機(jī)床商務(wù)網(wǎng)技術(shù)文章
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
閱讀：872 發(fā)布時間：2018-6-4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。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zui廣泛的包裝容器之一，因其質(zhì)輕、易折疊、價格便宜、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*為計算結(jié)果相對精度zui小的公式：PK=PX(4aXZ/Z)2/3ZJ
式中，PK為計算出的抗壓強(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。推薦使用三泉中石的定量取樣器，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，施膠后原紙會吸濕而產(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，施膠度也會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)用廣泛。A型楞是zui先發(fā)明的一種瓦楞形狀，具有zui大的瓦楞間距和高度，單位長度內(nèi)瓦楞數(shù)量zui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zui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 |
|
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)計與其抗壓強(qiáng)度有著緊密的。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zui小，僅為±5%，當(dāng)二者比例為1.5左右時，紙箱的抗壓強(qiáng)度zui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，不穩(wěn)定性驟增，抗壓強(qiáng)度也會隨之下降。因此在設(shè)計紙箱的尺寸時，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)計越來越受到重視，殊不知，印刷工藝在一定程度上也會造成成品紙箱抗壓強(qiáng)度的下降。主要體現(xiàn)在兩個方面：（1）印刷壓力的影響。傳統(tǒng)印刷過程會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)多的時候，則會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zui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zui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)度的測算
文章前面已經(jīng)介紹過經(jīng)典的抗壓強(qiáng)度計算公式-——凱利卡特公式，雖然度已獲*，但不可否認(rèn)，這是一個基于靜態(tài)因素的測算公式，無法反映出成型工藝、印刷設(shè)計和環(huán)境因素的動態(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)KYJ-10K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)定載荷和位移值時為止。由此衍生為三種抗壓試驗(yàn)?zāi)Ｊ剑?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，位移量自動清零，當(dāng)壓力繼續(xù)增大至設(shè)定壓力值時，儀器自動結(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zui大值的70%時，自動結(jié)束試驗(yàn)。
3、筆者共測試了五個尺寸為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。