■ 文/達(dá)成包裝制品（蘇州）有限公司 孫 亮，張惠忠

評價(jià)瓦楞紙箱性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一是紙箱的抗壓強(qiáng)度。而影響瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的因素有很多，如箱體結(jié)構(gòu)、載荷大小、堆垛方式、紙張含水率，以及不同的壓線形式等。目前對這些因素的研究比較多，但很少有瓦楞紙箱堆碼在木托盤上垂懸而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度影響的研究。Uldis I.Ievans針對紙箱堆碼垂懸引起的抗壓強(qiáng)度降低指數(shù)，提出垂懸減弱因子(OLF)的計(jì)算公式[1]：

OLF=抗壓強(qiáng)度降低率/紙箱周長垂懸率 （1）

因此，本文將從紙箱長邊、短邊、雙邊垂懸對抗壓強(qiáng)度影響的角度出發(fā)（垂懸形式如圖1所示），并考慮到不同大氣環(huán)流時(shí)垂懸對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響，在此基礎(chǔ)上提出改善的解決方案。

圖1 紙箱垂懸形式

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

實(shí)驗(yàn)使用的瓦楞紙箱為市場常見的普通0201型開槽紙箱，紙箱平面尺寸滿足GB/T 4892—2008中模數(shù)要求，長寬高尺寸設(shè)為395 mm×295 mm×380 mm。楞型為BC楞，材質(zhì)220 g/m2+120 g/m2+100 g/m2+120 g/m2+220 g/m2（皆為優(yōu)等品）。

為了滿足實(shí)驗(yàn)所需要的瓦楞紙箱垂懸實(shí)驗(yàn)組和對比組，非標(biāo)木托盤尺寸及鋪板間的間隙均為特殊定制。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：微電子程控抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)儀，QD-3001A；步入式高低溫濕試驗(yàn)箱，ETE-GDJS。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

為了使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具有實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，木托盤被放置在平坦的地面上，同時(shí)在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，每一組垂懸實(shí)驗(yàn)組相應(yīng)的都會(huì)設(shè)置對比組。

1.3.1 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)GB/T31148—2014中規(guī)定，常用“川字式”托盤上木條數(shù)量為11條，間隙為25 mm，如圖2所示。但調(diào)查本公司的400余家客戶所用1 200 mm×1 000 mm標(biāo)準(zhǔn)托盤上木條數(shù)量大多為7根、8根、9根、10根，并且木條的間隙也都大于25 mm。

圖2 GB/T31148-2014中川字式托盤尺寸

實(shí)驗(yàn)中每個(gè)瓦楞紙箱內(nèi)裝25 kg的沙子作為擬裝物，堆碼4層。在瓦楞紙箱垂懸25 mm、48 mm、68 mm、95 mm時(shí)，分別研究：

（1）瓦楞紙箱的長、短、雙邊垂懸對抗壓強(qiáng)度的影響。

（2）考慮季節(jié)性的影響，設(shè)計(jì)垂懸48 mm、68 mm時(shí)，引入不同溫濕度，比較瓦楞紙箱垂懸不同距離導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度的影響。

（3）探究增加3層和5層瓦楞墊板后對紙箱抗壓強(qiáng)度影響。

其中：以短邊垂懸為例，如圖3所示。

圖3 短邊垂懸實(shí)驗(yàn)

1.3.2 測試標(biāo)準(zhǔn)和方法

本次實(shí)驗(yàn)的抗壓強(qiáng)度的測試按照GB/T 4857.4—2008的標(biāo)準(zhǔn)測試，每一組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將堆碼的最下面一層紙箱中的擬裝物取出，封箱后放在微電腦程控抗壓試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試，并記錄下測量的數(shù)值。另外，將垂懸的實(shí)驗(yàn)組與對比組抗壓強(qiáng)度的差值除以對比組的抗壓強(qiáng)度，作為抗壓強(qiáng)度衰減率。

