JPH07104266B2 - シート状物の内部結合強度測定方法及びその測定装置 - Google Patents

シート状物の内部結合強度測定方法及びその測定装置

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JPH07104266B2
JPH07104266B2 JP9746591A JP9746591A JPH07104266B2 JP H07104266 B2 JPH07104266 B2 JP H07104266B2 JP 9746591 A JP9746591 A JP 9746591A JP 9746591 A JP9746591 A JP 9746591A JP H07104266 B2 JPH07104266 B2 JP H07104266B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、紙、板紙、積層シート
等のシート状物を対象として、その紙層若しくは層間の
結合強度を測定する方法及びその測定装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、紙を構成する絡み合ったパルプ繊
維の層や積層材料の接着面等における内部結合の強さを
試験する装置としては、「TAPPI標準法UM40
3」に示されるようなスコット内部結合強度試験器、お
よび「TAPPI標準法UM584および541」に示
されるような引っ張り試験機を利用した試験器がある。
前者の試験器は、表裏両面に両面接着テープを接着させ
た試験紙片の裏面をホルダーに接着固定し、一方、表面
には直角に曲がった金属治具を接着させておき、この状
態で治具に対し、引剥がし開始点から90度の角度のと
ころで錘りを衝突させ、引剥がし破壊に必要なエネルギ
ーを計るものである。また、後者は、表裏両面に両面接
着テープを接着させた試験紙片の表裏面夫々に上昇治具
と下降治具を取付けて、上下方向の引剥がし破壊を行
い、その必要エネルギーを計るものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の試験器には夫々問題がある。先ず、前者のスコット内
部結合強度試験器の層間破壊様式は、ずり破壊と引張り
破壊とが複合した極めて複雑なものであり試験結果の科
学的解釈が極めて難しい。また引張り試験器を利用した
後者の試験方法では、亀裂開始点や層間破壊部分が一定
にならないことが指摘されている。更に上述の試験方法
では試料の両面に試験用治具を装着する際、面圧をもっ
て粘着テープ、紙試料および治具を接着する。この接着
方法によると、面圧により試料と粘着テープの面内のポ
アソン歪が生じ、結果として接着が不均一になることが
知られている。このため試験時の層間破壊が不均一にな
り、試験結果の信頼性が失われる。
【0004】この発明は、従来の層間接着強度試験器お
よび内部結合強度試験器の上述した欠点を改良する目的
でなされたものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るシート状物
の内部強度測定方法は、シート状物の試料を少なくとも
一方が回転する一対のロール間に供給し、上記試料の表
裏面夫々を接着剤によって両ロールの夫々の表面に接着
させ、且つ両ロールの回転に伴って上記試料を表裏2層
に分離すると共に、回転ロールの軸に発生するトルクを
連続的に測定し、その時間的平均値から、測定するもの
であり、この場合、一対のロールが加圧ロールと回転ロ
ールとからなることが望ましく、また、回転ロールの軸
に発生するトルクに基いて、既述の計算式(I)で、計
算することが望ましい。
【0006】更に、本発明に係る測定装置は、基台に立
設した2本の支柱の間に回転自在に架設された第1のロ
ール軸と、この第1のロール軸に固定されて試料の両面
接着層のうちの片面に接着される第1のロールと、前記
支柱と同一又は異なる2本の支柱間に、前記第1のロー
ル軸に平行に架設された第2のロール軸と、この第2の
ロール軸に固定されて試料の他の接着層に接着される第
2のロールと、第1のロールと第2のロールとを一定の
線圧で押付ける押圧装置と、少なくとも一方のロール軸
に一定速度の回転を与える駆動用モータと、前記駆動さ
れるロール軸に同軸で取付けられたトルクセンサーと、
前記トルクセンサから発信される測定対象の試料剥離時
の信号と基準時の信号とを比較演算するコンピュータと
を具備することを特徴とする。
【0007】なお、本発明において、基準時とは、試料
剥離と対比するために、ロール間に試料を供給せず、若
しくは予め特定された基準となるサンプルを供給した時
をいう。
【0008】
【作用】本発明においては、対向する2つのロールの間
に表裏両面に接着剤層を有するシート状物試料を挟み、
ロール間で試料に一定の圧力を加えながら、ロールを回
転させると、試料の表裏面は2つのロールの表面に強く
接着し、この接着力に負ける形で試料が層間剥離を起こ
