瓦楞紙箱各項性能指標(biāo)與環(huán)境相對濕度的相關(guān)性研究

陳 宇 譚 蒙 萬旺軍 王廣宇

（蕭山出入境檢驗檢疫局，浙江 杭州 311208）

0 概論

瓦楞紙箱是用瓦楞紙板制成的剛性紙質(zhì)容器。半個多世紀(jì)以來，瓦楞紙箱以其優(yōu)越的使用性能和良好的加工性能逐漸取代了木箱等運(yùn)輸包裝容器，成為運(yùn)輸包裝的主力軍，比重幾乎占整個包裝材料的1/4～1/3。它除了保護(hù)商品、便于倉儲、運(yùn)輸之外，還起到美化商品，宣傳商品的作用。瓦楞紙箱屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品，它利于環(huán)保，利于裝卸運(yùn)輸。

瓦楞紙箱是由瓦楞紙板和瓦楞芯紙粘合而成，瓦楞芯紙又是由瓦楞原紙軋制而成，國產(chǎn)的瓦楞原紙，大多以草漿為主，配用部分化學(xué)漿或者廢紙漿。草漿的主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[1]，而葡萄糖基是構(gòu)成這些成分的基本化學(xué)單位，其分子式為(C6H10O5)n，n為聚合度[2]，葡萄糖基上的三個羥基使得纖維素、半纖維素和木質(zhì)素都具有親水性。因此環(huán)境的相對濕度對瓦楞紙箱各項性能的影響很大，當(dāng)相對濕度增大時，瓦楞紙箱的含水量會相應(yīng)增加，從而導(dǎo)致該瓦楞紙箱的各項性能指標(biāo)產(chǎn)生變化。這些變化進(jìn)而會影響瓦楞紙箱在流通過程中有效保護(hù)內(nèi)裝物的時間[3]，給包裝的產(chǎn)品帶來不必要的損傷，從而導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)的直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失。

本研究中我們在恒定的大氣壓強(qiáng)和瓦楞紙箱檢測標(biāo)準(zhǔn)SN/T0262-93要求的標(biāo)準(zhǔn)溫度（23℃）的環(huán)境條件中，通過不同的相對濕度預(yù)處理后檢測結(jié)果進(jìn)行對比，研究空氣中相對濕度對瓦楞紙箱各項性能檢測結(jié)果的影響，分析相對濕度與各個性能指標(biāo)檢測結(jié)果存在的相關(guān)性。

1 試驗

1.1 材料與儀器

樣品為浙江省內(nèi)的六家紙箱生產(chǎn)企業(yè)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，均為3層A型瓦楞紙箱，尺寸大小相近。

主要試驗儀器：美國先導(dǎo)恒溫恒濕機(jī)，邊壓環(huán)壓儀、紙板戳穿強(qiáng)度測定儀、破裂強(qiáng)度實(shí)驗機(jī)、整箱抗壓試驗機(jī)、邊壓取樣刀、烘箱及天平。

1.2 條件與方法

相對濕度：綜合考慮全國絕大多數(shù)地區(qū)的每月平均相對濕度為40%～90%之間，以及恒溫恒濕機(jī)組的有效濕度控制范圍，確定試驗預(yù)處理的相對濕度梯度為：40%rh、50%rh、60%rh、70%rh、80%rh、90%rh，各還原24h后進(jìn)行比對試驗。

檢測方法：試樣在各相對濕度預(yù)處理后，根據(jù)SN/T0262-93測定各項性能指標(biāo)，包括：邊壓試驗、粘合試驗、耐破試驗、戳穿試驗、整箱抗壓試驗以及含水率。這些性能檢測結(jié)果的優(yōu)劣，直接反應(yīng)出該批瓦楞紙箱在包裝保護(hù)功能上是否合格。

2 結(jié)果與討論

2.1 含水率與相對濕度的相關(guān)性

采用SN/T0262-93中的烘箱測定法，對六家紙箱廠的樣品在不同相對濕度還原處理24h后的含水率進(jìn)行測定[4]。從每一個樣箱的不同部位，稱取約50g試樣，撕成小薄片置于已知質(zhì)量的稱量瓶中，在100～105℃的烘箱內(nèi)，烘干至恒重。每次稱量精確至0.001g。含水率的計算公式為：X=(m1-m2)÷m1×100%

式中：X為含水率；m1為干燥前試樣質(zhì)量（g）；m2為干燥后試樣質(zhì)量（g）

為了減少單個數(shù)據(jù)偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品含水率結(jié)果計算平均值，并作圖表如下：

表1

圖1 含水率與相對濕度的相關(guān)性

如圖所示，隨著預(yù)處理環(huán)境相對濕度的增加，樣品含水率的平均值也成線狀增加，在相對濕度在40%hr至90%hr范圍內(nèi)，得出經(jīng)驗公式：瓦楞紙箱含水率X%=k·Y%，X為濕度梯度里前一個相對濕度，Y為同一個濕度梯度里的后一個相對濕度，本組試驗得出的K值約等于1.3。

2.2 邊壓強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進(jìn)行邊壓強(qiáng)度的取樣和檢測，為了減少單個數(shù)據(jù)偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品邊壓強(qiáng)度結(jié)果計算平均值，以N/m表示，取三位有效數(shù)字，并作圖表如下：

