瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度與包裝件載荷的計(jì)算方法與對(duì)比

陳振強(qiáng)+張衛(wèi)紅

隨著瓦楞紙箱行業(yè)的發(fā)展，用戶對(duì)瓦楞紙箱的質(zhì)量要求越來(lái)越高。相信很多瓦楞紙箱生產(chǎn)企業(yè)都會(huì)接觸到類似的客戶投訴：瓦楞紙箱的強(qiáng)度不夠，在包裝、堆碼或運(yùn)輸中出現(xiàn)變形、壓塌或破損，從而要求退貨或賠償。近日，我公司針對(duì)瓦楞紙箱行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了一系列調(diào)研，調(diào)研結(jié)果表明：瓦楞紙箱的強(qiáng)度（抗壓強(qiáng)度和堆碼強(qiáng)度）既是評(píng)價(jià)瓦楞紙箱的重要指標(biāo)，又是設(shè)計(jì)瓦楞紙箱的重要條件。

抗壓強(qiáng)度及安全系數(shù)K的選取

抗壓強(qiáng)度是瓦楞紙箱一個(gè)至關(guān)重要的性能指標(biāo)，其不僅反映瓦楞紙箱制造工藝的綜合特性，還直接影響瓦楞紙箱在使用過(guò)程中的安全性能，目前已作為瓦楞紙箱日常檢測(cè)和驗(yàn)收工作中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度特性顯得尤為重要?？箟簭?qiáng)度過(guò)低則其保護(hù)商品的功能不足，導(dǎo)致產(chǎn)生貨損，給終端企業(yè)和瓦楞紙箱生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)不利影響。然而，抗壓強(qiáng)度過(guò)高勢(shì)必會(huì)使包裝成本升高，導(dǎo)致終端企業(yè)商品銷售價(jià)格增加或商品的利潤(rùn)空間降低，同時(shí)也增加了瓦楞紙箱企業(yè)的銷售難度。因此，合理地設(shè)計(jì)瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度是瓦楞紙箱設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。

在整個(gè)物流過(guò)程中，瓦楞紙箱包裝件最易受到氣候環(huán)境，尤其是濕度的影響，此外，受到裝卸過(guò)程中的沖擊、運(yùn)輸過(guò)程中的振動(dòng)、堆碼方式、堆碼時(shí)間等諸多因素的影響，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間的變化呈逐漸下降的趨勢(shì)。

為保證瓦楞紙箱包裝件在整個(gè)運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)期限內(nèi)具有足夠的抗壓強(qiáng)度，安全系數(shù)K值應(yīng)大于1，內(nèi)裝物起到支撐作用的一般K值取1.65以上，不能起到支撐作用的一般K值取到2以上。但GB/T6543-2008《運(yùn)輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有給出其他情況下的K值數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的選取條件。在這種情況下，按照此標(biāo)準(zhǔn)就無(wú)法確定瓦楞紙箱實(shí)際需求的抗壓強(qiáng)度，只能采用試驗(yàn)方法測(cè)量瓦楞紙箱的最大抗壓強(qiáng)度。對(duì)儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境熟悉的客戶會(huì)從一些文獻(xiàn)或公司的標(biāo)準(zhǔn)中選擇合適的K值，而對(duì)儲(chǔ)運(yùn)環(huán)境不熟悉的客戶又缺乏必要的技術(shù)資料，將無(wú)從選擇合適的K值，這時(shí)選擇的抗壓強(qiáng)度值就會(huì)帶有一定的盲目性，往往造成包裝強(qiáng)度設(shè)計(jì)不合理。

包裝件載荷的計(jì)算與對(duì)比

瓦楞紙箱包裝件在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中可能是同種包裝件的堆碼，也可能是不同類型包裝件的堆碼，最底層的包裝件將會(huì)承受來(lái)自上方包裝件的全部堆碼載荷。運(yùn)輸過(guò)程中的條件各異，不同運(yùn)輸包裝件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)包裝件的載荷要求也各不相同。這種情況下，瓦楞紙箱包裝件受到的堆碼載荷相比瓦楞紙箱的空箱抗壓強(qiáng)度更有實(shí)際意義。

現(xiàn)在假設(shè)一個(gè)瓦楞紙箱包裝件，雙層瓦楞紙箱，內(nèi)裝物不承壓，包裝件外尺寸為400mm×400mm×400mm，重量為20kg，堆碼層數(shù)為7層（或封閉車廂內(nèi)部高度2.7m）。下面根據(jù)不同公式計(jì)算堆碼載荷，并對(duì)得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。需說(shuō)明的是，本文堆碼層數(shù)的計(jì)算值一律向上取整，如計(jì)算堆碼層數(shù)6.7層，取整為7層。

（1）GB/T6543-2008標(biāo)準(zhǔn)，安全系數(shù)K值取5。

P=K×G×（H–h）÷h×9.8=5×20×6×9.8=5880N

式中：P為抗壓強(qiáng)度，單位N；K為強(qiáng)度安全系數(shù)；G為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；H為為堆碼高度，單位mm，一般不高于3000mm；h為為瓦楞紙箱高度，單位mm。

（2）ISTA 1C標(biāo)準(zhǔn)，使用壓力試驗(yàn)機(jī)到壓后立即釋放壓力。

Load=[1300 +（Wt×9.8）+ 530×（L+ W）]×1.4=[1300+（20×9.8）+530×（0.4+ 0.4）]×1.4 =2688N

式中：Load為計(jì)算載荷，單位N；Wt為為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；1300為施加壓力最小值，單位N；530為公式計(jì)算值；L為包裝件長(zhǎng)度，單位m；W為包裝件寬度，單位m；1.4為壓力對(duì)時(shí)間的補(bǔ)償系數(shù)。

