瓦楞紙箱抗壓強度的影響因素及設計和檢測

岳青青+王振華

瓦楞紙箱具有良好的剛度、強度和緩沖性能，憑借綠色環保、成本低廉、便于倉儲和運輸等優點，已逐漸取代木箱等包裝容器，成為運輸包裝的主力軍。為保證內裝物在倉儲、運輸等過程中不發生損壞，瓦楞紙箱各項強度指標均要滿足使用要求?？箟簭姸茸鳛橥呃慵埾涞闹匾笜酥?，能反映整個制箱工藝的綜合特性以及瓦楞紙箱的內在強度質量。因此，抗壓強度的研究對提高瓦楞紙箱使用性能、降低物流貨損率、減少原材料消耗等具有非常重要的意義。

瓦楞紙箱抗壓強度的影響因素

瓦楞紙箱抗壓強度的影響因素主要可以歸納為以下幾點：瓦楞紙箱的制造工藝、瓦楞紙箱的結構、瓦楞原紙與芯紙的性能、瓦楞紙箱運輸及儲存環境條件。

1.瓦楞紙箱的制造工藝

瓦楞紙箱的制造工藝主要包括印刷、模切壓痕、開孔等工序。印刷面積及印刷壓力越大，瓦楞紙箱抗壓強度的損失也越大。當壓痕線與瓦楞楞向平行時，壓痕過程對瓦楞紙箱抗壓強度的影響較??；但當壓痕線與瓦楞楞向垂直時，瓦楞紙箱的抗壓強度受壓痕過程的影響較大。此外，研究證明，瓦楞紙箱的開孔位置離紙箱中心越近，對瓦楞紙箱抗壓強度的影響越??；離紙箱中心越遠，對瓦楞紙箱抗壓強度的影響越大。需要注意的是，在瓦楞紙箱上端開孔比在下端開孔對其抗壓強度的影響更大。

2.瓦楞紙箱的結構

瓦楞紙箱的結構不同對其抗壓強度的影響也不同。影響主要集中在瓦楞紙箱的長寬比、高度、周長3個方面。試驗數據表明，長寬比變化對瓦楞紙箱抗壓強度具有非常明顯的影響，在瓦楞紙箱周長和高度一定的情況下，長寬比在由1.0變為2.0的過程中，瓦楞紙箱抗壓強度呈現先增加后降低的趨勢，當長寬比在1.4左右時，瓦楞紙箱抗壓強度達到最大。當瓦楞紙箱高度較高時，其堆碼時的穩定性就會變差，抗壓強度也會隨之降低。此外，瓦楞紙箱的抗壓強度與其周長成正相關性，即在一定范圍內，瓦楞紙箱周長越長，抗壓強度越高，反之抗壓強度越低。

3.瓦楞原紙與芯紙的性能

瓦楞紙箱的原材料是決定瓦楞紙箱抗壓強度的重要因素之一，主要表現在兩個方面：一方面，瓦楞原紙與芯紙的質量以及搭配是否合理對瓦楞紙箱抗壓強度有明顯影響；另一方面，瓦楞原紙的綜合環壓強度與瓦楞紙箱的抗壓強度呈顯著線性關系。

4.瓦楞紙箱儲運的環境條件

（1）濕度的影響

國產瓦楞原紙大多以草漿為原材料，主要成分為纖維素、半纖維素和木質素，而葡萄糖基作為構成這些成分的基本化學單位，使纖維素、半纖維素、木質素都具有較強的親水性。因此，環境濕度對瓦楞紙板的各項力學性能影響較為顯著。研究人員采用有限元法研究了環境濕度對瓦楞紙箱抗壓強度的影響，結果表明，瓦楞紙箱抗壓強度隨著環境濕度的增大而降低，且降幅較為明顯。

（2）堆碼的影響

為了降低物流成本，很多商家會通過增加堆碼高度來提高包裝容積利用率。但是在重力作用下，上方貨物會對下方貨物施加壓力，這種壓力會對瓦楞紙箱的抗壓強度造成一定損害，并且損害程度與堆碼時間和堆碼方式有很大關系。研究表明，瓦楞紙箱的抗壓強度隨堆碼時間的延長而降低。而不同的堆碼方式對瓦楞紙箱抗壓強度的影響也是不同的，常見的堆碼方式有交錯堆碼及重疊堆碼兩種，重疊堆碼時，由于瓦楞紙箱箱角承受的壓力最高，這種情況下所需要的抗壓強度最高。

（3）裝卸與運輸過程中振動與沖擊的影響

近年來，機械裝卸方式在物流運輸中逐漸得到普及應用，但這無疑增加了貨物在流通過程中遭受外力振動沖擊的次數。在實際運輸中，瓦楞紙箱所受的振動沖擊強度與運輸工具及運輸距離等有關。在鐵路運輸中，振動沖擊強度主要受運輸距離的影響，運輸距離越長，瓦楞紙箱所受的振動沖擊越強。而在汽車運輸中，振動沖擊強度除了受運輸距離影響外，還與道路條件、行駛速度、貨物在車廂內的放置位置等因素有關。

