洗滌用品紙箱外包裝設計及實例

梁潤成

北京綠傘科技股份有限公司，北京，100094

紙箱是產品防護、搬運、存儲的重要包裝物，據統計，2021年我國紙箱產量高達3 444萬噸[1-2]。家庭清潔產品目前液體類占主要，各種液體洗滌劑在存儲運輸過程中，多數用紙箱做外包裝。據國家統計局數據顯示，2020年1—12月累計生產情況，肥皂及洗滌劑制造業規模以上企業數量373家，其中液體洗滌劑（洗衣液和餐具洗滌劑）產量753.92萬噸[3]。常規渠道非電商類家庭清潔液體洗滌劑產品包裝通常每箱重量為5 kg～20 kg，由此國內每年會使用大量紙箱，并且紙箱在產品構成中占重要成本和質量影響。合理設計紙箱可以既滿足產品防護性能要求，又合理控制成本。

1 紙箱設計基本要求

每款產品針對外觀、印刷、尺寸、耐破強度、抗壓強度等要求進行設計，設計時需考慮產品包裝重量、運輸距離、碼放高度、存放空間濕度環境、碼放方式等，既能滿足產品需求，又要合理控制成本。對紙箱設計提出較高要求。

1.1 印刷和外觀

印刷需要符合標準GB/T 191—2008《包裝儲運圖示標志》，條形碼需要符合商品條碼相關標準，涉及宣傳類如環境標志產品和綠色產品等需按照對應產品標準要求進行合規應用圖案。紙箱屬于可回收物，可印刷可回收標識，具體可以參考標準GB/T 18455—2022《包裝回收標志》。

1.2 紙箱尺寸

紙箱尺寸主要考慮內裝瓶或袋形狀、大小和碼放方式，同時需要考慮托盤大小。目前流通較多的托盤尺寸為1 200 mm×1 000 mm，需充分利用托盤，提高庫房儲存能力，也需要考慮人工搬用方便性。目前超市展示產品紙箱高度主要為100～350 mm，周長900～1 500 mm。

設計尺寸時需要考慮尺寸對箱體抗壓性能的影響，GB/T 6543—2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》中規定，內裝物在5 kg以內，最大綜合尺寸為700 mm，在10 kg以內為1 000 mm，在20 kg以內為1 400 mm。瓦楞紙箱的長、寬之比一般不大于2.5∶1，寬高之比一般不大于2∶1，一般不小于0.15∶1。長寬比在1.2～1.5時抗壓強度最高，紙箱高度在100～350 mm時，抗壓強度隨著高度增加而稍有下降[4]。

設計尺寸時要充分考慮內裝物與向內頂隙間距，對于后期碼放怕壓噴頭、泵頭貨側封蓋類型產品，要預留5～10 mm間隙，對于內裝瓶可承壓類產品，要預留3～5 mm間隙。

1.3 耐破強度

紙板耐破強度對后期搬運和運輸過程起重要作用。根據GB/T 6544—2008《瓦楞紙板》標準要求和配紙實際情況，BC楞紙板通常耐破強度≥800 kPa。

1.4 紙箱抗壓強度

紙箱抗壓強度是紙箱最重要的一個質量衡量指標，對后期存儲運輸至關重要。合理設計既能滿足實際需求，又可以合理控制成本。

1.4.1 紙箱抗壓強度設計

公式為：P＝K·G（H-h）/h×9.8

公式中：P為抗壓強度，N；K為強度安全系數；G為瓦楞紙箱包裝件的質量，kg；H為堆碼高度，mm；h為瓦楞紙箱高度，mm。

不同產品和庫房條件，碼放的高度不同，通常以人體搬運高度為宜，選擇2 m高度，部分庫房放置在3 m高度。

根據內裝包裝物和實際流通情況綜合選定安全系數，通常安全系數選擇整數。對于軟包裝袋類、噴頭類、泵頭類產品一般選擇安全系數為5-7，對于產品為瓶裝并可承壓類產品一般選擇安全系數為3-4。

2 日化產品案例

以一款500 g噴頭類產品為例，對其箱體尺寸、抗壓強度和耐破強度進行設計。

2.1 箱體尺寸設計

以一款500 g帶噴頭A產品為例，計劃箱內裝24瓶，綜合包裝成本較為合理。瓶長、寬、高為99 mm、48 mm、262 mm，箱內碼放方式為每排6瓶，共計4排，中間有插板，紙箱內徑尺寸為405 mm×298 mm×270 mm。產品質量含瓶、噴頭和紙箱為13 kg，最大綜合尺寸為973 mm，長寬之比為1.36∶1，寬高之比為1.10∶1。箱內盛放數量、物品質量、最大綜合尺寸、箱體長寬之比和箱體寬高之比較為合理。

