân nhắc tới những hạn chế này. Thực tếlà, nhiều nỗ lực đã bỏ ra để phát triển các PP có sử dụng những tình huống trong đó vết xé bắt đầu từ mộtrìa vết cắt rõ ràng. Điều này đã được đưa vào trong những PP mới được đề nghị gần đây như:

-độ xé- trong- mặt

-độ kháng đứt

-độ kháng rách rìa

-độ nhám vết đứt

Trong tất cả các PP này thì lực tác động đều theo hướng song song với mặt phẳng tờ giấy.

Trong cách thử nghiệm độ xé- trong- mặt và độ kháng đứt, lực tác động song song với mặt phẳng của mộttờ giấy khổ rộng. Trong PP đầu, những má kẹp thì không song song mà lệch nhau 2 x 6° trước khi lực xéđược tác động. Trong PP đo độ kháng đứt, góc này bằng zero, nên các má kẹp song song nhau ngay từđầu. Trong cả hai trường hợp miếng giấy thử nghiệm đều có một vết cắt sẵn ở rìa. Hình 5 cho thấy thửnghiệm độ xé- trong-mặt.

Hình 5

Hình 6

Trong thử nghiệm xé rìa được đề nghị lúc đầu, theo TAPPI 470, thì miếng giấy thử nghiệm được kẹp giữahai ngàm tạo với nhau thành góc lớn hơn zero rất nhiều, như thể hiện trong hình 6.

Khi tác động lực theo hướng chiều dài của miếng giấy thì độ dãn tương đối ở cạnh ngắn sẽ lớn hơn theocạnh dài của miếng giấy. Tác động rách do đó sẽ khởi đầu tại cạnh ngắn.

Độ cứng đứt là một đề nghị khác để cải thiện việc chạy máy xeo, theo SCAN-P77. Trong trường hợp này,thử nghiệm độ kéo căng sẽ dung những băng giấy có và không có dấu khía vuông góc để định hướng cholực tác động ngay giữa băng giấy. Từ các kết quả nhận được sẽ có được độ cứng đứt theo lý thuyết J-intergral.

Hiện nay không mấy ai sử dụng những cách thử nghiệm này. Các thử nghiệm đã cho thấy mối quan hệ rõràng giữa xé- trong- mặt với độ kháng đứt. Nhưng liên hệ giữa độ kháng đứt với độ xé Elmendorf truyềnthống thì không rõ lắm. Điều này có thể cho thấy là chúng mô tả những đặc điểm khác nhau của giấy.

7.3.4. Độ bền gấp

Độ bền gấp hay độ chịu gấp (xếp) là khả năng mà một băng giấy chịu được cho đến khi đứt khi bị xếp lạidưới một tải lực nào đó. Lực tác động này là không đổi, nhưng nói chung chỉ là một phần nhỏ của độ bềncăng của giấy. Độ chịu xếp được diễn tả trực tiếp bằng số lần xếp đôi lại mà giấy có thể chịu được, nó làlogarit thập phân của số lần xếp đôi, theo ISO 5626.

Thử nghiệm Độ bền xếp cho giấy là một thử nghiệm rất cũ, không có một định nghĩa rõ ràng về mặt vậtlý. Nó có liên quan tới độ bền kéo, tới độ đàn hồi, và độ dãn của giấy. Giấy có độ bền kéo và độ dãn càngcao thì độ bền xếp cũng cao.

Những cách thử nghiệm phổ biến nhất được nêu trong ISO 5626 là:

- SchoPPer

- MIT

- Köhler-Molin

- Lhomargy.

Mặc dù những PP thử nghiệm này đều có cùng nguyên tắc, nhưng kết quả nhận được từ mỗi PP lại khácnhau. Điều này có phần là do sự khác nhau giữa lực dùng để tác động, sự khác biệt giữa cấu tạo của thiếtbị xếp và giữa góc xếp của các thiết bị thử nghiệm.

