瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的測(cè)試分析
瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度是指在壓力試驗(yàn)機(jī)均勻施加動(dòng)態(tài)壓力下至箱體破損的最大負(fù)荷及變形量。
抗壓測(cè)試過(guò)程分四個(gè)階段：第一是預(yù)加負(fù)荷階段，確保紙箱與抗壓機(jī)壓板接觸；**是橫壓線被壓下階段，此時(shí)負(fù)荷略有增加，變形量變化很大；第三是紙箱側(cè)壁受壓階段，此時(shí)負(fù)荷增加快，變形量增加緩慢；第四是紙箱被完全破壞時(shí)，此時(shí)為紙箱的壓潰點(diǎn)。因?yàn)樵诩埾涞恼麄€(gè)承壓過(guò)程中主要是四個(gè)角受力，約占整個(gè)受力總量的三分之二，所以在生產(chǎn)過(guò)程中，我們應(yīng)盡量減少對(duì)紙箱四個(gè)角周?chē)呃愕钠茐?。瓦楞紙箱抗壓?qiáng)度的測(cè)試分析
紙箱的抗壓強(qiáng)度分為有效值與最終值?？箟簻y(cè)試時(shí)力值的變化有時(shí)是由慢到快直接至潰點(diǎn)，有的是平穩(wěn)遞加至潰點(diǎn)。在長(zhǎng)期的抗壓測(cè)試中我們發(fā)現(xiàn)，力值的變化有時(shí)有一定的緩沖：即當(dāng)力值與變形量增加到一定程度后，力值停止而變形量繼續(xù)增加，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，力值繼續(xù)增加，直至紙箱的潰點(diǎn)。我們可以把緩沖前的力值稱(chēng)為有效力值，緩沖前的變形量稱(chēng)為有效變形量。緩沖以后，雖然力值可以繼續(xù)增加，但是紙箱已開(kāi)始變形，不能達(dá)到使用要求了，所以判定紙箱抗壓強(qiáng)度好壞的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是抗壓測(cè)試時(shí)的有效力值。
一般三層Ａ楞箱變形量在１０ｍｍ以下，三層Ｂ楞箱變形量在７ｍｍ以下，三層Ｃ楞箱變形量在９ｍｍ以下，五層ＢＣ楞箱變形量在１８ｍｍ以下，測(cè)試力值應(yīng)達(dá)到抗壓強(qiáng)度的有效力值。
紙箱的質(zhì)量越好，抗壓強(qiáng)度的有效值越高，有效值和最終值的偏差越小。分析瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度一般要通過(guò)一組多個(gè)實(shí)驗(yàn)（≥３個(gè)）的平均值來(lái)表示，每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的偏差越小，紙箱的抗壓性能越穩(wěn)定。我們可以通過(guò)力值與變形量的變化過(guò)程，結(jié)合影響紙箱抗壓的各種因素，進(jìn)一步分析紙箱的質(zhì)量。
０２０１型瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的快速設(shè)計(jì)
我國(guó)瓦楞紙箱包裝業(yè)二十多年來(lái)有了很大發(fā)展，近幾年的變化更是日新月異，一些高精尖的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到行業(yè)中來(lái)，但由于起步較晚，我們所采用的瓦楞紙箱設(shè)計(jì)工藝有一些還是沿用國(guó)外的，特別是瓦楞紙箱空箱抗壓強(qiáng)度的計(jì)算方法。國(guó)外的公式過(guò)于煩瑣且不易理解，很難使國(guó)內(nèi)紙箱的價(jià)格設(shè)計(jì)與空箱抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，容易造成原材料的浪費(fèi)或紙箱成型后抗壓方面的質(zhì)量問(wèn)題。
為彌補(bǔ)這些不足，增強(qiáng)紙箱制作前抗壓強(qiáng)度的可預(yù)測(cè)性，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的測(cè)算與驗(yàn)證，我找到了一種用原紙的物理性能計(jì)算紙箱空箱抗壓強(qiáng)度的簡(jiǎn)單有效的計(jì)算方法，即瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)的抗氏計(jì)算公式，寫(xiě)出來(lái)與大家一起探討。本文只論述此方法中關(guān)于０２０１型三層瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)的部分。
瓦楞紙箱由各層面的瓦楞原紙構(gòu)成，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式是根據(jù)原紙的物理性能計(jì)算紙箱的抗壓強(qiáng)度，看其能否滿足要求；也可以根據(jù)預(yù)定瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度要求，選擇適當(dāng)?shù)耐呃阍垺?p>Ｐ＝Ｐｘ．Ｋ
