技術(shù) | 瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響分析及測(cè)試方法

時(shí)間：2023-02-01作者：新鄉(xiāng)市豐盛泡沫包裝材料有限公司瀏覽：94

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(chǎng)的擴(kuò)大，紙箱用戶對(duì)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(duì)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(duì)內(nèi)容物的保護(hù)能力，通常用抗壓強(qiáng)度來(lái)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，凱利卡特公式被公認(rèn)為計(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差較小的公式：

　　

公式中，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(zhǎng)，cm；aXZ為瓦楞常數(shù)；J為紙箱常數(shù)；

通過(guò)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(zhǎng)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。對(duì)于同纖維結(jié)構(gòu)和制造工藝的原紙來(lái)說(shuō)，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(jiàn)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。




表1 不同類型瓦楞原紙的環(huán)壓指數(shù)




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(guò)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**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(guò)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(duì)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**成品紙箱的抗壓強(qiáng)度。但是，若施膠度過(guò)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(guò)低，則無(wú)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**種應(yīng)用較為廣泛。A型楞較早發(fā)明的一種瓦楞形狀，具有比較大的瓦楞間距和高度，單位長(zhǎng)度內(nèi)瓦楞數(shù)量比較少，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(zhǎng)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(zhǎng)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，為了獲得較高的抗壓強(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(duì)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(shì)




2、瓦楞紙箱的長(zhǎng)、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(zhǎng)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(zhǎng)寬之比在1~1.8之間，對(duì)其抗壓強(qiáng)度的影響較小，僅為±5%，當(dāng)二者比例為1.5左右時(shí)，紙箱的抗壓強(qiáng)度較高[1]。


此外，紙箱的高度不宜過(guò)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**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(lái)越受視，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(guò)程會(huì)對(duì)瓦楞紙板施以一定的壓力，若壓力過(guò)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(rùn)影響。油墨是印刷工藝的組成部分，但它會(huì)對(duì)瓦楞紙板表面產(chǎn)生浸潤(rùn)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(rùn)作用較加明顯。




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，較易吸收水分，引起抗壓強(qiáng)度的下降。除了加工過(guò)程中對(duì)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(duì)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(duì)濕度80%至區(qū)間，抗壓強(qiáng)度下降了10%；下降幅度較小的是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)度的精確測(cè)算

之前已經(jīng)介紹過(guò)經(jīng)典的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式——?jiǎng)P利卡特公式，雖然精確度已獲公認(rèn)，但不可否認(rèn)，這是一個(gè)基于靜態(tài)因素的測(cè)算公式，無(wú)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(cè)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)行精確測(cè)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(cè)試方法，下面結(jié)合XYD-15K紙箱抗壓機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。




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?，即“定壓力測(cè)形變”、“定形變測(cè)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。若采用“定壓力測(cè)形變”模式，則需設(shè)置預(yù)定壓力（“定形變測(cè)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*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(kāi)始下降，當(dāng)壓力值降到較大值的70%時(shí)，自動(dòng)結(jié)束試驗(yàn)。




表3 初始載荷值



我們共測(cè)試了五個(gè)尺寸為22 cm(高) × 32 cm(長(zhǎng)) ×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。




結(jié)語(yǔ)：




瓦楞紙箱在現(xiàn)代生產(chǎn)中的地位越來(lái)越重要，其質(zhì)量關(guān)系到商品的儲(chǔ)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(cè)，通過(guò)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。


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