木塑托盘力学性能测试方法研究

魏占国，王忠伟，庞 燕

（中南林业科技大学 交通运输与物流学院，湖南 长沙 410004）

木塑托盘力学性能测试方法研究

魏占国，王忠伟，庞 燕

（中南林业科技大学 交通运输与物流学院，湖南 长沙 410004）

在众多替代木材的托盘新技术新产品中，木塑托盘以其良好的综合性能，在发达国家的物流作业中得到广泛使用。我国目前针对通用托盘的力学性能要求和检测方法比较完善，但木塑托盘因其独特的性质，现有的通用托盘检测方法并不适用. 通过试制不同规格的木塑托盘，在尝试利用现有通用托盘力学性能检测方法的基础上对木塑托盘的力学性能检测方法进行了相关的研究。

木塑托盘；力学性能；标准化体系；测试方法

托盘应用水平是现代物流发展的重要标志托盘化作业是迅速提高搬运效率、控制物流管理过程的有效手段[1]。传统上，木材是制作托盘的主要材料。但木托盘综合力学性能差，且易被腐蚀容易损坏，更主要的是木托盘消耗大量的木材，造成木材资源的巨大浪费。除木托盘外，目前常用的还有塑料托盘、金属托盘以及复合材料托盘等[2]。从托盘研究与应用实践看，塑料托盘强度不够，且使用的是非再生资源，生产过程对环境有一定的破坏性，难以获得广泛应用。金属托盘比较昂贵笨重，容易锈蚀，且需要消耗钢铁等资源，无法予以推广[3-5]。

在众多替代木材的托盘新技术新产品中，木塑托盘以其良好的综合性能，在发达国家的物流作业中得到广泛使用。木塑托盘的主体是木塑复合材料。制作木塑复合材料的主要原料是农作物秸杆、木材加工剩余物与废弃物，以及可回收废旧塑料等，因此可以节约大量的木材资源。从综合性能看，木塑托盘摒弃了其他类型托盘产品的缺陷，具有强度高、韧性好、不变形、不吸潮、不霉蛀、抗腐蚀、耐老化、易加工、可回收、无污染等优点，而价格却低于其它各类托盘。因此，木塑托盘成为物流托盘的更新换代产品，是托盘技术发展的趋势。

我国目前针对通用托盘的力学性能要求和检测方法比较完善，但木塑托盘因其独特的性质，现有的通用托盘检测方法并不适用，其相关制造应用标准和测试方法也没有建立起来，针对以上情况，我校“948”木塑托盘制造技术引进项目课题组试制了不同规格的木塑托盘，在尝试利用现有通用托盘力学性能检测方法的基础上对木塑托盘的力学性能检测方法进行了相关的研究。

1 木塑托盘力学性能要求

根据目前行业通用的GBT4995-1996联运通用托盘性能要求，木塑托盘也分为N级和S级两类。N级为通用型普通托盘，S级为特种用途托盘[6]。

按照物流装卸载运要求，托盘在应用前应通过静态试验、冲击试验和角跌落试验三种测试。静态试验包括堆码试验、弯曲试验和底铺板试验，冲击试验包括剪切试验、顶铺板边缘冲击试验和垫块冲击试验[7]。

以N级托盘检测要求为例（见图1），三种试验的力学性能见表1：

图1 项目组试制的不同规格木塑托盘样品Fig.1 Tested samples of WPC pallets with different specif i cations

表1 N级托盘力学性能要求[8]Table 1 Requirements of mechanical property of N-grade WPC pallets

2 力学性能检测的材料和设备

2.1 木塑托盘原材料及性能要求

课题组测试试验的托盘为深圳格林美股份有限公司试制，托盘规格为1 200 mm×1 200 mm，托盘制造原材料为木塑复合材料，主要成分包括指由热塑性塑料（主要是PE、聚烯烃和 PVC，包括新料、回收料和二者混合料）与木质纤维（主要有废木粉、刨花、锯木）作原料混合入各种助剂，通过挤出、模压、注射等工艺生产出来的一种环保型产品。托盘原材料主要材料属性及物理力学性能见表2和表3：

2.2 测试实验设备

主要实验设备有ZXYD-502电子式整箱压缩试验机，IS-4000斜面冲击台，DL-1000型零位移跌落试验机，见图2依次所示。

表2 木塑托盘制造用复合原材料属性[9]Table 2 Composite raw material properties of WPC pallets

表3 木塑托盘样品力学性能基本要求Table 3 Basic demands for mechanical properties of WPC pallet samples

