包裝印刷淺析瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度.doc

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In recent years, with the rapid development of Chinas packaging industry, many manufacturers of cardboard boxes understanding of the profound changes have taken place, from the original cartons by hand to determine the merits of gradually shift attention to the performance of cartons, Compressive strength and acceptance as the most important indicator of quality. In this focus on the factors affecting the compressive strength of cartons, carton strength calculation method, and compressive strength testing methods, and several other aspects of the comprehensive strength of the carton discussion and analysis. Keywords:packaging,corrugated boxes,compressive strength目錄第1章 影響紙箱抗壓強(qiáng)度的因素影響紙箱抗壓強(qiáng)度的因素有很多，大致可歸納為瓦楞紙板邊壓強(qiáng)度、紙箱結(jié)構(gòu)尺寸、制造加工工藝、外部環(huán)境等。由于各因素的綜合影響，常常導(dǎo)致我們對(duì)抗壓強(qiáng)度的預(yù)測(cè)產(chǎn)生一定偏差。紙箱生產(chǎn)企業(yè)也往往因?yàn)閷?duì)這些因素認(rèn)識(shí)不足，在設(shè)計(jì)、印刷及后加工過(guò)程中處理不當(dāng)，造成巨大的成本浪費(fèi)及客戶投訴。因此，弄清這些因素的影響規(guī)律是十分必要的。1.1瓦楞紙板邊壓強(qiáng)度的影響邊壓強(qiáng)度又叫垂直抗壓強(qiáng)度，是對(duì)瓦楞紙板試樣以垂直方向施加壓力，施壓過(guò)程中紙板所能承受的最大力即為紙箱的邊壓強(qiáng)度。紙箱抗壓強(qiáng)度的高低主要取決于紙板邊壓強(qiáng)度，而邊壓強(qiáng)度則與組成瓦楞紙板的各層原紙的橫向環(huán)壓強(qiáng)度、紙板的坑型組合及紙板的粘合強(qiáng)度有關(guān)。 瓦楞紙板的邊壓強(qiáng)度主要與各層原紙的橫向環(huán)壓強(qiáng)度有關(guān)。一般來(lái)講，克重較高、造紙材料質(zhì)量較好及緊度較高的原紙，其橫向環(huán)壓強(qiáng)度也相應(yīng)越高。但并非克重高的原紙環(huán)壓就一定比克重低的原紙高。以箱板紙為例，進(jìn)口牛皮橫向環(huán)壓指數(shù)可達(dá)到12Nm/g以上，而內(nèi)地一些小型造紙廠生產(chǎn)的箱板紙僅為8 Nm/ g，相差了30個(gè)百分點(diǎn)。也就是說(shuō)克重為175 g / m的進(jìn)口牛卡，其環(huán)壓強(qiáng)度相當(dāng)于260 g / m。因此，鑒定紙箱保護(hù)性能的好壞，不能以紙箱用紙克重而論。 瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很科學(xué)的，其瓦楞的楞形就如一個(gè)個(gè)連接的小小拱形門，排成一排，相互支撐，形成三角結(jié)構(gòu)體，強(qiáng)而有力，而且平面上也能承受一定壓力，富有彈性，緩沖力強(qiáng)，能起到防震和保護(hù)商品的作用。瓦楞形狀依圓弧半徑不同一般分為U形、V形和UV形三種。U型的頂峰圓弧半徑較大，呈圓弧形，如B楞、C楞；V型的波峰半徑較小，且尖，如A楞；UV型介于兩者之間，如AB楞。據(jù)試驗(yàn)表明，V形楞在受壓初期歪斜度較小，但超過(guò)最高點(diǎn)，便迅速地破壞，而U形楞吸收的能量較高，當(dāng)壓力消除后，仍能恢復(fù)原狀，富有彈性，但耐壓強(qiáng)度不高。另外V形楞節(jié)省瓦楞紙，粘合劑耗量較少，但加工時(shí)易出現(xiàn)高低楞，瓦楞輥磨損較快。UV形楞是結(jié)合U形和V形的特點(diǎn)，目前得到廣泛的采用。 