2.2 抗壓強度設計

2.2.1 碼放高度和層數

箱體高度外徑290 mm，考慮人工搬運和碼放，高度設定為2 m，最大碼放高度為7層。

2.2.2 安全系數

箱體選擇為常規BC雙瓦楞紙箱，內裝產品屬于噴頭類產品，且在全國流通，流通周期為2-10個月，選擇安全系數5。

2.2.3 抗壓強度選定

產品、瓶和紙箱總計重量13 kg，碼放層數為7層，考慮后期流通期長和存儲環境濕度大等問題，安全系數設定為5，根據抗壓強度計算公式得出紙箱抗壓強度3 822 N，此要求通常指標準條件溫度為23 ℃，相對濕度為50%。

2.2.4 選擇紙箱紙板邊壓強度和配紙

根據紙箱尺寸、抗壓強度、楞型計算紙箱用紙板邊壓強度，再根據紙板邊壓強度要求進行紙板的每層配紙，選擇適合的用紙。A產品選擇雙層瓦楞結構BC楞，選擇凱里卡特（Kellicutt）公式計算邊壓強度[5]：

式中：P為瓦楞紙箱抗壓強度，lb（N）；PX為紙板邊壓強度，lb/in（N/cm）；4aXz為瓦楞常數；J為楞型常數；Z為紙箱周長，in（cm）。

通過以上公式可得A 產品紙板邊壓強度為54.28 N/cm，即5 428 N/m。

紙板邊壓強度主要與每層紙板橫向環壓強度R、選用紙質定量W和紙橫向環壓指數有關。橫向環壓強度計算公式為：R＝W×r

式中：R為橫向環壓強度，N/m；W為紙質定量，g/m2；r為橫向環壓指數，N·m/g。

對于五層瓦楞紙板：R＝W1×r1+W2×r2+W3×r3+Wb×rb×cb+Wc×rc×cc

式中：rb為B楞收縮率，通常為1.361；rc為C楞收縮率，通常為1.477[5]。

通過以上可根據實際用紙定量和用紙品質進行合理配紙。

2.3 紙箱紙板耐破強度

公式為：P＝X·G[5]

式中：P為耐破強度，kPa；X為耐破指數，kPa·m2/g；G為紙板定量，g/m2。

根據配紙的紙板定量和耐破指數確定紙板耐破強度。

2.4 新配紙紙箱驗證

2.4.1 抗壓強度和耐破強度驗證

在恒溫恒濕箱（廠家為上海一恒科學儀器有限公司）標準條件下23 ℃/50%RH平衡48 h后，用紙箱壓力儀（廠家為濟南蘭光機電技術有限公司）測試紙箱抗壓強度，耐破強度為3 889 N。對于確定紙板配紙和尺寸的紙箱，在不同濕度條件下放置，對其抗壓強度影響較大。選擇溫度為23 ℃，相對濕度為30%～90%，對抗壓強度和耐破強度進行測試，結果見表1和圖1。

表1 不同濕度條件下抗壓強度和耐破強度

圖1 相同溫度不同濕度條件下紙箱抗壓強度

2.4.2 抗壓強度實驗時紙箱最大形變量

在標準條件下23 ℃/50%RH測試紙箱抗壓強度，壓潰力最大時紙箱整體高度變形量為13.2 mm，見圖2。如果紙箱形變量大，需要將產品裝箱驗證開箱產品是否有變形。不同材質紙配置紙箱，在壓潰力最大時的變形量差異非常大，通常為5～20 mm。

圖2 紙箱不同抗壓強度對應變形量

2.4.3 堆碼試驗

按照GB/T 4857.3—2008《包裝 運輸包裝件基本試驗 第3部分：靜載荷堆碼試驗方法》，在紙箱上方放置390 kg重物，放置24 h后觀察，紙箱沒有發生明顯變形。

2.4.4 提升抗壓強度

（1）箱內增加插頁：箱內增加插頁，可以有效分割，防止后期運輸過程中產品在箱內移動，同時采用不同形式的插頁可以增強紙箱的整體抗壓強度。

采用A產品紙箱對三種插頁進行實驗，插頁使用同紙箱材質紙板（表2）。

表2 不同插頁影響

（2）雨季適當增加配紙：紙箱的抗壓強度設定主要考慮稱重和安全系數。如果在夏季雨季時，室內空氣相對濕度＞80%，可以適當調配材質或增加楞紙厚度，增加紙箱抗壓強度，也可以采用較好的面紙防止吸潮，也可以采用在紙箱表面涂蠟、增加膜等方式防止紙箱強度急劇降低，同時也可以采用適當降低碼放高度、加快物流周轉期等措施確保紙箱防護不變形。

3 總結

（1）現有洗滌用品包裝紙箱主要以BC楞為主，紙箱設計時需針對外觀、印刷、尺寸、耐破強度、抗壓強度等要求，參數設計時需考慮產品包裝重量、運輸距離、碼放高度、存放空間濕度環境、碼放方式等，既能滿足產品需求，又要合理控制成本。

（2）對設計紙箱進行驗證，特別是抗壓強度、堆碼試驗和變形量對箱內產品影響較大，確保在正常存儲、物流等環節起到防護產品作用。

（3）通過箱內插頁優化設計可以滿足產品分割和提升抗壓強度。對于特殊產品可以選擇更好的面紙或通過涂蠟、覆膜等方式應對高濕度條件存儲。