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瓦楞纸箱抗压强度浅析学生姓名 班级 学号 指导教师 成绩 2010 年 12 月 14 日摘 要纸箱最重要的功能在于它对商品具有良好的保护性，而纸箱的整体抗压强度则是纸箱保护性能的综合体现，抗压强度对纸箱的重要性是不言而喻的。近几年来，随着我国包装业的迅猛发展，许多纸箱生产企业对纸箱的认识也发生了深刻变化，即从最初的凭手感判定纸箱的优劣逐渐转向对纸箱性能的重视，并将抗压强度作为质量验收的最重要指标。在此着重就影响纸箱抗压强度的因素、纸箱抗压强度的计算方法、及抗压强度的测试方法等几个方面对纸箱的抗压强度进行综合论述与分析。 关键词：包装，瓦楞纸箱，抗压强度IIIABSTRACTCarton is its most important function of good protection of goods, while the overall strength cardboard cartons protection performance is a comprehensive reflection of the importance of strength to the carton is self-evident. In recent years, with the rapid development of China's packaging industry, many manufacturers of cardboard boxes understanding of the profound changes have taken place, from the original cartons by hand to determine the merits of gradually shift attention to the performance of cartons, Compressive strength and acceptance as the most important indicator of quality. In this focus on the factors affecting the compressive strength of cartons, carton strength calculation method, and compressive strength testing methods, and several other aspects of the comprehensive strength of the carton discussion and analysis. Keywords:packaging,corrugated boxes,compressive strength目录第1章 影响纸箱抗压强度的因素11.1瓦楞纸板边压强度的影响11.2纸箱结构尺寸的影响21.3纸箱制造加工工艺的影响41.3.1纸箱开孔方式41.3.1纸箱印刷工艺41.3.1模切工艺41.4.1温湿度的影响51.4.2堆码时间及堆码方式的影响5第2章 纸箱抗压强度的计算方法6第3章 纸箱抗压强度的测试方法73.1纸箱抗压测试方法83.2快速准确地测出纸箱抗压值的技巧9结 论9参考文献11主要符号表第1章 影响纸箱抗压强度的因素影响纸箱抗压强度的因素有很多，大致可归纳为瓦楞纸板边压强度、纸箱结构尺寸、制造加工工艺、外部环境等。由于各因素的综合影响，常常导致我们对抗压强度的预测产生一定偏差。纸箱生产企业也往往因为对这些因素认识不足，在设计、印刷及后加工过程中处理不当，造成巨大的成本浪费及客户投诉。因此，弄清这些因素的影响规律是十分必要的。