การทดสอบ Stiffness คือ การทดสอบความต้านทานต่อแรงดัด หรือการโค้งงอ ซึ่งเป็นสมบัติทางกลที่สำคัญมากในการประเมินคุณภาพของกระดาษ โดยเฉพาะกระดาษที่ใช้ในการพิมพ์ บรรจุภัณฑ์ หรือขึ้นรูป เพราะคุณสมบัตินี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการใช้งาน และ คุณภาพของผลิตภัณฑ์ ดังต่อไปนี้
ทำไมถึงต้องมีการทดสอบ Stiffness
1. ควบคุมคุณภาพสินค้า
- ตรวจสอบว่ากระดาษมีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นเหมาะสมมากน้อยแค่ไหน ป้องกันปัญหา เช่น งอ พับ หักง่าย ในระหว่างการผลิตหรือใช้งาน
2. ออกแบบบรรจุภัณฑ์ให้แข็งแรง
- กล่องบรรจุภัณฑ์ต้องมีความแข็งเพียงพอเพื่อรองรับน้ำหนัก และไม่ยุบตัว หรือป้องกันการเสียรูปเมื่อซ้อนกันหรืออยู่ภายใต้แรงกดทับซึ่งมีผลต่อความปลอดภัยของสินค้าและความสวยงามของบรรจุภัณฑ์
3. รองรับงานพิมพ์หรือเครื่องจักร
- กระดาษที่อ่อน หรือแข็งเกินไปอาจทำให้ติดขัดในเครื่องพิมพ์ พับไม่ตรง หรือ ป้อนกระดาษผิดพลาด ความแข็งงอที่เหมาะสมช่วยให้กระดาษ ไม่โค้งงอหรือย่นระหว่างการพิมพ์ ทำให้ได้ผลงานที่เรียบสม่ำเสมอ ช่วยให้การผลิต ในงานพิมพ์ เช่น นิตยสาร โบรชัวร์ หรือฉลากสินค้า ได้ต่อเนื่องอีกทั้งยังช่วยใน ขั้นตอนการตัด พับ และเข้าเล่ม ได้แม่นยำยิ่งขึ้น
4. เปรียบเทียบวัตถุดิบ
- ใช้เปรียบเทียบวัตถุดิบจากผู้ผลิตหลายราย เพื่อเลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติเหมาะสม
5. ข้อมูลทางเทคนิค
- ใช้เป็นข้อมูลสำหรับสเปกสินค้า ประกอบการรับรองคุณภาพ เช่น ISO, QC, QA
ประเภทของการทดสอบ Stiffness
การทดสอบ Stiffness มีหลายวิธี ขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุ ลักษณะการใช้งาน และมาตรฐานที่อ้างอิง โดยสามารถแบ่งออกเป็นหลัก ๆ ได้ดังนี้ คือ Bending stiffness, Taber Stiffness และ Gurley Stiffness
1. Bending Stiffness
ทดสอบตามมาตรฐาน ISO 2493-1 และ TAPPI 566 หลักการคือ เครื่องทดสอบจะทำการบิดตัวอย่างที่มุม 15 องศา หรือ 7.5 องศา ด้วยความเร็วในการบิด 5 องศาต่อวินาที เครื่องจะวัดแรงที่ใช้ในการทำให้กระดาษงอถึงมุมที่กำหนด ผลการทดสอบแสดงค่าความต้านทานการงอจะแสดงในหน่วย mN หรือ mNm (มิลลินิวตัน หรือ มิลลินิวตัน-เมตร)
2. Taber Stiffness Test
การทดสอบตามมาตรฐาน TAPPI T489 หรือ ASTM D5342 ใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Taber Stiffness Tester ตัวอย่างจะถูกหนีบไว้ที่ปลายด้านหนึ่งกับฐานของเครื่องมือ (fixed clamp) เครื่องมือจะมีแขนหมุน (rotating arm) ที่มีน้ำหนักถ่วงไว้ ซึ่งจะหมุนดันตัวอย่างให้โค้งไปจนถึงมุม 15 องศาทั้งซ้ายขวา เครื่องจะวัดแรง (แรงโมเมนต์) ที่ใช้ทำให้ตัวอย่างงอถึงมุมที่กำหนดนั้น ผลการทดสอบแสดงค่าความต้านทานการงอจะแสดงในหน่วย Taber stiffness unit, mN และ mNm
3. Gurley Stiffness
การทดสอบ Gurley Stiffness อาศัยหลักการของแรงที่ต้องใช้ในการเลื่อนแขนหมุนของเครื่องมือที่มีน้ำหนักถ่วงผ่านวัสดุ ซึ่งแตกต่างจาก Taber ที่ใช้แรงหมุนวัสดุไปที่มุมเฉพาะ โดยตัวอย่างจะถูกวางบนแท่นรองรับและหนีบไว้ เครื่องมือจะมีแขนหมุน (pendulum arm) ที่มีน้ำหนักถ่วงซึ่งเชื่อมต่อกับหัวอ่านแรง แขนจะเริ่มเลื่อนผ่านตัวอย่างวัสดุโดยอาศัยแรงต้านจากวัสดุขณะงอหรือเบี่ยงเบน แรงต้านหรือการชะลอของการเคลื่อนที่เป็นสิ่งที่เครื่องวัดและแสดงค่า
สรุปเปรียบเทียบความแตกต่างแต่ละมาตรฐาน