すので、この時の回転ロール軸に発生するトルクを連続
的に測定し、その時間的平均値から内部結合強度を求め
る。本発明では、試料に加えられる圧力が、従来法のよ
うな平面ではなく円筒どうしの線接触の圧力で加えられ
ることによりポアソン歪の影響が避けられ、試料にテー
プが均一に接着でき、且つ層間剥離の際の亀裂開始部も
加圧により線接触部で起こることになり、結果として、
層間剥離が一定厚みの層で進行し易く、また変動の少な
いデータが得られる。
【0009】
【実施例】以下に、本発明を図面に示す実施例に従って
説明する。
【0010】図1は、本発明の概念を示す図面であり、
測定対象のシート状物から長方形に切出された試料
(1)の表裏を、対向して回転する加圧ロール(2)と
回転ロール(3)の各々の表面に接着させながら回転さ
せると、シート状物(1)の紙層中で剥離が生じる一方
で、この層間剥離に際して回転ロール軸(4)にトルク
の変化が生じるので、このトルクの変化をトルクセンサ
ー(5)で検出することを基本とする。この場合、接着
の方法は、シート状物(1)の層間剥離強度よりも接着
強度が大きい両面接着テープを、シート状物(1)の表
裏面に貼るか、或いはシート状物(1)の表裏面若しく
はロール(2)(3)の表面に圧力、熱、溶媒等を媒介
とする接着剤を施す。接着面の大きさは、試料の表裏全
面とすることが望ましいが、試料両面の一部若しくは給
紙側始端のみとしても差し支えない。また、加圧ロール
(2)と回転ロール(3)とは、完全に機能分離する必
要はなく、一方のロールに加圧と回転の両機能を実行さ
せてもよいし、両方のロール夫々に両機能を実行させて
もよい。
【0011】図2は、本発明の実施例に係わる説明図で
あり、この図において、基台(10)に2本の支柱(1
1)(12)が立設され、これらの支柱の各々に圧力調
整可能な押圧装置(13)(14)が設けられ、更にこ
れら押圧装置の先端に加圧ロール(2)の軸受け(1
5)(16)が取付けられており、加圧ロール軸(6)
を回転自在に支持している。一方、支柱(11)(1
2)には、前記の加圧ロール(2)と平行且つ近接する
回転ロール(3)の回転ロール軸(4)が支持されてい
る。また、回転ロール軸(4)には、トルクセンサ
(5)が取付けられ、更に電磁クラッチ(18)を介し
て、駆動用モータ(19)に連結されている。
【0012】次に、上記の装置の動作を説明する。先
ず、駆動用モータ(19)と電磁クラッチ(18)は、
図示されないコンピュータによって起動・停止並びに回
転速度を制御される。駆動用モータ(19)はコンピュ
ータから起動命令を受けると、予め設定した回転速度で
回転を開始し、回転速度が安定し十分な慣性力を持つに
至った時点で、電磁クラッチ(18)が入力され回転ロ
ール軸(4)に回転を伝達する。一方、加圧ロール軸
(6)には、押圧装置(13)(14)による所定の圧
力が掛けられている。
【0013】このような状態で、回転ロール(3)と加
圧ロール(2)との間に、表裏面に接着剤層を設けたシ
ート状物の試料(1)が供給されると、押圧装置(1
3)(14)の圧力のために、試料(1)の表裏面は接
着剤層によって両ロール(3)(4)の表面に強く接着
されながらロール間を通過しようとするが、強い接着力
のために試料(1)が表裏に剥離されることになる。こ
の剥離に伴って回転ロール(3)の回転ロール軸(4)
に発生するトルクは、トルクセンサ(5)により検出さ
れる。
【0014】従って、予め設定された試料長さを剥離し
た時点で電磁クラッチ(18)が回転の伝達を断つと、
回転ロール(3)の回転時にロール軸(4)に発生する
捩じりモーメントは、基本的には駆動モータ(19)に
よる回転力と回転ロー(3)の慣性力と試料(1)の
層間剥離応力と回転ロール(3)及び加圧ロール(2)
の軸摩擦力の和であると考えられ、予め試料がない状態
若しくは特定された基準となるサンプルでトルクを測定
しておくことにより、下記計算式(II)により試料の
層間剥離に要したトルク(モーメント)Tを計算するこ
とができる。
【0015】
【数2】
【0016】[但し、Lは試料の長さ(m)TはLにわ
たり層間剥離に要した平均トルク値(Nm)lは試験開
始点から剥離点までの距離 0<l<L(m)T(l)
は距離lにおける試料剥離により発生したトルク値(N
m)T(l)は距離lにおける試料がない時のトルク
値(Nm)]
【0017】更に、Tをロール径r(m)と試料の幅w
(m)で計算式(III )のように補正すれば、層間剥離
強度すなわち内部結合強度F(N/m)を算出すること
ができる。これは試料単位面積当りの層間剥離エネルギ
ー(J/m2 )と等価である。
【0018】
【数3】
【0019】尚、計算式(III )に計算式(II)を代入
すれば、下記計算式(IV)を得ることができる。
【0020】
【数4】
【0021】次に、本発明に係る装置を用いて、試料た
る紙シートの内部結合強度を測定した例を参考例として