Ｐ——瓦楞紙箱的空箱抗壓強(qiáng)度（單位Ｎ）
Ｐｘ——原紙的橫向綜合環(huán)壓強(qiáng)度（單位Ｎ／ｃｍ）
三層瓦楞紙板原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度＝（面紙的環(huán)壓力值Ｒ１＋里紙的環(huán)壓力值Ｒ２＋楞紙的環(huán)壓力值Ｒ３×瓦楞相應(yīng)的縮率Ｃ）／１５．２
本文所述環(huán)壓力值均指橫向的環(huán)壓力值（單位Ｎ／０．１５２ｍ），它可以通過(guò)測(cè)試取得，也可以根據(jù)原紙的等級(jí)查國(guó)標(biāo)，通過(guò)環(huán)壓指數(shù)計(jì)算出來(lái)。
環(huán)壓力值Ｒ＝定量Ｗ（單位ｇ／ｍ２）×環(huán)壓指數(shù)ｒ（單位Ｎ．ｍ／ｇ）×０．１５２（單位ｍ）。同種紙張環(huán)壓力值的測(cè)試值與計(jì)算值之間有一些差異，一般測(cè)試值要比計(jì)算值大，這是因?yàn)楦鱾€(gè)紙廠的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要比國(guó)標(biāo)高，兩種數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的計(jì)算。
Ｋ——綜合環(huán)壓在紙箱空箱抗壓強(qiáng)度中的有效值，計(jì)算公式為：
三層Ａ楞Ｋ＝３０．３＋０．２７５Ｚ－０．０００５Z2
三層Ｃ楞Ｋ＝２７．９＋０．２６５Ｚ－０．０００５Z2
三層Ｂ楞Ｋ＝２４．６＋０．２３５Ｚ－０．０００５Z2
綜合環(huán)壓強(qiáng)度與其在紙箱中有效值的乘積即為紙箱的抗壓強(qiáng)度。Ｃ代表縮率，Ａ楞的縮率Ｃ＝１．５３２，Ｂ楞的縮率Ｃ＝１．３６１，Ｃ楞的縮率Ｃ＝１．４７７。Ｚ代表紙箱的周長(zhǎng)（取值范圍７０ｃｍ～２００ｃｍ）。
例１某三層Ｃ楞紙箱，周長(zhǎng)１２５ｃｍ，面紙、里紙選用Ａ級(jí)２５０ｇ／ｍ２箱板紙，楞紙選用Ａ級(jí)１７０ｇ／ｍ２高強(qiáng)瓦楞原紙，計(jì)算該紙箱所能達(dá)到的抗壓強(qiáng)度。
解：Ｃ楞的縮率Ｃ＝１．４７７；查國(guó)標(biāo)，面紙、里紙的環(huán)壓指數(shù)為１０．６，楞紙的環(huán)壓指數(shù)為９．２；Ｚ＝１２５。
Ｒ１＝Ｒ２＝２５０×１０．６×０．１５２＝４０３
Ｒ３＝１７０×９．２×０．１５２＝２３８Ｎ
代入公式得
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３×Ｃ）／１５．２×（２７．９＋０．２６５Ｚ－０．０００５Z2）＝（４０３＋４０３＋２３８×１．４７７）／１５．２×（２７．９＋０．２６５×１２５－０．０００５×１２５2）＝７６×５３．２＝４０４３Ｎ
此瓦楞紙箱能夠達(dá)到４０４３Ｎ的抗壓強(qiáng)度。
例２某三層Ａ楞紙箱周長(zhǎng)為１４８ｃｍ，抗壓強(qiáng)度要求為４５００Ｎ，面紙、里紙選用Ｂ級(jí)２５０ｇ／ｍ２箱板紙，楞紙選用Ａ級(jí)高強(qiáng)瓦楞原紙，計(jì)算楞紙應(yīng)選用的定量。
解：面紙、里紙的環(huán)壓指數(shù)為９．２
設(shè)楞紙的定量Ｗ為未知數(shù)，Ａ楞縮率Ｃ＝１．５３２，Ｚ＝１４８，Ｐ＝４５００
Ｒ１＝Ｒ２＝２５０×９．２×０．１５２＝３５０
（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３×Ｃ）／１５．２×（３０．３＋０．２７５Ｚ－０．０００５Z2）＝
Ｐ（３５０＋３５０＋Ｒ３×１．５３２）／１５．２×（３０．３＋０．２７５×１４８－０．０００５×１４８2）＝４５００
Ｒ３＝２８７
Ｒ３＝Ｗ×９．２×０．１５２＝２８７
Ｗ＝２０５ｇ／ｍ２
該瓦楞紙箱楞紙應(yīng)選用２０５ｇ／ｍ２的Ａ級(jí)高強(qiáng)瓦楞原紙。
我在工作中對(duì)凱利卡特公式進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)期的驗(yàn)證，并且通過(guò)在其他公司的生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，抗壓強(qiáng)度的計(jì)算值與紙箱成型后的實(shí)測(cè)抗壓值之間有一定的關(guān)系。我所測(cè)算的這一套抗壓計(jì)算公式與凱利卡特公式相對(duì)比，兩種公式的計(jì)算值非常吻合。
需要大家注意的是，即使是用同類(lèi)紙張進(jìn)行搭配，因各個(gè)公司生產(chǎn)工藝的不同，同規(guī)格的紙箱成型后能夠達(dá)到的抗壓強(qiáng)度也不同，有的接近或低于用環(huán)壓的計(jì)算值計(jì)算出的抗壓強(qiáng)度，有的接近甚至高于用環(huán)壓的測(cè)試值計(jì)算出的抗壓強(qiáng)度。通過(guò)理論上的計(jì)算能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)工序控制紙箱抗壓強(qiáng)度的工作進(jìn)行指導(dǎo)，排除影響抗壓強(qiáng)度的各種因素，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
