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瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響分析及紙箱抗壓強(qiáng)度測試方法
瓦楞紙箱在現(xiàn)代生產(chǎn)中的地位越來越重要,，其質(zhì)量關(guān)系到商品的儲運(yùn)安全?？箟簭?qiáng)度作為瓦楞紙箱質(zhì)量的有效衡量標(biāo)準(zhǔn)之一,，不僅受到成型工藝、印刷設(shè)計(jì)的影響,，與環(huán)境因素也密不可分,。因此，在日常生產(chǎn)中,，應(yīng)加強(qiáng)紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測,，通過把握力值與變形量的變化曲線，結(jié)合各影響因素,，進(jìn)一步完善瓦楞紙箱的質(zhì)量,。
瓦楞紙箱
瓦楞紙箱是現(xiàn)代包裝中使用廣泛的包裝容器之一，因其質(zhì)輕,、易折疊,、價(jià)格便宜、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn),，使其用量得到顯著增加,。隨著瓦楞紙箱應(yīng)用市場的擴(kuò)大，紙箱用戶對其質(zhì)量和性能愈發(fā)苛刻,，要求瓦楞紙箱在各種環(huán)境下,，應(yīng)具備足夠的承受外界載荷時(shí)的力學(xué)強(qiáng)度。其中,，抗壓性能綜合反映了紙箱的基本特性,，同時(shí)對流通中的貨品起到保護(hù)作用,，因此是瓦楞紙箱質(zhì)量控制的首要指標(biāo)。
瓦楞紙箱的抗壓性能是指瓦楞紙箱在受到壓力時(shí)的耐壓強(qiáng)度及對內(nèi)容物的保護(hù)能力,，通常用抗壓強(qiáng)度來表示,。為了便于計(jì)算瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度，前人提出了很多經(jīng)驗(yàn)公式,，如凱利卡特公式,、馬基公式等。其中,，凱利卡特公式被*為計(jì)算結(jié)果相對誤差小的公式：PK=PX(4aXZ/Z)2/3ZJ
式中,，PK為計(jì)算出的抗壓強(qiáng)度，N,；PX為瓦楞原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度,，N/cm；Z為紙箱的周長,，cm,；aXZ為瓦楞常數(shù)；J為紙箱常數(shù),；
通過公式,，我們可以看出原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度，以及紙箱的周長與瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度有著直接關(guān)系,。除此之外,，成型工藝和外界環(huán)境因素也會(huì)發(fā)生交互影響，致使瓦楞紙箱的抗壓性能發(fā)生不同程度的下降,。
一,、原紙的質(zhì)量影響
1、原紙的定量
定量,，即為紙張克重,。推薦使DRK114C定量取樣器，來檢測原紙的定量,。對于同纖維結(jié)構(gòu)和制造工藝的原紙來說,，其環(huán)壓強(qiáng)度等于該原紙的定量乘以環(huán)壓指數(shù)。GB/T 13023-2003列舉了不同類型的瓦楞原紙的環(huán)壓指數(shù),，見表1,。因此，同材質(zhì)的瓦楞原紙的環(huán)壓強(qiáng)度,，取決于實(shí)際應(yīng)用的原紙的定量,，定量越大，成型紙箱的抗壓強(qiáng)度也越大,。在此基礎(chǔ)上,，原紙定量的穩(wěn)定性,，即紙張各處的厚度是否均勻一致也是影響著成品紙箱抗壓性能穩(wěn)定性的重要原因。
定量g/m2 | 橫向環(huán)壓指數(shù)N·m/g 不小于 | ||||
優(yōu)等品 | 一等品 | 合格品 | |||
AAA | AA | A | |||
≤90 | 7.5 | 7 | 6.5 | 5.0 | 3.0 |
>90 ~140 | 8.5 | 7.5 | 6.8 | 5.3 | 3.5 |
≥140 ~160 | 10.0 | 9.0 | 7.7 | 6.3 | 4.4 |
≥180 | 11.5 | 10.5 | 9.2 | 7.7 | 5.5 |
2,、原紙的緊度
緊度,，是指每立方厘米的原紙的重量，是衡量原紙組織結(jié)構(gòu)緊密程度的指標(biāo),，決定著原紙的剛性,、強(qiáng)度、透氣性和吸收性等特性,。當(dāng)多種原紙利用粘合劑粘合后，緊度高的原紙由于自身纖維具有較強(qiáng)的互相牽拉力,，從而與粘合劑的結(jié)合效果好,，整體的粘合強(qiáng)度高。反之,，粘合劑則容易被原紙吸收分散,，相同的施膠劑量，單位面積的膠量減少,，降低了原紙間的粘合強(qiáng)度,，間接影響了成品瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度。