图2 主要实验设备Fig.2 Main experimental equipments

3 力学性能检测的测试方与法结果分析

参照GBT4996-1996联运通用托盘试验方法，课题组对木塑托盘样品做了堆码试验、弯曲试验、顶铺板边缘冲击试验、垫块冲击试验和角跌落试验，样品的设计额定载荷R为1 000 kg，准载0.25R为2 450 N，满载1.1R为10 780 N。通过测试结果来验证试验方法的合理性与实用性。

3.1 堆码试验

试验方法：

（1）将样品置于电子式整箱压缩试验机下压板中间部位，按图3、图4方式加载，把一块尺寸为200 mm×200 mm×25 mm的刚性加载头放在样品一角处，以3 mm/min的速度将试验载荷从0逐渐增加到0.25 R，并以0.25 R作为准载荷；

（2）在1～5 min内加载至满载荷1.1R，并保持满载荷24 h；

（3）在规定时间内卸载至准载荷0.25R；

（4）测量A点在以下时刻的位移量：准载荷（y0）、满载荷开始时（y1）、满载荷保持24 h时（y2）、卸载到准载荷（y3）、卸载保持1 h时（y4）；

图3 堆码试验示意Fig.3 Stacking tests

图4 堆码试验托盘样品实测Fig.4 Measured WPC pallet sample in stacking tests

（5）计算样品在相当于0.25R准载荷条件下满载变形量（y2～y0）以及在卸载过程中，相当于0.25R准载荷条件下的变形量（y3～y0）。

图5 堆码试验曲线Fig.5 Stacking test curves

3.2 弯曲试验

试验方法：

（1）将样品置于电子式整箱压缩试验机下压板中间部位，按图6、图7方式加载，以3 mm/min速度将试验载荷从0逐渐增加到0.1R，并以此作为准载荷；

图6 弯曲试验示意Fig.6 Bending test

图7 弯曲试验托盘样品实测Fig.7 Measured WPC pallet sample

（2）在1～5 min内加载至满载荷1.25R，并保持满载荷24 h；

（3）在规定时间内卸载至准载荷0.1R，并在准载荷条件下保持1 h；

（4）分别测量A、B点在以下时刻的位移量：准载荷（y0）、满载荷开始时（y1）、满载荷保持24 h（y2）、卸载到准载荷（y3）、卸载保持1 h时（y4），以及满载时托盘两铺板之间的距离h；

（5）取各点变形量的平均值，计算样品在相当于0.1R准载荷条件下满载变形量（y2-y0）以及在卸载过程中的残余变形量（y4-y0）。

根据GB/T 4995-1996，N级托盘性能要求，托盘在满载时变形量≤26.25 mm，残余变形量≤10.5 mm，试验中样品还未达到满载荷（约4 900 N）时，由于变形量太大（超过30 mm），导致样品两端与加压板接触，试验终止，说明木塑托盘样品弯曲性能较差，不能满足传统联运托盘的性能要求（见图8）。

图8 弯曲试验曲线Fig.8 Bending test curve

3.3 顶铺板边缘冲击试验

试验方法（1）将负载样品（总负载75 kgf）按图9方式放置在斜面冲击台台车上；

图9 顶铺板边缘冲击试验Fig.9 Impact test on top plank edge

（2）将样品拖到距离冲击点1 000 mm处，释放小车冲击样品顶铺板边缘，共进行3次冲击试验；

（3）如图10所示记录x、y1、y2、y3变形量；

根据GB/T 4995-1996，N级托盘性能要求，托盘在满载时最大变形量Δx≤3 mm，Δy≤3 mm，实测结果Δx=0 mm，Δy=0 mm ，说明样品复合性能要求（见图11）。

图10 弯曲变形量Fig.10 Bending deformation

3.4 垫块冲击试验

试验方法：（1）将负载样品（总负载75 kgf）按图12方式放置在斜面冲击台台车上；

（2）将样品拖到距离冲击点750 mm处，释放小车进行垫块冲击，共进行三次冲击试验；

（3）如图13所示记录x、y、z、α、β变形量；

根据GB/T 4995-1996，N级托盘性能要求，

图12 垫块冲击试验Fig.12 Impact test on cushion block

图13 垫块冲击变形量Fig.13 Deformation of cushion block impacted

(x3+y3+z3)/3 ≤ 3 mm，α≤ 5 °，β≤ 5 °，实测结果 (x3+y3+z3)/3=0 mm，α=0 °，β=0 °，说明样品满足性能要求（见图14）。

3.5 角跌落试验

试验方法：

图14 垫块冲击试验托盘样品实测Fig.14 Measured WPC pallet sample in impacting test to cushion block