2 結(jié)果與討論

2.1 長邊垂懸對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響

瓦楞紙箱長邊垂懸25 mm、48 mm、68 mm、95 mm,抗壓強(qiáng)度的衰減情況如圖4所示。紙箱垂懸距離越長，抗壓強(qiáng)度的衰減程度呈現(xiàn)上升趨勢。其中：瓦楞紙箱在長邊方向上垂懸95mm時(shí)，僅僅24h，抗壓強(qiáng)度衰減9%以上。分析原因是：如表1所示，長邊垂懸95mm，紙箱垂懸部分面積占比達(dá)32.20%。

圖4 長邊垂懸距離不同對抗壓強(qiáng)度的影響

表1 長邊垂懸對抗壓強(qiáng)度影響

2.2 短邊垂懸對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響

在4層堆碼時(shí)，將瓦楞紙箱的短邊方向垂懸25 mm、48 mm、68 mm、95 mm，抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如圖5所示。24 h后，抗壓強(qiáng)度衰減呈現(xiàn)緩慢上升趨勢且總體偏小。但是48 h后，抗壓強(qiáng)度衰減率有了明顯的增加。與長邊垂懸相比，短邊垂懸致抗壓強(qiáng)度衰減程度偏低。

圖5 短邊垂懸距離不同對抗壓強(qiáng)度的影響

產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是：如表2所示，短邊方向垂懸時(shí)，垂懸25 mm、48 mm、68 mm的紙箱底部垂懸的面積占比相較于長邊垂懸時(shí)整體偏小，垂懸對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度影響比較小。隨著時(shí)間延長到48 h，垂懸對抗壓強(qiáng)度的影響逐漸顯現(xiàn)出來。

表2 短邊垂懸對抗壓強(qiáng)度的影響

當(dāng)短邊方向垂懸95 mm時(shí)（垂懸部分面積占比24.05%），相較于長邊垂懸24 h和48 h，短邊懸邊抗壓衰減僅有3.63%和6.8%。

2.3 長邊方向上雙邊垂懸對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響

在實(shí)際堆碼時(shí)，由于操作不規(guī)范，紙箱兩邊同時(shí)垂懸的情況也普遍存在，但是紙箱的兩邊同時(shí)垂懸95 mm情況一般不會(huì)出現(xiàn)，因此本次實(shí)驗(yàn)對雙邊垂懸95 mm不作探究。雙邊垂懸情況如圖6所示。

圖6 雙邊垂懸

紙箱的長邊方向雙邊垂懸25 mm、48 mm、68 mm，抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如圖7所示。

圖7 雙邊垂懸對抗壓強(qiáng)度影響

紙箱雙邊垂懸距離越長，抗壓強(qiáng)度衰減呈現(xiàn)上升趨勢，且24 h和48 h之間抗壓強(qiáng)度衰減相差不大。

但是當(dāng)雙邊垂懸68 mm時(shí)（見表3），垂懸面積占比達(dá)到了46.1%，24 h和48 h后雙邊垂懸的抗壓強(qiáng)度衰減率僅有9.3%和10.8%。主要原因是：雙邊垂懸68 mm時(shí)，頂部載荷施加在底部紙箱的作用力相較于長邊方向單邊垂懸136 mm時(shí)更加均勻，且在堆碼中不會(huì)出現(xiàn)整體失穩(wěn)傾斜的問題。

表3 雙邊垂懸對抗壓強(qiáng)度的影響

2.4 不同溫濕度條件下長邊垂懸對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響

環(huán)境的溫濕度是影響紙箱抗壓強(qiáng)度的重要因素之一，本實(shí)驗(yàn)選擇了3個(gè)溫濕度模擬四季:溫度23℃，相對濕度50%（春、秋）、溫度5℃，相對濕度30%（冬）以及30℃，相對濕度85%（夏）。其中在實(shí)驗(yàn)箱中進(jìn)行的高溫高濕（溫度30℃，相對濕度85%）環(huán)境下垂懸時(shí)，13 h就出現(xiàn)了紙箱坍塌的情況。因此在該條件下，只進(jìn)行八小時(shí)實(shí)驗(yàn)。

從表4可以看出：溫度5℃，相對濕度30%時(shí)，長邊方向垂懸48 mm和68 mm的抗壓強(qiáng)度衰減率相比較于23℃，相對濕度50%整體偏低。因此低溫低濕度環(huán)境下，瓦楞紙箱的各項(xiàng)性能最佳，垂懸造成的抗壓影響最小。

