瓦楞纸箱抗压强度与包装件载荷的计算方法与对比

陈振强+张卫红

随着瓦楞纸箱行业的发展，用户对瓦楞纸箱的质量要求越来越高。相信很多瓦楞纸箱生产企业都会接触到类似的客户投诉：瓦楞纸箱的强度不够，在包装、堆码或运输中出现变形、压塌或破损，从而要求退货或赔偿。近日，我公司针对瓦楞纸箱行业的发展现状进行了一系列调研，调研结果表明：瓦楞纸箱的强度（抗压强度和堆码强度）既是评价瓦楞纸箱的重要指标，又是设计瓦楞纸箱的重要条件。

抗压强度及安全系数K的选取

抗压强度是瓦楞纸箱一个至关重要的性能指标，其不仅反映瓦楞纸箱制造工艺的综合特性，还直接影响瓦楞纸箱在使用过程中的安全性能，目前已作为瓦楞纸箱日常检测和验收工作中的一项重要指标。

随着物流行业的快速发展，瓦楞纸箱的抗压强度特性显得尤为重要。抗压强度过低则其保护商品的功能不足，导致产生货损，给终端企业和瓦楞纸箱生产企业带来不利影响。然而，抗压强度过高势必会使包装成本升高，导致终端企业商品销售价格增加或商品的利润空间降低，同时也增加了瓦楞纸箱企业的销售难度。因此，合理地设计瓦楞纸箱抗压强度是瓦楞纸箱设计的重要内容之一。

在整个物流过程中，瓦楞纸箱包装件最易受到气候环境，尤其是湿度的影响，此外，受到装卸过程中的冲击、运输过程中的振动、堆码方式、堆码时间等诸多因素的影响，瓦楞纸箱的抗压强度会随着时间的变化呈逐渐下降的趋势。

为保证瓦楞纸箱包装件在整个运输仓储期限内具有足够的抗压强度，安全系数K值应大于1，内装物起到支撑作用的一般K值取1.65以上，不能起到支撑作用的一般K值取到2以上。但GB/T6543-2008《运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》标准中并没有给出其他情况下的K值数据和对应的选取条件。在这种情况下，按照此标准就无法确定瓦楞纸箱实际需求的抗压强度，只能采用试验方法测量瓦楞纸箱的最大抗压强度。对储运环境熟悉的客户会从一些文献或公司的标准中选择合适的K值，而对储运环境不熟悉的客户又缺乏必要的技术资料，将无从选择合适的K值，这时选择的抗压强度值就会带有一定的盲目性，往往造成包装强度设计不合理。

包装件载荷的计算与对比

瓦楞纸箱包装件在储运过程中可能是同种包装件的堆码，也可能是不同类型包装件的堆码，最底层的包装件将会承受来自上方包装件的全部堆码载荷。运输过程中的条件各异，不同运输包装件测试标准对包装件的载荷要求也各不相同。这种情况下，瓦楞纸箱包装件受到的堆码载荷相比瓦楞纸箱的空箱抗压强度更有实际意义。

现在假设一个瓦楞纸箱包装件，双层瓦楞纸箱，内装物不承压，包装件外尺寸为400mm×400mm×400mm，重量为20kg，堆码层数为7层（或封闭车厢内部高度2.7m）。下面根据不同公式计算堆码载荷，并对得出的数据进行对比分析。需说明的是，本文堆码层数的计算值一律向上取整，如计算堆码层数6.7层，取整为7层。

（1）GB/T6543-2008标准，安全系数K值取5。

P=K×G×（H–h）÷h×9.8=5×20×6×9.8=5880N

式中：P为抗压强度，单位N；K为强度安全系数；G为瓦楞纸箱包装件重量，单位kg；H为为堆码高度，单位mm，一般不高于3000mm；h为为瓦楞纸箱高度，单位mm。

（2）ISTA 1C标准，使用压力试验机到压后立即释放压力。

Load=[1300 +（Wt×9.8）+ 530×（L+ W）]×1.4=[1300+（20×9.8）+530×（0.4+ 0.4）]×1.4 =2688N

式中：Load为计算载荷，单位N；Wt为为瓦楞纸箱包装件重量，单位kg；1300为施加压力最小值，单位N；530为公式计算值；L为包装件长度，单位m；W为包装件宽度，单位m；1.4为压力对时间的补偿系数。