Giá trị độ bền xếp rất nhạy cảm với những vị trí khác nhau trong cấu trúc giấy. Đồng thời, nó cũng nhạycảm với điều kiện thử nghiệm, tức là vào sự thay đổi của độ ẩm tương đối của môi trường xung quanh.Do đó kết quả thử nghiệm có khuynh hướng chênh lệch rất nhiều so với những thử nghiệm giấy khác.

Ngày nay độ bền xếp thường được dùng như một chỉ báo tinh nhạy đối với tuổi thọ của giấy. Một ứngdụng khác là để đo độ bền của giấy ghi ngân phiếu.

7.3.5. Độ bền kéo zero-span

Hình 7

7.3.6. Độ bền bề mặt

Độ bền bề mặt của giấy là khả năng chống lại lực kéo khiến các sợi xơ hay bó sợi xơ bị bung ra khỏi bềmặt. Tờ giấy có độ bền bề mặt kém có thể bị tưa lông trên mặt, hoặc gây ra các vấn đề khi máy giấy đangchạy, hoặc phá hỏng công tác in ấn.

Các PP thử nghiệm độ bền bề mặt thường dùng chất nhớt, dầu dính, hay mực in. Có một PP thường dùnghơn cả do IGT phát triển và đã được mô tả trong ISO 3783. Thiết bị này được cho in lên giấy với tốc độtăng liên tục với một loại dầu rất nhớt, rồi ghi nhận lại tốc độ in mà ở đó bắt đầu có hiện tượng mặt giấybị rút. Kết quả của việc đo tốc độ này và độ nhớt của dầu là số đo độ bền bề mặt của giấy.

Có một PP cũ rất đơn giản là PP hút sáp Dennison, theo TAPPI T459. Trong PP này thì những đầu nhọngắn sáp ứng với những độ xổ lông khác nhau được cho dính vào giấy bằng cách nóng chảy. Số sáp mà ởđó bề mặt giấy chưa bị lủng khi rút đầu sáp ra cho biết độ bền bề mặt của giấy.

Đặc điểm chung của tất cả các thử nghiệm độ bền bề mặt là tính tái sử dụng không cao. Ranh giới giữa độbền bề mặt thử nghiệm với độ xổ lông đôi khi cũng không rõ ràng.

7.3.7. Thử nghiệm độ bền hướng z của giấy

Độ bền theo hướng z có liên quan tới khả năng của giấy hay giấy bìa chống lại lực căng theo hướngvuông góc với mặt phẳng của tờ giấy (hướng z). Sau khi vượt quá độ bền căng theo hướng z, sẽ xảy ra

hiện tượng đứt gãy trong cấu trúc tờ giấy chứ không chỉ trên bề mặt. Độ bền theo hướng z do đó khôngliên quan gì với độ bền bề mặt hay tính xổ lông của giấy.

Trên thực tế, giấy hay giấy bìa thường bị tác đông lực theo hướng z, như trong các trường hợp in offset vàmột số công đoạn gia công nào đó như ép song, xếp nếp và phủ plastic. Đã có nhiều tài liệu mô tả các PPđo độ bền theo hướng z. Một số đã được chuẩn hóa theo TAPPI UM 584, TAPPPI UM 403, TAPPI UM527, and TAPPI UM 528. sau đây là phần mô tả một số các PP này.

Trong một phép đo trực tiếp độ bền theo hướng z, mẫu giấy được dán thêm miếng băng keo hai mặt đặtgiữa hai miếng kim loại, rồi được ép lại sao cho thật sát với mẫu giấy. Bộ phận này được ghép vào mộtthiết bị đo độ căng và được cho tác động lực cho tới khi tờ giấy bị tách ra. Độ bền theo hướng z là lực tácđộng mà ở đó có sự rách ra theo diện tích tờ giấy.

