洗涤用品纸箱外包装设计及实例

梁润成

北京绿伞科技股份有限公司，北京，100094

纸箱是产品防护、搬运、存储的重要包装物，据统计，2021年我国纸箱产量高达3 444万吨[1-2]。家庭清洁产品目前液体类占主要，各种液体洗涤剂在存储运输过程中，多数用纸箱做外包装。据国家统计局数据显示，2020年1—12月累计生产情况，肥皂及洗涤剂制造业规模以上企业数量373家，其中液体洗涤剂（洗衣液和餐具洗涤剂）产量753.92万吨[3]。常规渠道非电商类家庭清洁液体洗涤剂产品包装通常每箱重量为5 kg～20 kg，由此国内每年会使用大量纸箱，并且纸箱在产品构成中占重要成本和质量影响。合理设计纸箱可以既满足产品防护性能要求，又合理控制成本。

1 纸箱设计基本要求

每款产品针对外观、印刷、尺寸、耐破强度、抗压强度等要求进行设计，设计时需考虑产品包装重量、运输距离、码放高度、存放空间湿度环境、码放方式等，既能满足产品需求，又要合理控制成本。对纸箱设计提出较高要求。

1.1 印刷和外观

印刷需要符合标准GB/T 191—2008《包装储运图示标志》，条形码需要符合商品条码相关标准，涉及宣传类如环境标志产品和绿色产品等需按照对应产品标准要求进行合规应用图案。纸箱属于可回收物，可印刷可回收标识，具体可以参考标准GB/T 18455—2022《包装回收标志》。

1.2 纸箱尺寸

纸箱尺寸主要考虑内装瓶或袋形状、大小和码放方式，同时需要考虑托盘大小。目前流通较多的托盘尺寸为1 200 mm×1 000 mm，需充分利用托盘，提高库房储存能力，也需要考虑人工搬用方便性。目前超市展示产品纸箱高度主要为100～350 mm，周长900～1 500 mm。

设计尺寸时需要考虑尺寸对箱体抗压性能的影响，GB/T 6543—2008《运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》中规定，内装物在5 kg以内，最大综合尺寸为700 mm，在10 kg以内为1 000 mm，在20 kg以内为1 400 mm。瓦楞纸箱的长、宽之比一般不大于2.5∶1，宽高之比一般不大于2∶1，一般不小于0.15∶1。长宽比在1.2～1.5时抗压强度最高，纸箱高度在100～350 mm时，抗压强度随着高度增加而稍有下降[4]。

设计尺寸时要充分考虑内装物与向内顶隙间距，对于后期码放怕压喷头、泵头货侧封盖类型产品，要预留5～10 mm间隙，对于内装瓶可承压类产品，要预留3～5 mm间隙。

1.3 耐破强度

纸板耐破强度对后期搬运和运输过程起重要作用。根据GB/T 6544—2008《瓦楞纸板》标准要求和配纸实际情况，BC楞纸板通常耐破强度≥800 kPa。

1.4 纸箱抗压强度

纸箱抗压强度是纸箱最重要的一个质量衡量指标，对后期存储运输至关重要。合理设计既能满足实际需求，又可以合理控制成本。

1.4.1 纸箱抗压强度设计

公式为：P＝K·G（H-h）/h×9.8

公式中：P为抗压强度，N；K为强度安全系数；G为瓦楞纸箱包装件的质量，kg；H为堆码高度，mm；h为瓦楞纸箱高度，mm。

不同产品和库房条件，码放的高度不同，通常以人体搬运高度为宜，选择2 m高度，部分库房放置在3 m高度。

根据内装包装物和实际流通情况综合选定安全系数，通常安全系数选择整数。对于软包装袋类、喷头类、泵头类产品一般选择安全系数为5-7，对于产品为瓶装并可承压类产品一般选择安全系数为3-4。

2 日化产品案例

以一款500 g喷头类产品为例，对其箱体尺寸、抗压强度和耐破强度进行设计。

2.1 箱体尺寸设计

以一款500 g带喷头A产品为例，计划箱内装24瓶，综合包装成本较为合理。瓶长、宽、高为99 mm、48 mm、262 mm，箱内码放方式为每排6瓶，共计4排，中间有插板，纸箱内径尺寸为405 mm×298 mm×270 mm。产品质量含瓶、喷头和纸箱为13 kg，最大综合尺寸为973 mm，长宽之比为1.36∶1，宽高之比为1.10∶1。箱内盛放数量、物品质量、最大综合尺寸、箱体长宽之比和箱体宽高之比较为合理。

