瓦楞纸箱抗压强度的影响因素及设计和检测

岳青青+王振华

瓦楞纸箱具有良好的刚度、强度和缓冲性能，凭借绿色环保、成本低廉、便于仓储和运输等优点，已逐渐取代木箱等包装容器，成为运输包装的主力军。为保证内装物在仓储、运输等过程中不发生损坏，瓦楞纸箱各项强度指标均要满足使用要求。抗压强度作为瓦楞纸箱的重要指标之一，能反映整个制箱工艺的综合特性以及瓦楞纸箱的内在强度质量。因此，抗压强度的研究对提高瓦楞纸箱使用性能、降低物流货损率、减少原材料消耗等具有非常重要的意义。

瓦楞纸箱抗压强度的影响因素

瓦楞纸箱抗压强度的影响因素主要可以归纳为以下几点：瓦楞纸箱的制造工艺、瓦楞纸箱的结构、瓦楞原纸与芯纸的性能、瓦楞纸箱运输及储存环境条件。

1.瓦楞纸箱的制造工艺

瓦楞纸箱的制造工艺主要包括印刷、模切压痕、开孔等工序。印刷面积及印刷压力越大，瓦楞纸箱抗压强度的损失也越大。当压痕线与瓦楞楞向平行时，压痕过程对瓦楞纸箱抗压强度的影响较小；但当压痕线与瓦楞楞向垂直时，瓦楞纸箱的抗压强度受压痕过程的影响较大。此外，研究证明，瓦楞纸箱的开孔位置离纸箱中心越近，对瓦楞纸箱抗压强度的影响越小；离纸箱中心越远，对瓦楞纸箱抗压强度的影响越大。需要注意的是，在瓦楞纸箱上端开孔比在下端开孔对其抗压强度的影响更大。

2.瓦楞纸箱的结构

瓦楞纸箱的结构不同对其抗压强度的影响也不同。影响主要集中在瓦楞纸箱的长宽比、高度、周长3个方面。试验数据表明，长宽比变化对瓦楞纸箱抗压强度具有非常明显的影响，在瓦楞纸箱周长和高度一定的情况下，长宽比在由1.0变为2.0的过程中，瓦楞纸箱抗压强度呈现先增加后降低的趋势，当长宽比在1.4左右时，瓦楞纸箱抗压强度达到最大。当瓦楞纸箱高度较高时，其堆码时的稳定性就会变差，抗压强度也会随之降低。此外，瓦楞纸箱的抗压强度与其周长成正相关性，即在一定范围内，瓦楞纸箱周长越长，抗压强度越高，反之抗压强度越低。

3.瓦楞原纸与芯纸的性能

瓦楞纸箱的原材料是决定瓦楞纸箱抗压强度的重要因素之一，主要表现在两个方面：一方面，瓦楞原纸与芯纸的质量以及搭配是否合理对瓦楞纸箱抗压强度有明显影响；另一方面，瓦楞原纸的综合环压强度与瓦楞纸箱的抗压强度呈显著线性关系。

4.瓦楞纸箱储运的环境条件

（1）湿度的影响

国产瓦楞原纸大多以草浆为原材料，主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，而葡萄糖基作为构成这些成分的基本化学单位，使纤维素、半纤维素、木质素都具有较强的亲水性。因此，环境湿度对瓦楞纸板的各项力学性能影响较为显著。研究人员采用有限元法研究了环境湿度对瓦楞纸箱抗压强度的影响，结果表明，瓦楞纸箱抗压强度随着环境湿度的增大而降低，且降幅较为明显。

（2）堆码的影响

为了降低物流成本，很多商家会通过增加堆码高度来提高包装容积利用率。但是在重力作用下，上方货物会对下方货物施加压力，这种压力会对瓦楞纸箱的抗压强度造成一定损害，并且损害程度与堆码时间和堆码方式有很大关系。研究表明，瓦楞纸箱的抗压强度随堆码时间的延长而降低。而不同的堆码方式对瓦楞纸箱抗压强度的影响也是不同的，常见的堆码方式有交错堆码及重叠堆码两种，重叠堆码时，由于瓦楞纸箱箱角承受的压力最高，这种情况下所需要的抗压强度最高。

（3）装卸与运输过程中振动与冲击的影响

近年来，机械装卸方式在物流运输中逐渐得到普及应用，但这无疑增加了货物在流通过程中遭受外力振动冲击的次数。在实际运输中，瓦楞纸箱所受的振动冲击强度与运输工具及运输距离等有关。在铁路运输中，振动冲击强度主要受运输距离的影响，运输距离越长，瓦楞纸箱所受的振动冲击越强。而在汽车运输中，振动冲击强度除了受运输距离影响外，还与道路条件、行驶速度、货物在车厢内的放置位置等因素有关。