PP phổ biến nhất để đo độ bền theo hướng z là PP SCott bond, theo TAPPI UM 403. Trong PP này, mẫugiấy được đặt vào giữa một đĩa kim loại và một lá nhôm như trong hình 8. Một miếng băng keo hai mặtgắn mẫu giấy lên trên miếng kim loại. Một con lắc đụng vào lá nhôm và tác động lên mẫu giấy cho tới khinó rách. Thế năng suy giảm của con lắc sau khi đụng vào lá kim loại là chỉ báo về độ bền mặt của tờ giấy.

Hình 8

Trong PP đo mối liên kết Scott, cách tải lực không được xác định rõ như khi đo độ căng theo hướng z. Docáh thực hiện dễ dàng nên nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp giấy và bột giấy.

U7.4. Các tính chất thuộc về độ dòn

Độ dòn liên quan tới tính chất đàn hồi của vật liệu. Đó là sức chịu đựng của vật liệu cho đến khi bị biếndạng dưới tác động của lực bên ngoài. Đối với giấy và giấy bìa, có hai khía cạnh của độ dòn thường đượcđo là độ dòn căng và độ dòn xếp. Chương 10 của sách này có bàn về các PP thử nghiệm, chương 6 quyển16 thì cung cấp những thông tin cơ bản về vật lý học có liên quan tới tính dòn.

7.4.1. Độ dòn căng

Để đo độ dòn căng, người ta cho lực tác động có phương song song với mặt phẳng tờ giấy. Kết quả biếndạng là hiện tượng dãn. Độ dòn căng có thể được xác định từ kết quả của việc đo độ bền căng (xem 3.1).Đó là đường dốc nhất của lực do uốn cong căng thường được định vị gần với ban đầu như trong hình 3 đãchỉ ra. Độ dòn căng được mô tả trong công thức toán sau:

Với TS là độ dòn căng

F lực căng

b chiều rộng băng giấy

Δl chiều dài tăng thêm của mẫu thử nghiệm

lB0B chiều dài ban đầu của mẫu thử

(10)

Độ dòn căng phải được xác định ở bên trong miền đàn hồi của lực thay vì đường cong căng, nghĩa là t ảilực và độ dãn tương ứng của băng giấy phải đủ nhỏ để cho vật liệu có thể khôi phục được hoàn toàn lạinhư cũ sau khi cất tải. Mức giới hạn để từ đó bắt đầu xảy ra biến dạng tùy thuộc vào loại giấy và giấy bìađang thử nghiệm. Theo kinh nghiệm thực tế thì Δl / lB0B bằng khoảng 0.2%. Độ dòn căng liên quan tới môđun đàn hồi hay còn gọi là mô đun Young như sau:

Với TS là độ dòn căng

E mô đun đàn hồi

t: độ dày tờ giấy

(11) TS= E x t

Như vậy độ dòn căng là một đặc điểm của tờ giấy, nhưng mô đun đàn hồi lại là đặc điểm của vât liệu. Độdòn căng tăng theo định lượng, nhưng mô đun đàn hồi thì không đổi giống như những đặc điểm khác củatờ giấy - như mật độ và thành phần xơ sợi.

Trong thử nghiệm giấy và giấy bìa, độ dòn c ăng thường được diễn tả bằng đơn vị kilonewton treenm(kN/m), còn mô đun đàn hồi là gigapascal (GPa).

Những PP chuẩn thử nghiệm độ căng để xác điinh độ dòn căng hay mô đun đàn hồi là ISO 1924-2 vàSCAN-P 67.

Thử nghiệm sóng âm cũng có thể đo được mô đun đàn hồi hay độ dòn căng.

7.4.2. Độ dòn xếp

Độ dòn xếp cho biết khả năng của một băng giấy khi phải chịu lực xếp vuông góc tác động lên một mặtgiấy được để tự do và bị kẹp ở một mặt kia trong PP tải lực 2-điểm. Lực cần để xếp băng giấy lại theomột góc nào đó chính là ứng lực xếp. Trên thực tế, các hướng của băng giấy và góc xếp là không đổi. Dođó độ dòn xếp liên quan trực tiếp với ứng lực xếp đo bởi moment xếp (lực x chiều dài xếp).

