食品用瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度檢測方法的探討

陳春裕 何瑛 楊愛君 林夏純 黃雋光 陳曉東

摘 要：本文討論使用抗壓試驗(yàn)儀對食品用瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測方法。通過利用壓板對瓦楞紙箱施加壓力直至得到“力值-變形量曲線”，如果紙箱的變形量過度，則紙箱不能使用。選擇可接受變形量范圍內(nèi)的最大力值為抗壓強(qiáng)度值，便于食品企業(yè)對瓦楞紙箱進(jìn)行入庫驗(yàn)收和質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：瓦楞紙箱;抗壓強(qiáng)度;檢測方法

Discussion on Testing Method of Compressive Strength of Corrugated Cartons for Food

CHEN Chunyu， HE Ying， YANG Aijun， LIN Xiachun， HUANG Junguang， CHEN Xiaodong

（Guangdong Yantang Dairy Co.， Ltd.， Guangzhou 510507， China）

Abstract： The paper discusses a test method for the compressive strength of food corrugated cartons by using a compressive tester. Apply pressure to the corrugated box by using the pressing plate until the “force value deformation curve” is obtained. If the carton is tested excessive deformation， it can not be used. When the compressive strength of the carton is within the acceptable deformation range， it is beneficial for the food enterprise to carry out the acceptance and quality control of the corrugated carton.

Keywords： corrugated carton; compressive strength; testing method

我國瓦楞紙箱工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成相當(dāng)規(guī)模，市場對各類商品運(yùn)輸包裝用的瓦楞紙箱需求增長迅速[1]。中國包裝聯(lián)合會在2022年6月8日發(fā)布的《2021年全國瓦楞紙箱運(yùn)行情況》中公布，2021年全國包裝行業(yè)規(guī)上企業(yè)完成瓦楞紙箱產(chǎn)量累計(jì)3 444.24萬t，同比增長4.71%。瓦楞紙箱既可以用作運(yùn)輸包裝，也可以當(dāng)銷售包裝使用，它具備質(zhì)量輕、緩沖性能好、便于自動化生產(chǎn)、價格低、對商品保護(hù)功能全等特點(diǎn)與優(yōu)勢，是一種非常理想的包裝材料[2]。

瓦楞紙箱在食品的儲存銷售過程中起到了良好的防護(hù)作用。但目前紙箱的質(zhì)量監(jiān)管仍存在許多弊端：瓦楞紙箱行業(yè)門檻較低，大量小型企業(yè)長期存在并占據(jù)大部分市場份額，部分小企業(yè)是三級廠，通過外購?fù)呃慵埌暹M(jìn)行加工，生產(chǎn)工藝落后、生產(chǎn)設(shè)備陳舊，產(chǎn)品的成型工藝控制不佳，并且沒有配置相應(yīng)的質(zhì)量檢測設(shè)備，對原料品質(zhì)無法把控;部分生產(chǎn)企業(yè)缺乏專業(yè)人才，從業(yè)人員素質(zhì)較低，尤其是一些微型企業(yè)采取家庭作坊方式，對產(chǎn)品紙箱標(biāo)準(zhǔn)一知半解，專業(yè)知識不足，只是簡單地將紙板加工成紙箱[3]。部分食品企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量意識不強(qiáng)，通過小紙廠采購質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相對較低的低價紙品實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu)勢，導(dǎo)致食品在儲存銷售過程中遭到重壓時紙箱損壞受到壓迫，造成食品質(zhì)量安全隱患。

對瓦楞紙箱進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收可大大降低由紙箱質(zhì)量風(fēng)險帶來的損失?？箟簭?qiáng)度作為瓦楞紙箱非常重要的一項(xiàng)物理指標(biāo)，可用于評定運(yùn)輸包裝件在受到壓力時的耐壓強(qiáng)度及包裝對內(nèi)裝物的保護(hù)能力。抗壓強(qiáng)度的高低與瓦楞紙箱的制造工藝、結(jié)構(gòu)、瓦楞原紙與芯紙的性能、瓦楞紙箱運(yùn)輸及儲存環(huán)境條件等因素都有直接關(guān)系，是瓦楞紙箱質(zhì)量驗(yàn)收的重要指標(biāo)[4]。目前，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測方法有抗壓試驗(yàn)、堆碼試驗(yàn)，國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)《包裝 運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn) 第4部分：采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗(yàn)方法》（GB/T 4857.4—2008）中規(guī)定了這兩種方法的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)程序，但對于試驗(yàn)程序的描述較為簡單，不利于企業(yè)規(guī)范瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)收。本文使用抗壓試驗(yàn)儀進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，對試驗(yàn)步驟及檢測結(jié)果判斷方法進(jìn)行研究，為食品企業(yè)瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度項(xiàng)目的驗(yàn)收提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