3,、原紙的水分與施膠度
瓦楞紙箱所用的原紙一般由植物性纖維構(gòu)成,，經(jīng)過一系列加工，會(huì)含有一定量的水分,，正常應(yīng)控制在9%~12%,，利于瓦楞成型。若原紙含水量低于9%時(shí),，施膠后原紙會(huì)吸濕而產(chǎn)生氣泡,，減少了瓦楞與面紙/里紙的粘結(jié)面積。若原紙含水量過高,，則施膠易擴(kuò)散,，降低了粘合強(qiáng)度。
于此同時(shí),，施膠度也會(huì)對原紙的水分含量產(chǎn)生一定的影響,。通常，在原紙生產(chǎn)中,，施加一定量的耐水性的膠體物以提高原紙抗水性的工藝為施膠,。這一工藝要求施膠度合理，才能使原紙不易吸濕,，保持其含水量的穩(wěn)定,，進(jìn)而保障成品紙箱的抗壓強(qiáng)度,。但是，若施膠度過高,，即水分含量較低,，原紙纖維會(huì)變的松脆，影響成箱后的抗壓強(qiáng)度,。若原紙的施膠度過低,，則無法阻隔吸收外界的潮氣，造成原紙的含水量增高,，纖維膨脹,，環(huán)壓強(qiáng)度大幅降低。
二,、瓦楞紙箱的成型工藝影響
1,、瓦楞紙箱的棱形、波形
瓦楞紙箱的楞形一般分為A,、B,、C、E,、K五種,，其中前四種應(yīng)用為廣泛。A型楞是先發(fā)明的一種瓦楞形狀,，具有大的瓦楞間距和高度,，單位長度內(nèi)瓦楞數(shù)量少，這種形狀富有一定的彈性,，能發(fā)揮良好的緩沖性能,，承載較大的沖擊力；B型楞與A型楞截然相反,，瓦楞高度低,，單位長度瓦楞密度大，紙板表面平整,，具有較高的平壓強(qiáng)度,，在外界壓力下不易變形，穩(wěn)定性好,。C型楞的楞高和單位長度內(nèi)的瓦楞數(shù)均介于A型與B型之間,，性能也介于二者之間。E型楞的瓦楞楞薄而密,，其剛性和強(qiáng)度,、手感硬度較好。綜合以上各種楞形的特點(diǎn),，成箱后的抗壓強(qiáng)度從高到低依次為A,、C,、B、E,。在實(shí)際應(yīng)用中,，為了獲得更高的抗壓強(qiáng)度，通常采用兩種或三種楞形結(jié)合的方式構(gòu)成三層,、五層或七層的瓦楞紙板,。
除了楞形以外，構(gòu)成瓦楞紙板的波形也會(huì)對瓦楞紙板和成箱的強(qiáng)度造成影響,。V形,、U形和UV型是三種主要波形，分別具有不同特征,，如表2,。從表中可以看出，UV型是一種理想波形,，生產(chǎn)者亦可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的波形。
表2. 瓦楞紙板的三種波形優(yōu)劣勢
瓦楞波形 | 優(yōu)勢 | 劣勢 |
V型瓦楞波形 | 1,、 節(jié)省粘合劑 2,、 平面抗壓強(qiáng)度高 | 1、 粘合強(qiáng)度較低 2,、 受力沖擊變形后難以恢復(fù) |
U型瓦楞波形 | 1,、 著膠面積大，粘合強(qiáng)度高 2,、 圓形楞頂,，富有彈性 | 1、 粘合劑用量大 |
UV型瓦楞波形 | 既保持V形楞的高抗壓力,，又具備U形楞的粘合強(qiáng)度,，并富有較好的彈性 |
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2、瓦楞紙箱的長,、寬,、高
在瓦楞用紙的材質(zhì)與楞形、波形一致的情況下,，成品紙箱的長寬高設(shè)計(jì)與其抗壓強(qiáng)度有著緊密的聯(lián)系,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，瓦楞紙箱的長寬之比在1~1.8之間,，對其抗壓強(qiáng)度的影響小,，僅為±5%，當(dāng)二者比例為1.5左右時(shí),，紙箱的抗壓強(qiáng)度高[1],。此外,，紙箱的高度不宜過高，應(yīng)控制在350~650mm之間[2],，當(dāng)高度增加時(shí),，不穩(wěn)定性驟增，抗壓強(qiáng)度也會(huì)隨之下降,。因此在設(shè)計(jì)紙箱的尺寸時(shí),，宜綜合考量三方比例，既保障紙箱具有良好的抗壓強(qiáng)度,，又能減少成本的浪費(fèi),。
3、印刷工藝
在重視品牌宣傳的今天,，瓦楞紙箱的印刷設(shè)計(jì)越來越受到重視,，殊不知，印刷工藝在一定程度上也會(huì)造成成品紙箱抗壓強(qiáng)度的下降,。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）印刷壓力的影響,。傳統(tǒng)印刷過程會(huì)對瓦楞紙板施以一定的壓力，若壓力過大則易將瓦楞壓潰,，使其失去原有的抗壓功能,；（2）油墨的浸潤影響。油墨是印刷工藝*的組成部分,，但它會(huì)對瓦楞紙板表面產(chǎn)生浸潤作用,，嚴(yán)重降低紙箱的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)印刷面積大以及套印次數(shù)多的時(shí)候,，則會(huì)使這種浸潤作用更加明顯,。
