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瓦楞纸箱的抗压力 蔡少龄 1 讲座内容 第一节瓦楞纸箱的抗压力第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素第三节瓦楞纸箱抗压力的计算第四节瓦楞纸箱的安全系数 2 第一节瓦楞纸箱的抗压力 1 近年来由于装卸搬运设备和技术的进步 以及各类缓冲保护材料的开发 使内装物受外力冲击所造成的损坏大大降低 然而 货物因堆码而造成的损坏 却没有因上述的进步而有多大的改变 因为运输与储存期间货物的堆码仍然是无法避免的 再加上人们对环保 对保护森林资源认识的提高 长期以来瓦楞纸箱的质量以耐破度为主的观念 也因为上述的变化而使人们逐步认识到瓦楞纸箱抗压力的重要性 3 第一节瓦楞纸箱的抗压力 2 GB T6543 2008 运输包装用瓦楞纸箱单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱 规定瓦楞纸箱的抗压强度值不小于下式所得的计算值 1 式中 P 抗压强度值 N K 强度安全系数 G 瓦楞纸箱包装件的质量 kg H 堆码高度 一般不高于3000mm mm h 瓦楞纸箱高度 mm 4 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 1 影响瓦楞纸箱抗压力的因素分基本因素和变化因素 所谓基本因素即瓦楞纸板的本身对瓦楞纸箱抗压力影响的因素 而变化因素则是在纸箱的设计 制作或流通过程中产生的 原纸的环压强度基本因素楞型 A B C型等 瓦楞纸板的种类 单 双 三瓦楞等 瓦楞纸板的含水率 5 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 2 设计纸箱的箱型 尺寸及其均衡性印刷设计及印刷面积纸箱制作技术的差异变化因素制作制箱机械的差异质量管理的差异环境的湿度堆码的时间流通堆码的方法运输的方法装卸的方法内装物的影响 6 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 3 1 影响瓦楞纸箱抗压力的基本因素 1 原纸环压强度的影响 2 瓦楞纸板楞型的影响 厚度 变形考虑瓦楞纸箱的抗压力时 应该是最大载荷要大 纸箱的个体差异要小 纸箱受压后其变形量要小等等 3 瓦楞纸板种类的影响 7 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 4 4 瓦楞纸板含水率的影响 2 式中 P 瓦楞纸箱的抗压力 N a 含水率为0时的抗压力 N x 瓦楞纸箱的含水率 含水率每增加1 纸箱的抗压力下降约10 而纸箱的含水率与空气湿度有直接的关系 只要知道某含水率时瓦楞纸箱的抗压力 无论多大含水率时的抗压力都可以利用这个关系式算出个大概来 8 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 5 2 瓦楞纸箱的设计对瓦楞纸箱抗压力的影响 1 瓦楞纸箱的箱型与纸箱抗压力的关系选择箱型时不能只考虑抗压力 还必须考虑内装物的特性 材料的消耗和使用的方便等各种因素 最常用的箱型还是0201型 而且下面所讨论或者计算的抗压力都是以0201型为基础的 9 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 6 2 瓦楞纸箱的周边长与纸箱抗压力的关系 3 瓦楞纸箱的长宽比与纸箱抗压力的关系 4 瓦楞纸箱的箱高与纸箱抗压力的关系 5 印刷设计和印刷面积对纸箱抗压力的影响在进行瓦楞纸箱设计时一定要懂得 瓦楞纸箱是运输包装 其使命是要将货物安全地运输到目的地 因此不要过分拘泥于印刷方面 印刷的图文和颜色很多 印得很漂亮 忽视纸箱的抗压力 所包装的产品在储运时就有可能发生安全事故 因为图文越多 纸板就压得越扁 多印一色就多压扁一次 纸板越扁 纸箱的抗压力就越小 10 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 7 当然 目前一些产品的瓦楞纸箱包装 如家电产品的瓦楞纸箱已不仅仅是运输包装 它同时也兼具有销售包装的作用 为加强包装箱上的广告宣传作用 为吸引顾客 瓦楞纸箱上的图文越印越多 颜色也越印越多 为顾及储运时瓦楞纸箱是否有足够的抗压力 解决的办法只有提高纸质 或采用其他办法 如在箱内加围卡 或在箱的四个角落加四个纸角柱以抵消印刷时纸箱抗压力的损失 但无论采用哪种办法 都会导致包装成本的提高 11 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 8 6 