瓦楞紙板的各種坑型及其組合，就單坑紙板來(lái)說(shuō)，一般A坑紙箱抗壓強(qiáng)度最高，但易受到損壞； B坑強(qiáng)度較差，但穩(wěn)定性好；C坑抗壓力及穩(wěn)定性居中。A型瓦楞具有較好的防震緩沖性，另外垂直耐壓強(qiáng)度也較高；B型瓦楞的峰端較尖，粘合面較窄，其瓦楞高度較小，可以節(jié)省瓦楞原紙，其平面抗壓能力超過(guò)A型瓦楞，B型瓦楞單位長(zhǎng)度內(nèi)瓦楞數(shù)較多，與面紙有較多的支承點(diǎn)，因而不易變形，且表面較平。在印刷時(shí)有較強(qiáng)抗壓能力，可得到良好印刷效果。C型瓦楞兼有A型和B型瓦楞的特點(diǎn)，它的防震性能與A型相近，平面抗壓能力接近B型瓦楞。E型瓦楞是最細(xì)的一種瓦楞，單位長(zhǎng)度內(nèi)的瓦楞數(shù)目最多，能承受較大的平面壓力，可適應(yīng)膠版印刷需要，能在包裝面上印出質(zhì)量較高的圖文，這種瓦楞紙板和硬紙板強(qiáng)度差不多。表1.1 三種楞型比較表瓦楞種類平面壓力垂直壓力平行壓力A313B131C222注： 1. 平面壓力是指垂直于瓦楞紙板平面的壓力。 2. 垂直壓力是指與瓦楞方向一致的壓力，平行壓力是指垂直于瓦楞方向的壓力。 3. “1”代表最強(qiáng),“2”代表適中“3”代表最差。根據(jù)上述不同類型瓦楞的不同特點(diǎn)，單瓦楞紙箱用A型和C型為宜；雙瓦楞紙箱用A、B型，B、C型相結(jié)合最為理想；接近表面的用B型，能起到抗沖擊力較強(qiáng)的作用；接近內(nèi)層的用A型或C型彈性足、緩沖力強(qiáng)；采有用AB型或BC型結(jié)合，使紙箱的物理性能發(fā)揮兩個(gè)優(yōu)越性。中包裝宜選用C型楞，E型瓦楞代替厚紙板，用于小包裝。最近幾年，國(guó)外又發(fā)展有F楞、G楞等比E楞更小的瓦楞，同時(shí)也開(kāi)發(fā)出了K楞等特大瓦楞。 除此之外，紙板粘合強(qiáng)度及坑形挺度也對(duì)紙板邊壓強(qiáng)度造成一定影響?？有卧酵?，粘合越好，邊壓強(qiáng)度越高。存在塌坑、倒楞、脫膠等缺陷的紙板強(qiáng)度，其邊壓強(qiáng)度會(huì)得到不同程度的削弱。1.2紙箱結(jié)構(gòu)尺寸的影響大量的數(shù)據(jù)分析表明，紙箱的抗壓強(qiáng)度與紙箱周長(zhǎng)、紙箱高度及紙箱長(zhǎng)寬比存在一定關(guān)系。紙箱周長(zhǎng)越長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度越高，紙箱周長(zhǎng)與抗壓強(qiáng)度存在一定的換算關(guān)系。 箱高在10厘米35厘米時(shí)，抗壓強(qiáng)度隨高度增加而稍有下降； 箱高在35厘米65厘米區(qū)間時(shí)，其抗壓強(qiáng)度幾乎不變； 箱高大于65厘米之間時(shí)，抗壓隨高度增加而降低。 主要原因是高度增加，其不穩(wěn)定性也會(huì)相應(yīng)增加。圖1.2也給出了抗壓強(qiáng)度隨周邊長(zhǎng)增加而增加的規(guī)律。圖1.2.1 抗壓強(qiáng)度與紙箱周邊長(zhǎng)、箱高的關(guān)系一般來(lái)講，當(dāng)紙箱高度和周長(zhǎng)不變時(shí)，如圖1.2.2所示，紙箱長(zhǎng)寬比在11.8的范圍內(nèi)，長(zhǎng)寬比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響僅為5%。其中長(zhǎng)寬比RL=1.21.5時(shí)，紙箱的抗壓值最高。紙箱長(zhǎng)寬比為2：1時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降約20%，因此設(shè)計(jì)紙箱時(shí)長(zhǎng)寬比不宜超過(guò)2，否則會(huì)造成成本浪費(fèi)。圖1.2.2 紙箱斷面形狀與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系1.3紙箱制造加工工藝的影響1.3.1紙箱開(kāi)孔方式部分紙箱上有通氣孔、手挽孔等，這些開(kāi)孔也會(huì)對(duì)紙箱的抗壓造成重大影響。試驗(yàn)表明，開(kāi)孔越大，抗壓強(qiáng)度減損越大；開(kāi)孔離頂、底部越近，離中心往左右越遠(yuǎn)，抗壓強(qiáng)度越低；開(kāi)對(duì)稱孔比開(kāi)不對(duì)稱孔的抗壓強(qiáng)度減損要小。 一般來(lái)說(shuō)，側(cè)面各1個(gè)手挽使紙箱的抗壓強(qiáng)度降低20%，兩側(cè)面及正面各1個(gè)手挽使紙箱的抗壓強(qiáng)度降低30%。