2.2 抗压强度设计

2.2.1 码放高度和层数

箱体高度外径290 mm，考虑人工搬运和码放，高度设定为2 m，最大码放高度为7层。

2.2.2 安全系数

箱体选择为常规BC双瓦楞纸箱，内装产品属于喷头类产品，且在全国流通，流通周期为2-10个月，选择安全系数5。

2.2.3 抗压强度选定

产品、瓶和纸箱总计重量13 kg，码放层数为7层，考虑后期流通期长和存储环境湿度大等问题，安全系数设定为5，根据抗压强度计算公式得出纸箱抗压强度3 822 N，此要求通常指标准条件温度为23 ℃，相对湿度为50%。

2.2.4 选择纸箱纸板边压强度和配纸

根据纸箱尺寸、抗压强度、楞型计算纸箱用纸板边压强度，再根据纸板边压强度要求进行纸板的每层配纸，选择适合的用纸。A产品选择双层瓦楞结构BC楞，选择凯里卡特（Kellicutt）公式计算边压强度[5]：

式中：P为瓦楞纸箱抗压强度，lb（N）；PX为纸板边压强度，lb/in（N/cm）；4aXz为瓦楞常数；J为楞型常数；Z为纸箱周长，in（cm）。

通过以上公式可得A 产品纸板边压强度为54.28 N/cm，即5 428 N/m。

纸板边压强度主要与每层纸板横向环压强度R、选用纸质定量W和纸横向环压指数有关。横向环压强度计算公式为：R＝W×r

式中：R为横向环压强度，N/m；W为纸质定量，g/m2；r为横向环压指数，N·m/g。

对于五层瓦楞纸板：R＝W1×r1+W2×r2+W3×r3+Wb×rb×cb+Wc×rc×cc

式中：rb为B楞收缩率，通常为1.361；rc为C楞收缩率，通常为1.477[5]。

通过以上可根据实际用纸定量和用纸品质进行合理配纸。

2.3 纸箱纸板耐破强度

公式为：P＝X·G[5]

式中：P为耐破强度，kPa；X为耐破指数，kPa·m2/g；G为纸板定量，g/m2。

根据配纸的纸板定量和耐破指数确定纸板耐破强度。

2.4 新配纸纸箱验证

2.4.1 抗压强度和耐破强度验证

在恒温恒湿箱（厂家为上海一恒科学仪器有限公司）标准条件下23 ℃/50%RH平衡48 h后，用纸箱压力仪（厂家为济南兰光机电技术有限公司）测试纸箱抗压强度，耐破强度为3 889 N。对于确定纸板配纸和尺寸的纸箱，在不同湿度条件下放置，对其抗压强度影响较大。选择温度为23 ℃，相对湿度为30%～90%，对抗压强度和耐破强度进行测试，结果见表1和图1。

表1 不同湿度条件下抗压强度和耐破强度

图1 相同温度不同湿度条件下纸箱抗压强度

2.4.2 抗压强度实验时纸箱最大形变量

在标准条件下23 ℃/50%RH测试纸箱抗压强度，压溃力最大时纸箱整体高度变形量为13.2 mm，见图2。如果纸箱形变量大，需要将产品装箱验证开箱产品是否有变形。不同材质纸配置纸箱，在压溃力最大时的变形量差异非常大，通常为5～20 mm。

图2 纸箱不同抗压强度对应变形量

2.4.3 堆码试验

按照GB/T 4857.3—2008《包装 运输包装件基本试验 第3部分：静载荷堆码试验方法》，在纸箱上方放置390 kg重物，放置24 h后观察，纸箱没有发生明显变形。

2.4.4 提升抗压强度

（1）箱内增加插页：箱内增加插页，可以有效分割，防止后期运输过程中产品在箱内移动，同时采用不同形式的插页可以增强纸箱的整体抗压强度。

采用A产品纸箱对三种插页进行实验，插页使用同纸箱材质纸板（表2）。

表2 不同插页影响

（2）雨季适当增加配纸：纸箱的抗压强度设定主要考虑称重和安全系数。如果在夏季雨季时，室内空气相对湿度＞80%，可以适当调配材质或增加楞纸厚度，增加纸箱抗压强度，也可以采用较好的面纸防止吸潮，也可以采用在纸箱表面涂蜡、增加膜等方式防止纸箱强度急剧降低，同时也可以采用适当降低码放高度、加快物流周转期等措施确保纸箱防护不变形。

3 总结

（1）现有洗涤用品包装纸箱主要以BC楞为主，纸箱设计时需针对外观、印刷、尺寸、耐破强度、抗压强度等要求，参数设计时需考虑产品包装重量、运输距离、码放高度、存放空间湿度环境、码放方式等，既能满足产品需求，又要合理控制成本。

（2）对设计纸箱进行验证，特别是抗压强度、堆码试验和变形量对箱内产品影响较大，确保在正常存储、物流等环节起到防护产品作用。

（3）通过箱内插页优化设计可以满足产品分割和提升抗压强度。对于特殊产品可以选择更好的面纸或通过涂蜡、覆膜等方式应对高湿度条件存储。