i-Boxtek 1700抗壓試驗(yàn)儀（濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司，量程9 kN，力值分辨率1 N，形變分辨率0.1 mm）?？箟涸囼?yàn)儀應(yīng)滿足“能通過一個或兩個壓板以（10±3）mm·min-1的相對速度勻速移動施加壓力”的要求，在整個試驗(yàn)過程中抗壓試驗(yàn)儀的壓板水平傾斜度的偏差值應(yīng)在0.2%以內(nèi)[5]。

1.2 抗壓強(qiáng)度的測定方法

1.2.1 方法原理

將試驗(yàn)樣品放置于抗壓試驗(yàn)儀的上下壓板之間，上壓板勻速移動施加壓力，直至試樣被壓潰為止，從而得到“力值-變形量曲線”，力值即是抗壓強(qiáng)度值。

1.2.2 試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備

同一批次的瓦楞紙箱隨機(jī)抽取5個試驗(yàn)樣品，沿紙板的預(yù)折痕折疊成包裝箱，用透明膠模擬實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行封合（封裝方法應(yīng)和實(shí)際使用時的方法相同）。

1.2.3 試驗(yàn)樣品的溫濕度預(yù)處理

將試驗(yàn)樣品放置于溫濕度室，離墻離地，使空氣可以自由通過紙箱頂部、四周和至少75%的底部面積[6]。盡可能選擇瓦楞紙箱運(yùn)輸及儲存條件相似的溫度和相對濕度，且將其暴露在規(guī)定的條件下一段時間，本文試驗(yàn)條件為（23±2）℃，濕度（50±2）%，處理時間4 h。

1.2.4 抗壓試驗(yàn)儀參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)類型選擇“壓潰力試驗(yàn)”，依次輸入試驗(yàn)名稱、樣品名稱、樣品材料、樣品批號、試驗(yàn)員、實(shí)驗(yàn)室溫度、實(shí)驗(yàn)室濕度等信息，預(yù)壓力設(shè)置為50 N，壓差比例設(shè)置為95%，試驗(yàn)速度設(shè)置為10 mm·min-1，試樣高度按瓦楞紙箱的實(shí)際高度輸入。

1.2.5 壓潰力試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣品放置于設(shè)備底板的中心位置，點(diǎn)擊“開始試驗(yàn)”按鈕，壓潰力試驗(yàn)指示燈亮，設(shè)備自動進(jìn)行壓潰力試驗(yàn)。若上壓板距離紙箱較遠(yuǎn)，可通過點(diǎn)擊“下降”使上壓板自動下降，當(dāng)上壓板距離紙箱20 mm左右，點(diǎn)擊“停止回位/下降”，上壓板停止下降。紙箱被壓潰后壓力值逐漸變小，當(dāng)壓力值降到最大值的95%，上壓板自動回位。

1.2.6 抗壓強(qiáng)度的計(jì)算方法

企業(yè)可根據(jù)自身產(chǎn)品的實(shí)際情況計(jì)算瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算公式[7]為

（1）

式中：P為抗壓強(qiáng)度值，N;K為強(qiáng)度安全系數(shù);G為瓦楞紙箱包裝件的質(zhì)量，kg;H為堆碼高度，mm，取3 000 mm;h為瓦楞紙箱高度，mm。

強(qiáng)度安全系數(shù)K應(yīng)根據(jù)實(shí)際儲運(yùn)流通環(huán)境條件確定，包括氣候環(huán)境條件、機(jī)械物理環(huán)境條件及儲運(yùn)時間等，內(nèi)裝物能起到支撐作用的一般取1.65以上，不能起到支撐作用的一般取2以上。

2 結(jié)果與分析

2.1 力值與變形量的變化趨勢分析

當(dāng)抗壓試驗(yàn)儀的上壓板接觸試樣時達(dá)到預(yù)壓力，上壓板勻速移動施加壓力直至壓力減小至最大壓力值的95%停止試驗(yàn)，此時紙箱壓潰。長期的壓潰力試驗(yàn)表明，力值的變化有時是平穩(wěn)遞加至潰點(diǎn)（如圖1中力值-時間曲線1），有時力值的變化有一定的緩沖性（如圖1中力值-時間曲線2），即當(dāng)力值與變形量增加到一定程度后，壓力保持相對平穩(wěn)甚至略微下降，經(jīng)過一段時間后，壓力繼續(xù)增加，直至紙箱壓潰。

