Praktikum Werkstoffprüfung. SCT Streifenstauchwiderstand Short Span Compression Test DIN und

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1 SCT Streifenstauchwiderstand Short Span Compression Test DIN und ECT Kantenstauchwiderstand Edgewise Cruch Test DIN EN ISO

2 Allgemeiner Teil Aufgabenstellung Eines der wichtigsten Packmittel unserer Zeit ist Wellpappe. Wellpappe muss deshalb vielfältigen Aufgaben und Belastungen standhalten. Die Festigkeit von Wellpappe und daraus hergestellten Verpackungen wird stark von dem, für die Herstellung verwendeten, Papier beeinflusst. Dabei besteht ein enger Zusammenhang zwischen: Stapelstauchwiderstand (BCT) Kantenstauchwiderstand (ECT) Streifenstauchwiderständen (SCT) Dieser Zusammenhang ist auf die verwendeten Deckenpapiere ( Liner) und die Wellenpapiere (Fluting) zurückzuführen. SCT Mit einem speziellen Prüfgerät wird der Stauchwiderstand eines Papierstreifens vorgegebener Größe bestimmt. Der SCT- Wert ist definiert, als die auf die Proben-breite b bezogene maximale Stauch-bruchkraft, die die Probe einer festgelegten Stauchung entgegensetzt. ECT Hier wird die Belastbarkeit einer Wellpappe in senkrechter Richtung zu den Wellen gemessen. Das gemessene Ergebnis lässt dabei schon erste Rückschlüsse auf die Stapelbelastbarkeit der Wellpappe zu. 2

3 Versuchsdurchführung SCT Probennahme Von den für eine Wellpappensorte verwendeten Decken- und Wellenpapieren werden je 10 Probestreifen in Maschinenrichtung (MD) und Querrichtung (CD) geschnitten. Die Probenbreite beträgt (15 ± 0,1) mm. Bei der Länge muss darauf geachtet werden, dass sie so groß ist, dass die Klemmen voll ausgenutzt werden. Versuchsbeschreibung Das Streifenstauch-Prüfgerät besteht aus einer beweglichen und einer festen Klemmbacke zwischen die die Probe gespannt wird. Eine der beiden Klemmen wird automatisch bewegt. Die freie Einspannlänge der Probe beträgt (0,7 ± 0,05) mm. Während der Prüfung bewegt sich die bewegliche Klemme auf die andere zu. Dabei verringert sich die freie Länge des Probestreifens und seine Druck-Spannung steigt. Da die freie Einspannlänge im Verhältnis zur Dicke kurz ist, wird eine Wegknicken verhindert. Der Bruch tritt in Folge von Stauchung ein. Das Messgerät liefert direkt den SCT-Wert in kn/m. Es müssen 10 gültige Messungen pro Maschinen- und Querrichtung durchgeführt werden. Definition Der Streifenstauchwiderstand (SCT - Wert), ist definiert als die auf die Probenbreite b bezogene maximale Stauchbruchkraft, die die Probe einer festgelegten Stauchung entgegensetzt. Messgerät Im Versuch wird ein Probestreifen zwischen zwei Spannklemmen gespannt, die sich aufeinander zu bewegen. Die zum Stauchen benötigte Kraft wird gemessen. Messgröße, Parameter, Maßeinheit Der Streifenstauchwiderstand SCT wird aus der Stauchbruchkraft Fs und der Probenbreite b berechnet: Er wird in kn/m angegeben. 3

4 Charakterisierung des Materials Für diesen Versuch wurde von uns eine B Welle getestet. Die gleiche Welle wird auch im ECT von uns untersucht. Messwerte, Auswertung (Mittelwert, Standardabweichung, Unsicherheit) Flächengewicht: 5 Kreise à 100cm² = 18,2437 g m A = 364 g/m² d = 2,76 mm Wellenpapier Fluting Fluting Testliner Testliner MD CD MD CD Messreihen kn/m kn/m kn/m kn/m arithmetischer Mittelwert Ī Standardabweichung Einzelmessung Si Standardabweichung Mittelwert Sī Messunsicherheit bei 95% Sicherheit l gerundete Messunsicherheit l gerundeter Mittelwert SCT in kn/m 4.9 ± ± ± ± 0.1 4

