瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響因素及設(shè)計和檢測

岳青青+王振華

瓦楞紙箱具有良好的剛度、強(qiáng)度和緩沖性能，憑借綠色環(huán)保、成本低廉、便于倉儲和運輸?shù)葍?yōu)點，已逐漸取代木箱等包裝容器，成為運輸包裝的主力軍。為保證內(nèi)裝物在倉儲、運輸?shù)冗^程中不發(fā)生損壞，瓦楞紙箱各項強(qiáng)度指標(biāo)均要滿足使用要求?？箟簭?qiáng)度作為瓦楞紙箱的重要指標(biāo)之一，能反映整個制箱工藝的綜合特性以及瓦楞紙箱的內(nèi)在強(qiáng)度質(zhì)量。因此，抗壓強(qiáng)度的研究對提高瓦楞紙箱使用性能、降低物流貨損率、減少原材料消耗等具有非常重要的意義。

瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響因素

瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響因素主要可以歸納為以下幾點：瓦楞紙箱的制造工藝、瓦楞紙箱的結(jié)構(gòu)、瓦楞原紙與芯紙的性能、瓦楞紙箱運輸及儲存環(huán)境條件。

1.瓦楞紙箱的制造工藝

瓦楞紙箱的制造工藝主要包括印刷、模切壓痕、開孔等工序。印刷面積及印刷壓力越大，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的損失也越大。當(dāng)壓痕線與瓦楞楞向平行時，壓痕過程對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響較小；但當(dāng)壓痕線與瓦楞楞向垂直時，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度受壓痕過程的影響較大。此外，研究證明，瓦楞紙箱的開孔位置離紙箱中心越近，對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響越?。浑x紙箱中心越遠(yuǎn)，對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響越大。需要注意的是，在瓦楞紙箱上端開孔比在下端開孔對其抗壓強(qiáng)度的影響更大。

2.瓦楞紙箱的結(jié)構(gòu)

瓦楞紙箱的結(jié)構(gòu)不同對其抗壓強(qiáng)度的影響也不同。影響主要集中在瓦楞紙箱的長寬比、高度、周長3個方面。試驗數(shù)據(jù)表明，長寬比變化對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度具有非常明顯的影響，在瓦楞紙箱周長和高度一定的情況下，長寬比在由1.0變?yōu)?.0的過程中，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)長寬比在1.4左右時，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大。當(dāng)瓦楞紙箱高度較高時，其堆碼時的穩(wěn)定性就會變差，抗壓強(qiáng)度也會隨之降低。此外，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與其周長成正相關(guān)性，即在一定范圍內(nèi)，瓦楞紙箱周長越長，抗壓強(qiáng)度越高，反之抗壓強(qiáng)度越低。

3.瓦楞原紙與芯紙的性能

瓦楞紙箱的原材料是決定瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的重要因素之一，主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面，瓦楞原紙與芯紙的質(zhì)量以及搭配是否合理對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度有明顯影響；另一方面，瓦楞原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度與瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度呈顯著線性關(guān)系。

4.瓦楞紙箱儲運的環(huán)境條件

（1）濕度的影響

國產(chǎn)瓦楞原紙大多以草漿為原材料，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，而葡萄糖基作為構(gòu)成這些成分的基本化學(xué)單位，使纖維素、半纖維素、木質(zhì)素都具有較強(qiáng)的親水性。因此，環(huán)境濕度對瓦楞紙板的各項力學(xué)性能影響較為顯著。研究人員采用有限元法研究了環(huán)境濕度對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度隨著環(huán)境濕度的增大而降低，且降幅較為明顯。

（2）堆碼的影響

為了降低物流成本，很多商家會通過增加堆碼高度來提高包裝容積利用率。但是在重力作用下，上方貨物會對下方貨物施加壓力，這種壓力會對瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度造成一定損害，并且損害程度與堆碼時間和堆碼方式有很大關(guān)系。研究表明，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度隨堆碼時間的延長而降低。而不同的堆碼方式對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響也是不同的，常見的堆碼方式有交錯堆碼及重疊堆碼兩種，重疊堆碼時，由于瓦楞紙箱箱角承受的壓力最高，這種情況下所需要的抗壓強(qiáng)度最高。

（3）裝卸與運輸過程中振動與沖擊的影響

近年來，機(jī)械裝卸方式在物流運輸中逐漸得到普及應(yīng)用，但這無疑增加了貨物在流通過程中遭受外力振動沖擊的次數(shù)。在實際運輸中，瓦楞紙箱所受的振動沖擊強(qiáng)度與運輸工具及運輸距離等有關(guān)。在鐵路運輸中，振動沖擊強(qiáng)度主要受運輸距離的影響，運輸距離越長，瓦楞紙箱所受的振動沖擊越強(qiáng)。而在汽車運輸中，振動沖擊強(qiáng)度除了受運輸距離影響外，還與道路條件、行駛速度、貨物在車廂內(nèi)的放置位置等因素有關(guān)。

運輸過程中的振動沖擊強(qiáng)度越大，對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響越大。在裝卸過程中，瓦楞紙箱的四角及棱邊落下時對其抗壓強(qiáng)度的影響也非常大。

瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的設(shè)計

在設(shè)計運輸包裝時，要想實現(xiàn)強(qiáng)度最高、成本最低的包裝方式，需要充分了解產(chǎn)品的流通環(huán)境，綜合考慮各種因素來設(shè)計多種方案，通過實驗驗證來確定最優(yōu)方案。瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的設(shè)計需要考慮諸多因素，如瓦楞紙箱內(nèi)容物的種類、數(shù)量、重量、排列方式，以及箱體的長寬高尺寸等。對此，可根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6543-2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》中瓦楞紙箱需滿足的最低抗壓強(qiáng)度計算方法，針對不同內(nèi)裝產(chǎn)品來設(shè)計瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度。