1.1瓦楞纸板边压强度的影响边压强度又叫垂直抗压强度，是对瓦楞纸板试样以垂直方向施加压力，施压过程中纸板所能承受的最大力即为纸箱的边压强度。纸箱抗压强度的高低主要取决于纸板边压强度，而边压强度则与组成瓦楞纸板的各层原纸的横向环压强度、纸板的坑型组合及纸板的粘合强度有关。 瓦楞纸板的边压强度主要与各层原纸的横向环压强度有关。一般来讲，克重较高、造纸材料质量较好及紧度较高的原纸，其横向环压强度也相应越高。但并非克重高的原纸环压就一定比克重低的原纸高。以箱板纸为例，进口牛皮横向环压指数可达到12Nm/g以上，而内地一些小型造纸厂生产的箱板纸仅为8 Nm/ g，相差了30个百分点。也就是说克重为175 g / m²的进口牛卡，其环压强度相当于260 g / m²。因此，鉴定纸箱保护性能的好坏，不能以纸箱用纸克重而论。 瓦楞纸板的结构设计是很科学的，其瓦楞的楞形就如一个个连接的小小拱形门，排成一排，相互支撑，形成三角结构体，强而有力，而且平面上也能承受一定压力，富有弹性，缓冲力强，能起到防震和保护商品的作用。瓦楞形状依圆弧半径不同一般分为U形、V形和UV形三种。U型的顶峰圆弧半径较大，呈圆弧形，如B楞、C楞；V型的波峰半径较小，且尖，如A楞；UV型介于两者之间，如AB楞。据试验表明，V形楞在受压初期歪斜度较小，但超过最高点，便迅速地破坏，而U形楞吸收的能量较高，当压力消除后，仍能恢复原状，富有弹性，但耐压强度不高。另外V形楞节省瓦楞纸，粘合剂耗量较少，但加工时易出现高低楞，瓦楞辊磨损较快。UV形楞是结合U形和V形的特点，目前得到广泛的采用。 瓦楞纸板的各种坑型及其组合，就单坑纸板来说，一般A坑纸箱抗压强度最高，但易受到损坏； B坑强度较差，但稳定性好；C坑抗压力及稳定性居中。A型瓦楞具有较好的防震缓冲性，另外垂直耐压强度也较高；B型瓦楞的峰端较尖，粘合面较窄，其瓦楞高度较小，可以节省瓦楞原纸，其平面抗压能力超过A型瓦楞，B型瓦楞单位长度内瓦楞数较多，与面纸有较多的支承点，因而不易变形，且表面较平。在印刷时有较强抗压能力，可得到良好印刷效果。C型瓦楞兼有A型和B型瓦楞的特点，它的防震性能与A型相近，平面抗压能力接近B型瓦楞。E型瓦楞是最细的一种瓦楞，单位长度内的瓦楞数目最多，能承受较大的平面压力，可适应胶版印刷需要，能在包装面上印出质量较高的图文，这种瓦楞纸板和硬纸板强度差不多。表1.1 三种楞型比较表瓦楞种类平面压力垂直压力平行压力A313B131C222注： 1. 平面压力是指垂直于瓦楞纸板平面的压力。 2. 垂直压力是指与瓦楞方向一致的压力，平行压力是指垂直于瓦楞方向的压力。 3. “1”代表最强,“2”代表适中“3”代表最差。根据上述不同类型瓦楞的不同特点，单瓦楞纸箱用A型和C型为宜；双瓦楞纸箱用A、B型，B、C型相结合最为理想；接近表面的用B型，能起到抗冲击力较强的作用；接近内层的用A型或C型弹性足、缓冲力强；采有用AB型或BC型结合，使纸箱的物理性能发挥两个优越性。中包装宜选用C型楞，E型瓦楞代替厚纸板，用于小包装。最近几年，国外又发展有F楞、G楞等比E楞更小的瓦楞，同时也开发出了K楞等特大瓦楞。 除此之外，纸板粘合强度及坑形挺度也对纸板边压强度造成一定影响。坑形越挺，粘合越好，边压强度越高。存在塌坑、倒楞、脱胶等缺陷的纸板强度，其边压强度会得到不同程度的削弱。1.2纸箱结构尺寸的影响大量的数据分析表明，纸箱的抗压强度与纸箱周长、纸箱高度及纸箱长宽比存在一定关系。纸箱周长越长，抗压强度越高，纸箱周长与抗压强度存在一定的换算关系。 箱高在10厘米35厘米时，抗压强度随高度增加而稍有下降； 箱高在35厘米65厘米区间时，其抗压强度几乎不变； 箱高大于65厘米之间时，抗压随高度增加而降低。 主要原因是高度增加，其不稳定性也会相应增加。图1.2也给出了抗压强度随周边长增加而增加的规律。图1.2.1 抗压强度与纸箱周边长、箱高的关系一般来讲，当纸箱高度和周长不变时，如图1.2.2所示，纸箱长宽比在11.8的范围内，长宽比对抗压强度的影响仅为±5%。