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瓦楞纸箱抗压强度的影响分析及测试方法

瓦楞纸箱抗压强度的影响分析及测试方法

发布时间:2018⑴0⑴2 16:46    浏览量:
瓦楞纸箱抗压强度的影响分析及测试方法,瓦楞纸箱是现代包装中使用zui广泛的包装容器之1,因其质轻、易折叠、价格便宜、可重复利用等优点,使其用量得到显著增加。随着瓦楞纸箱利用市场的扩大,纸箱用户对其质量和性能愈发刻薄,要求瓦楞纸箱在各种环境下,应具有足够的承受外界载荷时的力学强度。其中,抗压性能综合反应了纸箱的基本特性,同时对流通中的货品起到保护作用,因此是瓦楞纸箱质量控制的重要指标。
  瓦楞纸箱的抗压性能是指瓦楞纸箱在遭到压力时的耐压强度及对内容物的保护能力,通常常使用抗压强度来表示。为了便于计算瓦楞纸箱的抗压强度,前人提出了很多经验公式,如凯利卡特公式、马基公式等。其中,凯利卡特公式被公认为计算结果相对误差zui小的公式: PK=PX(4aXZ/Z)2/3ZJ
  式中,PK为计算出的抗压强度,N;PX为瓦楞原纸的综合环压强度,N/cm;Z为纸箱的周长,cm;aXZ为瓦楞常数;J为纸箱常数;
  通过公式,我们可以看出原纸的综合环压强度,和纸箱的周长与瓦楞纸箱的抗压强度有着直接关系。除此以外,成型工艺和外界环境因素也会产生交互影响,导致瓦楞纸箱的抗压性能产生不同程度的降落。