三、環(huán)境因素——濕度影響
根據(jù)上述介紹,，瓦楞紙箱因采用吸水性很強(qiáng)的纖維材料,，極易吸收水分，引起抗壓強(qiáng)度的下降,。除了加工過程中對材料含水量的控制外,，生產(chǎn)環(huán)境、存放環(huán)境,、使用環(huán)境,、天氣、等因素都有可能造成瓦楞紙箱的高濕環(huán)境,。根據(jù)研究資料的分析,，相對濕度從40%上升到60%，抗壓強(qiáng)度下降的幅度大，達(dá)到17%,；其次是相對濕度80%至90%區(qū)間,，抗壓強(qiáng)度下降了10%；下降幅度小的是60%至80%區(qū)間,，為7%[3],。因此，可以看出,，瓦楞紙箱周圍的濕度越大,，抗壓強(qiáng)度的損失也就越大。
四,、瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的準(zhǔn)確測算
文章前面已經(jīng)介紹過經(jīng)典的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式-——凱利卡特公式,，雖然準(zhǔn)確度已獲*，但不可否認(rèn),，這是一個(gè)基于靜態(tài)因素的測算公式,，無法反映出成型工藝、印刷設(shè)計(jì)和環(huán)境因素的動(dòng)態(tài)影響,，經(jīng)此公式測算的抗壓強(qiáng)度與實(shí)際仍有一定差距,。因此，現(xiàn)代企業(yè)更多的是利用紙箱抗壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確測量,。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857.4-2003《包裝 運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn)》規(guī)定了抗壓強(qiáng)度的測試方法,，下面結(jié)合紙箱抗壓試驗(yàn)機(jī)DRK123進(jìn)行簡單介紹。
紙箱抗壓強(qiáng)度檢測儀器
抗壓試驗(yàn)的基本原理是將試驗(yàn)品放置于紙箱抗壓機(jī)的壓板之間進(jìn)行加壓,，直至試樣損壞或達(dá)到預(yù)定載荷和位移值時(shí)為止,。由此衍生為三種抗壓試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，?ldquo;定壓力測形變”,、“定形變測壓力”和“壓潰”。具體方法如下：
1,、試樣溫濕度預(yù)處理,。將樣品箱置于23℃，50%RH的環(huán)境下4小時(shí)進(jìn)行試樣調(diào)節(jié),。
2,、將預(yù)處理后的試樣封裝好，放置在紙箱抗壓機(jī)的下壓板中心,如圖1,。若采用“定壓力測形變”模式,，則需設(shè)置預(yù)定壓力（“定形變測壓力”模式則需預(yù)設(shè)形變量）、初始載荷值等參數(shù),，并調(diào)整高度參數(shù)至試樣高度值,，其中初始載荷值的設(shè)定是為了使上壓板與試樣達(dá)到充分接觸，可參照表3進(jìn)行設(shè)置,。啟動(dòng)試驗(yàn),，上壓板在系統(tǒng)的控制下以適當(dāng)?shù)乃俣认蛳逻\(yùn)行,，當(dāng)試樣所受的壓力達(dá)到初始載荷值時(shí)，位移量自動(dòng)清零,，當(dāng)壓力繼續(xù)增大至設(shè)定壓力值時(shí),，儀器自動(dòng)結(jié)束試驗(yàn)，并顯示試樣的變形量,。而“壓潰”模式則無需壓力和位移量設(shè)置,，試樣所承受的壓力值曲線不斷上升，在試樣壓潰的節(jié)點(diǎn)達(dá)到峰值后開始下降,，當(dāng)壓力值降到大值的70%時(shí),，自動(dòng)結(jié)束試驗(yàn)。
3,、筆者共測試了五個(gè)尺寸為22 cm(高) × 32 cm(長) ×30 cm(寬)的瓦楞紙箱試樣,，抗壓強(qiáng)度分別為3405 N、3462 N,、3419 N,、3455 N、3431 N,。
五,、結(jié)語
瓦楞紙箱在現(xiàn)代生產(chǎn)中的地位越來越重要，其質(zhì)量關(guān)系到商品的儲運(yùn)安全,。瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度作為瓦楞紙箱質(zhì)量的有效衡量標(biāo)準(zhǔn)之一,，不僅受到成型工藝、印刷設(shè)計(jì)的影響,，與環(huán)境因素也密不可分,。因此，在日常生產(chǎn)中,，應(yīng)加強(qiáng)紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測,，通過把握力值與變形量的變化曲線，結(jié)合各影響因素,，進(jìn)一步完善瓦楞紙箱的質(zhì)量,。