其中长宽比RL=1.21.5时，纸箱的抗压值最高。纸箱长宽比为2：1时，抗压强度下降约20%，因此设计纸箱时长宽比不宜超过2，否则会造成成本浪费。图1.2.2 纸箱断面形状与抗压强度的关系1.3纸箱制造加工工艺的影响1.3.1纸箱开孔方式部分纸箱上有通气孔、手挽孔等，这些开孔也会对纸箱的抗压造成重大影响。试验表明，开孔越大，抗压强度减损越大；开孔离顶、底部越近，离中心往左右越远，抗压强度越低；开对称孔比开不对称孔的抗压强度减损要小。 一般来说，侧面各1个手挽使纸箱的抗压强度降低20%，两侧面及正面各1个手挽使纸箱的抗压强度降低30%。有些纸箱生产企业在纸箱内壁开孔部位贴一层加强卡，这样不仅可以降低开孔给抗压强度造成的影响，同时还可以防止手挽部位受力时发生破损。1.3.1纸箱印刷工艺纸箱的印刷工艺对抗压强度的影响也不容忽视。印刷面积、印刷形状及印刷位置对纸箱抗压强度的影响程度各不相同。总的来说，印刷面积愈大，纸箱抗压强度的降低比率也愈大。满版实地，块状及长条状印刷对抗压强度的影响比较大，设计时应尽量避免。就纸箱印刷位置而言，印刷在正侧中间部位较边缘部位的抗压强度高。大量试验数据显示，单色印刷使纸箱的抗压强度降低68，双色及三色印刷使纸箱的抗压强度降低1015，四色套印及整版面实地印刷使纸箱抗压强度下降约2。对于多色印刷，采取先印刷，再覆面模切的预印加工工艺可以有效降低纸箱因印刷而造成抗压强度减损的幅度。 1.3.1模切工艺纸箱在进行模切加工过程中，由于受到外部重压，纸箱的坑形会受到不同程度的损害，因而抗压强度也会下降。比较而言，平压平模切对抗压强度影响较小，圆压圆及圆压平模切对抗压影响则大一些。譬如与印刷机连动的弧形啤切，可导致纸箱抗压强度减少25以上。1.4 外部环境的影响1.4.1温湿度的影响纸箱对温湿环境比较敏感，温度对纸箱的抗压强度影响较小，但湿度则非常明显。随着温度和湿度的增加，纸箱的抗压强度呈明显下降趋势，在温度30、湿度80%RH时开始急剧下降，当温度为45、湿度95%RH时，抗压强度下降幅度可达60%以上。图1.4.1 相对湿度对纸箱抗压强度的影响1.4.2堆码时间及堆码方式的影响纸箱的抗压强度随堆码时间的延长而降低，这种现象称为疲劳现象。试验表明，在长期载荷的作用下，只要经历一个月的时间，纸箱的抗压强度就会下降30%，在经历一年后，其抗压强度就只有初始值的50%。在设计纸箱材质时，对流通时间较长的纸箱应提高其安全系数。图1.4.2.1 堆码时间对纸箱抗压强度的影响纸箱堆码方式也对纸箱的抗压强度产生一定影响。纸箱竖坑方向承受的压力大大超过横坑方向，纸箱堆码时应保持竖坑方向受压。从试验结果来看，纸箱的箱角部位承受的压力最高，离箱角越远，承压力越低。因此纸箱在堆码时应尽量保持箱角与箱角对齐叠放。 图1.4.2.2 堆码方式对纸箱抗压强度的影响第2章 纸箱抗压强度的计算方法找出瓦楞纸箱结构工艺与纸箱抗压强度的规律，一直是瓦楞行业广大同仁致力研究的重要课题之一。瓦楞包装在欧美历史比较悠久，国外同行在对抗压强度的研究方面也有所建树，并总结出了一些抗压强度推算经验公式。其中较为流行的有： 根据瓦楞纸板原纸的环压强度计算纸箱抗压强度的凯里卡特公式(K.Q.Kellicutt)； 11以瓦楞纸板的边压强度和厚度作为瓦楞纸板的参数，以箱体周长、长宽比和高度作为标志结构的因素计算瓦楞纸箱的抗压强度的沃福公式(Wolf)； Pm瓦楞纸板边压强度（N/m）把纸板的边压强度和挺度作为影响瓦楞纸箱强度的主要因素，而且认为纸箱抗压随纸箱周长的平方根而变化的马基公式(Makee)。 Dx瓦楞纸板纵向挺度（MNm）Dy瓦楞纸板横向挺度（MNm）马基简易公式： 包卷式纸箱抗压强度计算公式： PwA包卷式纸箱抗压强度（N）；Pm 瓦楞纸板边压强度（N/m）a常数b常数第3章 纸箱抗压强度的测试方法纸箱抗压测试方法是将纸箱置于压力试验机上，以一定的速度在其顶部（或底部）均匀地施加压力，以此评定纸箱承受外部压力的能力也即纸箱对内装物的保护能力。