陳滿儒, 馬領(lǐng)校, 張 偉

(1.陜西科技大學(xué)設(shè)計與藝術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710021; 2.紹興進(jìn)出口檢驗檢疫局， 浙江 紹興 312000)

0 引言

無論是國內(nèi)銷售的產(chǎn)品還是出口國外的產(chǎn)品，瓦楞紙箱都是現(xiàn)今用于物流環(huán)節(jié)的主要包裝材料，自然在運輸中對產(chǎn)品的保護(hù)扮演著相當(dāng)重要的角色.凡是加工制造業(yè)的產(chǎn)品，如輕工產(chǎn)品、家電產(chǎn)品、紡織產(chǎn)品等，都需要采用瓦楞紙箱包裝，而礦物產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品、鋼材產(chǎn)品采用瓦楞紙箱包裝的很少，但是今后重型瓦楞紙箱的發(fā)展將迅速進(jìn)入了這些行業(yè).

從紙箱包裝本身的性質(zhì)來看，它是一種綠色包裝產(chǎn)品，更受歡迎.目前我國紙箱行業(yè)正在向多功能的方向發(fā)展，紙箱包裝早已從單純的運輸包裝向運輸與銷售包裝相結(jié)合的方向發(fā)展，也由此引出了紙箱包裝輕量化、高強(qiáng)度、細(xì)瓦楞、精印刷、異型箱結(jié)構(gòu)以及預(yù)印問題等.因此，紙箱不僅在強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)方面有著很大的發(fā)展空間，而且在功能方面也有著其他包裝材料難以代替的優(yōu)勢.

1 瓦楞紙箱的瓦楞方向及其強(qiáng)度性能

瓦楞紙箱是一種在運輸包裝中起保護(hù)作用、方便貯運的半剛性包裝容器[1]，國內(nèi)外學(xué)者已對其特性進(jìn)行了深入的研究，如承載性能、壓縮變形規(guī)律、力學(xué)模型、抗壓強(qiáng)度計算公式等，最具代表性的是McKee[2]研究了瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與紙板橫向剛度和縱向剛度、紙箱周長、紙板平壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，總結(jié)出了抗壓強(qiáng)度的經(jīng)驗公式——McKee公式.Gartaganis[3]、Koning[4，5]研究了瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與紙箱長、寬、高以及紙板強(qiáng)度之間的關(guān)系.國內(nèi)的余本農(nóng)[6]等在研究McKee簡化公式的基礎(chǔ)上，總結(jié)了另一種計算方法，該方法考慮了長寬比、高度比等因素對紙箱抗壓強(qiáng)度的影響.

瓦楞紙箱的實際保護(hù)能力直接影響到內(nèi)裝產(chǎn)品的安全，因而考慮到產(chǎn)品在流通過程中可能遭遇到的環(huán)境，比如集裝箱的高溫、陰雨連綿的季節(jié)、在堆碼時承受的上層產(chǎn)品的壓力、運輸過程中的顛簸、搬運過程的碰摔等諸多因素，可能需要整體瓦楞紙箱包裝件具有抗擠壓、抗震緩沖、防潮防水、防靜電等功能.

瓦楞紙箱幾種主要強(qiáng)度性能和意義[7-9]如下：

(1) 抗壓強(qiáng)度：考核紙箱可承受的最大壓力值及紙箱包裝設(shè)計的產(chǎn)品保護(hù)強(qiáng)度，檢驗紙箱是否可承受堆碼重力，計算公式為：

BCT=5.87*ECT*(BP*T)1/2

(1)

其中，BCT(Box compression test)為紙箱抗壓強(qiáng)度 (kN)，ECT(Edge crush test)為邊壓強(qiáng)度(kN/m),BP(Box inner dimension perimeter)為紙箱內(nèi)周長(m)，T(Thickness of corrugated board)為瓦楞紙板厚度(m).

(2)邊壓強(qiáng)度：瓦楞紙箱承受重力主要是靠楞，邊壓即是考核楞強(qiáng)度的指標(biāo).影響瓦楞紙板邊壓強(qiáng)度的主要因素有瓦楞紙板的生產(chǎn)工藝、瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)、瓦楞紙板的楞形、瓦楞粘合劑等因素.

(3)耐破度:考核紙板單位面積所能承受均勻增大的最大壓力值.該指標(biāo)反映了紙箱在實際運輸環(huán)境中承受靜態(tài)的局部擠壓的能力.

(4)戳穿強(qiáng)度：考核紙板耐外部突然沖擊所能承受的能量.

瓦楞紙板是一種具有粘-彈-塑性的非金屬夾層結(jié)構(gòu)材料，由于在3個相互垂直的方向上植物纖維和其他成分的空間分布不同、排列及取向不同，因而其力學(xué)性質(zhì)具有明顯的各向異性[1].而單就整個包裝件中瓦楞紙箱的作用主要是其抗擠壓、耐破和防潮等性能來看，其中最主要的是瓦楞紙箱的抗壓性能，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度主要體現(xiàn)于瓦楞芯紙的強(qiáng)度和瓦楞的方向，一般縱向強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向強(qiáng)度，也就是說不同強(qiáng)度的瓦楞芯紙做成的紙箱在橫向和縱向有不同的強(qiáng)度.目前除了常用的一種瓦楞方向和面紙平行的瓦楞紙板外，還有一種新型的瓦楞縱向和面紙垂直的瓦楞紙板，這種瓦楞紙板的性能和結(jié)構(gòu)類似于蜂窩紙板，其平壓強(qiáng)度比較高，但是邊壓強(qiáng)度和耐折度比較低，因此它的主要用途是作為緩沖材料.

