瓦楞纸箱抗压强度的测试和分析

        瓦楞纸箱的强度，分为抗压强度和堆码强度两种评价方式。静载荷堆码强度，是在一定的时间内，在瓦楞纸箱包装上施加恒定的质量，分析纸箱产生的变形量或损坏情况的载荷。 一般静态堆码情况下，*下层的纸箱能够承受堆码静载荷的*小值应为Ps=G(H／h-1)，其中，G为单个毛重，H为堆码高度，h单个纸箱的高度。

        瓦楞纸箱抗压强度(P)是指在抗压试验机上，均匀施加动态压力下至箱体破损的*大负荷及变形量。纸箱的抗压强度与*小堆码静载荷的关系为P=K×Ps。考虑到纸箱安全性，根据流通环境的不同和流通周期的长短，安全系数(劣变系数)K通常情况下取值2．5以上。

瓦楞纸箱抗压强度的测试和分析二、瓦楞纸箱抗压强度测试分析       

        抗压强度的测试设备：纸箱抗压试验机。

        抗压测试过程分四个阶段：

        **阶段是预加负荷阶段，确保纸箱与抗压机压板接触；第二阶段是横压线被压下阶段，此时负荷略有增加，变形量变化很大；第三阶段是纸箱侧壁受压阶段，此时负荷增加快，变形量增加缓慢；第四阶段是纸箱被完全破坏时，此时为纸箱的压溃点。实际上，纸箱整个承压过程中主要是4个角受力，大约占整个受力总量的2／3，在纸箱制造过程中，操作人员位尽量减少对瓦楞纸箱4个棱角周围瓦楞的破坏。

        纸箱的抗压强度分为有效值与*终值。抗压测试时力值的变化有时是由慢到快直至溃点，有的是平稳递加至溃点。在抗压测试中有个规律，力值的变化有时有一定的缓冲：即当力值与变形量增加到一定程度后，力值停止而变形量继续增加，经过一段时间以后，力值继续增加，直至纸箱的溃点。把缓冲前的力值称为有效力值，缓冲前的变形量称为有效变形量。缓冲以后，虽然力值可以继续增加，但是纸箱已开始变形，不能达到使用要求了，所以判定纸箱抗压强度好坏的标准应该是抗压测试时的有效力值。

        瓦楞纸箱的质量越好，抗压强度的有效值越高，有效值和*终值的偏差越小。分析瓦楞纸箱的抗压强度一般要通过5个纸箱进行实验(GB／T6543—2008《运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》标准规定)的平均值来表示。当然，每个实验数据之间的 
偏差越小，纸箱的抗压性能越稳定。所以，评价纸箱抗压强度的3个方面：有效负荷、变形量和测试值偏差。

   瓦楞纸箱抗压强度的测试和分析三、0201型瓦楞纸箱抗压强度的核算

      利用凯里卡特简易(K．Q．Kelli—  eutt)公式(主要对0201型瓦楞纸箱)，可以估算纸箱的抗压强度，同样根据客户的抗压强度要求，来选择合适性能的纸张，以便于采购和配纸。

        P=Px?F

        P-瓦楞纸箱的空箱抗压强度(单位N)

        Px——原纸的横向综合环压强度(单位N／cm)F-为凯里卡特简易常数(可以查阅相关的科技书籍或纸箱资料得到相应数据，该数据是与楞型的种类和纸箱的周边长有关的常数)。

        三层瓦楞纸板原纸的综合环压强度Px=(面纸的环压力值R1+里纸的环压力值R2+楞纸的环压力值  R3×瓦楞芯纸的缩率C)／15．2五层瓦楞纸板原纸的综合环压强度Px=(面纸的环压力值R1+里纸的环压力值R2+楞纸的环压力值R3  X瓦楞芯纸的缩率C1+楞纸的环压力值R4×瓦楞芯纸的缩率C2+夹芯的环压力值R5)／15．2

