環(huán)境溫濕度變化對快遞包裝箱抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究

李秀華, 宋 媛

(合肥學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，合肥 230601)

0 引 言

瓦楞紙箱是一般的紙質(zhì)器具，是用不同類型的瓦楞紙板制成的。它作為包裝制品有著非常廣泛的應(yīng)用，并且用量一直居于各種包裝制品之首。瓦楞紙箱和托盤、周轉(zhuǎn)箱一同被稱為物流單元化器具，它不僅可以對貨物運(yùn)輸起到一定的保護(hù)作用，而且也可以實(shí)現(xiàn)貨物在運(yùn)輸過程中的規(guī)格化與效率化，提高運(yùn)輸裝卸搬運(yùn)效率，降低物流成本。

抗壓強(qiáng)度是指瓦楞紙箱在整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)均勻施加動態(tài)壓力致使箱體破損時的最大壓力負(fù)荷量以及箱體變形量?？箟簭?qiáng)度測試過程可以分為以下4個階段：(1)預(yù)加負(fù)荷階段，確保瓦楞紙箱與整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)的上壓板充分接觸。(2)瓦楞紙箱橫壓線被壓下階段，此時壓力負(fù)荷量在增加，瓦楞紙箱的變形量變化很大。(3)瓦楞紙箱側(cè)壁承受壓力階段，此時壓力負(fù)荷量增加較快，瓦楞紙箱變形量增加緩慢。(4)瓦楞紙箱完全被破壞階段，此時箱體的變形量為瓦楞紙箱的壓潰點(diǎn)。

瓦楞紙箱在物流倉儲、運(yùn)輸包裝環(huán)節(jié)的應(yīng)用越來越廣泛，環(huán)境溫濕度變化對瓦楞紙箱力學(xué)抗壓性能影響比較大。瓦楞紙箱在不同環(huán)境溫濕度條件下，承受各種外在的載荷如壓縮、沖擊等時會呈現(xiàn)不同的力學(xué)特性?？箟簭?qiáng)度不僅僅反映的是整個制箱過程工藝的綜合特征，同時又會直接影響到瓦楞紙箱的使用安全，從而會進(jìn)一步影響瓦楞紙箱對被包裝物的保護(hù)，所以研究環(huán)境溫濕度條件對瓦楞紙箱的正確使用起到很大的作用。

1 相關(guān)研究現(xiàn)狀

在瓦楞紙箱力學(xué)性能研究中，國內(nèi)的眾多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究，為瓦楞紙箱實(shí)際應(yīng)用做出了一定的貢獻(xiàn)。王俊麗[1]用試驗(yàn)的方法研究了瓦楞紙箱的含水率從7.7%增加到16.4%時,對瓦楞紙箱力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:瓦楞紙箱的力學(xué)性能隨紙箱含水率的增加而下降。郭娟等[2]通過測定瓦楞紙板在環(huán)境相對濕度分別為92%、70%、50%下的吸濕率，得出不同濕度條件對瓦楞紙箱壽命的影響規(guī)律。張麗等[3]采用回歸分析法建立了環(huán)境濕度與震動傳遞率、固有頻率、阻尼系數(shù)以及阻尼比之間的單因素關(guān)系模型，實(shí)驗(yàn)表明，環(huán)境濕度對紙板的防震性能有明顯的影響。徐雪萌[4]在實(shí)際生產(chǎn)中，可以利用經(jīng)緯線紙制造高強(qiáng)度的低溫防潮箱，以適應(yīng)冷鏈物流環(huán)境，也可以制作低克重高強(qiáng)度紙箱，以節(jié)約紙箱用紙量。姚晶晶[5]通過對比不同溫濕度條件下瓦楞紙箱主要物理性能指標(biāo)，測試、對比、分析不同相對濕度與瓦楞紙箱性能指標(biāo)之間的關(guān)系。郝曉秀[6]認(rèn)為當(dāng)環(huán)境相對濕度增大時，瓦楞紙箱因吸水造成其抗壓強(qiáng)度下降，并且不同楞型紙箱抗壓強(qiáng)度會隨濕度變化而變化。

本文主要是通過在溫度和濕度變量變化的基礎(chǔ)上研究瓦楞紙箱的抗壓性能的變化規(guī)律，從而為生產(chǎn)企業(yè)和倉儲企業(yè)提供更好的建議。

2 瓦楞紙箱的應(yīng)用背景分析

近幾年來，隨著綜合經(jīng)濟(jì)水平的提升，很多領(lǐng)域也都迎來了快速發(fā)展的新時期，瓦楞紙箱包裝也趕上這趟順風(fēng)車強(qiáng)勢而起，被廣泛的應(yīng)用于生活的很多方面。