| Bending Stiffness | Taber Stiffness | Gurley Stiffness | |
| มาตรฐานที่ใช้ทดสอบ | ISO 2493-1, TAPPI T566 | ISO 2493-2, TAPPI T489 | ASTM D6125, TAPPI T543 |
| มุมที่ทดสอบ | 15° | 15° | – |
| ตัวอย่าง | Paper&Board Paper low gram, High Flexible | Paper&Board Paper high gram | Paper, Paperboard flexible flat sheet |
| หน่วย | mN, mN·m | mN, mN·m, Taber Units (g·cm) | mgf,mN |
| Speed ที่ใช้ทดสอบ | 5 ±0.5°/s | 3.5 ±0.33°/s | – |
ตารางเปรียบเทียบค่าการดัดของกระดาษแต่ละชนิด (Bending Stiffness โดยประมาณ)
| ประเภทกระดาษ | GSM (แกรม/ตร.ม.) | ความหนา (μm) | Bending Stiffness (mN·m) | หมายเหตุ |
| กระดาษถ่ายเอกสาร (Bond Paper) | 70–90 | 90–110 | 0.2–0.6 | บาง งอได้ง่าย |
| กระดาษอาร์ตมัน/ด้าน (Art Paper) | 100–300 | 90–280 | 0.8–3.5 | เคลือบผิวเรียบ สวยงาม |
| กระดาษการ์ดอาร์ต (Art Card) |
250–400 | 280–400 | 5–20 | หนา แข็งมาก |
| กระดาษกล่องแป้ง (Folding Boxboard) | 200–400 | 250–500 | 4–15 | ใช้ทำกล่องบรรจุภัณฑ์ |
| กระดาษลังลูกฟูก (Corrugated Board) | 300–1000+ | 2,000–5,000+ | 15–100+ | แข็งแรงสูง รองรับแรงกด |
| กระดาษคราฟท์สีน้ำตาล (Kraft Paper) | 120–300 | 120–300 | 2–10 | เหนียว ทนแรงดึงดี |
| กระดาษรองพื้นพิมพ์กล่อง (Linerboard) | 125–250 | 160–280 | 3–12 | ใช้กับกระดาษลูกฟูก |
ปัจจัยที่ส่งผลต่อค่า stiffness
1. ปัจจัยทางกายภาพของกระดาษ (Physical Properties)
1.1 ความหนา (Thickness / Caliper) กระดาษที่หนากว่าจะมีค่า bending สูงกว่า เพราะมีโครงสร้างรองรับแรงดัดได้มากขึ้น
1.2 ความหนาแน่น (Bulk / Density) กระดาษที่มีความหนาแน่นมากจะมีค่า bending สูงกว่ากระดาษที่หนาแน่นน้อย
1.3 โครงสร้างของเส้นใย (Fiber Structure)
-
- ชนิดของเยื่อ (เช่น เยื่อเคมี หรือ เยื่อเชิงกล)
- การเรียงตัวของเส้นใย: ถ้าเส้นใยเรียงตัวในทิศทางเดียวกันมาก (machine direction – MD) กระดาษจะแข็งแรงในทิศทางนั้นมากกว่า cross direction (CD)
1.4 ความชื้น (Moisture Content) กระดาษที่ชื้นจะอ่อนตัว bending ต่ำลง เพราะน้ำทำให้เส้นใยนิ่มลง ค่า bending จึงขึ้นอยู่กับสภาวะสิ่งแวดล้อม (อุณหภูมิและความชื้น)
1.5 เคลือบผิว (Coating / Sizing) กระดาษเคลือบมักมี bending สูงขึ้น เพราะผิวหน้ามีความต้านทานแรงดัดเพิ่ม แต่ถ้าการเคลือบทำให้กระดาษเปราะ ก็อาจส่งผลกลับกัน
2. ปัจจัยด้านการผลิต
2.1 ทิศทางการผลิต (Machine Direction และ Cross Direction) ในทิศทางที่เส้นใยเรียงตัว (MD) กระดาษจะมีค่า bending ที่สูงกว่าทิศทาง CD
2.2 ชนิดของกระดาษ (Paper Grade) เช่น กระดาษอาร์ต, กระดาษการ์ด และกระดาษลูกฟูก ซึ่งกระดาษแต่ละชนิดมีวัตถุประสงค์การใช้งานต่างกัน และส่งผลต่อ bending ต่างกัน
2.3 วิธีการขึ้นรูป (Forming / Drying Process) วิธีที่เส้นใยจัดเรียงและแห้งส่งผลต่อการดัดของกระดาษ
โดย Chemical House เป็นตัวแทนจำหน่ายเครื่อง Stiffness ทั้งแบบ Bending Stiffness, Taber Stiffness และ Gurley Stiffness ทั้งแบรนด์ของ KRK (Japan) และ Gurley (USA) รวมถึงแบรนด์จากประเทศจีนด้วย
บริษัท เคมีเคิลเฮ้าส์ แอนด์ แล็บอินสทรูเม้นท์ จำกัด
ติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม
☎️ โทร 02-184-4000 ฝ่ายขาย ต่อ 205
📧 Email : ppsales@chemihouse.com
Facebook : ch.chemicalhouse
หรือ Line OA จาก QR Code ด้านล่าง