運輸過程中的振動沖擊強度越大，對瓦楞紙箱抗壓強度的影響越大。在裝卸過程中，瓦楞紙箱的四角及棱邊落下時對其抗壓強度的影響也非常大。

瓦楞紙箱抗壓強度的設計

在設計運輸包裝時，要想實現強度最高、成本最低的包裝方式，需要充分了解產品的流通環境，綜合考慮各種因素來設計多種方案，通過實驗驗證來確定最優方案。瓦楞紙箱抗壓強度的設計需要考慮諸多因素，如瓦楞紙箱內容物的種類、數量、重量、排列方式，以及箱體的長寬高尺寸等。對此，可根據國家標準GB/T 6543-2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》中瓦楞紙箱需滿足的最低抗壓強度計算方法，針對不同內裝產品來設計瓦楞紙箱的抗壓強度。

1.箱型的選擇

GB/T 6543-2008中列出了多種瓦楞紙箱箱型，在實際使用中可根據內裝物選擇適合的箱型。經過綜合比較，0201型瓦楞紙箱節省原料、易加工、使用方便，在產品運輸中應用較為廣泛。

2.瓦楞紙箱尺寸的設計

在設計瓦楞紙箱尺寸時，首先應確定內裝物的數量及排列方式，根據國際貿易慣例，作為運輸包裝的瓦楞紙箱的單箱重量一般不超過20kg，最大為25kg，而我國國家標準規定單箱重量最大為18kg。瓦楞紙箱內裝物的數量即可通過單箱最大重量除以單件產品的重量來計算確定，再根據內裝物的數量對其排列方式進行設計。設計瓦楞紙箱尺寸時需要考慮多方面的因素，實踐表明：當長寬比為2.0時，用料最??；長寬比為1.4左右時，瓦楞紙箱的抗壓強度最大。此外，還應結合堆碼方式、標準化尺寸、美學因素及安全原則等因素進行設計。

3.瓦楞紙箱抗壓強度的設計

（1）根據公式1來確定堆碼層數。

N=H×h （公式1）

其中，N為堆碼層數；H為集裝箱高度（一般為2.5～3.0m）；h為瓦楞紙箱高度（單位為m）。

（2）根據堆碼層數利用公式2來估算堆碼強度。

Ps=G×9.8×（N-1） （公 式2）

其中，Ps為堆碼強度（單位為N），G為瓦楞紙箱包裝件的質量（單位為kg）。

（3）安全系數K的確定。安全系數K可根據產品儲存運輸環境的溫濕度條件、振動沖擊強度、儲運時間及內裝產品是否有一定支撐來確定。安全系數K一般取2以上，當內裝產品不能承受任何載荷時安全系數K為7，內裝產品能承受1～2倍載荷時安全系數K為5，內裝產品能承受3倍以上載荷時安全系數K為3。內裝產品的垂直承載能力可以通過測試來確定，從而選擇相應的安全系數。

（4）根據堆碼強度利用公式3計算瓦楞紙箱的抗壓強度。

P= Ps×K （公式3）

其中，P為瓦楞紙箱抗壓強度（單位為N）。

幾種瓦楞紙箱抗壓強度的檢測

1.普通結構瓦楞紙箱正向抗壓強度檢測

普通結構瓦楞紙箱正向抗壓是指搖蓋在上、下兩面承受壓力的情況，其抗壓強度與紙板邊壓強度、紙箱結構、搭接方式有關，一般可按照常規方法進行設計和檢測。

2.扁平型瓦楞紙箱側向抗壓強度檢測

扁平型瓦楞紙箱（搖蓋在側面）側向抗壓是指搖蓋承受壓力的一種情況，從目前研究來看，其抗壓強度與紙板的物理性能沒有線性定量關系。由于這種瓦楞紙箱的受力方向與瓦楞方向不一致，需要改變目前紙板的邊壓強度測試方法，才能找到該邊壓強度與抗壓強度的相關性。從實際檢測中發現，這種瓦楞紙箱的抗壓強度與其實際結構尺寸或受力面積的相關性更強，受力面積越小，抗壓強度越大。此時，需按照瓦楞紙箱抗壓強度的要求進行設計和實際檢測。

3.帶底托盤的瓦楞紙箱抗壓強度檢測

帶底托盤的瓦楞紙箱便于裝卸、堆碼，其抗壓一般是指瓦楞紙箱的正向抗壓。這種瓦楞紙箱在堆碼時，上面瓦楞紙箱的底托與下面瓦楞紙箱的上表面局部接觸，使其表面局部承受壓力。這類瓦楞紙箱的抗壓強度設計需考慮托盤與紙箱的接觸面積、紙板的邊壓強度等多種因素，其強度測試應按照實際堆碼方式確定。

4.加內襯或護角板瓦楞紙箱抗壓強度檢測

為了節省材料以及提高抗壓強度，有些瓦楞紙箱的內部需要加內襯或護角板，在對這類瓦楞紙箱的抗壓強度進行檢測時，需要綜合考慮瓦楞紙箱盒內襯或護角板的性能，并按照實際應用方式進行檢測。

5.高溫高濕環境處理后瓦楞紙箱抗壓強度檢測

對物流環境有特殊要求（如防潮、防水）的瓦楞紙箱，需要考察在高溫高濕條件下，瓦楞紙箱抗壓強度的變化。根據包裝物流環境要求，此類瓦楞紙箱的紙板應選用防潮箱板紙，成箱后按照實際物流達到的最嚴厲溫濕度條件進行處理，再進行抗壓強度檢測，對比環境條件處理前后瓦楞紙箱抗壓強度的變化。這種測試對于海運、跨地域運輸儲存的瓦楞紙箱具有重要意義。