手挽孔与通风孔对纸箱抗压力影响 手挽孔的位置越接近上盖或下底 纸箱的抗压力越低 手挽孔的位置离中心往左右越远 纸箱的抗压力越低 由以上结果 手挽孔的位置最好尽可能在上下左右的中心附近 手挽孔在纸箱的中央部位时 抗压力降低约2 4 手挽孔在纸箱的上下两端或左右两侧时 抗压力降低约10 另外 手挽孔或通风孔的形状对抗压力也会有影响 7 瓦楞纸箱内部衬垫对纸箱抗压力的影响 12 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 9 3 瓦楞纸箱的抗压力在物流过程中的降低 1 环境湿度对纸箱抗压力的影响 13 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 10 SN T0262 1993 出口商品运输包装瓦楞纸箱检验规程 对纸箱抗压力测试的规定瓦楞纸箱在进行空箱抗压力测试之前 必须 5 2 2预处理条件及试验环境试样按GB T4857 2规定 在温度 23 2 相对湿度50 5 环境中预处理24h 并在此条件下进行试验 14 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 11 由于瓦楞纸箱是用对湿度有 滞后现象 的纸纤维制成的 所以GB T4857 2 1992 包装运输包装件温湿度调节处理 还规定 5程序如果试验样品是用具有滞后现象的材料制成的 如纤维板 则可能需要在温湿度调节处理前先进行干燥处理 做法是 将试验样品放在干燥箱内进行至少24h的干燥 这样当其被转移到规定条件下时 试验样品可通过吸收潮气而达到接近平衡 所以 做一次空箱抗压力试验至少都需要两天的时间 无论对于纸箱厂还是客户 这都是不现实的 15 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 12 方便快捷的纸箱抗压力测试1 利用公式P a 0 9x设标准温湿度条件时纸箱的含水率为x0 抗压力为P0 当前温湿度条件时纸箱的含水率为x 抗压力为P 则即P0 P 0 9xo x例 如果测得x0 8 x 11 P 3000N则标准温湿度条件时纸箱的抗压力为P0 3000 0 98 11 3000 0 93 4115 N 16 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 13 2 利用表 不同湿度条件下的纸箱抗压力 例 在相对湿度80 的条件下测得纸箱的抗压力P 2400N 求其在标准湿度条件下的抗压力P0 解 查表 相对湿度80 时的抗压力可用插值法求得 50 65 50 2 57 5 因为相对湿度与抗压力成反比 所以在标准湿度条件下的抗压力P0为 P0 P 80 57 5 2400 1 39 3339 N 17 第二节影响瓦楞纸箱抗压力的因素 14 2 时效对纸箱抗压力的影响 3 堆码方式对瓦楞纸箱抗压力的影响 4 纸箱的方向对瓦楞纸箱抗压力的影响 5 内装物对瓦楞纸箱抗压力的影响 18 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 1 如何通过计算预测瓦楞纸箱的抗压力 根据瓦楞纸板原纸的环压强度推算纸箱的抗压力 凯里卡特 Q Kelliecutt 公式根据瓦楞纸板的边压强度推算纸箱抗压力 马基 Mckee 公式和沃夫 Woff 公式 19 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 2 1 凯里卡特 Q Kelliecutt 公式 3 式中 P 瓦楞纸箱的抗压力 lbf Px 所用原纸的综合环压强度 lbf in 面纸 底纸和中纸的环压强度 瓦楞原纸环压强度 成型系数 6 成型系数 A楞1 6 B楞1 4 C楞1 5 Ax 瓦楞常数 查表1 Z 瓦楞纸箱的周边长 长 宽 2 in J 瓦楞纸箱常数 查表1 20 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 3 上式采用的是英制单位 若采用法定计量单位 就必须作单位转换 另外 若将式 3 Px后面的部分定义为F 则 4 将各种楞型的J Ax代入上式 整理得到的F值为A楞 B楞 C楞 AB楞 CB楞 BB楞 AAA楞 ACB楞 BAB楞 CCB楞 21 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 4 因此 凯里卡特公式可简化为 5 式中 P 瓦楞纸箱的抗压力 N Px 所用原纸的综合环压强度 N m F 不同纸箱周边长 不同楞型的F值 查表2 22 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 