表4 短邊垂懸對抗壓強(qiáng)度的影響

瓦楞紙箱在高溫高濕（30℃，相對濕度85%）條件下，堆碼放置8 h后，抗壓強(qiáng)度的衰減就達(dá)到27.32%和35.65%。原因是：紙箱在高溫高濕環(huán)境里，垂懸造成抗壓強(qiáng)度的衰減因紙箱含水率增加而被放大。

2.5 增加瓦楞墊板對底層紙箱抗壓強(qiáng)度的影響

本次實(shí)驗(yàn)采用了材質(zhì)140 g/m2+90 g/m2+140 g/m2的3層瓦楞紙墊板和材質(zhì)140 g/m2+90 g/m2+90 g/m2+90 g/m2+140 g/m2的5層墊板。同時(shí)實(shí)驗(yàn)組中除了設(shè)置對比實(shí)驗(yàn)組外，還設(shè)置了紙箱放置在間隙95 mm且不垂懸的實(shí)驗(yàn)組。

增加瓦楞紙墊板實(shí)驗(yàn)組、對比組的結(jié)果如圖8所示。在放置了3層瓦楞紙板和5層瓦楞紙板的瓦楞紙箱經(jīng)過24 h后，抗壓強(qiáng)度相較于對比組降低了2.9%和1.9%，并且可以發(fā)現(xiàn)5層墊板比3層墊板的效果更好。這是因?yàn)閴|板不僅可以弱化瓦楞紙箱在堆碼過程中垂懸，還間接地起到了一定的緩沖作用，有利于瓦楞紙箱堆碼和運(yùn)輸。

圖8 增加墊板后紙箱抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

同時(shí)，放置3層墊板的紙箱抗壓強(qiáng)度衰減由原來的9%降低到2.9%，放置5層墊板的紙箱降低到1.9%，而一塊墊板的價(jià)格約為3元人民幣，與整托的紙箱相比微不足道。

3 結(jié)論和解決方案

通過對瓦楞紙箱在木托盤上不同的垂懸方式和環(huán)境溫濕度變化對瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)研究，得到結(jié)論如下：

（1）垂懸相同距離，短邊垂懸比長邊垂懸對抗壓強(qiáng)度影響小,同時(shí)雙邊垂懸相比較于單向長、短邊影響要小。

（2）抗壓強(qiáng)度衰減率與垂懸部分面積占紙箱底面總面積的百分比密切相關(guān)，垂懸面積占比在15%以內(nèi)時(shí)，抗壓衰減約為4%。占比15-25%時(shí)，抗壓衰減約為8%。占比30%以上時(shí)，抗壓強(qiáng)度衰減將在9%以上。

（3）低溫低濕環(huán)境下，垂懸對抗壓強(qiáng)度的影響較小。高溫高濕情況下，垂懸對抗壓強(qiáng)度影響很大。

（4）在木托盤上分別放置一張3層瓦楞和5層瓦楞墊板，24 h后抗壓強(qiáng)度的衰減由9%(不加墊板)降低到2.9%(3層墊板)和1.9%(5層墊板)。

本次實(shí)驗(yàn)僅進(jìn)行24 h、48 h，在實(shí)際倉庫堆碼以及運(yùn)輸中遠(yuǎn)不止24 h、48 h。為了延長瓦楞紙箱的使用壽命，避免紙箱在堆碼過程中垂懸，或使垂懸距離盡量小，解決方案如下：使用國家標(biāo)準(zhǔn)托盤；在堆碼中一定會(huì)發(fā)生垂懸時(shí)，盡量使用短邊垂懸；倉儲(chǔ)運(yùn)輸中盡量保持低溫低濕。同時(shí)夏季時(shí)紙箱需要做防潮處理；紙箱尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮在托盤上的堆碼情況，對倉儲(chǔ)或者搬運(yùn)操作工人進(jìn)行堆垛培訓(xùn)；對于重載荷紙箱，抗壓強(qiáng)度值設(shè)計(jì)時(shí)比較極限或者無法避免垂懸的情況下，可以在標(biāo)準(zhǔn)托盤上加放瓦楞墊板來減少抗壓強(qiáng)度的損失。