示す。
【0022】
【参考例】フリーネス400mlのLBKPにポリアク
リルアミドを主体とする合成紙力増強剤をパルプの重量
当り0から300ppmまで添加した一定の配向性を有
する手抄シートを作成し、試料とした。これらのシート
について図2の実施例に基づく試験器及び従来法である
スコットインターナルボンドテスターを用いて内部結合
強度を比較した。本発明の試験器による測定では、剥離
速度を低速(静的)破壊に相当する0.1m/sと衝撃
破壊に相当する2.5m/sとの2種類で行った。
【0023】図3に、上記の結果を横軸に紙力増強剤添
加量をとり、縦軸に両機種による測定値を夫々のブラン
クの測定値からの内部結合強度増加率に換算した値をと
りプロットして示した。従来法であるインターナルボン
ドテスターの測定値は概ね紙力増強剤の増加に伴い増加
する傾向は示しているが測定値のバラツキ変動が大き
い。これに対して、本発明の試験器による測定値は、低
速、衝撃どちらの剥離速度でも測定値のバラツキ変動が
少なく、しかもそれぞれ紙力増強剤の添加量に対する増
加傾向の違いが明瞭に表れている。即ち、本発明による
試験器によれば、検討すべき現象にあわせて、剥離速
度、加圧圧力、剥離材料等の測定モードを選定すること
が可能であり、しかも測定値のバラツキ変動が少ないの
で信頼性のある結果を得ることが可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、測定毎の剥離結果が比
較的均一になり、また剥離速度も任意なので、対象試料
の内部結合強度を印刷などの現実の使われ方に即して正
確且つ容易に測定することができる。更に、本発明では
回転ロールを駆動するモータはコンピュータにより制御
されており、回転速度を予め設定することにより、静的
破壊から衝撃破壊まで破壊様式を容易に変更することが
できる。これらの特長により、この発明によれば、従来
不可能であった、再現性があり且つ物理的解釈が明瞭な
測定結果の取得が極めて容易に可能になった。
【0025】本発明は、紙のパルプ繊維の絡み合いによ
る強度を測定するほか、合成樹脂、金属箔等の材料間の
接着強度を測定する場合に有効に活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概念を示す説明図である。
【図2】本発明に係る装置の実施例を示す説明図であ
る。
【図3】本発明に係る方法と従来の方法とを比較したグ
ラフである。
【符号の説明】
1 試料 2 加圧ロール 3 回転ロール 4 回転ロール軸 5 トルクセンサ 13,14 押圧装置 19 駆動用モータ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シート状物の試料を少なくとも一方が回転
    する一対のロール間に供給し、上記試料の表裏面夫々を
    接着剤によって両ロールの夫々の表面に接着させ、且つ
    両ロールの回転に伴って上記試料を表裏2層に分離する
    と共に、回転ロールの軸に発生するトルクを連続的に測
    定し、その時間的平均値からシート状物の内部結合強度
    を測定する方法。
  2. 【請求項2】一対のロールが加圧ロールと回転ロールと
    からなることを特徴とする請求項1記載の測定方法。
  3. 【請求項3】回転ロールの軸に発生するトルクに基い
    て、次の計算式(I)によって内部結合強度を測定する
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の測定方
    法。 【数1】 [但し、Lは試料の長さ(m)Fは内部結合強度(N/m) lは試験開始点から剥離点までの距離 0<l<L
    (m) T(l)は距離lにおける試料距離により発生したトル
    ク値(Nm T´(l)は距離lにおける基準時のトルク値(Nm)rはロール径(m) wは試料の幅(m)
  4. 【請求項4】基台に立設した2本の支柱間に回転自在に
    架設された第1のロール軸と、この第1のロール軸に固
    定されてシート状物の試料の両面接着層のうちの片面に
    接着される第1のロールと、前記支柱と同一又は異なる
    2本の支柱間に、前記第1のロール軸に平行に架設され
    た第2のロール軸と、この第2のロール軸に固定されて
    試料の他の接着層に接着される第2のロールと、第1の
    ロールと第2のロールとを一定の線圧で押付ける押圧装
    置と、少なくとも一方のロール軸に一定速度の回転を与
    える駆動用モータと、前記駆動されるロール軸に同軸で
    取付けられたトルクセンサーと、前記トルクセンサから
    発信される試料剥離時の信号と基準時の信号とを比較演
    算するコンピュータとを具備することを特徴とするシー
    ト状物の内部結合強度試験器。
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