运输过程中的振动冲击强度越大，对瓦楞纸箱抗压强度的影响越大。在装卸过程中，瓦楞纸箱的四角及棱边落下时对其抗压强度的影响也非常大。

瓦楞纸箱抗压强度的设计

在设计运输包装时，要想实现强度最高、成本最低的包装方式，需要充分了解产品的流通环境，综合考虑各种因素来设计多种方案，通过实验验证来确定最优方案。瓦楞纸箱抗压强度的设计需要考虑诸多因素，如瓦楞纸箱内容物的种类、数量、重量、排列方式，以及箱体的长宽高尺寸等。对此，可根据国家标准GB/T 6543-2008《运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》中瓦楞纸箱需满足的最低抗压强度计算方法，针对不同内装产品来设计瓦楞纸箱的抗压强度。

1.箱型的选择

GB/T 6543-2008中列出了多种瓦楞纸箱箱型，在实际使用中可根据内装物选择适合的箱型。经过综合比较，0201型瓦楞纸箱节省原料、易加工、使用方便，在产品运输中应用较为广泛。

2.瓦楞纸箱尺寸的设计

在设计瓦楞纸箱尺寸时，首先应确定内装物的数量及排列方式，根据国际贸易惯例，作为运输包装的瓦楞纸箱的单箱重量一般不超过20kg，最大为25kg，而我国国家标准规定单箱重量最大为18kg。瓦楞纸箱内装物的数量即可通过单箱最大重量除以单件产品的重量来计算确定，再根据内装物的数量对其排列方式进行设计。设计瓦楞纸箱尺寸时需要考虑多方面的因素，实践表明：当长宽比为2.0时，用料最省；长宽比为1.4左右时，瓦楞纸箱的抗压强度最大。此外，还应结合堆码方式、标准化尺寸、美学因素及安全原则等因素进行设计。

3.瓦楞纸箱抗压强度的设计

（1）根据公式1来确定堆码层数。

N=H×h （公式1）

其中，N为堆码层数；H为集装箱高度（一般为2.5～3.0m）；h为瓦楞纸箱高度（单位为m）。

（2）根据堆码层数利用公式2来估算堆码强度。

Ps=G×9.8×（N-1） （公 式2）

其中，Ps为堆码强度（单位为N），G为瓦楞纸箱包装件的质量（单位为kg）。

（3）安全系数K的确定。安全系数K可根据产品储存运输环境的温湿度条件、振动冲击强度、储运时间及内装产品是否有一定支撑来确定。安全系数K一般取2以上，当内装产品不能承受任何载荷时安全系数K为7，内装产品能承受1～2倍载荷时安全系数K为5，内装产品能承受3倍以上载荷时安全系数K为3。内装产品的垂直承载能力可以通过测试来确定，从而选择相应的安全系数。

（4）根据堆码强度利用公式3计算瓦楞纸箱的抗压强度。

P= Ps×K （公式3）

其中，P为瓦楞纸箱抗压强度（单位为N）。

几种瓦楞纸箱抗压强度的检测

1.普通结构瓦楞纸箱正向抗压强度检测

普通结构瓦楞纸箱正向抗压是指摇盖在上、下两面承受压力的情况，其抗压强度与纸板边压强度、纸箱结构、搭接方式有关，一般可按照常规方法进行设计和检测。

2.扁平型瓦楞纸箱侧向抗压强度检测

扁平型瓦楞纸箱（摇盖在侧面）侧向抗压是指摇盖承受压力的一种情况，从目前研究来看，其抗压强度与纸板的物理性能没有线性定量关系。由于这种瓦楞纸箱的受力方向与瓦楞方向不一致，需要改变目前纸板的边压强度测试方法，才能找到该边压强度与抗压强度的相关性。从实际检测中发现，这种瓦楞纸箱的抗压强度与其实际结构尺寸或受力面积的相关性更强，受力面积越小，抗压强度越大。此时，需按照瓦楞纸箱抗压强度的要求进行设计和实际检测。

3.带底托盘的瓦楞纸箱抗压强度检测

带底托盘的瓦楞纸箱便于装卸、堆码，其抗压一般是指瓦楞纸箱的正向抗压。这种瓦楞纸箱在堆码时，上面瓦楞纸箱的底托与下面瓦楞纸箱的上表面局部接触，使其表面局部承受压力。这类瓦楞纸箱的抗压强度设计需考虑托盘与纸箱的接触面积、纸板的边压强度等多种因素，其强度测试应按照实际堆码方式确定。

4.加内衬或护角板瓦楞纸箱抗压强度检测

为了节省材料以及提高抗压强度，有些瓦楞纸箱的内部需要加内衬或护角板，在对这类瓦楞纸箱的抗压强度进行检测时，需要综合考虑瓦楞纸箱盒内衬或护角板的性能，并按照实际应用方式进行检测。

5.高温高湿环境处理后瓦楞纸箱抗压强度检测

对物流环境有特殊要求（如防潮、防水）的瓦楞纸箱，需要考察在高温高湿条件下，瓦楞纸箱抗压强度的变化。根据包装物流环境要求，此类瓦楞纸箱的纸板应选用防潮箱板纸，成箱后按照实际物流达到的最严厉温湿度条件进行处理，再进行抗压强度检测，对比环境条件处理前后瓦楞纸箱抗压强度的变化。这种测试对于海运、跨地域运输储存的瓦楞纸箱具有重要意义。