Độ dòn xếp liên quan tới mô đun đàn hồi và độ dày của … của bất kỳ vật liệu nào theo công thức sau:

Với S là độ dòn

E: mô đun đàn hồi

I: moment quán tính của mẫu

h: độ dày của mẫu

b: bề rộng của mẫu

(12)

Có nhiều PP đo độ dòn xếp của giấy và giấy bìa. Chúng dùng nguyên lý tĩnh khi đo lực cần để gây ra sựbiến dạng nào đó, hoặc là nguyên lý động đối với PP cộng hưởng.

Nguyên lý chung của các PP tĩnh được mô tả trong ISO 5628. Các PP này gồm có PP lực tác động 2-điểm, 3-điểm và 4-điểm; trong đó PP 2-điểm là phổ biến nhất để thử nghiệm cho giấy và giấy bìa. PP 3-điểm thì ít được sử dụng, còn PP 4-điểm thường được dùng cho giấy bìa dầy và các sản phẩm gia côngnhư giấy ép sóng.

Trong PP 2-điểm ở hình 9, miếng giấy thử nghiệm được kẹp ở một đầu. Đầu kia được ép cho tới khi biếndạng. Lực cần để gây ra biến dạng được đo và được dùng như số đo của độ dòn xếp của vật liệu. Do bởikiểu tác động lực trong PP 2-điểm không thỏa các điều kiện lý tưởng theo lý thuyết về việc xếp nếp thuầntúy nên đặc điểm đo được thường được gọi là ứng lực xếp để nhấn mạnh yếu tố không cần thiết phải phảnánh độ dòn xếp thực thụ của vật liệu.

Hình 9

Có nhiều tiêu chuẩn xác định ứng lực xếptheo PP 2-điểm, bao gồm SCAN-P29, TAPPI T556. bề rộngmiếng giấy thử nghiệm thường là 38mm. Đối với giấy bìa, độ dài tự do là 50mm, độ uốn là 15° or 7.5°.Đối với giấy, độ dài tự do phải được giảm xuống 10mm để giữu cho lực tác động ở mức có thể đo được.

Kết quả đo được thường được diễn tả dưới dạng mili Newton (mN) đối với lực cần thiêt để gây biến dạng.Đôi khi người ta cũng dùng moment xếp, tức là ứng lực xếp nhân với độ dài tự do của mẫu giấy thửnghiệm. Trong trường hợp nào thì kết quả thử nghiệm cũng bao gồm các hướng của của mẫu giấy và gócuốn như là các thông số.

Mặc dù kiểu tải lực trong PP 2- điểm không được phù hợp lắm với quan điểm vật lý học, nhưng cũng thỏamãn được việc ước lượng độ dòn xếp đối với một băng giấy dài trong mối tương quan với độ dày của vậtliệu và độ uốn thì vừa đủ nhỏ. Các lực căng kế tiếp trong mẫu thử nên được duy trì trong vùng đàn hồi,tức là Δl/l B0B dưới 0.2%.

Cũng có những PP khác để đo độ dòn của giấy bằng cách đo độ biến dạng gây ra do chính trọng lượngcủa băng giấy. Chương 9, mục 1.2.3. của sách này có đề cập đến PP này.

Đối với PP tải lực 3- và 4-điểm, phần giấy nằm giữa các bộ đỡ sẽ chịu lực xếp thực thụ. Cần chú ý giữchỗ này sao cho độ biến dạng và ứng lực nơi mảnh giấy luôn trong miền đàn hồi của vật liệu.

Trên thực tế, lực uốn được ước lượng từ điểm uốn giữa của mẫu giấy thử nghiệm và khoảng cách giữacác bộ đỡ. Moment xếp giữa các bộ đỡ là đồng nhất và được xác định bởi lực tác động ở các đầu tờ giấyvà chiều dài của các phần giấy tự do.

