Mechanical properties of paper (Sifat-sifat kertas yang berhubungan dengan mesin)

 Machine Direction (MD) dan Cross Direction (CD)         

MD kertas adalah arah serat kertas yang sejajar dengan arah jalur perjalanan kertas sepanjang mesin kertas, sedangkan CD arah yang tegak lurus terhadap MD. Sifat-sifat kertas seperti tensile, folding, dan compression (tekanan) sangat signifikan dengan kedua arah tersebut. Hal ini sering dihubungkan dengan arah serat, tetapi ynag lebih penting adalah kenyataan bahwa MD paper mengalami pengeringan yang tinggi dibanding CD. Jika penjajaran serat adalah alasan utama penyebab perbedaan–perbedaan sifat strength, maka akan tampak jelas perbedaan besar jumlah sobekan (tear) strength MD dan CD. Sifat tear strength tergantung sepenuhnya pada sifat serat itu sendiri seperti panjang dan lebar serat serta kekutan serat.

Dari tabel berikut menunjukkan tear strength untuk MD dan CD hampir sama, meskipun tensile strength sangat bervariasi untuk kedua arah.

Base property values at 50% RH increasing from 30% RH at 70oF
			Tensile, lbs		Stretch, %		Tearing, g/16 sheets
Sample	BW, gsm	Burst, psi	MD	CD	MD	CD	MD	CD
Bond, rag	92.5	97.3	35.7	20.7	5.8	9.8	97	100
Bond, sulfite	74.8	35.7	21.4	9.8	2.5	4.6	43	41
Glassine, sulfite	37.7	16.2	10.4	4.3	1.8	3.2	15	13
newsprint	54.7	8.3	6.0	1.7	1.6	2.1	29	23

  

Sedangkan gambar berikut memperlihatkan perbedaan tensile strength kertas arah MD dan CD dari applikasi kekuatan arah pengujian kertas sehingga tampak kertas cendrung menjadi kaku dan lebih kuat pada arah MD dibandingkan CD.

                    

Sress adalah applikasi dari kekuatan sample dan strain adalah perpanjangan sampel, semakin tinggi semakin panjang.

Standard TAPPI T 409 dapat digunakan sebagai acuan penentuan MD kertas dan paperboard.

2. Paper strength vs Loading rate

Kekuatan kayu dan kertas serta materi lainnya tergantung pada loading rate yaitu seberapa cepat kenaikan kekuatan material tersebut.     Besarnya muatan (load) dapat mendukung untuk memperpendek waktu satu putaran. Hubungan antara load dan kecepatan load adalah suatu hubungan logaritma yang khas. Sebagai contoh kemiringan (edgewise) pemadatan strength dari fiberbound yang bengkok-bengkok dijumpai meningkat kira-kira 0.75% untuk setiap 10 kali kenaikan loading rate.  

3. Tensile strength

Tensile strength diukur pada sepotong kertas dengan panjang 20 cm (7.9 in), lebar 15 – 25 mm (0.6 – 1.0 in) pada keadaan standard. (TAPPI T 494). Besarnya kekuatan diukur dalam lb/in, kg/m atau N/m. Tensile indeks ditentukan dengan membagi tensile strength dengan basis weight. Breaking length merupakan alternatif lain untuk mengukur tensile strength bila basis weightnya normal. Tensile strength beberapa materi lain diukur dalam satuan force/area tidak dalam force/width seperti pada kertas.

Seperti sifat-sifat strength pada paper direction, tensile strength diukur secara terpisah pada MD dan CD. Tensile strength juga dapat diukur dengan mesin pendulum (TAPPI T 404) yang mungkin memberikan perbedaan yang kecil pada hasil. Tensile strength dari wet strenght paper diukur menurut TAPPI T 456. Zero-span tensile dapat digunakan mengukur panjang serat dalam lembaran (sebagai lawan dari interfiber bonding).

4.      Breaking length

Tensile strength paper (atau material lainnya) dilaporkan sebagai length hipotetical kertas yang hanya didukung oleh berat kertas bila berat kertas tersebut mendukung sampai akhir pengukuran. Breaking length akan didiskusikan pada bab 15.3 dengan contoh beberapa material.  Breaking length kebanyakan kertas bervariasi dari 2.5 sampai 12 km.

5.      Burst strength

Burst strength disebut juga Mullen atau pop strength, mengukur jumlah tekanan hidrostatik (yang meningkat pada laju tertentu) yang diperlukan untuk memecahkan seelembar kertas. Sample kertas diukur pada bidang yang kecil dan berbentuk lingkaran (diameter 30.5 mm; 1.20 in) disertai pendorong diaphragrm karet untuk pemecah kertas yang ditambahkan glyserin. Tekanan sebelum kertas hancur diukur dalam psi atau kPa. Uji burst sangat erat hubungannya dengan tensile strength. TAPPI T 403 dapat sbagai acuan untuk uji burst kertas, sedang paperboard dan lineboard TAPPI T 807, kertas bergelombang dan solid fiberboard TAPPI T 810. Burst juga dilaporkan sebagai unit gaya dibagi berat kertas yang disebut busrsting indeks, burst faktor atau burst ratio.

Indeks = kPa : g/m²     faktor = g/cm² : g/m²     ratio = psi : lb/ream

6.      Edgewise compression strength, STFI

Strength tekanan rentang pendek (edgewise compression) dari kertas memberi nilai hampir sama dengan uji ring crush (diterangkan di bab lain). Hasil pengukuran ini dapat dihubungkan dengan tensile dan burst strength kertas. Yang paling penting adalah dapat memprediksikan bagaimana kotak-kotak bengkok dapat dibentuk dengan bagian dari lineboard. Uji ini menjadi standard untuk uji pada container board paper. (TAPPI T 826).