5 单瓦楞纸箱的综合环压强度可由下式求得 6 双瓦楞纸箱 AB楞 的综合环压强度可由下式求得 7 式中 Px 所用原纸的综合环压强度 N m Ro 面纸的环压强度 N m Ri 底纸的环压强度 N m Rm 瓦楞原纸的环压强度 N m Rc 中纸的环压强度 N m Tx 成型系数 A楞 TA 1 6 B楞 TB 1 4 C楞 TC 1 5 23 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 6 利用凯里卡特公式可以根据纸箱的原纸构成和纸箱的周边长求纸箱的抗压力 也可以根据纸箱所需要的抗压力 推算出纸箱的原纸构成 1 根据纸箱的原纸构成和纸箱的周边长求纸箱的抗压力例一 某一产品要出口 其质量为18kg 欲为其制作单瓦楞纸箱 若纸箱的内尺寸为400mm 300mm 250mm 选用牛皮箱纸板优等品180g m2和瓦楞原纸AA160g m2 即原纸的构成为 牛优180 A160 牛优180 楞型为A楞 求这个瓦楞纸箱的抗压力 24 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 7 解 查表3 牛皮箱纸板优等品180g m2的环压强度为1710N m AA160瓦楞原纸的环压强度为1440N m 因为楞型为A楞 所以TA 1 6 代入式 6 得综合环压强度Px N m 由周边长Z 1 4m 楞型为A楞 查表2得F 0 592 所以这个瓦楞纸箱的抗压力可由式 5 算出 N 25 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 8 例二 某一产品要出口 其质量为28kg 欲为其制作双瓦楞纸箱 楞型为AB楞 纸箱的内尺寸为800mm 500mm 500mm 若面纸 底纸和中纸都用牛皮挂面箱纸板一等品250g m2 用一等品120的瓦楞原纸起B瓦楞 用A160的瓦楞原纸起A瓦楞 即原纸的构成为 挂一250 一120 挂一250 A160 挂一250 求这个瓦楞纸箱的抗压力 26 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 9 解 查表3 牛皮挂面箱纸板一等品250g m2的环压强度为2125N m 一等品120瓦楞原纸的环压强度为636N m A160瓦楞原纸的环压强度为1232N m 因为楞型为AB楞 所以TA 1 6 TB 1 4 代入式 7 得综合环压强度Px N m 由周边长Z 2 6m 楞型为AB楞 查表2得F 0 927 所以这个瓦楞纸箱的抗压力可由式 5 算出 P Px F 9237 0 927 8563 N 27 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 10 以上例一和例二所推算出来的纸箱抗压力 应该是指未经印刷等加工的0201型纸箱的抗压力 经印刷等加工后抗压力肯定会有所下降 有的纸箱厂实际测得的瓦楞纸箱空箱抗压力与利用凯里卡特公式推算出来的抗压力差距很大 这时 还应检讨一下瓦楞纸板和纸箱生产的工艺条件 以及瓦楞纸箱的空箱抗压力测试时 有没有严格按照标准的规定 如有没有进行足够时间的温湿度处理等等 28 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 11 2 根据纸箱所需要的抗压力 推算出纸箱的原纸构成若面纸和底纸用同一种箱纸板 即Ro Ri对于单瓦楞纸箱 由式 5 和式 6 可得 8 对于双瓦楞纸箱 AB楞 若面纸和底纸用同一种箱纸板 而且中纸用与起A瓦楞和B瓦楞一样的瓦楞原纸时 由式 5 和式 7 可得 9 对于双瓦楞纸箱 AB楞 若面纸 底纸和中纸都用同一种箱纸板时 由式 5 和式 7 可得 10 29 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 12 例三 单瓦楞纸箱 C楞 所需的抗压力为4000N 纸箱周边长2 2m 若瓦楞原纸用AA120 Rm 900N m 问应选用什么样的箱纸板 解 根据C楞和周边长2 2m查表2 得F 0 642 如果面纸和底纸用同一种箱纸板 将已知条件代入式 8 得 N m 30 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 13 即环压强度不小于2440N m的箱纸板都可以用 查表3 可选用的箱纸板有 普通箱纸板和牛皮挂面箱纸板 优等品250g m2 其环压强度 2650N m 一等品300g m2 其环压强度 2700N m 合格品360g m2 其环压强度 2520N m 或牛皮箱纸板 优等品250g m2 