Độ dòn xếp của một cấu trúc lớp như giấy bìa nhiều lớp thì phụ thuộc vào tổng độ dòn của từng lớp vàvào vị trí của chúng so với lớp trung tính của loại giấy bìa nhiều lớp khi bị xếp:

Tromg đó S là độ dòn xếp

Ei: mô đun đàn h ồi của lớp thứ i

Ii: mô ment quán tính của lớp i

b: bề rộng mẫu giấy thử nghiệm.

Chương 6, quyển 16 có thảo luận chi tiết về các yếu tố vật lý trong độ dòn xếp của các cấu trúc lớp.

(13)

Hình 10. Nguyên lý đo độ dòn theo PP cộng hưởng

7.4.3. Đo độ dòn bằng PP cộng hưởng

Nguyên lý của PP đo độ dòn bằng cộng hưởng nằm trong tần số dao động tự nhiên của một vật liệu trongquá trình dao động tự do tùy thuộc vào độ dòn xếp, bề dài của mẫu được cho dao động tự do và khốilượng vật liệu. Trong PP cộng hưởng, theo ISO 5629, mẫu giấy được kẹp một đầu và được tác động đểrung theo một tần số không đổi (xem H.10). Chiều dài của đầu tự do của mẫu được thay đổi cho tới khiđạt được sự cộng hưởng với tần số này, thì ghi nhận số đo chiều dài này. Có thể tính được độ dòn xếp từchiều dài đạt được sự cộng hưởng, tần số dao động, và định lượng của vật liệu theo công thức sau:

Với S là độ dòn xếp, mNm

L chiều dài cộng hưởng của băng giấy, mm

w: định lượng, g/mP

2P

(14)

7.4.4. Xác định độ dòn bằng thử nghiệm sóng âm

Mô đun đàn hồi và mật độ của mật vật liệu được xác định bởi sự truyền đi của sóng âm trong vật liệu đótheo công thức như sau:

Trong đó v là vận tốc của các xung âm thanh, m/s

c: hằng số, không phụ thuộc hướng

E mô đun đàn hồi, Pa

r: mật độ, kg/mP

3

E*: chỉ số dòn căng, Nm/kg

(15)

Như vậy tốc độ sóng âm cho phép tính chỉ số dòn căng của vật liệu theo hướng đo.

Do có nhiều đặc điểm của giấy và giấy bìa có liên quan chặt chẽ với nhau nên có thể tiên đoán được chỉsố dòn c ăng từ những đặc điểm khác như độ dòn xếp, độ chịu căng, và độ chịu ép. Thông thường thì mốiquan hệ thực nghiệm giữa chỉ số dòn căng đo được với một đặc điểm nào đó về độ bền là thiết yếu trướckhi có thể tiếp cận PP này.

Kỹ thuật siêu âm cũng thuận tiện để đo tính bất đẳng hướng của một tờ giấy. Nó cho phép đo được tỷ lệMD/CD, góc định hướng, hay mặt cắt CD của chỉ số dòn căng. Sau đó các thông tin này được dùng đểsuy đoán độ bền cuốn,độ biến dạng do thay đổi độ ẩm, và một số tính chất tương tự của một tờ giấy.

Vốn là kỹ thuật thử nghiệm không phá mẫu nên thử nghiệm siêu âm có thể dùng được cho cả các xétnghiệm trên dây chuyền, mặc dù nó thường được thực hiện trong phòng thí nghiệm.

U7.5. Các tính chất về cấu trúc

Định lượng, độ dày, mật độ hay độ xếp chặt, và độ thấu khí là những tính chất quan trọng thuộc về cấutrúc của giấy. Ba tính chất đầu đã được mô tả rồi do bởi chúng thuộc loại những đặc điểm mô tả chungcủa bất kỳ loại giấy nào.

