在造紙與包裝行業(yè)的質(zhì)量控制體系中，撕裂強(qiáng)度是衡量紙張抵抗意外撕裂能力的關(guān)鍵物理性能指標(biāo)。對于藥品包裝紙盒、食品包裝紙袋、醫(yī)療器械滅菌包裝材料以及各類工業(yè)用紙而言，撕裂性能直接關(guān)系到包裝的完整性、使用安全性和運(yùn)輸可靠性。

國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 1974《Paper — Determination of tearing resistance — Elmendorf method》（紙張—撕裂阻力的測定—埃萊門多夫法）以埃萊門多夫法為核心，規(guī)范了紙張及其他類似材料的抗撕裂性能測試方法，被美國肉類協(xié)會、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）及中國國家標(biāo)準(zhǔn)等機(jī)構(gòu)采納為紙張撕裂度測定的核心標(biāo)準(zhǔn)。全球范圍內(nèi)，從造紙廠質(zhì)檢實(shí)驗(yàn)室到包裝行業(yè)質(zhì)量控制中心，ISO 1974 是評估紙張撕裂強(qiáng)度常用的國際標(biāo)準(zhǔn)。撕裂度測試儀正是依據(jù)這一國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的專業(yè)檢測設(shè)備。本文對ISO 1974標(biāo)準(zhǔn)的核心技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行全面解讀。

一、ISO 1974標(biāo)準(zhǔn)概述與適用范圍

ISO 1974《紙張—撕裂阻力的測定—埃萊門多夫法》由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布，是國際通用的紙張撕裂度測定標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的版本為ISO 1974:2012，規(guī)定了測定紙張（平面外）抗撕裂性的方法。目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 455-2002等效采用了ISO 1974:1990，而計劃將于2026年11月1日實(shí)施的GB/T 455-2026將進(jìn)一步更新至ISO 1974:2012的技術(shù)內(nèi)容，這一采標(biāo)背景確保了國內(nèi)檢測數(shù)據(jù)與國際同行在技術(shù)層面的精準(zhǔn)對標(biāo)。

適用對象：該方法主要針對紙張的撕裂阻力測試，主要適用于紙張的撕裂阻力測試，也可擴(kuò)展至克重較低（儀器范圍內(nèi)的低定量紙板）的材料。此外，該方法還可應(yīng)用于薄膜、紡織品等類似材料的耐撕裂性檢測。

不適用范圍：該方法不適用于瓦楞紙板（成品），但可以應(yīng)用于此類紙板的組件（如瓦楞原紙）；不適用于測定高度定向的紙張（或紙板）的橫向抗撕裂性；不適用于硬質(zhì)厚板或極易變形的材料。

二、測試原理

ISO 1974標(biāo)準(zhǔn)采用埃萊門多夫法（Elmendorf法） 作為測試原理。其核心是通過擺錘撕裂試樣，以擺錘勢能的損失來測定撕裂阻力。

擺錘提升至初始高度，使其具備一定的勢能；釋放擺錘后，擺錘自由下擺，其貯存的能量用于撕裂具有規(guī)定預(yù)切口的試樣（通常為4層疊放的紙張）。通過測量擺錘撕裂試樣后剩余的勢能，結(jié)合撕裂距離，計算出撕裂所需的力。該力值是撕裂過程中克服纖維間結(jié)合力和纖維本身斷裂阻力的綜合體現(xiàn)。擺錘提升至固定高度，釋放后自由下擺，勢能轉(zhuǎn)化為撕裂試樣的動能。該方法具有重復(fù)性好、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)。

如果第一次切割是縱向的，則所測結(jié)果是縱向的抗撕裂性；如果第一次切割是橫向的，則所測結(jié)果是橫向的抗撕裂性。

三、設(shè)備要求與核心技術(shù)參數(shù)

1. 埃萊門多夫撕裂度儀要求
撕裂度儀需配備可調(diào)節(jié)重量的擺錘，擺錘釋放后應(yīng)自由下落，撕裂路徑固定。夾持裝置需確保試樣夾緊均勻，避免滑動或偏移，夾持力穩(wěn)定。設(shè)備精度應(yīng)達(dá)到高等級要求（如±1%以內(nèi)），擺錘勢能需定期校準(zhǔn)。