（3）ISTA 2A标准，使用压力试验机到压后立即释放压力，F值取5。

Load=[Wt×（S–1）×F×9.8]×1.4=[20×（7–1）×5×9.8]×1.4=8232N

式中：Load为计算载荷，单位N；Wt为瓦楞纸箱包装件重量，单位kg；S为包装件的堆码层数；F为补偿系数，范围一般在3～6，如果包装件在流通过程有仓储堆码，建议最小选择5，否则建议最小选择4；1.4为压力对时间的补偿系数。

（4）FedEX-A标准，F值取5。

Load=0.007×（108–H）×L×W×F×0.454×9.8=0.007×（108–400÷25.4）×400÷25.4×400÷25.4×5×0.454×9.8=3563N

式中：Load为计算载荷，单位N；0.007为平均货物密度，单位lbs/ in3；108为运输过程中货物最大堆码高度，单位in；H为单个包装件的高度，单位in；L为单个包装件的长度，单位in；W为单个包装件的宽度，单位in；F为与湿度、时间和堆码方式有关的系数；0.454为磅和千克间的转换系数。

（5）Item 180标准，使用压力试验机到压后立即释放压力，DF值取7。

L o a d = 1 6 2×（ 2 . 7–h ）×（ l×w）×DF×9.8=162×（2.7–0.4）×0.4×0.4 ×9.8 ×7=4090N

式中：Load为计算载荷，单位N；162为货物平均密度，kg/m3；2.7为车辆有效堆码高度，单位m；h为单个包装件的高度，单位m；l为单个包装件的长度，单位m；w为单个包装件的宽度，单位m；DF为设计系数。

值得注意的是，当包装件重量小于14kg或体积不超过0.056m3时，堆码高度由2.7m降低为1.4m，瓦楞纸箱的堆码载荷也随之降低。

（6）ASTM D4169车辆堆码标准，F值取7，同种包装件堆码试验。

Load=M×J×（H–h）÷h×F=20×9.8×（2.7–0.4）÷0.4×7=8232N

式中：Load为计算载荷，单位N；M为瓦楞纸箱包装件重量，单位kg；J为公制转换系数，9.8N/kg；H为堆码高度，取2.7m；h为单个包装件的高度，单位m；F为补偿系数。

上述计算公式中的F、DF与GB/ T6543标准中的安全系数K值原理一致。其中，GB/T6543、ISTA 2A、FedEX-A标准的安全系数K值取5；ISTA 1C标准不涉及安全系数；Item 180和ASTM D4169标准的安全系数在同种情况下的取值为7。

将上面各公式的计算值汇总，如表1所示。从表1数据中可以看出，ISTA 2A和ASTM D4169标准的计算载荷值为8232N，比GB/T6543计算的空箱抗压强度值高出40%；ISTA 1C的计算堆码载荷最小，仅为GB/ T6543计算值的46%；6个计算公式的最大载荷与最小载荷之差为8232-2688=5544N，是最小值2688N的2倍。无论瓦楞纸箱的空箱抗压强度还是瓦楞纸箱包装件的堆码载荷，都是为了保证包装件在实际流通过程中瓦楞纸箱具有足够的强度，不会发生压溃而导致内装物破损或倒塌现象的发生。

综上所述，当内装物或缓冲结构不能承压时，瓦楞纸箱将承担全部的堆码载荷，这种情况下，瓦楞纸箱的耐压强度比空箱抗压强度值的意义更大，所以更应关注最终的堆码强度载荷值。按照GB/T6543计算的抗压强度会与其他运输包装测试标准的计算载荷产生一定的偏差，甚至非常大的偏差。为此，应当根据客户实际测试需求，明确选择运输包装测试标准的堆码计算公式，这样计算的堆码载荷要比GB/T6543的抗压强度值更符合运输标准的需求，这样不仅可以弥补GB/T6543中K值选择不明确的不足，还可以使设计的瓦楞纸箱抗压强度更符合实际的需求，设计更加合理化。endprint