Độ thấu khí của giấy thường được đo bằng cách sử dụng nhiều loại thiết bị thông khí khác nhau. Nhữngthiết bị này đo dòng khí đi xuyên qua những miền định sẵn của tờ giấy bằng cách ép theo những cáchkhác nhau lên hai mặt của tờ giấy mẫu. Những điều kiện đo, chẳng hạn như

sai biệt áp lực và khoảng cách đo, được sắp đặt cho phù hợp với từng loại giấy. Nhờ vậy có thể đo đượcđộ thấu khí của nhiều chủng loại giấy như giấy in và viết hay những loại giấy mật độ thấp như giấy vệsinh và giấy vấn thuốc lá.

PP chung để đo độ thấu khí được mô tả trong ISO 5636-1. PP này chỉ nói về những đặc điểm vật lý tổngquát của việc đo độ thấu khí được áp dụng chung cho nhiều thiết bị. Kết quả đọc được ở những thiết bịkhá n hau thì được đo thành một giá trị độ thấu khí đi kèm với kích thước của thiết bị. Mục đích là để tìmra một giá trị thấu khí không phụ thuộc vào thiết bị đo. Đơn vị đo nói chung là mm/Pa · s.

Ngày nay những thiết bị thử nghiệm độ thấu khí phổ biến nhất được dùng cho các loại giấy thông thườnglà:

- Bendtsen, ISO 5636-3, và Sheffield, ISO 5636-4, đo dòng khí với lưu lượng mili lít/phút

- Gurley tester, ISO 5636-5, đo thời gian cần thiết để 100 mL khí xuyên thấu qua tờ giấy mẫu.

Trong trường hợp giấy có độ xốp rỗ cao với mật độ thấp, sự sai biệt lực ép phải nhỏ hơn so với khi thửnghiệm giấy in viết thông thường. Độ mở cũng nhỏ hơn. Các PP đo dựa trên các nguyên tắc này thườngdùng những thiết bị sau:

-Gurley permeometer như đã mô tả trong TAPPI T 251

- Normal Gurley tester được trang bị một ống nhẹ ở bên trong và một bộ phận đo độ mở nhỏ hơn.

(điều này không hề được mô tả trong bất kỳ PP chuẩn nào. Ngoài ra, các công ty sản xuất loại giấy nàythường dùng những PP không chuẩn để đo độ thấu khí)

U7.6. Các tính chất bề mặt

Những tính chất bề mặt quan trọng nhất là:

-Độ nhám hay độ láng

-Độ bóng

-Độ bền bề mặt

-Độ ma sát

Vì ở trên đã có nói về độ bền bề mặt nên phần này sẽ chỉ bàn về độ nhám hay độ láng và độ ma sát. Độbóng được đề cập đến ở chương 8 của quyển này. Chương 9 của quyển này cũng thảo luận về các tínhchất bề mặt có liên quan tới khả năng in ấn của giấy.

Mục đích của việc đo độ nhám hay độ láng chỉ đơn giản là để có đượcmột con số về bề mặt tờ giấy.Nguyên tắc chung dùng cho mục đích đo lường này là để đo khả năng mặt giấy chống lại dòng khí lưuchuyển giữa bề mặt tờ giấy và một bề mặt hay một cạnh (của đầu đo) ép trên nó.

Có thể kể ra những chỉ tiêu vật lý nghiêm ngặt đối với phép đo này như sau:

-Sai biệt lực ép để tạo ra được dòng khí.

-Lực ép mà đầu ép tạo ra trên bề mặt tờ giấy.

-Khu vực đầu ép tác động lên tờ giấy.

Kết quả trực tiếp đo được là chỉ báo về độ láng hay độ nhám của giấy. Có một số thiết bị đo thể tích dòngkhí trên một đơn vị thời gian và coi đó như kết quả đo độ nhám. Những thiết bị thấu khí khác đo thời giancần thiết cho một thể tích khí nào đó thoát ra. Đây là giá trị đo độ láng.

Đối với định nghĩa tổng quát về độ nhám hay độ láng xin xem ISO 8791-1. Những thiết bị phổ biến nhấtlà:

- Thiết bị đo độ nhám Bendtsen, ISO 8791-2

- Thiết bị đo độ nhám Sheffield, ISO 8791-3

- Thiết bị đo độ nhám Parker Print Surf, ISO 8791-4

- Thiết bị đo độ láng Bekk, ISO 5627.

