纸板纸箱物性分析讲义.ppt

1、瓦楞纸板、纸箱性能检验解析,东莞市勤达仪器有限公司,目 录,一、总述 二、耐破强度（BST） 三、戳穿强度（PET） 四、边压强度（ECT） 五、粘合强度（PAT） 六、纸箱抗压强度（BCT）,一、总述,进入九十年代，瓦楞纸箱的应用越来越广泛。对使用瓦楞纸箱为商品制作包装而美化商品、保护商品的质量要求也越来越高，生产瓦楞纸箱的设备、技术和工艺也相应得到了长足的发展。为了保证生产出的瓦楞纸板的质量，以及制作出的瓦楞纸箱的质量符合国家标准要求，达到既适合使用、又物美价廉。严格的质量管理、质量的检验、先进的检测设备和完善的检测手段也应适时地进入具有一定生产规模和管理程序的瓦楞纸箱生产企业。 瓦楞纸板

2、和瓦楞纸箱的质量检验共分三大类。这就是瓦楞纸箱的外观检验，瓦楞纸板和瓦楞纸箱的性能测试以及瓦楞纸箱的型式试验。 今天的课程，重点是讨论瓦楞纸板、纸箱的物理性能测试分析，而外观检验及型式试验不作过多的讨论。,二、耐破强度（Bursting Strength Test）,1、耐破强度基础知识； 2、认识耐破强度仪； 3、耐破强度检验的原理； 4、耐破强度的推算； 5、耐破强度的设计； 6、影响耐破强度的几点因素；,1、耐破强度基础知识,定义：耐破强度是指在实验条件下，纸或纸板在单位面积 上所能承受的垂直于试样表面的均匀增加的最大压 力。 单位：耐破强度常用单位有kPa、Lbf/in2、kgf/cm

3、2。 三者之间的转换为： 98.1 kPa=14.2Lbf/in2=1kgf/cm2 说明：耐破强度的单位是一个压力单位，不是一个质量单位。所以我 们平常通俗讲的如“耐破强度20公斤、耐破强度14磅”等等，从 严格意义上来讲是不确切的，应该称为耐破强度20公斤力每平 方厘米、14磅力每平方英寸。,意义：耐破强度是纸、纸板之基本强度。数十年 来，纸和纸板的品质，均以耐破强度表示， 并以此作为其价格基准。耐破强度是静态 试验，其测试结果，只能显示纸板的耐胀 破强度，它体现出纸箱对流通过程中搬运、 装卸、撞击、撕扯力量的承受能力，是纸 箱综合性能的评价方法之一。此外，不同 的地区和不同的纸箱厂对耐破

4、强度的称谓 也不尽相同，除耐破强度外，还有爆破强 度、破裂强度之称，有些地方耐破强度俗 称为“打磅”。用于测试纸板耐破强度的仪器 称之为“耐破度仪”。,2、认识耐破强度测试仪,全称：微电脑耐破强度试验仪 生产厂商：东莞勤达 型号：QD-3005B 量程：250 5600kPa 分辨力：1kPa 示值准确度：+-0.5% 试样夹持力：690kPa,3、耐破强度测试原理,耐破强度测试基本原理是将试样置于胶膜之上，将 试样夹紧，然后均匀地施加压力，使试样在胶膜的顶压 下凸起，直至试样破裂为止，此时仪器显示液压的最大 值即为试样耐破值。,4、耐破强度的推算,说明：越来越多的纸箱客户在下订单时都对纸板

5、的耐破度作出了明确规定，如果不能对纸 箱的耐破强度作出准确预测，就容易造成 退货或质量过剩，两者都会给公司带来 巨大损失。大量的实践已经证明，我们可 以通过运用经验公式对纸箱的耐破强度作 出比较准确的预测。,经验公式：P=AB 式中： P=瓦楞纸板的耐破强度； A=经验系数； B=平铺原纸的单张耐破强度； =求和； 即： 三层瓦楞纸板的耐破强度 =（面纸的耐破强度+底纸的耐破强度）A 五层瓦楞纸板的耐破强度 = （面纸的耐破强度+中纸的耐破强度+底纸的耐破强度）A,对上述公式的几点说明： A、经验系数A的取值，日本工业规格（JIS）取为0.95，而 大陆一般取为0.92，此经验系数的取定，是为

6、了给耐破 强度值留出一定的冗余量。因为影响耐破强度的因素 较多，单纯理论累加值往往与实测值有较大的出入， 故为保险起见，建议经验系数取值为0.92； B、瓦楞芯纸自身的耐破强度值是客观真实存在的，但其 对纸板耐破强度的影响很小，一般均忽略不计； C、因原纸批次间差异、堆放时间及存储环境都会对耐破 强度造成一定影响，所以推算值与真实值会存在一定误 差，经测试数据统计分析一般其误差在1.0Kg以內。 我们在推算耐破强度及进行用纸配置时也应将这一误差 列入考量范围。,耐破强度的推算方法,所谓耐破强度的推算，是在已知纸板、纸箱的材质配 比情况下，对其进行理论估算。依上述几节所谈到的，每 批原纸的进厂数