        环压力值，均指原纸横向的环压力值(单位N／0．152m)。为了估算的准确性，必须依据实际测试数值为准。环压力值R=定量w(单位g)×环压指数R(单位N．m／g)×0．152(单位m)。C1和C2为瓦楞芯纸的收缩率，即瓦楞芯纸与面纸长度之比。        例1某三层C楞纸箱，外径周长110cm，面纸、里纸选用175g优等牛皮箱板纸，楞纸选用105g优等瓦楞芯纸，计算该纸箱所能达到的抗压强度：  c楞的缩率C=1．42；查国标，面纸、里纸的环压指数为9．50N．m／g，楞纸的环压指数为8．5  N．m／g；根据周长  z=110cm，经查表得凯里卡特简易常数为F=51．2。    R1=R2=175  ×9.50×0.152  =252.7N    R3=110  ×8．5×0．152=142．12  N

        代人公式得    (R1+R2+R3×  C)／15．2  ×  F：(252．7+252．7+ 142．12  ×  1．4208)／15．2×51．2=46．53  ×51．2=2382．336N=243Kg        故，此瓦楞纸箱能够达到243公斤的抗压强度。例2某三层B楞纸箱，周长为120  cm，抗压强度要求为1500  N，面纸、里纸选用160g一等牛皮挂面箱板纸，楞纸选用优等品瓦楞芯纸，试计算瓦楞芯纸应选用的定量查国标，面纸、里纸的环压指数为7．50  N．m／g；查表得凯里卡特简易常数，F=46．2。

        设楞纸的定量w为未知数，B楞缩率C=1．3592，Z=120cm，P=1500  N  R1=R2=160  ×  7．50  ×  0．152=182．4N  P=(R1+R2+R3  ×  C)／15．2  ×  F：(182．4+182．4+R3  ×  1．3592)／15．2  ×46．2=1500  N    ∴R3=128．7  N而  R3=W×R×0．152=128．7  N  W×R=846．7如果瓦楞芯纸的环压指数取值  R=8．5以上，则W=100  g

        该纸箱所用的瓦楞芯纸应选用100g左右的优等瓦楞芯纸。通过理论上的估算，能够对制造过程中各工序进行指导，排除影响抗压强度的各种制造因素，获得纸箱抗压强度的稳定性。需要说明的是，使用同样纸张进行搭配，因各个公司制造工艺的不同，同规格的纸箱成型后能够达到的抗压强度也有差距，所以，必须根据实际制造工艺的不同进行校核，才能设计出满足抗压要求的纸箱。

 瓦楞纸箱抗压强度的测试和分析四、影响瓦楞纸箱抗压强度的因素分析

        1．纸张的横向环压强度

        (环压指数  ×定量×0．152)是保证纸箱抗压强度的核心，其他的物理性能也不容忽视

        比如，纸张特别是芯纸抗张强度不够时，纸箱在抗压测试中会出现力值与变形量一直平稳递加，*终值很高而有效力值很低，箱体测试后变形如手风琴状的情况。纸张本身的抗水性能也很关键，特别是冷藏用箱(贮存环境相对湿度很大，有的接近饱和)，有时虽然纸箱的抗压强度很高，但由于纸张不抗水，纸箱存放在冷库中就容易吸潮，造成塌箱。所以，对冷藏用箱和夏季梅雨季节，要求瓦楞原纸和箱纸板生产厂家造纸时，必须进行纸内施胶，以增加抗水性。

        2．纸箱的箱型结构与版面装潢设 
   
        2．1箱体的周长

        箱体的四边周长，相当于墙体的四壁，一般情况下，周长越长，抗压强度越高(注意不成比例)

        2．2箱体的长宽比一般规律为箱角处抗压强度*大。离箱角越远，抗压强度越低。在长边方向ZX处的抗压强度*低。通过实验数据，抗压强度的峰值在长宽比为1．4时*大，所以，在设计时理想的比例应为1．2—1．4。