5 Überprüfung der SCT Messung ECT= k ( SCT L1 + SCT L 2 + α SCT F ) SCT L1 = Streifenstauchwiderstand Liner 1 SCT L2 = Streifenstauchwiderstand Liner 2 SCT F = Streifenstauchwiderstand Fluting α = Einzugsfaktor k = 0,71 (experimenteller Wert) Mit Hilfe dieser Formel wird nun überprüft, ob die SCT- Messungen mit Liner und Fluting, sowie die ECT- Messungen mit der B-Welle TL korrekt waren. Da auf beiden Seiten der Wellpappe der gleiche Liner verwendet wurde gilt: SCTL1 = SCTL2 α (Einzugsfaktor) = Länge Fluting / Länge Liner = 130 mm / 100 mm = 1,3 in unserem Fall lautet die Formel also: ECT = 0,71 (2 SCT L + 1,3 SCT F ) ECT = 0,71 (2 1,57 + 1,3 2,56) = 4,

6 Versuchsdurchführung ECT Probennahme Von mehreren verschiedenen Wellpappesorten werden Streifen mit den Maßen (100±0,5) mm in rechtwinkliger Richtung zu den Wellen und 70 mm bis 300 mm in Parallelrichtung zu den Wellen geschnitten. Aus den vorbereiteten Streifen werden je 10 Proben mit den Maßen (25 ±0,5) mm in Wellenrichtung und (100 ±0,5) mm in rechtwinkliger Richtung zu den Wellen geschnitten. Da die Parallelität der Proben entscheiden ist werden diese mit einer extra dafür gebauten scharfen Säge rechtwinklig zugeschnitten. Die Höhe der Probe darf nur um 0,1 mm entlang der Längskante variieren. Versuchsbeschreibung Die Stauchung der Proben erfolgt in einer Prüfpresse, mit einer feststehenden und einer beweglichen Druckplatte. Die Probe wird auf eine Schnittkante auf die untere Druckplatte gestellt. Sie wird durch zwei rechteckige Führungsblöcke auf jeder Seite gestützt. Durch Drücken der Starttaste bewegt sich die obere Druckplatte mit der eingestellten Vorschubgeschwindigkeit (Einstellung: 12.5 mm/min) nach unten, bis die Probe gestaucht ist. Von jeder Materialsorte sind jeweils mindestens 10 gültige Messungen der Stauchkraft aufzunehmen. Definition Der Kantenstauchwiderstand (ECT Wert) von Wellpappe ist definiert als der maximale Widerstand, den eine Probe der Kraft F entgegensetzt, die auf die stehende Welle wirkt. Messgerät Für den ECT wird eine Prüfpresse verwendet, die aus einer feststehenden und einer beweglichen Druckplatte besteht. Zwischen diese Platten wird die Probe mit zwei Führungsblöcken gestellt. Messgröße, Parameter, Maßeinheit Die maximale Kraft Fmax wird gemessen. Die Länge l der Probe ist festgelegt. Der Kantenstauchwiderstand ECT ist definiert als maximale Kraft pro Probenlänge. Er wird in kn/m angegeben. 6

7 Charakterisierung des Materials Im Rahmen des ECT haben wir getestet B-Welle stehend (10 x) (die gleiche Welle wie sie beim SCT getestet wurde), liegend wurde von uns auf Anweisung nicht getestet EE-Welle (10 x) Messwerte, Auswertung (Mittelwert, Standardabweichung, Unsicherheit) B-Welle: Flächengewicht: 5 Kreise à 100cm² = 18,2437 g, m A = 364 g/m², d = 2,76 mm EE-Welle: Flächengewicht:5 Kreise à 100 cm² = 33,5620 g, m A = 671 g/m², d = 2,9 mm Messreihen kn/m kn/m B-Welle stehend EE-Welle stehend 1 4,46 9,44 2 4,22 9,65 3 4,47 9,53 4 4,36 9,62 5 4,18 9,59 6 4,18 9,94 7 4,25 9,86 8 4,33 9,62 9 4,16 9, ,31 9,52 arithmetischer Mittelwert Ī 4,29 9,66 Standardabweichung Einzelmessung Si 0,11 0,17 Standardabweichung Mittelwert Sī 0,04 0,05 Messunsicherheit bei 95% Sicherheit l 0,08 0,12 gerundete Messunsicherheit l 0,1 0,2 gerundeter Mittelwert 4,3 9,7 SCT in kn/m 4,3 ± 0,1 9,7 ± 0,2 7

8 Diskussion Der SCT- Test hat wie erwartet gezeigt, dass der Streifenstauchwiderstand bei beiden Papiertypen in MD-Richtung höher ist als in CD Richtung. Der durch die Messungen des Streifenstauchwiderstandes (SCT) errechnete theoretische ECT ist relativ gleich wie der gemessene Wert. Der mit der Formel berechnete Wert 4,59228 kn/m kommt dem mit dem Kantenstauchversuch (ECT) gemessenen Wert, 4,29 kn/m recht nah. Der Versuch zeigt das im SCT die E-Welle einen 2,2 fachen Wert der B-Welle erreicht. Damit lässt sich sagen das SCT-Wert von der Wellenart abhängt. 8