有些紙箱生產(chǎn)企業(yè)在紙箱內(nèi)壁開(kāi)孔部位貼一層加強(qiáng)卡，這樣不僅可以降低開(kāi)孔給抗壓強(qiáng)度造成的影響，同時(shí)還可以防止手挽部位受力時(shí)發(fā)生破損。1.3.1紙箱印刷工藝紙箱的印刷工藝對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響也不容忽視。印刷面積、印刷形狀及印刷位置對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度的影響程度各不相同?？偟膩?lái)說(shuō)，印刷面積愈大，紙箱抗壓強(qiáng)度的降低比率也愈大。滿版實(shí)地，塊狀及長(zhǎng)條狀印刷對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響比較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免。就紙箱印刷位置而言，印刷在正側(cè)中間部位較邊緣部位的抗壓強(qiáng)度高。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，單色印刷使紙箱的抗壓強(qiáng)度降低68，雙色及三色印刷使紙箱的抗壓強(qiáng)度降低1015，四色套印及整版面實(shí)地印刷使紙箱抗壓強(qiáng)度下降約2。對(duì)于多色印刷，采取先印刷，再覆面模切的預(yù)印加工工藝可以有效降低紙箱因印刷而造成抗壓強(qiáng)度減損的幅度。 1.3.1模切工藝紙箱在進(jìn)行模切加工過(guò)程中，由于受到外部重壓，紙箱的坑形會(huì)受到不同程度的損害，因而抗壓強(qiáng)度也會(huì)下降。比較而言，平壓平模切對(duì)抗壓強(qiáng)度影響較小，圓壓圓及圓壓平模切對(duì)抗壓影響則大一些。譬如與印刷機(jī)連動(dòng)的弧形啤切，可導(dǎo)致紙箱抗壓強(qiáng)度減少25以上。1.4 外部環(huán)境的影響1.4.1溫濕度的影響紙箱對(duì)溫濕環(huán)境比較敏感，溫度對(duì)紙箱的抗壓強(qiáng)度影響較小，但濕度則非常明顯。隨著溫度和濕度的增加，紙箱的抗壓強(qiáng)度呈明顯下降趨勢(shì)，在溫度30、濕度80%RH時(shí)開(kāi)始急劇下降，當(dāng)溫度為45、濕度95%RH時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降幅度可達(dá)60%以上。圖1.4.1 相對(duì)濕度對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度的影響1.4.2堆碼時(shí)間及堆碼方式的影響紙箱的抗壓強(qiáng)度隨堆碼時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，這種現(xiàn)象稱為疲勞現(xiàn)象。試驗(yàn)表明，在長(zhǎng)期載荷的作用下，只要經(jīng)歷一個(gè)月的時(shí)間，紙箱的抗壓強(qiáng)度就會(huì)下降30%，在經(jīng)歷一年后，其抗壓強(qiáng)度就只有初始值的50%。在設(shè)計(jì)紙箱材質(zhì)時(shí)，對(duì)流通時(shí)間較長(zhǎng)的紙箱應(yīng)提高其安全系數(shù)。圖1.4.2.1 堆碼時(shí)間對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度的影響紙箱堆碼方式也對(duì)紙箱的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定影響。紙箱豎坑方向承受的壓力大大超過(guò)橫坑方向，紙箱堆碼時(shí)應(yīng)保持豎坑方向受壓。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，紙箱的箱角部位承受的壓力最高，離箱角越遠(yuǎn)，承壓力越低。因此紙箱在堆碼時(shí)應(yīng)盡量保持箱角與箱角對(duì)齊疊放。 圖1.4.2.2 堆碼方式對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度的影響第2章 紙箱抗壓強(qiáng)度的計(jì)算方法找出瓦楞紙箱結(jié)構(gòu)工藝與紙箱抗壓強(qiáng)度的規(guī)律，一直是瓦楞行業(yè)廣大同仁致力研究的重要課題之一。瓦楞包裝在歐美歷史比較悠久，國(guó)外同行在對(duì)抗壓強(qiáng)度的研究方面也有所建樹(shù)，并總結(jié)出了一些抗壓強(qiáng)度推算經(jīng)驗(yàn)公式。