其环压强度 2750N m 一等品250g m2 其环压强度 2500N m 若要精打细算 面纸和底纸不一定非要用同一种箱纸板 只要面纸和底纸的环压强度之和 2440 2 4880N m即可 31 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 14 例四 双瓦楞纸箱 AB楞 所需的抗压力为5500N 纸箱周边长2 2m 若瓦楞原纸用一等品140 Rm 882N m 中纸也用同样的瓦楞原纸 问应选用什么样的箱纸板 解 根据AB楞和周边长2 2m查表2 得F 0 877 如果面纸和底纸用同一种箱纸板 将已知条件代入式 9 得 N m 32 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 15 即环压强度不小于1372N m的箱纸板都可以用 查表3 可选用的箱纸板有 普通箱纸板和牛皮挂面箱纸板 优等品160g m2 其环压强度 1440N m 一等品200g m2 其环压强度 1600N m 合格品250g m2 其环压强度 1625N m 或牛皮箱纸板 优等品160g m2 其环压强度 1520N m 一等品160g m2 其环压强度 1440N m 同上所述 面纸和底纸不一定非要用同一种箱纸板 只要面纸和底纸的环压强度之和 1372 2 2744N m即可 33 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 16 若本例的中纸也用与面纸 底纸一样的箱纸板 则将已知条件代入式 10 得 N m 查表3 可选用的箱纸板有 普通箱纸板和牛皮挂面箱纸板 优等品160g m2 其环压强度 1440N m 一等品180g m2 其环压强度 1350N m 合格品220g m2 其环压强度 1320N m 或牛皮箱纸板 优等品160g m2箱纸板 其环压强度 1520N m 一等品160g m2箱纸板 其环压强度 1440N m 同样 中纸不一定非要用与面纸 底纸相同的箱纸板 只要面纸 底纸和中纸的环压强度之和 1208 3 3624N m即可 34 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 17 注意 同样 例三和例四的计算也是以0201型纸箱为基础的 没有考虑到耐破度的要求 同时也没考虑到纸箱的印刷等因素 所以 用计算出来的原纸构成所做出来的纸板 经印刷等加工后所制成的纸箱 其抗压力并不一定能达到题目所给出的抗压力要求 35 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 18 2 马基 Mckee 公式这是根据瓦楞纸板的边压强度 纵横方向的挺度和瓦楞纸箱的周边长推算0201型纸箱的抗压力的计算公式 11 式中 P 瓦楞纸箱抗压力 ECT 瓦楞纸板的边压强度 Dx 瓦楞纸板的纵向挺度 Dy 瓦楞纸板的横向挺度 Z 瓦楞纸箱周边长 36 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 19 由于上式比较复杂 经简化后可得下式 12 式中 P 瓦楞纸箱抗压力 N ECT 瓦楞纸板的边压强度 N m d 瓦楞纸板的厚度 m Z 瓦楞纸箱周边长 m 这两个计算公式无论是单瓦楞纸箱或双瓦楞纸箱都能适用 但需要注意的是此ECT的测试方法 37 第三节瓦楞纸箱抗压力的计算 20 3 沃夫 Woff 公式沃夫公式和马基公式在同样的条件下 另加上瓦楞纸箱的长宽比和箱高的因素 推算出纸箱的抗压力 因此据说精度较高 13 式中 P 瓦楞纸箱抗压力 N ECT 瓦楞纸板的边压强度 N m Z 瓦楞纸箱周边长 cm d 瓦楞纸板的厚度 mm A 瓦楞纸箱长宽比 H 瓦楞纸箱的高 cm 用这个计算公式时 同样要注意此ECT的测试方法 38 第四节瓦楞纸箱的安全系数 1 在GB T6543 2008 运输包装用瓦楞纸箱单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱 的附录C的C 2条中 对瓦楞纸箱抗压力计算式 即前面式 1 中的强度系数K作了如下的规定 应根据实际储运流通环境条件确定 包括气候环境条件 机械物理环境条件及储运时间等 内装物能起到支撑作用的一般取1 65以上 不能起到的一般取2以上 39 第四节瓦楞纸箱的安全系数 2 式 1 中的安全系数K必须考虑到前面所讲的瓦楞纸箱制作时和流通过程中的各种变化因素 一般来说 14 式中 K 安全系数 a 因堆码方式的抗压力降低率 b 因堆码时间的抗压力降低率 c 因环境湿度的抗压力降低率 d 因振动 冲击及装卸的抗压力降低率 e 因印刷 