（3）ISTA 2A標(biāo)準(zhǔn)，使用壓力試驗(yàn)機(jī)到壓后立即釋放壓力，F(xiàn)值取5。

Load=[Wt×（S–1）×F×9.8]×1.4=[20×（7–1）×5×9.8]×1.4=8232N

式中：Load為計(jì)算載荷，單位N；Wt為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；S為包裝件的堆碼層數(shù)；F為補(bǔ)償系數(shù)，范圍一般在3～6，如果包裝件在流通過(guò)程有倉(cāng)儲(chǔ)堆碼，建議最小選擇5，否則建議最小選擇4；1.4為壓力對(duì)時(shí)間的補(bǔ)償系數(shù)。

（4）FedEX-A標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)值取5。

Load=0.007×（108–H）×L×W×F×0.454×9.8=0.007×（108–400÷25.4）×400÷25.4×400÷25.4×5×0.454×9.8=3563N

式中：Load為計(jì)算載荷，單位N；0.007為平均貨物密度，單位lbs/ in3；108為運(yùn)輸過(guò)程中貨物最大堆碼高度，單位in；H為單個(gè)包裝件的高度，單位in；L為單個(gè)包裝件的長(zhǎng)度，單位in；W為單個(gè)包裝件的寬度，單位in；F為與濕度、時(shí)間和堆碼方式有關(guān)的系數(shù)；0.454為磅和千克間的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

（5）Item 180標(biāo)準(zhǔn)，使用壓力試驗(yàn)機(jī)到壓后立即釋放壓力，DF值取7。

L o a d = 1 6 2×（ 2 . 7–h ）×（ l×w）×DF×9.8=162×（2.7–0.4）×0.4×0.4 ×9.8 ×7=4090N

式中：Load為計(jì)算載荷，單位N；162為貨物平均密度，kg/m3；2.7為車輛有效堆碼高度，單位m；h為單個(gè)包裝件的高度，單位m；l為單個(gè)包裝件的長(zhǎng)度，單位m；w為單個(gè)包裝件的寬度，單位m；DF為設(shè)計(jì)系數(shù)。

值得注意的是，當(dāng)包裝件重量小于14kg或體積不超過(guò)0.056m3時(shí)，堆碼高度由2.7m降低為1.4m，瓦楞紙箱的堆碼載荷也隨之降低。

（6）ASTM D4169車輛堆碼標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)值取7，同種包裝件堆碼試驗(yàn)。

Load=M×J×（H–h）÷h×F=20×9.8×（2.7–0.4）÷0.4×7=8232N

式中：Load為計(jì)算載荷，單位N；M為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；J為公制轉(zhuǎn)換系數(shù)，9.8N/kg；H為堆碼高度，取2.7m；h為單個(gè)包裝件的高度，單位m；F為補(bǔ)償系數(shù)。

上述計(jì)算公式中的F、DF與GB/ T6543標(biāo)準(zhǔn)中的安全系數(shù)K值原理一致。其中，GB/T6543、ISTA 2A、FedEX-A標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)K值取5；ISTA 1C標(biāo)準(zhǔn)不涉及安全系數(shù)；Item 180和ASTM D4169標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù)在同種情況下的取值為7。

將上面各公式的計(jì)算值匯總，如表1所示。從表1數(shù)據(jù)中可以看出，ISTA 2A和ASTM D4169標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算載荷值為8232N，比GB/T6543計(jì)算的空箱抗壓強(qiáng)度值高出40%；ISTA 1C的計(jì)算堆碼載荷最小，僅為GB/ T6543計(jì)算值的46%；6個(gè)計(jì)算公式的最大載荷與最小載荷之差為8232-2688=5544N，是最小值2688N的2倍。無(wú)論瓦楞紙箱的空箱抗壓強(qiáng)度還是瓦楞紙箱包裝件的堆碼載荷，都是為了保證包裝件在實(shí)際流通過(guò)程中瓦楞紙箱具有足夠的強(qiáng)度，不會(huì)發(fā)生壓潰而導(dǎo)致內(nèi)裝物破損或倒塌現(xiàn)象的發(fā)生。

綜上所述，當(dāng)內(nèi)裝物或緩沖結(jié)構(gòu)不能承壓時(shí)，瓦楞紙箱將承擔(dān)全部的堆碼載荷，這種情況下，瓦楞紙箱的耐壓強(qiáng)度比空箱抗壓強(qiáng)度值的意義更大，所以更應(yīng)關(guān)注最終的堆碼強(qiáng)度載荷值。按照GB/T6543計(jì)算的抗壓強(qiáng)度會(huì)與其他運(yùn)輸包裝測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算載荷產(chǎn)生一定的偏差，甚至非常大的偏差。為此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)客戶實(shí)際測(cè)試需求，明確選擇運(yùn)輸包裝測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的堆碼計(jì)算公式，這樣計(jì)算的堆碼載荷要比GB/T6543的抗壓強(qiáng)度值更符合運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)的需求，這樣不僅可以彌補(bǔ)GB/T6543中K值選擇不明確的不足，還可以使設(shè)計(jì)的瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度更符合實(shí)際的需求，設(shè)計(jì)更加合理化。endprint