瓦楞纸箱抗压强度的计算方法及强度提高的优化措施.pdf

瓦楞纸箱抗压强度的计算方法及强度提高的优化措施 杨利玲,王卫东 (兰州理工大学,甘肃 兰州 730050) 摘 要:介绍瓦楞纸箱的抗压强度的计算方法,并提出提高纸箱抗压强度的几点思考。 关键词:瓦楞纸箱;抗压强度;措施 中图分类号:TH114 文献标识码:A 文章编号:1007 - 4414(2004)03 - 0029 - 02 国民经济各部门对瓦楞纸箱包装使用范围逐渐多样化, 对其的质量要求也越来越高。瓦楞纸箱是一种薄壁结构的包 装容器,具有质量轻、 强度高,易加工成型、 易折叠,便于运输 和搬运、 易回收和再生利用、 印刷适应性优良、 成本低等特性, 已广泛应用于食品、 水果、 蔬菜、 电子产品、 工业器件、 文化用 品等工农业产品的销售包装和运输包装。显然瓦楞纸箱在销 售包装和运输包装中占有绝对优势,是替代木箱的最佳运输 包装容器。但是由于瓦楞纸箱包装质量问题而造成的损失也 是惊人的,据统计,我国由于包装不善而造成的损失竟高达近 百亿元!大多数包装箱在运输、 存储过程中,往往要多层叠放 或堆放,除不规范装卸和不按要求的高度叠放或堆放因素外, 包装箱本身的质量达不到标准要求是一个重要因素,为了保 证被包装物品不受损害,就要求包装箱必须具有一定的抗压 强度。 1 抗压强度的概念1 抗压强度主要是表征材料受压后至压溃时所能承受的最 大压力。现行国家标准GB/ T6543 - 86瓦楞纸 规定:瓦楞纸 箱抗压强度值P(Pa)不应小于按下式所得的计算值: P = KGH - h Sh (Pa)(1) 式中:K为强度保险系数; G为瓦楞纸箱所装物品的质量, (kg) ;H为堆码高度,(cm) ;h为箱高, (cm) ; S为箱底面积, (cm 2) 。 用YE250包装件压力试验机进行检验,如果测试值低于 计算值就说明该纸箱不能最低限度保护被装物品不受损害。 1. 1 瓦楞纸箱受压的力学模型 设纸箱的长、 宽、 高分别为L、B、H ,见图1。对空纸箱进 行抗压实验时,可观察到载荷分布并不均匀,纸箱压溃后四面 变形的情况如图2所示。箱面中央变形最大,为鼓出状,箱面 上出现压溃后的折痕(似抛物线)。实验证明,瓦楞纸箱受压 时,平面承载能力分布如图3 ,直棱处强度最好。横边中点强 度最差,由此可见,瓦楞纸箱的负载主要有4个角承担,是瓦 楞纸箱抗压强度的4个支柱。 2 瓦楞纸箱抗压强度的计算方法 目前使用的瓦楞纸箱抗压强度计算方法很多,大体上可 分为两类,一类是根据瓦楞纸板用原纸的强度进行计算,如凯 利卡特和马丁荷尔特法;另一类则是直接根据瓦楞纸板的强 度进行计算,如沃福和莫基法。 图1 纸箱承受垂直载荷示意图 图2 纸箱压溃后四立面变形情况 图3 纸箱受压时 2. 1 凯利卡特( kellicutt)公式 P = Px 4ax2 Z 2/3 zJ 式中:P为瓦楞纸箱的抗压强度; Px为每英寸原纸的综合环 压值(N/ cm) ;Z为纸箱周长, Z= 2 ( L + B) (cm) ;ax2为瓦楞 系数;J为纸箱系数。 原纸综合环压强度计算式如下: 单瓦楞纸板Px= ( R 1+R2+RmC) /6 双瓦楞纸板Px= ( R 1+R2+R3+Rm1C1+Rm2C2 ) / 6 92 第17卷 第3期 2004年7月 机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH Rm1、Rm2为各层瓦楞芯纸环压强度测定值; C1、C2为 各层瓦楞芯纸的伸放率,也称瓦率,即指瓦楞芯纸展开长度与 波纹形长度之比; 上述公式中的瓦楞系数、 纸箱系数与瓦楞伸放率见表1。 表1 各种楞型的纸箱系数、 瓦楞系数与瓦率 楞型ax2JC A8. 360. 591. 532 B5. 000. 681. 361 C6. 100. 681. 477 D13. 360. 55 从以上的凯利卡特公式可以看出,纸箱的长宽纵横比与 抗压强度有关系,试验结果证明,纵横尺寸比例变化时,纸箱 抗压强度差别很大。 2. 2 莫基公式 P = aPmb(DxDy) (1 - b) Z(2 b-1) 式中:P为瓦楞纸抗压强度; Pm为瓦楞纸板边压强度; Dx为 瓦楞纸板横向抗弯刚度; Dy为瓦楞纸板纵向抗弯强度; Z为 瓦楞纸箱周长; a、b为试验常数,美国、 澳大利亚求得a= 2. 