2. 擺錘容量
儀器需配備多組擺體容量，常見量程包括：2000mN、4000mN、8000mN、16000mN等；也可有200gf至6400gf（約2N至64N）多組選擇。

3. 儀器精度與校準(zhǔn)
儀器應(yīng)具備高精度測量系統(tǒng)，精度控制在±1%以內(nèi)，分辨率可達(dá)0.1mN。儀器安裝后需進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，并使用標(biāo)準(zhǔn)砝碼進(jìn)行力值校準(zhǔn)。測定儀器的準(zhǔn)確度應(yīng)使用國家法定計量單位認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)砝碼測試校正。

四、試樣制備與測試操作

1. 試樣尺寸與取樣
標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸為63mm×50mm（或100mm×63mm等按設(shè)備型號），應(yīng)沿樣品的縱向（MD）和橫向（CD）分別切取試樣。

2. 疊層數(shù)量
撕裂測試件（test piece）通常是由4張相同尺寸矩形紙張的疊層組成（即一次測試撕裂4層）。撕裂度由平均撕裂力和試樣層數(shù)（4層）來確定。

3. 試樣調(diào)節(jié)與環(huán)境條件
測試前，試樣需在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行處理，按照ISO 187或GB/T 10739進(jìn)行溫濕處理，通常為：溫度23℃±1℃，相對濕度50%±2%，平衡至少4小時（敏感性材料可能需要24小時）。測試應(yīng)在同樣的大氣條件下進(jìn)行。

4. 試樣制備
沿縱向（MD）和橫向（CD）各裁取多組試樣（建議各10個）。試樣需平整，無褶皺、污點(diǎn)或破損。試樣應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)切刀切取，確保尺寸精確。使用切刀沿短邊方向切出規(guī)定長度的切口，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定預(yù)切口長度為20±0.5mm。確保切口整齊，無毛邊，且切口方向與撕裂方向一致。

5. 測試步驟
將試樣固定于夾持裝置，預(yù)切口對齊撕裂路徑。提升擺錘至初始位置，釋放后撕裂試樣，記錄撕裂力值。測試后擺錘應(yīng)平穩(wěn)回升至初始位置，避免撞擊。對每組試樣（縱向和橫向）重復(fù)測試。在測試過程中，若試樣撕裂線偏離切口線，需記錄并評估是否作為無效數(shù)據(jù)剔除。

6. 結(jié)果表示
撕裂力以毫牛頓（mN） 為單位，分別報告縱向和橫向的平均值。通常對于每個方向至少進(jìn)行5次有效測試。撕裂指數(shù)（tearing index）是將撕裂度除以其克重（定量），表示為mN·m2/g，消除了不同定量紙張比較時的厚度影響。

五、撕裂指數(shù)在質(zhì)量控制與包裝選材中的實(shí)際應(yīng)用

ISO 1974提供的撕裂指數(shù)是一個評估材料性能的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)，通過對不同應(yīng)用場景的量化預(yù)測，幫助企業(yè)在選材和質(zhì)量控制中做出科學(xué)決策。撕裂指數(shù)能夠幫助企業(yè)選擇最佳的強(qiáng)度重量比，尤其適用于追求輕量化或可持續(xù)性目標(biāo)時。

藥品包裝紙盒：目標(biāo)撕裂指數(shù)通常在6～10 mN·m2/g之間。藥品包裝紙盒在高速包裝線上需要承受模切、折疊、膠粘等工序的機(jī)械應(yīng)力。撕裂指數(shù)驗(yàn)證可確保紙盒在患者使用前保持完整，防止因包裝提前撕裂引發(fā)的合規(guī)問題或安全風(fēng)險。

高檔折疊紙盒：目標(biāo)撕裂指數(shù)為5～9 mN·m2/g，用于評估紙板在高速包裝線上的適應(yīng)性和終端耐用性。

再生紙板：撕裂指數(shù)通常為3～6 mN·m2/g。由于回收纖維強(qiáng)度較低，測試可在不犧牲結(jié)構(gòu)完整性的情況下幫助優(yōu)化纖維配比。