7、值不同、外界条件对耐破强度存在影响等。 故，耐破强度的推算值，与实际理论值肯定是存在误差的， 甚至同样的纸板，在不同的外界条件下，所实测出来的耐 破值都不尽相同。但即便是这样，我们仍可通过上述的经 验公式对纸板的耐破强度进行推算，这样对于我们掌握了 解该纸板的耐破强度特性是极有帮助的。,要准确地进行瓦楞纸板耐破强度的推算，除了推算 经验公式外，还须有一套原纸耐破强度表来配合进行推 算。原纸耐破强度表是各种规格和品牌原纸耐破强度的 汇总表，其测试值越真实，瓦楞纸箱耐破强度推算值就 会准确。原纸耐破强度表由纸箱厂内部测试并总结得出。,例题,某纸板的材质为M3K，已知原纸的耐破 强度为M-625kP

8、a，K-484kPa，试推算该纸 板的最低耐破值。 该纸板的最低耐破值为9.4kgf,5、耐破强度的设计,在本章第4节中，我们有谈到耐破强度的推算， 如第4节所言，所谓推算，是在已知纸板材质的基 础上推导得出的理论值。然我们在与客户进行洽 谈的时候，往往客户只会给我们提出其产品的耐 破要求，那么这个时候，就需要我们根据顾客之 要求进行反推导得出恰当的材质配比，既要满足 要求，又不能质量过剩，这个过程就是耐破强度 的设计。,对于客户有明确规定耐破强度要求的订单，如果是后续交货， 我们自可以沿用以前的用纸配置，但如果是打样生产或者需对原有 的配置作出变更，我们就需要通过推算公式来进行耐破强度的用纸

9、 搭配了。用纸搭配的方法是根据订单耐破强度要求，利用推算公式 反推出瓦楞纸箱面、中、里纸耐破强度的总和，再依照原纸耐破强 度参数表确定应选用的用纸规格及品牌。,例题,某客户明确要求其产品的耐破强度必须 达到200 Lb/in2，请根据此要求进行合理的 材质配比。,对耐破强度设计的几点说明,1、根据上述公式所反推导出来的用纸要求，往往在实 际操作中，会有很多种搭配方法，在这种情况下，就 要考虑价格、生产情况、其它物性要求等多方面条件， 然后进行慎重选配。通常情况下，耐破强度的设计只 是作为配材的一个重要参考指标而已。 2、在与客户的洽谈当中，最好可以了解清楚客户的实 际耐破要求，要有上下限指标，

10、这样在实际配材的时 候做到心中有底。,6、影响耐破强度的几点因素,瓦楞纸箱的耐破强度由构成纸板之内层外层及中隔原纸本身的耐破强度决定，与瓦楞芯纸无关。 原纸本身的耐破强度主要由原纸纤维决定。耐破度与纤维长度和纤维间的结合力有关纤维长度增加纤维间结合力增大都使耐破度提高。原木浆抄造的纸张耐破较回收浆高，针叶林木浆抄造的纸张耐破较阔叶浆高。此外，在抄造原纸的过程中适当加入一些助剂也有助于提高原纸的耐破强度。,纸板水份含量在5%6%时，耐破值最大。水份含量814%范围内变化时，耐破值变化不超过5%，但水份含量达到18%时耐破值下降幅度可达10%左右。也就是说瓦楞纸箱在相对湿度为50%RH80%RH的

11、环境存放，其耐破强度变化幅度很小，因此可以免去试样温湿平衡处理过程，从而大大缩短测试时间。 原纸或纸箱存贮环境以25 5，55 5%RH环境为宜。 n 卷筒纸在仓库长时间堆放会造成原纸纤维疲劳，造成耐破下降。实验表明：原纸堆放时间超过3个月，其耐破值会下降58%；堆放时间超过6个月，耐破强度损失将达到10%以上。,三、戳穿强度（Puncture Strength Test）,1、戳穿强度基础知识； 2、认识戳穿强度测试仪； 3、戳穿强度检验的原理； 4、戳穿强度的推算； 5、戳穿强度与耐破强度的比较；,1、戳穿强度基础知识,定义：一定形状的角锥穿过瓦楞纸板所做的功，所显示的 能量称为瓦楞纸板的