2 不同瓦楞方向的箱型[10-12]和瓦楞紙箱強(qiáng)度分析[13-15]

2.1 單瓦楞不同瓦楞方向的箱型及其力學(xué)性能

對于單瓦楞紙箱而言，主要有兩種瓦楞紙箱比較有實用價值和工藝上的可操作性，一種是瓦楞紙箱成型后瓦楞方向平行于水平方向(以下簡稱為水平型單瓦楞紙箱)，這是我們現(xiàn)在常用的一種，這種瓦楞紙箱在垂直方向的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于側(cè)面水平方向的強(qiáng)度.所以，這種紙箱對于垂直受壓易損的產(chǎn)品來說保護(hù)效果最好.從工藝上講，排版比較節(jié)省材料，尺寸受門幅限制的幅度小，箱型如圖1所示.另外一種是瓦楞紙箱成型后瓦楞方向與水平方向垂直(以下簡稱為垂直型單瓦楞紙箱)，這種瓦楞紙箱的強(qiáng)度性能剛好與水平型單瓦楞紙箱相反，其垂直受壓的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于側(cè)面水平受壓，目前在瓦楞紙箱方面還沒有太多實際運用，主要原因可能是工藝上受到門幅的限制，但在現(xiàn)實中我們經(jīng)常會利用瓦楞紙板的這種特性，比如將瓦楞紙板做成圍框或者用紙板作為內(nèi)襯來加強(qiáng)瓦楞紙箱的強(qiáng)度.由于這種瓦楞紙箱所具有的這些特性，因此較適用于在垂直方向自身能承受較大的載荷而不易損壞，且側(cè)面有易損件，水平方向自身承載或者抗沖擊能力較差的產(chǎn)品，比如塑料瓶，啤酒瓶等產(chǎn)品，箱型如圖2所示.

圖1 水平型單瓦楞紙箱 圖2 垂直型單瓦楞紙箱

2.2 雙瓦楞不同瓦楞方向的箱型及其力學(xué)性能

對于雙瓦楞紙箱而言，主要有3種瓦楞方向的瓦楞紙箱具有實用價值和工藝上的可操作性：

一種是兩個瓦楞的方向相同且在成箱后均平行于水平方向的瓦楞紙箱(以下簡稱為水平型雙瓦楞紙箱)，這種紙箱與垂直型單瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度性能的特點基本相同，在實際中應(yīng)用也較多，如圖3所示.

另外一種是兩個瓦楞的方向相同且在成箱后均垂直于水平方向的瓦楞紙箱(以下簡稱為垂直型雙瓦楞紙箱)，這種紙箱與水平單瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度性能的特點基本相同，模型如圖4所示.

第三種是兩個瓦楞方向互相垂直，且其中一個瓦楞方向垂直于水平方向，另外一個瓦楞方向平行于水平方向(以下簡稱為垂直交叉型瓦楞紙箱).由于這種箱子具有一定的對稱性，所以任何一個瓦楞方向在里面或者外面均不影響瓦楞紙箱的性能，因此箱型選擇里層瓦楞方向為水平型，外層為垂直型，這種瓦楞紙箱按照理論其抗壓強(qiáng)度在各個方向是一樣的，但在實際中還有待實踐，具有全方位的保護(hù)功能，箱型如圖5所示.

圖3 水平型雙瓦楞紙箱 圖4 垂直型雙瓦楞紙箱

圖5 垂直交叉型雙瓦楞紙箱

3 結(jié)束語

綜上所述，對于上述瓦楞紙箱，從生產(chǎn)工藝和實際使用方面可以總結(jié)出以下幾點[13-16]：

(1) 對于垂直型單瓦楞和雙瓦楞紙箱，其生產(chǎn)工藝可以為流水線機(jī)械化生產(chǎn)，除了在寬度(門幅)尺寸有一定限制外，長度尺寸沒有限制，不影響實際的應(yīng)用，是目前實際應(yīng)用的主要形式.由于其生產(chǎn)的易操作性，這兩種紙箱也將一直成為主要的紙箱包裝形式.

(2) 對于水平型單瓦楞和雙瓦楞紙箱，其生產(chǎn)工藝比前兩種復(fù)雜一些，所需工時較多，并且目前也只能是以一塊紙板的形式生產(chǎn)，同時其長寬最大尺寸受瓦楞紙板生產(chǎn)門幅尺寸的限制，目前瓦楞紙板生產(chǎn)門幅有1 600 mm、1 800 mm、2 500 mm等尺寸.這兩種瓦楞紙箱的優(yōu)點是側(cè)面承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于頂部的承載能力，但對部分特殊的產(chǎn)品，比如自身承載能力差的產(chǎn)品存在易碎件突出在側(cè)面等問題.此外，這種瓦楞箱不適于開手孔，或者開手孔時需要一定的輔件保護(hù)孔的邊沿，以增強(qiáng)孔邊緣的強(qiáng)度.

(3) 對于垂直交叉型瓦楞紙箱，其生產(chǎn)工藝和水平型瓦楞紙板基本相同，也只能是以一塊紙板的形式生產(chǎn)，并且尺寸也受限于瓦楞紙板的生產(chǎn)門幅.這種瓦楞紙箱結(jié)合了前面4種紙箱的各種優(yōu)點，頂部和側(cè)面的承載能力相同，對于產(chǎn)品的保護(hù)是全方位的，但是底部的承載能力比垂直型雙瓦楞紙箱差，側(cè)面承載能力比水平型瓦楞紙箱差,即使是開手孔也不影響紙箱強(qiáng)度，這種瓦楞紙箱主要適用于類似燈泡這種各個方向都易碎的產(chǎn)品的包裝.

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