        2．3纸箱的高度的影响规律

        通常周边长一定时，开始抗压强度随着箱体高度的增大而下降，达到一定的高度后，高度的变化基本上不影响抗压强度的大小。

        2．4箱壁的开孔

        为了便于搬运或换通气的需要，有些纸箱在侧壁需要开孔，由于开孔处的瓦楞被破坏，抗压强度产生劣变。

        由于纸箱的四棱，承受主要的抗压直力，所以开孔位置越接近4个棱，越接近箱底或箱顶边，以及开孔面积越大，抗压劣变越大。

        2．5版面装潢设计对抗压强度的影响

        如果印刷面积越大，特别是满版印刷，那么，水性印刷机使用的印刷压力相对来讲就会越大，对瓦楞高度(纸板厚度)的破坏越大，纸箱抗压强度劣变越大。

        由于每一色的印刷滚筒都要对纸板进行一次压印，所以印刷色数越多，对纸板厚度的破坏越大，抗压强度劣变越厉害。特别强调得是，横向(垂直瓦楞方向)的条状印刷，对纸箱抗压强度的裂变*严重。实际上，这相当于人的肋骨被重重的击伤，当然承重能力大大下降。  

 3．纸箱的制造工艺对抗压强度的影响

        3．1瓦楞辊楞齿的磨损 影响瓦楞的楞高以及纸板的黏合，造成纸板的厚度降低；瓦楞辊和涂胶机的上胶量增大，影响生产线的速度、瓦楞成型和使纸板含水率增大；瓦楞辊的真空吸附不好，肯定影响成楞的效果；冷凝水排出管堵塞或者安装角度和角度不合适，造成饱和水蒸气在单面机和双面机热板表面的温度达不到工艺要求，影响黏合剂的糊化，这些都会使抗压强度产生严重劣变。

        3．2横压线宽度对抗压强度的影响    在同样条件下，纸箱的横压线每加宽1mm，纸箱的抗压强度下降100N左右，变形量增加约2mm。压线过宽，会造成纸箱在抗压测试时力值增加缓慢，有效力值小，*终变形量大。 因此，瓦楞纸板生产线纵切机必须配备三种压线方式(凸对凹、凹对凸、凸对平)，根据纸箱的特殊要求，选择不同的压线方式和和压线宽度，显得尤为重要。

        3．3糊机调压式触压棒的选择    传统的糊机采用重力压辊上胶方式，如果长时间生产小幅度的纸板，上糊辊和重力压辊中间的部分磨损严重。当生产大幅面纸板的候_中部出现磨损，那么中间部分就会上不好胶，造成纸板脱胶、起泡和贴合**等问题，而两边没有磨损的地方由于压力的原因，又会把瓦楞纸板的楞形不同程度地压扁变形，上胶量过多使纸板变软，抗压强度下降。在变换纸的材质(高克重与低克重之间的变换)，以及变换瓦楞楞形时，都需要调整压纸重力辊的间隙。这是一个不易进行的工作，调整不好就会把纸板瓦楞压扁或者是上不了胶，导致纸板报废。如果操作人员为了省事，不论何种楞型都用一个*小的间隙，纸板的强度就会造成很大的破坏。比如，B瓦楞的楞高是2．7mm，按正常标准上糊辊和重力压辊的间隙为2．6mm才能上糊均匀，也就是说按正常的调整也要把瓦楞纸板的楞形压扁了0．1mm，而压扁了的纸板就会用去很多的胶，当然压扁了的和上胶量多的纸板在硬度和抗压强度上就要下降很多。

        而糊机触压棒是安装在贴合机上，用来代替传统的重力压辊，并由一组具有压力均衡的弹力压片所组成。触压棒是采用很多耐磨的弧形片板与弹簧连接而成的，弹簧的弹力始终让弧形片板均匀地贴合在上糊辊上，即使是上糊辊磨损凹陷，弹**板也会随着凹陷，始终让瓦楞芯纸均匀地贴合在上糊辊上，使瓦楞芯纸上糊均匀。

        触压棒压片设计与上糊轮相同的弧度，确保压力稳定，着糊均匀和便于控制胶量。压片上有独立控制的弹力装置，自动调整不规则跳动，避免压扁楞形，保证纸板强度。目前市场上，压片的弹力装置有机械弹簧和自动调压式两种方式。

        普通弹簧式触压棒的弹簧压力不可调整，以及弹簧弹性易出现疲劳，而造成一系列的问题。比如，弹簧压力大会压扁瓦楞，影响抗压和施胶过多，致使车速变慢、纸板发软；弹簧压力小则会施胶不均匀一纸板脱胶、起泡等，所以，是否选用调压式触压棒对抗压强度有一定的影响。