12、戳穿强度； 单位：戳穿强度的单位为焦耳（J）； 1kgfm=100kgfcm=9.80665J 说明：瓦楞纸板的戳穿强度，是采用动态的测定方法，故 也称作动态强度，其目的是在测定纸板之结构强度。,2、认识戳穿强度测试仪,全称：电脑测控纸板戳穿强度仪 厂商：东莞勤达 型号：QD-3007 量程：1 48J 摩擦套阻力：120次,3、戳穿强度检验的原理,当试样被夹持机构夹紧时， 摆系的质心具有一定的位能，此 位能为戳穿试样提供了动力功。 试样被戳穿时，其阻力消耗了一 部分摆系的动力功，使摆系质心 与水平位置形成一个夹角，所消 耗的动力功即为试样的戳穿强度， 由指针指示。,4、戳穿强度的推算,瓦楞纸

13、板的戳穿强度，是通过该纸板的 耐破强度值进行推算，具体推算经验公式如 下： 三层纸板：Y=2.09 X+23.5 五层纸板：Y=2.27 X+62.4 X：表示瓦楞纸板耐破强度（kgf/cm2 ) Y：表示瓦楞纸板戳穿强度（kgf-cm),例题,某AB瓦纸板经测试求得其耐破强度值 为1962kPa，试估算其戳穿强度值为多少J？,解：该纸板的戳穿强度为10.57J,5、戳穿强度与耐破强度的比较,四、边压强度（End Crush Test）,1、边压强度基础知识； 2、认识边压强度测试仪； 3、边压强度的计算； 4、边压强度的推算；,1、边压强度基础知识,定义：边压强度，也称之为竖压强度。将瓦 楞

14、纸板垂直放置，单位长度上所能承 受的垂直均匀增加的压力，称为瓦楞 纸板的边压强度。 单位：纸板边压强度的单位是 N/m,2、认识边压强度测试仪,全称：微电脑程控压缩强度试验仪 型号：QD-3013 量程：603000N 示值误差：1% 分辨力：1N,试验原理,测试仪器由机械传动系统和电测控制系 统两部分组成。当试验开始使，下压板受传 动机构作用，以规定速度匀速上升，并对试 样施加逐渐增大的压力。力传感器将试样所 受压力转换为电压信号输入电路，经电路处 理后显示。,3、边压强度的计算,将瓦楞纸板取样取好后，其样品长度尺寸为 100mm，竖立在电脑测控压缩仪上测试，所测出 的数值为N，这时需要进行

15、单位的换算。 R=F（N）/0.1（m）=10 F（N/m） 例如：某材质需测试边压强度，试验完毕后，数 显读数为680N，则该材质的边压强度为6800N/m。,4、边压强度的推算,在已知材质配比的情况下，我们同样可以利用纸板各 层原纸环压值对纸板的边压强度进行理论推算，具体推算 公式如下： P=Rx 0.152 （1+ ） P：纸板边压强度 Rx：各层原纸环压强度累加（芯纸需乘瓦楞率） ：楞型系数之和， 参考值如下： A楞：一般为：0.12； C楞：一般为：0.10； B楞：一般为：0.08；E楞：一 般为：0.06,例题,某纸板材质为C2B，B瓦，试估算其边 压强度值为多少？ 解：边压强度

16、值为4248.37N/m,五、粘合强度简述（PAT-Pin Adhesion Test）,定义：瓦楞纸板的面、里、芯纸和波形瓦楞、纸的楞峰粘 合程度，在一定单位长度内经施压测试所能承受的 最大剥离力。 单位：粘合强度的单位是：N/m楞 说明：瓦楞纸板的粘合强度，是指瓦楞纸板各层之间的粘着程度，通 俗来讲就是测试纸板间脱胶现象的程度，对于瓦楞纸板而言， 也是一个十分重要的特性，因为纸板如果胶着不良，会极大地 影响到它的边压和抗压等性能。但对于客户来讲，一般情况下 对粘合强度没有明确的要求，所以这里就不做详细讨论。它的 测试，同样也是使用电脑测控压缩仪。,测试原理,六、纸箱抗压强度,1、抗压强度基

17、础知识 2、认识抗压强度测试仪 3、抗压强度测试原理 4、抗压强度的推算 5、抗压强度的设计 6、影响抗压强度的因素,1、抗压强度基础知识,依前面耐破强度一章中所提到的，近十几年来，瓦楞纸箱的重要 品质依据，是以其耐破强度为主的。然而近年来世界各国对瓦楞纸板 之原纸间组合，已趋向于表面纸板轻磅化，瓦楞芯纸重磅化，由于芯 纸基重的增加，对抗压强度具有绝对之功效。瓦楞纸箱的主要功能， 是在于确保内容物在运输及储存期间，对温度、水分、振动、冲击及 堆积负荷的防护，近几年来，由于装卸搬运设备进步，及各类缓冲保 护材料的开发，使得内装物受到外力冲击造成的损坏大大的降低，然 而货物因堆积造成的损坏，却不因