其中較為流行的有： 根據(jù)瓦楞紙板原紙的環(huán)壓強(qiáng)度計(jì)算紙箱抗壓強(qiáng)度的凱里卡特公式(K.Q.Kellicutt)； 以瓦楞紙板的邊壓強(qiáng)度和厚度作為瓦楞紙板的參數(shù)，以箱體周長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比和高度作為標(biāo)志結(jié)構(gòu)的因素計(jì)算瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度的沃福公式(Wolf)； Pm瓦楞紙板邊壓強(qiáng)度（N/m）把紙板的邊壓強(qiáng)度和挺度作為影響瓦楞紙箱強(qiáng)度的主要因素，而且認(rèn)為紙箱抗壓隨紙箱周長(zhǎng)的平方根而變化的馬基公式(Makee)。 Dx瓦楞紙板縱向挺度（MNm）Dy瓦楞紙板橫向挺度（MNm）馬基簡(jiǎn)易公式： 包卷式紙箱抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式： PwA包卷式紙箱抗壓強(qiáng)度（N）；Pm 瓦楞紙板邊壓強(qiáng)度（N/m）a常數(shù)b常數(shù)第3章 紙箱抗壓強(qiáng)度的測(cè)試方法紙箱抗壓測(cè)試方法是將紙箱置于壓力試驗(yàn)機(jī)上，以一定的速度在其頂部（或底部）均勻地施加壓力，以此評(píng)定紙箱承受外部壓力的能力也即紙箱對(duì)內(nèi)裝物的保護(hù)能力。紙箱壓力實(shí)驗(yàn)也叫做壓縮試驗(yàn)，是對(duì)紙箱性能的最基本測(cè)試。此項(xiàng)試驗(yàn)還可以測(cè)定紙箱在不同狀態(tài)下的抗壓能力。 3.1紙箱抗壓測(cè)試方法紙箱的壓力試驗(yàn)采用的設(shè)備為紙箱專用壓力試驗(yàn)機(jī)，這種試驗(yàn)機(jī)有兩塊面積較大加壓板，常見(jiàn)上下壓板的面積有1.5m1.5m或1m1m兩種規(guī)格。兩塊加壓板中，有一塊是支承板，其位置可根據(jù)試樣的尺寸來(lái)調(diào)整，使它具有適合的高度，然后把它緊固??；另一塊是加壓板，可沿導(dǎo)桿（立柱）滑動(dòng)，向試樣施加壓力。 試驗(yàn)機(jī)的最大工作能力為50KN（5000kgf），加壓板移動(dòng)速度為10mm/min，也有采用1 英寸/分鐘的。設(shè)備應(yīng)附有測(cè)量精度不低于0.5mm的位移指示裝置，有些試驗(yàn)機(jī)帶有自動(dòng)記錄儀，可自行記錄載荷變形曲線。 紙箱對(duì)溫濕環(huán)境比較敏感，溫濕度不同，紙箱的水分含量也不同。而水分則對(duì)抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響，即使同一紙箱，水分含量差異較大，測(cè)得的抗壓值也存在較大差異。因此，為保證獲得客觀真實(shí)的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試前須對(duì)測(cè)試試樣進(jìn)行溫濕平衡處理。具體操作辦法是將試樣置于231 及52 2%RH的標(biāo)準(zhǔn)溫濕環(huán)境，直至試樣水分含量不再發(fā)生變化，一般試樣的處理時(shí)間需12小時(shí)以上。 整個(gè)抗壓測(cè)試大致分為三個(gè)階段，首先是預(yù)壓階段，給紙箱先行施加一個(gè)220N的壓力，以保證紙箱的加壓板充分接觸；其次是紙箱受壓變形的階段，此時(shí)紙箱在壓力下慢慢變形，試驗(yàn)機(jī)顯示的壓力值穩(wěn)步上升，但紙箱未出現(xiàn)損壞跡象；第三個(gè)階段是紙箱的壓潰階段，此階段的主要表征是壓力值瞬間下降，紙箱變形量突然加大，這時(shí)顯示的壓力值即為紙箱的抗壓強(qiáng)度。 圖3.1 紙箱抗壓強(qiáng)度測(cè)試曲線抗壓測(cè)試的試樣一般不少于三個(gè)，試樣不能有破損，折痕，脫膠等缺陷。測(cè)試結(jié)果為各測(cè)試值的平均數(shù)，但如果測(cè)試值中有一個(gè)存在明顯偏差，則應(yīng)預(yù)以剔除后再取平均值。 3.2快速準(zhǔn)確地測(cè)出紙箱抗壓值的技巧抗壓測(cè)試的試樣預(yù)處理時(shí)間很長(zhǎng)，而越來(lái)越短的交貨期則要求紙箱在生產(chǎn)出來(lái)后立即知道準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，很多紙箱廠對(duì)此深感頭痛。在此，筆者提供一種不經(jīng)溫濕平衡處理，快速而準(zhǔn)確地測(cè)算出紙箱抗壓的方法。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，得出的結(jié)果跟溫濕平衡處理后測(cè)試的結(jié)果非常接近。進(jìn)行快速測(cè)算，需要的設(shè)備除了紙箱抗壓測(cè)試儀外，還需要