表2

如圖2所示，隨著預(yù)處理環(huán)境相對濕度的增加，邊壓強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)要求的濕度50%rh上達(dá)到最高值，然后開始緩慢下降，濕度從80%rh升到90%rh邊壓強(qiáng)度下降明顯，降低了39.26%接近四成。

2.3 粘合強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進(jìn)行粘合強(qiáng)度的取樣和檢測，為了減少單個數(shù)據(jù)偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品邊壓強(qiáng)度結(jié)果計算平均值，以N/m楞表示，取三位有效數(shù)字，并作圖表如下：

圖2 邊壓強(qiáng)度與相對濕度相關(guān)性

表3

圖3 粘合強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

如圖所示，隨著預(yù)處理環(huán)境相對濕度的增加，粘合強(qiáng)度開始成曲線緩慢下降，每個濕度梯度下降不超過10%，當(dāng)濕度到70%rh以上開始下降明顯，濕度從70%rh升到80%rh邊壓強(qiáng)度下降了17.30%，濕度從80%rh升到90%rh邊壓強(qiáng)度下降了31.56%。

2．4 戳穿強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進(jìn)行戳穿強(qiáng)度的取樣和檢測，為了減少單個數(shù)據(jù)偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品戳穿強(qiáng)度結(jié)果計算平均值，以J楞表示，取三位有效數(shù)字，并作圖表如下：

表4

圖4 戳穿強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

如圖所示，隨著預(yù)處理環(huán)境相對濕度的增加，戳穿強(qiáng)度強(qiáng)度開始緩慢上升，當(dāng)濕度到達(dá)70%rh戳穿強(qiáng)度為最高值，從70%rh到90%rh戳穿強(qiáng)度又有了明顯的下降，幅度在10%以內(nèi)。

2．5 耐破強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進(jìn)行耐破強(qiáng)度的取樣和檢測，為了減少單個數(shù)據(jù)偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品耐破強(qiáng)度結(jié)果計算平均值，以Pa表示，并作圖表如下：

表5

圖5 耐破強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

如圖所示，隨著預(yù)處理環(huán)境相對濕度的增加，戳穿強(qiáng)度強(qiáng)度曲線呈現(xiàn)雙峰波動形狀，當(dāng)濕度到達(dá)80%rh時耐破強(qiáng)度為最高值，另外一個峰值出現(xiàn)在相對濕度為50%rh。

2．6 整箱抗壓強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

瓦楞紙箱整箱抗壓強(qiáng)度是衡量紙箱質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是設(shè)計瓦楞紙箱的主要依據(jù)。按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進(jìn)行整箱抗壓強(qiáng)度的取樣和檢測，為了減少單個數(shù)據(jù)偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品整箱抗壓強(qiáng)度結(jié)果計算平均值，以N表示，并作圖表如下：

表6

圖6 整箱抗壓強(qiáng)度與相對濕度的相關(guān)性

如圖所示，隨著預(yù)處理環(huán)境相對濕度的增加，整箱抗壓強(qiáng)度開始成曲線緩慢下降，每個濕度梯度下降不超過10%，當(dāng)濕度到70%rh以上開始下降明顯，濕度從70%rh升到80%rh邊壓強(qiáng)度下降了18.05%，濕度從80%rh升到90%rh邊壓強(qiáng)度下降了39.46%。該曲線圖與粘合強(qiáng)度的曲線圖軌跡非常相似。

3 結(jié)論

測試分析表明，在環(huán)境溫度23℃不變的情況下，隨著環(huán)境濕度的升高，瓦楞紙箱的含水率為線性正相關(guān)；邊壓強(qiáng)度、粘合強(qiáng)度和整箱抗壓強(qiáng)度隨著環(huán)境濕度和含水率的提高而逐漸下降，主因是瓦楞紙板中的纖維素吸濕后逐漸變得疏松；耐破強(qiáng)度與戳穿強(qiáng)度，隨著紙板中含水率的增加，呈現(xiàn)先曾后減有峰值的曲線變化，揭示出過于干燥和過于潮濕，對于紙箱的防頂破能力都會有很大的影響。

瓦楞紙箱生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)和流通過程中都會受到環(huán)境濕度的影響，這就要求生產(chǎn)企業(yè)在這些環(huán)節(jié)中合理的控制環(huán)境濕度，使用企業(yè)也要考慮好貨物目的地環(huán)境濕度，尤其是需要從北方運(yùn)輸?shù)綕穸容^高的南方，或者需要水運(yùn)時[5]，適當(dāng)?shù)倪x擇適用的瓦楞紙箱。

［1］劉喜生.包裝材料學(xué)[M].長春：吉林大學(xué)出版社,1997.

［2］郭娟,張進(jìn),李然.環(huán)境濕度對瓦楞紙箱壽命的影響[J].包裝工程,2007,28(12)：101-103.

［3］程小琴,等.環(huán)境濕度對瓦楞紙板力學(xué)性能的影響[J].包裝工程,1996,17(6)：8-11.

［4］SN/T0262-1993出口商品運(yùn)輸包裝瓦楞紙箱檢驗規(guī)程[S].

［5］楊傳民,王心宇.溫濕度及紙箱尺寸對堆碼強(qiáng)度的實(shí)驗研究[J].包裝工程,2009,30(8)：1-3.