纸箱压力实验也叫做压缩试验，是对纸箱性能的最基本测试。此项试验还可以测定纸箱在不同状态下的抗压能力。 3.1纸箱抗压测试方法纸箱的压力试验采用的设备为纸箱专用压力试验机，这种试验机有两块面积较大加压板，常见上下压板的面积有1.5m×1.5m或1m×1m两种规格。两块加压板中，有一块是支承板，其位置可根据试样的尺寸来调整，使它具有适合的高度，然后把它紧固住；另一块是加压板，可沿导杆（立柱）滑动，向试样施加压力。 试验机的最大工作能力为50KN（5000kgf），加压板移动速度为10mm/min，也有采用1 英寸/分钟的。设备应附有测量精度不低于±0.5mm的位移指示装置，有些试验机带有自动记录仪，可自行记录载荷变形曲线。 纸箱对温湿环境比较敏感，温湿度不同，纸箱的水分含量也不同。而水分则对抗压强度产生很大影响，即使同一纸箱，水分含量差异较大，测得的抗压值也存在较大差异。因此，为保证获得客观真实的测试结果，测试前须对测试试样进行温湿平衡处理。具体操作办法是将试样置于23±1 及52 ±2%RH的标准温湿环境，直至试样水分含量不再发生变化，一般试样的处理时间需12小时以上。 整个抗压测试大致分为三个阶段，首先是预压阶段，给纸箱先行施加一个220N的压力，以保证纸箱的加压板充分接触；其次是纸箱受压变形的阶段，此时纸箱在压力下慢慢变形，试验机显示的压力值稳步上升，但纸箱未出现损坏迹象；第三个阶段是纸箱的压溃阶段，此阶段的主要表征是压力值瞬间下降，纸箱变形量突然加大，这时显示的压力值即为纸箱的抗压强度。 图3.1 纸箱抗压强度测试曲线抗压测试的试样一般不少于三个，试样不能有破损，折痕，脱胶等缺陷。测试结果为各测试值的平均数，但如果测试值中有一个存在明显偏差，则应预以剔除后再取平均值。 3.2快速准确地测出纸箱抗压值的技巧抗压测试的试样预处理时间很长，而越来越短的交货期则要求纸箱在生产出来后立即知道准确的测试结果，很多纸箱厂对此深感头痛。在此，笔者提供一种不经温湿平衡处理，快速而准确地测算出纸箱抗压的方法。经过实践检验，得出的结果跟温湿平衡处理后测试的结果非常接近。进行快速测算，需要的设备除了纸箱抗压测试仪外，还需要数配备一台数字式水分测试仪，该仪器须可即时得到测试结果，且准确度在±0.5以内。 测试方法是测出纸箱的抗压强度及纸板水分含量，然后根据水分含量及抗压关系对照表推算出纸箱的抗压值，如表3.2所示。 表3.2水分含量与抗压关系对照表纸板含水量%8910111213141516抗压强度指数%1009081736659534843经测试证明，纸箱在标准温湿环境平衡后水分含量为8，故可以认定纸箱水分为8时，测得的抗压值为真实值（基准值）。若纸箱水分含量超过8，其抗压强度会有不同程度的下降，且其下降的幅度与水分含量存在一定的对应关系。因此，我们测出抗压值及水分含量后，根据对照表中的对应关系即可换算出平衡后的抗压值。 结 论控制纸箱抗压强度的关键在于系统的质量管理，对于能够出现抗压问题的各个环节应认真研究，严格控制。首先，要了解纸箱的使用环境，以高于实际使用的标准作为标准，这样在出现抗压强度问题时就能留有解决问题的余地。其次，根据标准选择合适的楞型及生产工艺，制订出原材料的检验标准。最后，根据标准对原材料及各生产工序进行严格控制，并做好相关数据的记录，结合影响纸箱抗压的各种因素，进一步分析纸箱的质量，保证纸箱抗压强度的稳定性，这样才能保证纸箱的质量越来越好。参考文献1 刘喜生主编，包装材料学，吉林大学出版社（1997）。2 彭国勋主编，物流运输包装设计，印刷工业出版社（2006）。3 汤伯森、向红主编，包装动力学，湖南大学出版社(2001)。4 郭彦峰、许文才主编，包装测试技术，化学工业出版社（2006）12