裱糊紙板內(nèi)襯：目標(biāo)撕裂指數(shù)為7～12 mN·m2/g，用于確保在運(yùn)輸過程中提供可靠的防護(hù)。

標(biāo)簽底紙：撕裂指數(shù)為4～7 mN·m2/g。確保撕裂值在加工、模切和貼標(biāo)過程中保持穩(wěn)定。

通過標(biāo)準(zhǔn)化的撕裂度檢測，企業(yè)可篩選纖維原料優(yōu)良、工藝穩(wěn)定的供應(yīng)商，結(jié)合測試數(shù)據(jù)優(yōu)化打漿工藝和纖維配比，建立供應(yīng)商撕裂性能數(shù)據(jù)庫。在藥品包裝、食品包裝等對包裝安全有嚴(yán)格要求的行業(yè)，撕裂度檢測更是進(jìn)入市場的基本合規(guī)要求。

六、影響紙張撕裂強(qiáng)度的關(guān)鍵因素

1. 纖維長度
纖維的重均長度對紙頁撕裂指數(shù)的影響極為顯著（R2=0.978），長纖維所抄成的紙頁撕裂強(qiáng)度顯著更高。在結(jié)合差的紙頁中撕裂時，纖維主要是被拉出而非拉斷，撕裂強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于纖維長度；在結(jié)合較好的紙頁中，撕裂時更多纖維被拉斷，纖維長度的影響則相應(yīng)減小。

2. 打漿度與結(jié)合強(qiáng)度
適度的打漿可以增加纖維間的結(jié)合力，從而提高撕裂度；但過度打漿會導(dǎo)致纖維剪切破碎，撕裂指數(shù)明顯降低。打漿度的選擇是撕裂度和抗張強(qiáng)度之間的平衡。

3. 纖維自身強(qiáng)度
纖維強(qiáng)度（通常以零距抗張強(qiáng)度表示）是影響紙頁強(qiáng)度的重要因素，在纖維結(jié)合較好的情況下，撕裂強(qiáng)度對纖維自身強(qiáng)度的依賴增加。纖維強(qiáng)度隨微細(xì)纖維角度的增大而下降，受纖維素含量、結(jié)晶度及制漿工藝影響。

4. 環(huán)境濕度
紙張是吸濕性材料，濕度直接影響纖維間的結(jié)合力。因此，檢測必須在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行，以確保數(shù)據(jù)的可比性。

常見問題解答

問：ISO 1974與我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 455的關(guān)系是什么？

答：中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 455-2002《紙和紙板撕裂度的測定》等效采用ISO 1974:1990，兩者在核心技術(shù)內(nèi)容上保持一致。目前GB/T 455-2002仍為現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會已計劃于2026年11月1日實(shí)施新版本GB/T 455-2026，進(jìn)一步采用ISO 1974:2012，繼續(xù)保持與國際標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。企業(yè)應(yīng)關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)更新動態(tài)，提前做好檢測體系的合規(guī)準(zhǔn)備。

問：如何確保撕裂度測試儀的測試結(jié)果符合ISO 1974標(biāo)準(zhǔn)要求？

答：確保準(zhǔn)確性的關(guān)鍵在于：設(shè)備安裝后需進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，每日測試前需進(jìn)行空擺試驗(yàn)（建議至少15次），確保擺錘平衡和指針歸零。選用符合ISO 1974要求的埃萊門多夫撕裂度儀，具備多組擺體容量配置，精度控制在±1%以內(nèi)。同時，應(yīng)使用國家法定計量單位認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)砝碼定期校準(zhǔn)，測試環(huán)境須滿足標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件，試樣需充分調(diào)節(jié)。企業(yè)應(yīng)在設(shè)備選型時確認(rèn)設(shè)備參數(shù)是否符合ISO 1974的技術(shù)要求，并定期委托具備資質(zhì)的第三方計量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定。

問：撕裂指數(shù)（mN·m2/g）在質(zhì)量評價中有什么優(yōu)勢？

答：撕裂指數(shù)是撕裂度除以其克重（定量）得到的歸一化指標(biāo)。它消除了不同克重紙張比較時厚度或重量的影響，能在輕量與高強(qiáng)材料之間進(jìn)行公正對比，更能反映纖維原料自身的強(qiáng)度特性和工藝水平。例如，對于藥品包裝紙盒，通常要求撕裂指數(shù)在6～10 mN·m2/g之間，這一指標(biāo)不僅判斷產(chǎn)品是否合格，還為供應(yīng)商篩選和工藝優(yōu)化提供了量化依據(jù)。結(jié)合試樣的定量信息，企業(yè)和檢測機(jī)構(gòu)可建立更科學(xué)的材料評價體系。

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