瓦楞紙箱抗壓強度的測試分析
瓦楞紙箱抗壓強度是指在壓力試驗機均勻施加動態(tài)壓力下至箱體破損的最大負(fù)荷及變形量。
抗壓測試過程分四個階段：第一是預(yù)加負(fù)荷階段，確保紙箱與抗壓機壓板接觸；**是橫壓線被壓下階段，此時負(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，此時負(fù)荷增加快，變形量增加緩慢；第四是紙箱被完全破壞時，此時為紙箱的壓潰點。因為在紙箱的整個承壓過程中主要是四個角受力，約占整個受力總量的三分之二，所以在生產(chǎn)過程中，我們應(yīng)盡量減少對紙箱四個角周圍瓦楞的破壞。瓦楞紙箱抗壓強度的測試分析
紙箱的抗壓強度分為有效值與最終值。抗壓測試時力值的變化有時是由慢到快直接至潰點，有的是平穩(wěn)遞加至潰點。在長期的抗壓測試中我們發(fā)現(xiàn)，力值的變化有時有一定的緩沖：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)過一段時間以后，力值繼續(xù)增加，直至紙箱的潰點。我們可以把緩沖前的力值稱為有效力值，緩沖前的變形量稱為有效變形量。緩沖以后，雖然力值可以繼續(xù)增加，但是紙箱已開始變形，不能達到使用要求了，所以判定紙箱抗壓強度好壞的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是抗壓測試時的有效力值。
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，測試力值應(yīng)達到抗壓強度的有效力值。
紙箱的質(zhì)量越好，抗壓強度的有效值越高，有效值和最終值的偏差越小。分析瓦楞紙箱的抗壓強度一般要通過一組多個實驗（≥３個）的平均值來表示，每個實驗數(shù)據(jù)之間的偏差越小，紙箱的抗壓性能越穩(wěn)定。我們可以通過力值與變形量的變化過程，結(jié)合影響紙箱抗壓的各種因素，進一步分析紙箱的質(zhì)量。
０２０１型瓦楞紙箱抗壓強度的快速設(shè)計
我國瓦楞紙箱包裝業(yè)二十多年來有了很大發(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)運用到行業(yè)中來，但由于起步較晚，我們所采用的瓦楞紙箱設(shè)計工藝有一些還是沿用國外的，特別是瓦楞紙箱空箱抗壓強度的計算方法。國外的公式過于煩瑣且不易理解，很難使國內(nèi)紙箱的價格設(shè)計與空箱抗壓強度設(shè)計結(jié)合起來，容易造成原材料的浪費或紙箱成型后抗壓方面的質(zhì)量問題。
為彌補這些不足，增強紙箱制作前抗壓強度的可預(yù)測性，經(jīng)過長期的測算與驗證，我找到了一種用原紙的物理性能計算紙箱空箱抗壓強度的簡單有效的計算方法，即瓦楞紙箱抗壓強度設(shè)計的抗氏計算公式，寫出來與大家一起探討。本文只論述此方法中關(guān)于０２０１型三層瓦楞紙箱抗壓強度設(shè)計的部分。
瓦楞紙箱由各層面的瓦楞原紙構(gòu)成，瓦楞紙箱的抗壓強度計算公式是根據(jù)原紙的物理性能計算紙箱的抗壓強度，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度（單位Ｎ）
Ｐｘ——原紙的橫向綜合環(huán)壓強度（單位Ｎ／ｃｍ）
三層瓦楞紙板原紙的綜合環(huán)壓強度＝（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），它可以通過測試取得，也可以根據(jù)原紙的等級查國標(biāo)，通過環(huán)壓指數(shù)計算出來。
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)壓力值的測試值與計算值之間有一些差異，一般測試值要比計算值大，這是因為各個紙廠的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要比國標(biāo)高，兩種數(shù)據(jù)都可以進行抗壓強度的計算。
Ｋ——綜合環(huán)壓在紙箱空箱抗壓強度中的有效值，計算公式為：
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)壓強度與其在紙箱中有效值的乘積即為紙箱的抗壓強度。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（取值范圍７０ｃｍ～２００ｃｍ）。