影響瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的因素
１．紙箱是由各層面的紙張構(gòu)成的，紙張的合理搭配是保證紙箱抗壓強(qiáng)度的基本條件。
通過(guò)各層面紙張物理性能的測(cè)試，我們可以初步計(jì)算紙箱的抗壓強(qiáng)度，然后通過(guò)計(jì)算出的抗壓強(qiáng)度，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)工序進(jìn)行紙箱抗壓強(qiáng)度的控制。
２．紙張的環(huán)壓強(qiáng)度是保證紙箱抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵，不過(guò)紙張其他的物理性能也不容忽視。
紙張?zhí)貏e是楞紙抗張強(qiáng)度不夠時(shí)，紙箱在抗壓測(cè)試中會(huì)出現(xiàn)力值與變形量一直平穩(wěn)遞加，最終值很高而有效力值很低，箱體測(cè)試后變形如手風(fēng)琴狀的情況。紙張的防水性能也很重要，特別是冷藏箱對(duì)紙張的防水性能要求更高，有時(shí)雖然紙箱的抗壓強(qiáng)度很高，但由于紙張不防水，紙箱存放在冷庫(kù)中就容易吸潮，造成塌庫(kù)。
３．紙箱的生產(chǎn)工藝也會(huì)對(duì)抗壓強(qiáng)度造成影響。
通過(guò)試驗(yàn)得出，在同樣條件下，紙箱的橫壓線每加寬１ｍｍ，紙箱的抗壓強(qiáng)度下降９０Ｎ～１３０Ｎ，變形量增加約２ｍｍ。壓線過(guò)寬，會(huì)造成紙箱在抗壓測(cè)試時(shí)力值增加緩慢，有效力值小，最終變形量大。為保證抗壓強(qiáng)度，我們應(yīng)盡量改善生產(chǎn)工藝，降低各工序?qū)埾淇箟簭?qiáng)度的影響。
４．根據(jù)紙箱箱型選擇合適的楞型也很關(guān)鍵。
在人們的意識(shí)中，往往認(rèn)為楞型越大，紙箱的抗壓強(qiáng)度越高，容易忽視楞型對(duì)變形量的影響。楞型越大，紙箱的抗壓強(qiáng)度越大，變形量越大；楞型越小，紙箱的抗壓強(qiáng)度越小，變形量越小。如果紙箱過(guò)大，楞型卻很小，紙箱在抗壓測(cè)試時(shí)就很容易被壓潰；紙箱過(guò)小，楞型卻很大，抗壓測(cè)試時(shí)會(huì)造成變形量過(guò)大，緩沖過(guò)程長(zhǎng)，有效力值與最終力值偏差過(guò)大。
５．水分對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度的影響更不可忽視。
紙箱的生產(chǎn)環(huán)境、存放環(huán)境、使用環(huán)境、天氣、氣候等因素都會(huì)對(duì)紙箱的含水量造成影響，為保證紙箱抗壓強(qiáng)度，應(yīng)盡量避免外部環(huán)境對(duì)紙箱含水量的影響，保持紙箱的干燥。
影響紙箱抗壓強(qiáng)度的因素很多，在這里我就不一一論述了。
瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的控制
控制紙箱抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵在于系統(tǒng)的質(zhì)量管理，對(duì)于能夠出現(xiàn)抗壓?jiǎn)栴}的各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)認(rèn)真研究，嚴(yán)格控制。首先，要了解紙箱的使用環(huán)境，以高于客戶要求的標(biāo)準(zhǔn)作為自己的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，這樣在出現(xiàn)抗壓強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)就能留有解決問(wèn)題的余地。其次，根據(jù)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)選擇合適的楞型及生產(chǎn)工藝，制訂出原材料的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。最后，根據(jù)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原材料及各生產(chǎn)工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄，做到產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)解決，并可杜絕此類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生。