7.      Pengukuran strength dengan kecepatann suara/bunyi

Telah ada suatu pengembangan baru yang menggunakan peralatan yang dapat mengukur kecepatan bunyi dalam kertas. Bunyi yang digunakan berupa bunyi ultrasound (frekwnsinya di atas frekwensi bunyi yang dapat didengar manusia).

Kecepatan bunyi dalam kertas tidak tepat bila hanya dihubungkan dengan kesejajaran serat. Kenyataannya stiffness juga berpengaruh pada tegangan di bawah pengeringan dan sifat dari serat-serat itu sendiri serta keadaan lingkungan dimana kertas dikeringkan atau tidak.

8.      Ring crush, concora dan uji paperboard lainnya.

Ring crush dan uji crush lainnya digunakan untuk paperboard. Alat untuk mengukur strength paperboard dengan menggunakan concora flat crush (TAPPI T 808). Hampir semua standard pengujian kertas digunakan pada paperboard seperti tensile, burst dan tearing tetapi tidak dihubungkan dengan baik bagaimana untuk medium berombak-ombak dalam kotak, juga medium bergalur yang dibuat di laboratory dan uji untuk menentukan sifat-sifat lekukannya.

CONCORA adalah singkatan dari CONtainer CORporation of America. Concora  adalah mesin pembuat galur/lekuk/gelombang paperboad di laboratory.

Ring crush dihubungkan dengan STFI edgewise compressive strength. Prosedur standard diperoleh di TAPPI T 818 tanpa rigid suport dan TAPPI T 822 dengan rigid support.

9.      Stiffness

Taber stiffness mengukur bending dari clam vertikal sampel kertas berukuran 38 mm (1.5 in) pada 15^oC dari garis pusat (TAPPI T 489). Taber stiffness penting untuk kertas-kertas yang digunakan untuk pembungkusan, penggunaan strukktural dan printing. TAPPI T 453 memperlihatkan pengukuran stiffness dengan metoda Curley.

Sejarah menarik adalah ketahanan kelenturan kertas dan lighweight paperboard yang diukur dengan uji clark (TAPPI T 451). Metoda ini mengukur bagaimana ketahanan pengikatan kertas (paper resist bending) ketika digantung dan digunakannya partikel-partikel yang dapat dipakai untuk newsprint.   

10. Fold endurance

Fold endurance (TAPPI T 511) mengukur  jumlah lipatan dua dari selembar kertas selebar 15 mm yang akan menahan sebelum tensile strength dijatuhkan pada suatu keadaan standard 1 kg_f . Metoda ini untuk mengukur strength dan kelenturan kertas dengan hanya seukuran kecil kertas sekitar 15 mm²  dengan beberapa variasi besar pada lembar kertas yang sama. Metoda Schopper  tergambar pada TAPPI T 423. Selama pengukuran akan timbul panas sedangkan uji fold endurance sampelnya tergantung pada moisture kertas sehingga sangat dianjurkan menggunakan kipas angin selam pengukuran berlangsung.

11. Pengujian Abrasion

Uji abrasi adalah dilewatkannya permukaan kertas pada roda yang berputar. Kehilangan berat perwaktu dihitung sebagai hasil uji ini.

12. Tear

Ketahanan sobek adalah mengukur energi yang dibutuhkan untuk menyebabkan sobekan/ tear awal melalui beberapa sheet kertas untuk satu jarak tertentu. Nilainya g-cm/sheet. Perbedaan energi potansial dari pendulum sebelum dan setelah uji diukur dengan suatu sudut sepanjang pendulum (TAPPI T 414). Tepi sobekan diukur dengan metoda Finch (TAPPI T 470). Arah ketinggian kertas diukur dengan TAPPI T 496. Ketahanan sobekan tepi dari kertas, ditentukan dengan metode edge tear stiroup (TAPPI T 470).

13. Internal bond strength paperboard, z direction tensile, scott bond test.

Uji ini digunakan untuk mengukur tensile strength kertas paling tipis (paper thickness) menurut TAPPI T 541. Tekanan digunakan untuk menarik permukaan kertas ke atas dan ke bawah pada arah yang berlawanan. Pada kedua sisi diberi pressure sensisitive adhesive pita dengan jarak 1 in² pada kertas uji. Sampel dipress diantara 2 plat untuk mengikat pita.. Plat ditarik sebagian, energi yang dihasilkan dari sampel dimonitor dengan alat.

14. Koefisien Friksi statik

Koefisien friksi statik penting dalam beberapa packing paper. Friksi pada kertas penting untuk menjaga kotak-kotak selama pengapalan dan dilaporkan sebagai tg (tangen) dari sudut yang terbentuk antara permukaan bawah yang bersilang dengan lapisan atas. TAPPI standard untuk beberapa jenis kertas adalah T 503(sack paper), T 548 (writing & printing paper), T 542 (packing paper) dan T 815 (kertas berlekuk dan solid fiberboard). Friksi dari kertas dapat meningkat selama produksi karena perlakuan permukaan pada calender stack.

15. Surface strength, wax pick

Surface strength kertas diukur dengan uji wax pick (TAPPI T 459). Lilin yang sudah dikalibrasi dari berbagai jenis gaya adhesive digunakan untuk menghitung surface strength dari kertas. Lilin dicairkan dan dilekatkan di atas kertas dan dibiarkan dingin. Kemudian lilin dicabut dari kertas dan dengan gaya adhesive lilin akan menarik serat dari permukaan kertas.