（1）将样品一角立起按图15方式放置在零位移跌落试验机上，释放样品，使之自由跌落在一块平整、坚硬的钢板上；

图15 角跌落试验Fig.15 Pallet drop test with an obliquity

（2）跌落高度为500 mm，在同一角上进行三次跌落，并记录试验前后对角线长度的变形量。

据GB/T 4995-1996，N级托盘性能要求，对角线长度变形量小于4%，实测结果对角线变形量为2%，样品性能满足设计要求（见图16）。

图16 垫块冲击试验托盘样品实测Fig.16 Measured WPC pallet sample in test of cushion block impacted

在进行托盘载荷能力测试时需要特别注意的是，选择托盘的载荷能力要了解托盘的使用功能，当托盘要上架存储时，上架载荷最为重要。同时，托盘的载荷能力与托盘上货物的摆放方式有很大关系，载荷面积减小，托盘的实际剩余载荷也将减小，而不是原有的额定载荷。

综合以上实测结果，项目组试制的木塑托盘样品基本满足联运托盘的力学性能要求。同时也证明了现有的联运托盘性能要求和试验检测方法由于木塑托盘的自身材料特性，并不完全适用于木塑托盘。

4 结 论

从国内物流行业的发展及托盘的使用现状看，作为采用新型材料的木塑托盘，建立其技术标准和应用规范，成为木塑托盘推广使用过程中面临的重大课题[10-11]。通过一定量的产品试制和大量的检测试验发现，木塑托盘虽然具有其他不同材质制造的托盘不具备的优势性能，也存在一定的应用局限性，例如木塑材料自身的弯曲强度弱的缺点就限制了木塑托盘承重的能力。同时，物流行业是一个流动性大、作业量大、作业对象繁杂的行业，对托盘的应用量不仅大，而且需求的规格也各有不同，为避免制造原材料、作业空间、作业能力的浪费，有必要制定合理的托盘规格，使其既能满足作业对象的要求，又具有一定的通用性，从而降低托盘使用的消耗成本，促进木塑托盘的广泛推广。

[1] 吴正心,竹环蜂窝板托盘研究[D].长沙：中南林业科技大学,2007.

[2] 庞 燕,尹千才,曾 光,竹环蜂窝托盘设计及理论研究[J].中南林业科技大学学报, 2013,33(3):103-106.

[3] 孙 珂,孟国强.我国托盘应用现状与发展建议[J].中国物流与采购,2004,(23):12-16.

[4] 曲衍国.推进我国物流作业托盘化策略探讨[J].物流技术,2009, (206):27-30.

[5] 樊 宏.托盘标准化与物流托盘化[J]. 中国物流与采购, 2005,(15):48-50.

[6] 中国国家质量技术监督局．GB/T4995-1996 联运通用托盘 性能要求[S]．北京:中国标准出版社,1996．

[7] 中国国家质量技术监督局．GB/T4996-1996 联运通用托盘 试验方法[S]．北京:中国标准出版社,1996．

[8] 易 振. 塑木复合托盘力学性能分析[D].广州:暨南大学,2009.

[9] 赵 磊,肖生苓.木塑复合材料托盘的研究[J].物流技术,2011, 30(7): 184-186.

[10] 李太平.国外物流托盘的主要流通模式及其启示[J].物流科技, 2008, 31(6):73-75.

[11] 吴宝祥.中国托盘物流在高速发展中迎接新挑战[J].中国储运,2008,(2):101-103.

Test method for mechanical property of wood plastic pallet

WEI Zhan-guo, WANG Zhong-wei, PANG Yan
(School of Transportation & Logistics, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In many new technology and new products of substituting wood materials, WPC pallets with good comprehensive performance are widely used in the logistics operations in developed countries. In China, the mechanical property requirements and test methods of general purpose pallets are more perfect currently. But the test methods for WPC pallets are not applicable to inspect the mechanical property of the pallets. Based on using existing general purpose mechanical properties and detection methods of WPC pallets, the related studies for the WPC pallets were conducted by trial-produce different specif i cations of the WPC pallet.

WPC pallet; mechanical property; standardization of pallet; standardization system; test method

S781.2

A

1673-923X(2014)10-0116-07

2014-04-16

国家林业局948国际先进林业技术引进项目（No.2012-4-26）；湖南省教育厅科学研究项目（重点No.13A127）

魏占国（1978-），男，安徽蒙城人，博士，讲师，主要研究方向为森林工程和物流装备技术；

E-mail：jackwzg007@163.com

王忠伟（1965-），男，湖南邵阳人，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为项目管理、物流工程

[本文编校：文凤鸣]