例１某三層Ｃ楞紙箱，周長１２５ｃｍ，面紙、里紙選用Ａ級２５０ｇ／ｍ２箱板紙，楞紙選用Ａ級１７０ｇ／ｍ２高強瓦楞原紙，計算該紙箱所能達到的抗壓強度。
解：Ｃ楞的縮率Ｃ＝１．４７７；查國標(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
此瓦楞紙箱能夠達到４０４３Ｎ的抗壓強度。
例２某三層Ａ楞紙箱周長為１４８ｃｍ，抗壓強度要求為４５００Ｎ，面紙、里紙選用Ｂ級２５０ｇ／ｍ２箱板紙，楞紙選用Ａ級高強瓦楞原紙，計算楞紙應(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級高強瓦楞原紙。
我在工作中對凱利卡特公式進行過長期的驗證，并且通過在其他公司的生產(chǎn)過程中進行測試發(fā)現(xiàn)，抗壓強度的計算值與紙箱成型后的實測抗壓值之間有一定的關(guān)系。我所測算的這一套抗壓計算公式與凱利卡特公式相對比，兩種公式的計算值非常吻合。
需要大家注意的是，即使是用同類紙張進行搭配，因各個公司生產(chǎn)工藝的不同，同規(guī)格的紙箱成型后能夠達到的抗壓強度也不同，有的接近或低于用環(huán)壓的計算值計算出的抗壓強度，有的接近甚至高于用環(huán)壓的測試值計算出的抗壓強度。通過理論上的計算能對生產(chǎn)過程各個工序控制紙箱抗壓強度的工作進行指導(dǎo)，排除影響抗壓強度的各種因素，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度的基本條件。
通過各層面紙張物理性能的測試，我們可以初步計算紙箱的抗壓強度，然后通過計算出的抗壓強度，對生產(chǎn)過程中的各個工序進行紙箱抗壓強度的控制。
２．紙張的環(huán)壓強度是保證紙箱抗壓強度的關(guān)鍵，不過紙張其他的物理性能也不容忽視。
紙張?zhí)貏e是楞紙抗張強度不夠時，紙箱在抗壓測試中會出現(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，特別是冷藏箱對紙張的防水性能要求更高，有時雖然紙箱的抗壓強度很高，但由于紙張不防水，紙箱存放在冷庫中就容易吸潮，造成塌庫。
３．紙箱的生產(chǎn)工藝也會對抗壓強度造成影響。
通過試驗得出，在同樣條件下，紙箱的橫壓線每加寬１ｍｍ，紙箱的抗壓強度下降９０Ｎ～１３０Ｎ，變形量增加約２ｍｍ。壓線過寬，會造成紙箱在抗壓測試時力值增加緩慢，有效力值小，最終變形量大。為保證抗壓強度，我們應(yīng)盡量改善生產(chǎn)工藝，降低各工序?qū)埾淇箟簭姸鹊挠绊憽?p>４．根據(jù)紙箱箱型選擇合適的楞型也很關(guān)鍵。
在人們的意識中，往往認(rèn)為楞型越大，紙箱的抗壓強度越高，容易忽視楞型對變形量的影響。楞型越大，紙箱的抗壓強度越大，變形量越大；楞型越小，紙箱的抗壓強度越小，變形量越小。如果紙箱過大，楞型卻很小，紙箱在抗壓測試時就很容易被壓潰；紙箱過小，楞型卻很大，抗壓測試時會造成變形量過大，緩沖過程長，有效力值與最終力值偏差過大。
５．水分對紙箱抗壓強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、氣候等因素都會對紙箱的含水量造成影響，為保證紙箱抗壓強度，應(yīng)盡量避免外部環(huán)境對紙箱含水量的影響，保持紙箱的干燥。
影響紙箱抗壓強度的因素很多，在這里我就不一一論述了。
瓦楞紙箱抗壓強度的控制
控制紙箱抗壓強度的關(guān)鍵在于系統(tǒng)的質(zhì)量管理，對于能夠出現(xiàn)抗壓問題的各個環(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)抗壓強度問題時就能留有解決問題的余地。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標(biāo)準(zhǔn)。最后，根據(jù)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)對原材料及各生產(chǎn)工序進行嚴(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)問題能夠及時解決，并可杜絕此類問題的再次發(fā)生。