物流包裝是快遞運(yùn)輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，快遞業(yè)務(wù)量的快速增長擴(kuò)大了對包裝尤其是紙質(zhì)包裝的需求。據(jù)國家郵政局統(tǒng)計，2016年，我國快遞服務(wù)企業(yè)業(yè)務(wù)量累計完成312.8億件，同比增長51.4%；業(yè)務(wù)收入累計完成3 091.4億元，同比增長43.5%。[7]伴隨著大量快遞而來的就是堆積成山的快遞垃圾，包括塑料袋、瓦楞紙箱、膠帶等多個種類，其中瓦楞紙箱使用量占到快遞總業(yè)務(wù)量的一半左右，這對于與電商企業(yè)合作的紙質(zhì)包裝企業(yè)的發(fā)展有不小的促進(jìn)作用。

可以說依托快速擴(kuò)張的網(wǎng)購市場，快遞行業(yè)也將迎來發(fā)展的黃金時期。隨著網(wǎng)購規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計未來幾年快遞業(yè)對包裝需求量也將保持較快速度的增長。瓦楞紙箱比較輕便，不僅能對商品起到保護(hù)作用，而且又便于裝卸搬運(yùn)，可以說在越來越重視環(huán)境保護(hù)的今天也是備受青睞且具有良好發(fā)展前景的，然而，事實(shí)上卻并非如此。

2017年瓦楞紙箱市場價格也不斷迎來利好消息，不斷提高的快遞業(yè)務(wù)量，使瓦楞紙箱的使用量不斷增加，卻也導(dǎo)致最近紙業(yè)市場漲價潮不斷襲來。自2017年年初以來，瓦楞紙箱市場價格上漲的消息就不斷出現(xiàn)，有很多廠家表示供應(yīng)鏈上游紙板原料廠商的提價是造成瓦楞紙箱成本上升的主要因素。這也直接導(dǎo)致紙企之間原料爭奪異常激烈，經(jīng)常有錢收不到廢紙的情況發(fā)生。在正常情況下，企業(yè)廢紙庫存量可以滿足20天的生產(chǎn)需要，而現(xiàn)在廢紙庫存量也就只能用3天，如果再碰上接連陰雨天氣，原料供應(yīng)就會更加緊張。2017年初瓦楞紙板出廠價最低為每噸2700元左右，在原材料漲價之后，瓦楞紙板價格已經(jīng)漲到每噸3 800元左右，不少大型造紙企業(yè)也都接連宣布漲價或直接發(fā)出漲價函。據(jù)統(tǒng)計分析2017以來已有至少15家造紙廠發(fā)出了漲價函，漲幅在每噸50～200元不等。隨著瓦楞紙箱的需求日益增多，價格漲幅也在不斷提升，瓦楞紙箱的耐用性也迫切需要加強(qiáng)。

3 瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法與過程

3.1 試驗(yàn)所需瓦楞紙箱箱型[8]

瓦楞紙板材質(zhì)是三層普通A瓦楞紙板，根據(jù)現(xiàn)有瓦楞紙箱的尺寸，可以把紙箱分為A、B兩組進(jìn)行試驗(yàn)，每組分別做3個紙箱并取其平均值作為試驗(yàn)的分析依據(jù)，A、B兩組試驗(yàn)的瓦楞紙箱尺寸如下表1所示：

表1 瓦楞紙箱尺寸

3.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過分析和檢測瓦楞紙箱在不同溫濕度環(huán)境下抗壓強(qiáng)度性能的變化規(guī)律，可以全面評估環(huán)境溫濕度對其抗壓強(qiáng)度性能的影響，對瓦楞紙箱作為運(yùn)輸包裝件的緩沖材料做出更加合理的建議。

3.3 試驗(yàn)設(shè)備

3.3.1 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱概述

可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱是用于材料及零部件在高溫、低溫、交變濕熱或恒定試驗(yàn)溫度環(huán)境變化后的存儲、運(yùn)輸和使用時的參數(shù)及性能變化的適應(yīng)性試驗(yàn)。

所用可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱的技術(shù)參數(shù)如下表2所示。

表2 可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱主要技術(shù)參數(shù)

3.3.2 電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)概述

電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)是抗壓強(qiáng)度測定試驗(yàn)采用的試驗(yàn)設(shè)備，主要用于各類中小型瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)或其他材料制成的抗壓強(qiáng)度小于10KN的包裝容器的整箱抗壓強(qiáng)度檢測與試驗(yàn)。其主要由兩塊面積適合的壓板和控制系統(tǒng)組成，其中一塊是緊固在此設(shè)備底部的支撐板，另一塊是上部加壓板。