Những thiết bị này cũng giống như loại thiết bị đo độ thấu khí.

Cũng có một nguyên lý khác để đo hình thể bề mặt được áp dụng là Fogra Kontaktanteil Messgerät.Trong thiết bị này, người ta cho một mặt gương phẳng ép lên mặt giấy với lực ép định sẵn, và đo phầndiện tích nhỏ của mặt giấy tiếp xúc. PP này do Viện Nghiên cứu Giấy& Bột giấy Canada phát triển dựatrên thiết bị thử nghiệm Chapman. Cho ếđn nay PP này vẫn chưa được đưa vào bất kỳ bộ PP đo chuẩnnào.

Đôi khi hình thể bề mặt tờ giấy được mô tả bằng cách sử dụng các phép đo mặt cắt, như Thiết bị Talysurfchẳng hạn. Những loại thiết bị này không được phổ biến lắm.

Ma sát là phản lực xuất hiện khi hai bề mặt giấy hay giấy bìa được cho tiếp xúc nhau và trượt lên nhau.Đặc điểm ma sát bề mặt được đặc trưng bởi hệ số ma sát là tỷ lệ của lực ma sát đối với lực tác độngvuông góc lên hai mặt phẳng.

Trong đó μ là hệ số ma sát

F lực ma sát

FBnB lực pháp tuyến

(16)

Ma sát tĩnh và hệ số ma sát tĩnh mô tả lực ma sát ở thời điểm mới bắt đầu có chuyển động giữa hai mặtphẳng nhưng chúng chưa thực sự bị trượt lên nhau. Ma sát động hay hệ số ma sát động được áp dụng chotình huống trong đó hai mặt phẳng trượt tương đối lên nhau theo một tốc độ không đổi.

Có một số PP đo độ ma sát, và chúng đều thuộc hai nhóm chính là PP mặt phẳng ngang và PP mặt phẳngdốc.

Trong cả hai PP đều có kiểu bố trí căn bản là miếng giấy thử nghiệm được gắn chặt vào một bàn nằmngang, còn miếng giấy kia được đặt ở bên dưới mặt con trượt. Khi con trượt được cho hạ thấp xuống mặtbàn thì các miếng giấy dần tiếp xúc vói nhau. Trọng lượng của con trượt được đưa vào lực pháp tuyến FBn.B

Trong các PP mặt phẳng ngang, theo TAPPI T549 và T 816, có một lực kéo tăng dần được tác động lêncon trượt cho tới khi nó bắt đầu trượt. Đo lực ma sát vào lúc bắt đầu trượt, rồi tính hệ số ma sát theophương trình (16).

Để đo ma sát động, con trượt được kéo với tốc độ không đổi. Lục ma sát trung bình được đo trên một độdài trượt nào đó. Hệ số ma sát động được tính từ lực ma sát trung bình.

Trong các PP mặt phẳng dốc, theo TAPPI T-548 và T-815, con trượt được đặt trên bàn và bàn được chodốc dần cho tới khi con trượt bắt đầu trượt. Có thể đo được Hệ số ma sát tĩnh từ góc dốc vào thời điểm bắtđầu trượt.

(17)

PP mặt phẳng dốc chỉ được dùng để đo hệ số ma sst tĩnh. Cũng có thể áp dụng kiểu kết hợp trong đó haimiếng giấy thử nghiệm được định hướng với nhau trên con trượt và trên bàn: mặt trên, mặt lưới, hướngngang máy xeo, hướng máy xeo, hườn sản xuất và hướng counter manufacturing. Vì lực ma sát phụ thuộcrất nhiều vào các đặc điểm bề mặt và hình thể bề mặt của tờ giấy nên những kiểu kết hợp này có thể chokết quả thử nghiệm khác nhau khi đo độ ma sát giữa các bề mặt.