843, b= 0.75,我国尚未求出。 简化推导出的实际使用瓦楞纸箱抗压强度计算: BCT = 6 BS FW 式中:BCT为瓦楞纸箱抗压强度,kg;BS F为瓦楞纸板强度因 素,kg/mm ;W为承载箱面宽度,mm。 纸箱抗压强度受瓦楞纸板性能、 纸箱结构、 纸箱尺寸和形 状的影响。并且纸箱的抗压能力来自垂直箱面的承载能力, 水平位置的摇盖箱面对纸箱抗压不起作用2。 3 提高纸箱强度的的几点思考 3. 1 加强对原材料质量的控制和选购 瓦楞纸箱的实用性能直接或间接地取决于原纸的抗压强 度,提高箱纸板和瓦楞原纸的抗压强度是改善纸箱强度的关 键措施。瓦楞纸板是由面纸、 瓦楞纸和芯纸构成的,实际上质 量的控制应该从原材料开始,根据内装物的质量和尺寸选用 合适的面纸、 愣纸和纸芯,对于不同内装物的质量和尺寸要选 用不同的原材料,提高纸板的边压强度实际上就是提高面纸 的环压强度,瓦楞芯的平压强度,在定量相通、 价格相同的情 况下,选择纸的环压强度高、 瓦楞芯的平面强度高的原材料就 能迅速提高纸板的边压强度,这对于提高瓦楞纸箱的抗压强 度,降低成本是非常重要的。在纸箱生产过程中先用优质高 强、 低克重的原材料是提高纸箱质量和降低成本的有效途径。 “面纸轻磅化,芯纸重磅化” 是目前国外纸箱行业普遍做法,是 降低生产成本,提高产品质量的有效手段2。 根据凯利卡特和莫基公式可以得以下结论: 对单瓦楞纸板而言,抗压强度D型 A型 C型 B 型, 对双瓦楞纸板,抗压强度AA AC AB CC CB。 3. 2 纸箱设计对瓦楞纸箱抗压强度的提高 纸箱的长宽比例(L/ B) 纸箱底面的长宽比例不同,抗压强度也不同,当长宽比例 为1. 21. 4时,纸箱的抗压强度最大。 箱高度(H) 当纸箱周边长一定时,高度在2025cm之间时,高度越 大,抗压强度就越小;而高度为25cm1m时,其抗压强度几 乎没有变化。 纸箱周边长Z= 2 ( L + B) 当纸箱高度及其它条件一定时,纸箱周长增加1倍的情 况下,抗压强度约增加55 % ,周长在2m以内的纸箱较好加 工,其抗压强度容易符合设计要求4。 对纸箱四角进行 “切角” 处理 “切角” 处理后的纸箱的抗压强度可以提高31 % ,还可以 节省用纸量、 降低破损。 3. 3 工艺操作的控制 纸箱的失稳,有两种情况: 纸箱的方正度问题,纸箱是 否方正,主要取决于纸板压痕线是否达标。GB/ T6543 - 86规 定,瓦楞纸箱的压痕线宽度,单瓦楞纸箱不大于12mm , ,双瓦 楞纸箱不大于17mm ,折线要居中,这里要说的折线要居中, 就是在纸箱行业中常说的双边线和单边线的问题,当纸板是 双边线时,纸箱就方正,单边线时,纸箱就缺乏方正,且摇盖耐 折度降低。 尺寸的准确问题,虽然是国际及部标里规定有 允许误差范围,但实践经验表明,只要尺寸有误差,不管其是 否在允许范围内,其抗压强度还是有差别的。为此,必须在提 高设备完好率的同时,遵守工艺操作规程和工艺操作质量要 求,从而提高纸箱抗压强度。 3. 4 粘合剂的控制 纸箱表面的印刷除一部分使用丝网印刷和胶印外,绝大 部分都采用开槽双色印刷机印刷。此机是靠机械化传动式送 印的,送印时印刷滚筒与瓦楞纸板产生压力后印刷完成,压力 太小时,纸板的图文不清晰,开槽尺寸位移;压力太大时,纸板 表面的图文会出现凹凸现象,从而压塌纸板的瓦楞,进而影响 纸板的边压强度,以及成型后瓦楞纸箱的的抗压强度,因而印 刷压力过大的纸箱抗压强度要比未印刷过的相同纸箱抗压强 度降低30 %40 % ,为此,在印刷时,应根据纸板的厚度(单 或双瓦楞纸)来调试滚筒与纸板之间的压力,把压力控制在既 保证开槽尺寸不位移,图文清晰,又不会出现凹凸现象的限度 上,以保证和提高瓦楞纸的抗压强度。 参考文献: 1 宋世斌.影响瓦楞纸箱抗压强度的因素及改进措施J .包装工 程,1996 ,17(5) :22 - 24. 2 李兰芬.瓦楞纸箱抗压强度及纸板边压强度的国内外研究J . 中国包装工业,1997(12) :16 - 19. 3 黄冠玉.提高瓦楞纸箱抗压强度的研究J .出口商品包装,1992 (2) :17 - 19. 4 金国斌.瓦楞纸箱结构强度设计中相