壓潰力試驗(yàn)過程中變形量保持相對勻速增加（如圖1中變形量-時間曲線），直至紙箱壓潰。紙箱內(nèi)尺寸與內(nèi)裝物之間一般有一定高度的間隙，當(dāng)紙箱壓潰后變形量會出現(xiàn)兩種情況：第一種情況是變形量在間隙的高度范圍內(nèi)，紙箱壓潰沒有影響到內(nèi)裝物;第二種情況是變形量超出間隙的高度范圍，內(nèi)裝物的形態(tài)受到影響，此時紙箱已經(jīng)不能達(dá)到使用要求?；趯?shí)際使用的要求考慮，分析紙箱抗壓強(qiáng)度的結(jié)果時應(yīng)該考慮變形量對內(nèi)裝物的影響，紙箱內(nèi)尺寸與內(nèi)裝物之間的間隙或者企業(yè)可接受的變形程度確定為可接受最大變形量。

2.2 抗壓強(qiáng)度檢測結(jié)果分析

下面以2種產(chǎn)品規(guī)格紙箱的檢測結(jié)果為例分析紙箱抗壓強(qiáng)度的質(zhì)量情況。2種紙箱的相關(guān)參數(shù)見表1。

2.2.1 抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值

根據(jù)1.2.6的計(jì)算方法計(jì)算得出2種規(guī)格瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)過計(jì)算可得規(guī)格1內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值為906 N，規(guī)格2的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值為604 N，紙箱抽檢的試驗(yàn)樣品抗壓強(qiáng)度值大于等于標(biāo)準(zhǔn)值則紙箱抗壓強(qiáng)度合格，若5個試驗(yàn)樣品中有1個樣品不合格，則該批次樣品不合格。

2.2.2 抗壓強(qiáng)度檢測值

2種規(guī)格紙箱的力值-變形量曲線見圖2和圖3。規(guī)格1紙箱的可接受變形量范圍為≤7 mm，5個試驗(yàn)樣品壓潰時變形量均<7 mm，抗壓強(qiáng)度值均合格，平均抗壓強(qiáng)度值為1 363.70 N，5個樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.72%;規(guī)格2紙箱的可接受變形量范圍為≤8 mm，紙箱壓潰時5個樣品中有4個樣品的變形量超出了可接受變形量范圍，考慮到變形量過大可能會對內(nèi)裝物的形態(tài)造成影響，選取可接受變形量范圍內(nèi)最大力值為試驗(yàn)樣品的抗壓強(qiáng)度值，故讀取8 mm變形量以內(nèi)最大力值為抗壓強(qiáng)度值，5個樣品抗壓強(qiáng)度值均合格，平均抗壓強(qiáng)度值為1 023.90 N，5個樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.72%。

規(guī)格1紙箱平均抗壓強(qiáng)度值高于規(guī)格2紙箱，說明規(guī)格1紙箱能承受的壓力更大。規(guī)格1紙箱的抗壓強(qiáng)度值、變形量的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.72%、5.58%;規(guī)格2紙箱的抗壓強(qiáng)度值、變形量的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.72%、6.32%，說明規(guī)格1紙箱的質(zhì)量更穩(wěn)定。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見表2、表3。

2.3 討論

分析瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度一般需要通過抽檢多個樣品（≥5個）的平均值來表示，抗壓強(qiáng)度值越大，紙箱的質(zhì)量越好，每個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，紙箱的抗壓性能越穩(wěn)定。2021年運(yùn)用本文方法驗(yàn)收瓦楞紙箱125批次，抽樣檢測625個樣品，抗壓強(qiáng)度合格率達(dá)94.72%，合格率同比增長4.11%。規(guī)范瓦楞紙箱的入庫驗(yàn)收規(guī)則后紙箱的整體質(zhì)量有所提升，生產(chǎn)實(shí)踐情況也表明，只有加強(qiáng)對紙箱產(chǎn)品的檢測和質(zhì)量控制，才能有效地減少或預(yù)防生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，提高紙箱產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。

3 結(jié)論

本文使用抗壓試驗(yàn)儀進(jìn)行瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測，操作過程簡單，便于企業(yè)在瓦楞紙箱入庫驗(yàn)收時使用。在考慮變形量影響的條件下確定抗壓強(qiáng)度的檢測結(jié)果，而非直接取最大壓潰力作為檢測結(jié)果的控制方式，對企業(yè)瓦楞紙箱的質(zhì)量驗(yàn)收控制更具有實(shí)際意義。

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