U7.7. Các đặc điểm thấm hút

Các đặc điểm thấm hút thường rất quan trọng đối với việc in ấn của giấy. Vì thế trong chương 9 cũng thảoluận về chúng. Hiện có nhiều PP thử nghiệm các tính chất này. Điều quan trọng khi dùng tất cả các PPnày là điều kiện để thấm hút vào tờ giấy càng gần với thực tế sử dụng đầu cuối càng tốt. Điều đó cónghĩa là nên sử dụng các chất sau:

-Nước

-Dầu các loại với thành phần và độ nhớt khác nhau

-Mực in các loại

Thường thì trong các thử nghiệm chuẩn người ta dùng nước hay dầu. Tùy theo yêu cầu của kết quả thửnghiệm mà các tính chất thấm hút đo được có liên quan tới khả năng thấm hút hay tỷ lệ thấm hút.

Thử nghiệm thấm hút nước phổ biến nhất là Cobb test, ISO 535, và Klemm test, ISO 8787. Theo PPCobb, người ta đo lượng nước thấm qua mẫu trong một khoảng thời gian nào đó bằng cách đo lượng nướcthoát ra theo g/mP

2P. PP này chủ yếu được dùng để đánh giá mức độ gia keo, tức là độ kháng nước của giấy.

PP Klemm đo sự gia tăng độ mao dẫn của nước trong một băng giấy được đặt vuông góc với mặt nước.

Vì tác dụng của độ kỵ nước (mức độ gia keo) là một khía cạnh rất quan trọng của hóa học ngành giấy nêncó nhiều PP đo độ gia keo đã được giới thiệu, một số được mô tả chi tiết trong quyển 4 của bộ sách này.

Cả hai chỉ số khả năng thấm hút và tỷ lệ thấm hút đều là những tính chất quan yếu đối với bột giấy dạngxơ và các sản phẩm giấy như giấy vệ sinh. Do đó chúng cũng đư ợc thảo luận trong chương 5 và 11 củaquyển này khi bàn về các thử nghiệm cho các sản phẩm này.

Hai PP đo độ thấm hút dầu phổ biến nhất là Patra test và Cobb-Unger test, SCAN-P 37. Trong PP Patra,người ta cho nhỏ một giọt dầu lên mặt tờ giấy rồi đo thời gian cần để dầu thấm qua. Độ thấm hút chỉ đượcước lượng bằng mắt khi thấy độ bóng của dầu trên mặt giấy không còn nữa. Trong PP Cobb-Unger, lượngdầu thấm qua giấy trong một thời gian nào đó được đo bằng cách cân tờ giấy mẫu. Do vậy PP này cũngtương tự với PP thử nghiệm Cobb dùng nước. Khác nhau chính là ở phương tiện sử dụng.

Khả năng thấm hút mực in thường được đo với các thử nghiệm khả năng in ấn. Việc đánh giá khả năng inấn có thể dùng lượng mực thấm qua mặt giấy như một chỉ báo.

Tất cả các PP thử nghiệm nêu trên đều là loại thử nghiệm khả năng thấm hút chậm. Trong trường hợp cầnquan tâm tới tỷ lệ thấm hút thì phải đo sự thấm nước hay dầu trong những khoảng thời gian ngắn 0-20giây. STFI là một thiết bị được dùng cho mục đích này. Mẫu giấy được đặt trên một chiếc đai di chuyểnbên dưới một vòi phun. Với những tốc độ khác nhau của chiếc đai, thời gian thấm hút có thể hạ xuống tới0.2 giây. Lượng nước hút được đo bằng cách cân mẫu giấy trước và sau khi phun. Ngoài ra cũng cónhững PP dùng sự thay đổi góc tiếp xúc giữa chất lỏng và tờ giấy để đo độ thấm nước động. Trong phầnnói về khả năng in ấn của giấy có mô tả các PP này.

Ghi chú: Định lượng là khối lượng của một đơn vị diện tích, được biểu diễn dưới dạng g/mP

2P