1.箱型的選擇

GB/T 6543-2008中列出了多種瓦楞紙箱箱型，在實際使用中可根據(jù)內(nèi)裝物選擇適合的箱型。經(jīng)過綜合比較，0201型瓦楞紙箱節(jié)省原料、易加工、使用方便，在產(chǎn)品運輸中應(yīng)用較為廣泛。

2.瓦楞紙箱尺寸的設(shè)計

在設(shè)計瓦楞紙箱尺寸時，首先應(yīng)確定內(nèi)裝物的數(shù)量及排列方式，根據(jù)國際貿(mào)易慣例，作為運輸包裝的瓦楞紙箱的單箱重量一般不超過20kg，最大為25kg，而我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定單箱重量最大為18kg。瓦楞紙箱內(nèi)裝物的數(shù)量即可通過單箱最大重量除以單件產(chǎn)品的重量來計算確定，再根據(jù)內(nèi)裝物的數(shù)量對其排列方式進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計瓦楞紙箱尺寸時需要考慮多方面的因素，實踐表明：當(dāng)長寬比為2.0時，用料最省；長寬比為1.4左右時，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度最大。此外，還應(yīng)結(jié)合堆碼方式、標(biāo)準(zhǔn)化尺寸、美學(xué)因素及安全原則等因素進(jìn)行設(shè)計。

3.瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的設(shè)計

（1）根據(jù)公式1來確定堆碼層數(shù)。

N=H×h （公式1）

其中，N為堆碼層數(shù)；H為集裝箱高度（一般為2.5～3.0m）；h為瓦楞紙箱高度（單位為m）。

（2）根據(jù)堆碼層數(shù)利用公式2來估算堆碼強(qiáng)度。

Ps=G×9.8×（N-1） （公 式2）

其中，Ps為堆碼強(qiáng)度（單位為N），G為瓦楞紙箱包裝件的質(zhì)量（單位為kg）。

（3）安全系數(shù)K的確定。安全系數(shù)K可根據(jù)產(chǎn)品儲存運輸環(huán)境的溫濕度條件、振動沖擊強(qiáng)度、儲運時間及內(nèi)裝產(chǎn)品是否有一定支撐來確定。安全系數(shù)K一般取2以上，當(dāng)內(nèi)裝產(chǎn)品不能承受任何載荷時安全系數(shù)K為7，內(nèi)裝產(chǎn)品能承受1～2倍載荷時安全系數(shù)K為5，內(nèi)裝產(chǎn)品能承受3倍以上載荷時安全系數(shù)K為3。內(nèi)裝產(chǎn)品的垂直承載能力可以通過測試來確定，從而選擇相應(yīng)的安全系數(shù)。

（4）根據(jù)堆碼強(qiáng)度利用公式3計算瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度。

P= Ps×K （公式3）

其中，P為瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度（單位為N）。

幾種瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測

1.普通結(jié)構(gòu)瓦楞紙箱正向抗壓強(qiáng)度檢測

普通結(jié)構(gòu)瓦楞紙箱正向抗壓是指搖蓋在上、下兩面承受壓力的情況，其抗壓強(qiáng)度與紙板邊壓強(qiáng)度、紙箱結(jié)構(gòu)、搭接方式有關(guān)，一般可按照常規(guī)方法進(jìn)行設(shè)計和檢測。

2.扁平型瓦楞紙箱側(cè)向抗壓強(qiáng)度檢測

扁平型瓦楞紙箱（搖蓋在側(cè)面）側(cè)向抗壓是指搖蓋承受壓力的一種情況，從目前研究來看，其抗壓強(qiáng)度與紙板的物理性能沒有線性定量關(guān)系。由于這種瓦楞紙箱的受力方向與瓦楞方向不一致，需要改變目前紙板的邊壓強(qiáng)度測試方法，才能找到該邊壓強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性。從實際檢測中發(fā)現(xiàn)，這種瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與其實際結(jié)構(gòu)尺寸或受力面積的相關(guān)性更強(qiáng)，受力面積越小，抗壓強(qiáng)度越大。此時，需按照瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的要求進(jìn)行設(shè)計和實際檢測。

3.帶底托盤的瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度檢測

帶底托盤的瓦楞紙箱便于裝卸、堆碼，其抗壓一般是指瓦楞紙箱的正向抗壓。這種瓦楞紙箱在堆碼時，上面瓦楞紙箱的底托與下面瓦楞紙箱的上表面局部接觸，使其表面局部承受壓力。這類瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度設(shè)計需考慮托盤與紙箱的接觸面積、紙板的邊壓強(qiáng)度等多種因素，其強(qiáng)度測試應(yīng)按照實際堆碼方式確定。

4.加內(nèi)襯或護(hù)角板瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度檢測

為了節(jié)省材料以及提高抗壓強(qiáng)度，有些瓦楞紙箱的內(nèi)部需要加內(nèi)襯或護(hù)角板，在對這類瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測時，需要綜合考慮瓦楞紙箱盒內(nèi)襯或護(hù)角板的性能，并按照實際應(yīng)用方式進(jìn)行檢測。

5.高溫高濕環(huán)境處理后瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度檢測

對物流環(huán)境有特殊要求（如防潮、防水）的瓦楞紙箱，需要考察在高溫高濕條件下，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的變化。根據(jù)包裝物流環(huán)境要求，此類瓦楞紙箱的紙板應(yīng)選用防潮箱板紙，成箱后按照實際物流達(dá)到的最嚴(yán)厲溫濕度條件進(jìn)行處理，再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測，對比環(huán)境條件處理前后瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的變化。這種測試對于海運、跨地域運輸儲存的瓦楞紙箱具有重要意義。