瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的測試分析
瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度是指在壓力試驗機(jī)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(jī)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(qiáng)度的測試分析
紙箱的抗壓強(qiáng)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(dá)到使用要求了，所以判定紙箱抗壓強(qiáng)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(dá)到抗壓強(qiáng)度的有效力值。
紙箱的質(zhì)量越好，抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)一步分析紙箱的質(zhì)量。
０２０１型瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)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(yùn)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(qiáng)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(qiáng)度設(shè)計結(jié)合起來，容易造成原材料的浪費(fèi)或紙箱成型后抗壓方面的質(zhì)量問題。
為彌補(bǔ)這些不足，增強(qiáng)紙箱制作前抗壓強(qiáng)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(qiáng)度的簡單有效的計算方法，即瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度計算公式是根據(jù)原紙的物理性能計算紙箱的抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度（單位Ｎ）
Ｐｘ——原紙的橫向綜合環(huán)壓強(qiáng)度（單位Ｎ／ｃｍ）
三層瓦楞紙板原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)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(jìn)行抗壓強(qiáng)度的計算。
Ｋ——綜合環(huán)壓在紙箱空箱抗壓強(qiáng)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(qiáng)度與其在紙箱中有效值的乘積即為紙箱的抗壓強(qiáng)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(qiáng)瓦楞原紙，計算該紙箱所能達(dá)到的抗壓強(qiáng)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(dá)到４０４３Ｎ的抗壓強(qiáng)度。
例２某三層Ａ楞紙箱周長為１４８ｃｍ，抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)瓦楞原紙。
我在工作中對凱利卡特公式進(jìn)行過長期的驗證，并且通過在其他公司的生產(chǎn)過程中進(jìn)行測試發(fā)現(xiàn)，抗壓強(qiáng)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(jìn)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(dá)到的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度，有的接近甚至高于用環(huán)壓的測試值計算出的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度的工作進(jìn)行指導(dǎo)，排除影響抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度，然后通過計算出的抗壓強(qiáng)度，對生產(chǎn)過程中的各個工序進(jìn)行紙箱抗壓強(qiáng)度的控制。
２．紙張的環(huán)壓強(qiáng)度是保證紙箱抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度，我們應(yīng)盡量改善生產(chǎn)工藝，降低各工序?qū)埾淇箟簭?qiáng)度的影響。
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(qiáng)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(qiáng)度越大，變形量越大；楞型越小，紙箱的抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度的因素很多，在這里我就不一一論述了。
瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的控制
控制紙箱抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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。