        调压式触压棒的气动调压系统采用稳定可靠的气缸式推杆设计，配以**的精密加工和进口的耐磨气动材料，保证触压棒可以长期稳定可靠的运行，使用该装置无需调整高度即可随意通过各种纸张材料。当纸的材质薄厚和楞型发生变换时无须调整间隙。这样，瓦楞芯纸在进入糊机上糊时，瓦楞高度与上糊后出糊机时的楞高基本保证不变，避免出现倒楞或压扁楞尖，保持完好楞型，且上糊均匀，节省大量的玉米淀粉胶，*终纸板接近理想标准，使抗压强度高，保证了工艺需求以及纸板的厚度、抗压强度。

        3．4双面机烘干部热压板

        烘干部热压板安装在热板部位，是用来取代传统的滚筒压轴，使瓦楞纸板在热板部分快速传热烘干的新产品。烘干部热压板，是由特制的耐磨材料不锈钢片和特制的弹簧连装而成，每块热烘板分为一组，每组热压板可根据不同速度不同温度自动选择升降，操作方便。我们知道，任何一种物质都有热胀冷缩的特性，当瓦楞纸板经过热板烘干时会带走大量的热量，使热板底和面的温度不一致。上面的温度低，热烘板就下凹变形，尤其是**至第五块变化*明显。速度越快，带走的热量越多，变形越大。另外，传统的滚筒压轴是一根直线，是线接触，不会随着热板变形而弯曲。        

        这样中间部位就触压不到，而两边又压得过重，造成纸板中间脱胶、起泡、贴合**等，当然两边的瓦楞形状被压扁。另外，它的传热效率低，如果车速过快就会因纸板热量不足而脱胶，导致贴合**。由于滚筒压轴是分散安装的，重量不易调整，很容易把瓦楞纸板的楞形压扁和出现倒楞现象，生产出的纸板也会弯曲不平整，尤其是单瓦楞与双瓦楞纸板变换时更不易调整。热板部触压板专门针对以上问题而设计，它的工作原理与糊机上弹簧式触压棒一样，都是通过弹簧和分组的耐磨不锈钢片组装而成，通过弹力均恒的弹簧，能随时保证施加给热板所需的稳定压力，使瓦楞芯纸完全地贴合在热烘板上，让瓦楞纸板的每一个地方都能受热均匀。不论是热板变形凹陷或是凸出，弹力均衡的弹簧始终把一片片的压板随着热板的凹陷或凸出而贴合在热板上，即使是使用质量较差的芯纸，也不会把楞形压扁，并且受热效率高，糊化速度快，纸板不脱胶、不起泡、贴合良好，生产出的纸板既平整又坚硬，抗压强度能够满足设计要求。

 3．5纸板的平整度

        由于纸张含水率的不均匀，纸张张紧力的不一致造成的纸板翘曲，纸箱成型后，由于不平整在直立方向上分散抗压力会影响抗压强度，影响*后抗压强度。  

      
        3．6开槽与钉合

        开槽过深超过横压中线过多，纸箱成型后会出现边角叠洞，影响抗压强度。根据纸箱四角承受绝大部分的承重，在制造过程中，工艺上有时采取形成一定的包角措施来增加抗压强度。

        钉距的均匀性、头尾钉距上下边的距离大小，会严重影响纸箱的抗压强度。  GB／T  6543—2008((运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱)要求，头尾钉距面底压痕中线距离为6—20mm，单钉间隔≤80mm，双钉≤110mm，并且要排列均匀。     

   
        4．纸箱含水率、环境的相对湿度对纸箱抗压强度的影响

        根据相关实验资料，一般情况下纸箱含水率每增加一个百分点，抗压强度就会下降5—10％。存放纸箱环境的相对湿度越大，纸箱的抗压强度下降越明显。

        5．流通环节对纸箱造成的裂变

        堆码方式尽可能不要错开堆放，尽可能重叠整齐存放，否则，很容易造成纸箱的疲劳，出现塌箱事故。在运输和装卸流通环节中，踩压、振动、冲击和用绳子拉紧盖布，对纸箱的厚度和抗压强度产生很大影响，必须制定严格的产品防护细则，以控制对纸箱瓦楞纸板厚度的破坏，以免*终影响纸箱的抗压强度。