瓦楞纸箱抗压强度的影响分析及测试方法


1、原纸的质量影响
1、原纸的定量
  定量,即为纸张克重。对同纤维结构和制造工艺的原纸来讲,其环压强度等于该原纸的定量乘以环压指数。GB/T 13023⑵003罗列了不同类型的瓦楞原纸的环压指数,见表1。因此,同材质的瓦楞原纸的环压强度,取决于实际利用的原纸的定量,定量越大,成型纸箱的抗压强度也越大。在此基础上,原纸定量的稳定性,即纸张各处的厚度是否是是均匀1致也是影响着成品纸箱抗压性能稳定性的重要缘由。
2、原纸的紧度
  紧度,是指每立方厘米的原纸的重量,是衡量原纸组织结构紧密程度的指标,决定着原纸的刚性、强度、透气性和吸收性等特性。当多种原纸利用粘合剂粘合后,紧度高的原纸由于本身纤维具有较强的相互牵拉力,从而与粘合剂的结合效果好,整体的粘合强度高。反之,粘合剂则容易被原纸吸收分散,相同的施胶剂量,单位面积的胶量减少,着落了原纸间的粘合强度,间接影响了成品瓦楞纸箱的抗压强度。
3、原纸的水份与施胶度
  瓦楞纸箱所用的原纸1般由植物性纤维构成,经过1系列加工,会含有1定量的水份,正常应控制在9%~12%,利于瓦楞成型。若原纸含水量低于9%时,施胶后原纸会吸湿而产生气泡,减少了瓦楞与面纸/里纸的粘结面积。若原纸含水量太高,则施胶易分散,着落了粘合强度。
  于此同时,施胶度也会对原纸的水份含量产生1定的影响。通常,在原纸生产中,施加1定量的耐水性的胶体物以提高原纸抗水性的工艺为施胶。这1工艺要求施胶度公道,才能使原纸不容易吸湿,保持其含水量的稳定,进而保障成品纸箱的抗压强度。但是,若施胶度太高,即水份含量较低,原纸纤维会变的松脆,影响成箱后的抗压强度。若原纸的施胶度太低,则没法阻隔吸收外界的潮气,造成原纸的含水量增高,纤维膨胀,环压强度大幅着落。
2、瓦楞纸箱的成型工艺影响
1、瓦楞纸箱的棱形、波形
  瓦楞纸箱的楞形1般分为A、B、C、E、K5种,其中前4种利用zui为广泛。A型楞是zui先发明的1种瓦楞形状,具有zui大的瓦楞间距和高度,单位长度内瓦楞数量zui少,这类形状富有1定的弹性,能发挥良好的缓冲性能,承载较大的冲击力;B型楞与A型楞截然相反,瓦楞高度zui低,单位长度瓦楞密度大,纸板表面平整,具有较高的平压强度,在外界压力下不容易变形,稳定性好。C型楞的楞高和单位长度内的瓦楞数均介于A型与B型之间,性能也介于2者之间。E型楞的瓦楞楞薄而密,其刚性和强度、手感硬度较好。综合以上各种楞形的特点,成箱后的抗压强度从高到低顺次为A、C、B、E。在实际利用中,为了取得更高的抗压强度,通常采取两种或3种楞形结合的方式构成3层、5层或7层的瓦楞纸板。
  除楞形以外,构成瓦楞纸板的波形也会对瓦楞纸板和成箱的强度造成影响。V形、U形和UV型是3种主要波形,分别具有不同特点,如表2。从表中可以看出,UV型是1种理想波形,生产者亦可以根据实际需求选择合适的波形。
表2. 瓦楞纸板的3种波形优劣势
瓦楞波形
优势
劣势
V型瓦楞波形
1、 节省粘合剂
2、 平面抗压强度高
1、 粘合强度较低
2、 受力冲击变形后难以恢复
U型瓦楞波形
1、 着胶面积大,粘合强度高
2、 圆形楞顶,富有弹性
1、 粘合剂用量大
UV型瓦楞波形
既保持V形楞的高抗压力,又具有U形楞的粘合强度,并富有较好的弹性
2、瓦楞纸箱的长、宽、高
  在瓦楞用纸的材质与楞形、波形1致的情况下,成品纸箱的长宽高设计与其抗压强度有着紧密的联系。根据经验,瓦楞纸箱的长宽之比在1~1.8之间,对其抗压强度的影响zui小,仅为±5%,当2者比例为1.5左右时,纸箱的抗压强度zui高[1]。另外,纸箱的高度不宜太高,应控制在350~650mm之间[2],当高度增加时,不稳定性骤增,抗压强度也会随之降落。因此在设计纸箱的尺寸时,宜综合考量3方比例,既保障纸箱具有良好的抗压强度,又能减少本钱的浪费。
3、印刷工艺
  在重视品牌宣扬的今天,瓦楞纸箱的印刷设计越来越遭到重视,却不知,印刷工艺在1定程度上也会造成成品纸箱抗压强度的降落。主要体现在两个方面:(1)印刷压力的影响。传统印刷进程会对瓦楞纸板施以1定的压力,若压力过大则易将瓦楞压溃,使其失去本来的抗压功能;(2)油墨的浸润影响。油墨是印刷工艺不可或缺的组成部份,但它会对瓦楞纸板表面产生浸润作用,严重着落纸箱的抗压强度。当印刷面积大和套印次数多的时候,则会使这类浸润作用更加明显。
3、环境因素——湿度影响
  根据上述介绍,瓦楞纸箱因采取吸水性很强的纤维材料,极易吸收水份,引发抗压强度的降落。除加工进程中对材料含水量的控制外,生产环境、寄存环境、使用环境、天气、等因素都有可能造成瓦楞纸箱的高湿环境。根据研究资料的分析,相对湿度从40%上升到60%,抗压强度降落的幅度zui大,到达17%;其次是相对湿度80%至90%区间,抗压强度降落了10%;降落幅度zui小的是60%至80%区间,为7%[3]。因此,可以看出,瓦楞纸箱周围的湿度越大,抗压强度的损失也就越大。
4、瓦楞纸箱抗压强度的准确测算
  文章前面已介绍过经典的抗压强度计算公式-——凯利卡特公式,虽然准确度已获公认,但不可否认,这是1个基于静态因素的测算公式,没法反应出成型工艺、印刷设计和环境因素的动态影响,经此公式测算的抗压强度与实际仍有1定差距。因此,现代企业更多的是利用纸箱抗压实验机进行准确丈量。标准GB/T 4857.4⑵003《包装 运输包装件基本实验》规定了抗压强度的测试方法,下面结合XYD⑴5K纸箱抗压机进行简单介绍。
  抗压实验的基本原理是将实验品放置于纸箱抗压机的压板之间进行加压,直至试样破坏或到达预定载荷和位移值时为止。由此衍生为3种抗压实验模式,即“定压力测形变”、“定形变测压力”和“压溃”。具体方法以下:
  1、试样温湿度预处理。将样品箱置于23℃,50%RH的环境下4小时进行试样调理。
  2、将预处理后的试样封装好,放置在纸箱抗压机的下压板中心,如图1。若采取“定压力测形变”模式,则需设置预定压力(“定形变测压力”模式则需预设形变量)、初始载荷值等参数,并调解高度参数至试样高度值,其中初始载荷值的设定是为了使上压板与试样到达充分接触,可参照表3进行设置。启动实验,上压板在系统的控制下以适当的速度向下运行,当试样所受的压力到达初始载荷值时,位移量自动清零,当压力继续增大至设定压力值时,仪器自动结束实验,并显示试样的变形量。而“压溃”模式则无需压力和位移量设置,试样所承受的压力值曲线不断上升,在试样压溃的节点到达峰值后开始降落,当压力值降到zui大值的70%时,自动结束实验。
  3、笔者共测试了5个尺寸为22 cm(高) × 32 cm(长) ×30 cm(宽)的瓦楞纸箱试样,抗压强度分别为3405 N、3462 N、3419 N、3455 N、3431 N。
5、结语
  瓦楞纸箱在现代生产中的地位越来越重要,其质量关系到商品的储运安全。抗压强度作为瓦楞纸箱质量的有效衡量标准之1,不但遭到成型工艺、印刷设计的影响,与环境因素也密不可分。因此,在平常生产中,应加强纸箱抗压强度的检测,通过掌控力值与变形量的变化曲线,结合各影响因素,进1步完善瓦楞纸箱的质量。

  • 李江山
  • 炊具检测行业技术专家
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