18、为上述的进步而有所改变。因为运 输与储存期间的货物堆积，仍然是无法避免的。这个时候，对瓦楞纸 箱而言，最主要的特性就是纸箱之耐压强度，长期以来以耐破强度为 主的观念，也由于上述的变化，使人们认识到了抗压强度的重要性。,瓦楞纸箱的抗压强度，与瓦楞纸板之芯纸、芯纸与表 面纸板组合结构，关系非常密切。其间的关系可由原纸的 环压强度、纸板的竖压强度、纸箱的抗压强度以及单位化 堆积强度构成一连续的特性。见下图： 简言之，原纸供应商生产的瓦楞芯纸环压强度提高了， 瓦楞纸板生产厂家才能掌握纸板的特性，并给予有效地运 用。,定义：纸箱抗压能力是指瓦楞纸箱空箱立体放置 时，对其两面匀速施压，箱体所能承受的 最高

19、压力值。 单位：纸箱抗压强度的测试单位为N，通俗常用的 单位有kgf（公斤力）、lbf（磅力），三 者之间的换算如下： 1N=0.225lbf=0.102kgf 说明：纸箱的抗压强度，同样也是一个力的单位， 我们通常所讲的某纸箱的抗压强度要达到 400公斤等等，也是不太确切的说法。,2、认识抗压强度测试仪,全称：微电脑程控抗压强度试验仪 厂商：东莞勤达 型号：QD-3001 量程：1 50kN 最小读数值：10N 整机重量：约1. 2T,3、抗压强度测试原理,试验开始后，上压板获得速度可控的向下直线 运动，在上压板向下运动时，对试验纸箱施加 逐渐增大的压力。在纸箱受压过程当中，由于 纸箱本身具

20、有一定的刚性，所以上压板也承受 纸箱对它的支承反力作用，随着上压板不断向 下运动，对纸箱施加的压力和上压板承受的反 力将同步增大，当纸箱的刚性支承强度不能承 受上压板的压力作用时，将立即产生屈服变形 而被压溃。纸箱被压溃瞬间的最大压力，称为 该纸箱的抗压强度，单位用N来表示。,试验过程,瓦楞纸箱耐压试验的全过程，可由如下曲线 表示，共分为四个阶段： 1、曲线A段：试验开始，纸箱所受压力并未 引起纸箱之任何变形，试验时，试验机所施 加予此一部分之压力，目的只在将纸箱压紧， 使上压板能与纸箱保持紧密接触。 2、曲线B段：压力增大后，纸箱开始受压， 其变形极快，压力增大虽然极小，但其变形 很大。 3

21、、曲线C段：外加压力由纸箱之主要承压部 承受，因此，虽然压力增大，但纸箱变形不 是很大。 4、曲线D段：压力高达波峰时，纸箱承受不 住，发生崩塌。,有关抗压试验的几点说明,1、分析瓦楞纸箱时，除了考虑其压缩强度外，还 必须重视其变形量。有时纸箱的抗压强度很高， 不会发生塌箱，但其受压后变形量很大，箱内的 产品往往会发生损坏。 2、纸箱抗压试验属于实验室模拟操作，时间很短， 但实际上纸箱包装成型后，堆置于仓库内或物流 载体内，常常需经历较长之时间，故试验结果与 实际情况常常有别。,4、抗压强度的推算,瓦楞纸箱的抗压强度，可以通过组成该瓦楞纸箱的原纸强度进行 推算，采用的经验公式为美国林产试验（F

22、orest Products Laboratory） 发表的Kellicutt式，具体如下： PRxAx/（Z/4）21/3JZ 其中： P：箱之耐压强度 Ax：楞别之常数 Z：箱之周边长 J：箱之常数 Rx：（外里表面原纸环压强度值+芯纸环压强度值 瓦楞率） 6,从以上内容不难看出，Kellicutt原式虽然可以较为准确 地由原纸强度推算出纸箱之抗压强度，但其所要求的要素 较多，计算较复杂，实际操作性不强。由此，我们根据 Kellicutt原式经过数理推算，演变为Kellicutt简易式，如下： P=Rx F(Z) 式中的F（Z），称为纸箱周边长之函数。 Z=（纸箱长+纸箱宽）2（cm）,附：纸箱周边长函数表,例题,已知某AB瓦纸箱，材质配比为K3S3K， 原纸环压值分别为：K-260N，3-180N，S- 120N，纸箱周长为350 300 250mm，试 估算其纸箱抗压强度。 答：经计算，该纸箱抗压强度为572kgf,5、抗压强度的设计,如同耐破强度的推算一样，纸箱抗压强 度的推算，也是在已知材质配比的情况下对 其抗压强度进行的理论估算。而在我们前期 与客户洽谈的过程当中，在没有确定材质配 比的情况下，