制箱的抗压力降低率 f 因纸箱长宽比的抗压力降低率 40 第四节瓦楞纸箱的安全系数 3 式 1 安全系数K后面的部分 即堆码时作用于最下层纸箱的载荷 令其为X 再考虑到纸箱堆码时往往使用托盘等工具 则 15 式中 X 堆码时作用于最下层纸箱的载荷 N G 一个瓦楞纸箱连同所装货物的总质量 kg H 堆码高度 m h 一个瓦楞纸箱的箱高 m 托盘及其他分配给最下层每一个纸箱的质量 kg 41 第四节瓦楞纸箱的安全系数 4 则式 15 可简化为 16 式中 P 瓦楞纸箱所需的抗压力 N K 安全系数 X 堆码时作用于最下层纸箱的载荷 N 利用此式可以计算瓦楞纸箱在流通过程中所需的抗压力 42 第四节瓦楞纸箱的安全系数 5 例五 纸箱的内尺寸530mm 340mm 250mm 每个箱的总质量15kg 每个托盘上码放纸箱6层 采用正常堆码方式 在仓库中托盘单元货载码两层 一个托盘的质量36kg 库存时间10天 库存时最高湿度75 RH 试计算这纸箱在贮存期间所需的抗压力 并确定纸箱纸板的原纸构成 43 第四节瓦楞纸箱的安全系数 6 解 设在托盘上码放纸箱时每层为2行 3列 共6层 因托盘的质量为36kg 而且托盘货物码两层 所以上层托盘分配给下层每个纸箱的载荷为6 9 8N 因此 堆码时作用于最下层纸箱的载荷X可由式 15 算出 X 15 12 1 9 8 6 9 8 1676 N 由式 14 算出安全系数 式中各项抗压力降低率 a 因堆码方式的抗压力降低率 查图6 正常堆码时a 30 b 因堆码时间的抗压力降低率 查表二14 堆码10天b 35 c 因环境湿度的抗压力降低率 查表二9 湿度75 RH时c 35 d 因振动 冲击及装卸的抗压力降低率 因是堆码期间 不予考虑d 0 44 第四节瓦楞纸箱的安全系数 7 e 因印刷 制箱的抗压力降低率 假设印刷面积不大 制箱工艺控制较好 e 5 f 因纸箱长宽比的抗压力降低率 530 340 1 56 查图2 几乎无影响 f 0 所以 安全系数因此 纸箱在贮存期间所需的抗压力P可由式 16 算出 P KX 3 56 1676 5967 N 45 第四节瓦楞纸箱的安全系数 8 知道纸箱所需的抗压力之后 就可以利用凱里卡特公式选择纸板原纸的构成 以下分别按单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱进行设计 而双瓦楞纸箱又分两种情况 中纸采用瓦楞原纸或箱纸板 1 单瓦楞纸箱 A楞 用A180瓦楞原纸 查表3 A180瓦楞原纸的环压强度 1656N m 查表1 周边长为1740mm时的A楞得F 0 636 由式 8 求得这单瓦楞纸箱的面纸和底纸所需的环压强度Ro N m 46 第四节瓦楞纸箱的安全系数 9 查表3 可以选用的箱纸板有 普通箱纸板和牛皮挂面箱纸板 优等品320g m2 其环压强度 3584N m 或牛皮箱纸板 优等品300g m2 其环压强度 3450N m 一等品340g m2 其环压强度 3570N m 当然 若没有或不想用这么高定量的箱纸板 可改用更高强度的瓦楞原纸 或做双瓦楞纸箱 47 第四节瓦楞纸箱的安全系数 10 2 双瓦楞纸箱 AB楞 A楞用A160瓦楞原纸 B楞和中纸用一等品120瓦楞原纸 查表3 A160瓦楞原纸的环压强度 1232N m 一等品120瓦楞原纸的环压强度 636N m 查表2周边长为1740mm时的AB楞得F 0 811 由式 9 求得这双瓦楞纸箱的面纸和底纸所需的环压强度Ro N m 48 第四节瓦楞纸箱的安全系数 11 查表3 可以选用的箱纸板有 普通箱纸板和牛皮挂面箱纸板 优等品220g m2 环压强度 2024N m 耐破度 660kPa 一等品250g m2 环压强度 2125N m 耐破度 663kPa 合格品300g m2 环压强度 2100N m 耐破度 570kPa 或牛皮箱纸板 优等品200g m2 其环压强度 2000N m 耐破度 640kPa 一等品220g m2 其环压强度 2024N m 耐破度 660kPa 49 第四节瓦楞纸箱的安全系数 12 此时 可以检查纸板的耐破度 查表4 因每个箱的总质量为15kg 所以查双瓦楞纸箱的内装物最大质量为15kg一行 本例纸箱的综合尺寸为530 340 250 1120mm 最大综合尺寸1000mm 所以 若做1类纸箱时 应选用耐破度不得低于1100kPa的瓦楞纸板 因此 以上这五种箱纸板做出瓦楞纸板的耐破度都大于GB T6543 2008和GB T6544 2008的要求 而且还能承受流通过程中的堆码载荷 50 第四节瓦楞纸箱的安全系数 13 3 双瓦楞纸箱 AB楞 A楞用A160瓦楞原纸 B楞用一等品120瓦楞原纸 中纸用与面纸底纸相同的箱纸板时 由式 10 得