電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)是進(jìn)行瓦楞紙箱包裝容器抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的理想設(shè)備，設(shè)備的性能和指標(biāo)需符合GB4857.4《包裝、運(yùn)輸、包裝件壓力試驗(yàn)方法》和輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T1048《紙板及紙箱抗壓試驗(yàn)機(jī)》等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定與要求。[9]所用電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下表3所示：

表3 電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4 試驗(yàn)條件和試驗(yàn)步驟

環(huán)境溫濕度對瓦楞紙箱的性能影響較大，溫濕度條件不同，測得的抗壓強(qiáng)度也會有很大差異。為了能獲得真實(shí)客觀的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)前需對試驗(yàn)樣品進(jìn)行溫濕度平衡預(yù)處理[10]。綜合考慮國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)每月平均相對濕度，以及可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱的有效溫濕度控制范圍，確定試驗(yàn)的相對濕度為30%和50%，相對溫度為23℃和35℃，并各自處理12h 后進(jìn)行對比試驗(yàn)。

試驗(yàn)步驟：

(1)把A、B兩組樣品分別放在可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)；

(2)對于A組、B組樣品分別設(shè)定三組對比試驗(yàn)，溫濕度分別為(23℃、50%)、(23℃、30%)、(35℃、50%)；

(3)對A組、B組試驗(yàn)樣品處理時間均為12個小時；

(4)取出處理后的樣品, 把A組、B組各試驗(yàn)樣品分別放在電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)的兩個加壓板之間，且距離上壓板一定距離；

(5)在電子式整箱壓縮試驗(yàn)機(jī)控制軟件中設(shè)定上壓板的運(yùn)行速度；

(6)開始運(yùn)行，預(yù)加負(fù)荷使上壓板接觸試驗(yàn)樣品，后對其施加壓力且至樣品壓潰點(diǎn)時，此時控制軟件記錄樣品所承受的最大壓力負(fù)荷值及樣品箱體最大變形量曲線圖；

(7)統(tǒng)計試驗(yàn)，A組、B組樣品分別得出三組數(shù)據(jù)如下表4和表5所示。

表4 不同溫濕度環(huán)境下A組紙箱的抗壓強(qiáng)度

表5 不同溫濕度環(huán)境下B組紙箱的抗壓強(qiáng)度

5 試驗(yàn)結(jié)果分析

A組瓦楞紙箱在不同溫濕度環(huán)境下試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖如下圖1所示：

B組瓦楞紙箱在不同溫濕度環(huán)境下試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖如下圖2所示：

圖1 A組瓦楞紙箱試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖 圖2 B組瓦楞紙箱試驗(yàn)數(shù)據(jù)折線圖

通過折線圖得出：(1)環(huán)境溫度為23℃，環(huán)境濕度從30%升高到50%時，A組、B組瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度都隨之降低。(2)環(huán)境濕度為50%，環(huán)境溫度從23℃升高到35℃時，對于A組、B組瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度都隨之增強(qiáng)。

在不同溫濕度環(huán)境條件下，對A、B兩組瓦楞紙箱進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度的測試，測試結(jié)果表明：在有效溫濕度控制范圍內(nèi)，隨著環(huán)境溫度升高，紙板的含水率不斷降低，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度隨之升高；環(huán)境濕度升高，紙板含水率不斷増加，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度隨之降低。

6 結(jié) 論

環(huán)境溫濕度變化影響瓦楞紙板的含水率變化，而瓦楞紙板的含水率高低又是影響瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度變化的直接因素。所以在有效溫濕度控制范圍內(nèi)，瓦楞紙板含水率越高，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度越低，反之，瓦楞紙板含水率越低，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度越高。

瓦楞紙箱在生產(chǎn)和流通過程中會受到環(huán)境溫濕度高低的影響，這就需要生產(chǎn)企業(yè)要合理地控制生產(chǎn)和流通環(huán)境的溫濕度條件，同時瓦楞紙箱使用企業(yè)也需要考慮貨物目的地的環(huán)境溫濕度情況，由于我國南方地區(qū)比較潮濕,相對濕度比較大，當(dāng)貨物從北方運(yùn)輸?shù)綕穸容^高的南方時，或者需要水路運(yùn)輸時，要選擇合適的瓦楞紙箱[11]。

另外,在瓦楞紙箱的生產(chǎn)過程中,可以采用在其表面涂一層防潮材料等方法，使水和油無法與瓦楞紙板材料表面直接接觸，降低瓦楞紙箱的含水率，從而達(dá)到防潮的效果，使瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度性能處于最佳的狀態(tài)，更好的保護(hù)內(nèi)包裝物。