包装材料学 §230瓦楞纸箱.ppt

1 2 3瓦楞纸板 瓦楞纸箱性能的影响因素 2 一 瓦楞纸板的性能 瓦楞纸板的性能主要是指物理性能 包括 定量厚度水分耐破度耐戳穿强度环压强度边压强度平压强度粘合强度 3 1 定量 瓦楞纸板定量的定义和测试与普通纸或纸板相同 对已制成的瓦楞纸板的各组分的测试 可将纸板浸在温水中 然后分离 烘干 再进行分别测试 4 2 厚度 瓦楞纸板厚度的定义和测试与普通纸和纸板相同不同 用于瓦楞纸板的厚度计比用于纸或纸板的厚度计具有较大的接触面积 10 0 2cm2 并施加较大的压力 20 0 5kPa 5 3 水分 水分含量测试是把试样放在100 105 的烘箱内烘干至恒重 所减小的重量与原试样重量之比 注意 取样要有代表性 取样后要立刻装人塑料袋内 以备称量 因为纸和纸板是吸湿性很强的纤维材料 瓦楞原纸和面纸水分的均匀程度 对在瓦楞纸板机上取得良好的粘合性能和运行的可靠性是十分重要的 芬兰造纸研究所的研究表明 在瓦楞纸板机上起楞的最适宜水分指标为 瓦楞原纸8 5 箱板纸8 0 6 4 耐破度 耐破度是瓦楞纸板抗张强度 拉伸率与撕裂度等多种强度指标的综合反映 可综合评价纸板的强度 所以世界各国都普遍使用这项性能指标 影响因素 纤维长度和纤维结合力瓦楞纸板的耐破度近似等于其表里两面的面纸耐破度之和 而瓦楞芯纸对瓦楞纸板的耐破度影响不大 7 5 耐戳穿强度 耐戳穿强度是指用一定形状的角锥穿过纸板所需要的功 即包括开始刺穿及使纸板撕裂弯折成孔所需的功 戳穿强度代表了瓦楞纸箱在遇到木箱等一类物件非常坚硬的端角碰撞时 瓦楞纸板所表现的抵抗能力 瓦楞形状的正常与否对耐破度影响不大 这也说明瓦楞纸板的耐破度取决于两层面纸的耐破度 但是戳穿强度明显地随着瓦楞压扁程度而降低 8 瓦楞形状的正常与否对耐破度影响不大 这也说明瓦楞纸板的耐破度取决于两层面纸的耐破度 但是戳穿强度明显地随着瓦楞压扁程度而降低 9 6 环压强度 纸板的环压强度是将一定尺寸的试样 插在试样座内 形成圆环形 在两测量板之间进行压缩至压溃前所能承受的最大的力 即为环压强度 单位是N 10 7 边压强度 边压强度是把瓦楞纸板立起来对纸板两边加压直至压溃所呈现的抗压强度 加压方式包括横向加压和纵向加压两种 纵向加压的边压强度是瓦楞纸板强度最大的方向 通常制作瓦楞纸箱时 就以这个纵向作为纸箱的高度方向 横向加压的边压强度最低 通常所说边压强度都是指瓦楞纸板的最高边压强度 也就是纵向加压的边压强度 11 瓦楞纸板加压方向与边压强度的关系 12 边压强度的经验公式 A型瓦楞 ECT 1 0 RCTl1 RCT12 1 5RCTf 2 1 B型瓦楞 ECT 1 1 RCTl1 RCTl2 1 37RCTf 2 2 C型瓦楞 ECT 1 1 RCTL1 RCT12 1 45RCTf 2 3 式中ECT为瓦楞纸板的边压强度 RCT11 RCT12分别为二层面纸的横向环压强度 RCTf为瓦楞原纸的横向环压强度 RCTf前的系数是对不同楞型瓦楞纸的展开系数 13 Kellicutt边压强度计算公式 ECT R1 h c A R2 dt A式中 ECT为边压强度 h为瓦楞纸板厚度 mm c为面纸厚度 mm t为瓦楞原纸厚度 mm d为与瓦楞伸放率有关的常数 A为瓦楞纸板长度 mm R1 R2分别为面纸和瓦楞原纸的横向环压强度 14 8 平压强度 瓦楞纸板的平压强度是指对垂直于瓦楞纸板平面负荷的抵抗能力 与纸板的定量有关 也与瓦楞形状有关 15 9 粘合强度 粘合强度就是面纸和瓦楞芯纸的粘合强度 测试时将针形附件插入试样 对针形附件进行施压 使其作相对运动 直至被分离部分分开 16 粘合强度等于纸页纤维自身结合强度即可 以保持瓦楞的正常状态 过高的粘合强度往往是在楞顶上涂布过多胶粘剂的结果 粘合强度过高 表明使用的粘合剂过量 会使瓦楞楞顶变形 这样尽管粘合力很大 但是瓦楞纸板的整体强度反而下降了 粘合剂的最佳使用量 根据使用的面纸和芯纸的不同而稍有差别 一般来说当淀粉使用量相同时 B型楞的粘接强度比A型楞大 17 二 瓦楞纸箱的物理性能 瓦楞纸箱物理性能的测试项目有两种 抗压强度 抗压强度是考核瓦楞纸箱的重要指标 它反映了纸箱的内在强度质量 也是运输包装的主要考核指标 决定着瓦楞纸箱包装的实际功能 瓦楞纸箱装入商品后 进行破坏性模拟试验所表现出的强度性能 如跌落强度 回转试验强度等 18 1 瓦楞纸箱抗压强度的计算 为了推测在运输和仓储中 瓦楞纸箱堆码到什么程度不会发生压塌现象 需要对瓦楞纸箱进行压力试验 19 瓦楞纸与瓦楞纸箱的关系 瓦楞纸箱由瓦楞纸板制成 瓦楞纸板又是由箱板纸和瓦楞原纸构成的 那么能否根据面纸 箱板纸 和瓦楞芯纸 瓦楞原纸 的强度来推算瓦楞纸箱的抗压强度 20 1 马基公式 马基公式是根据瓦楞纸板的边压强度来计算瓦楞纸箱的抗压强度 BCT 常数 ECT 式中 BCT为纸箱的抗压强度 N ECT为瓦楞纸板的边压强度 纵向 N m H为瓦楞纸的厚度 m Z为纸箱的周边长 长 宽 2 m 其中常数约为5 87 21 2 凯利卡特公式 凯利卡特公式根据瓦楞纸的环压强度计算纸箱的抗压强度 P为瓦楞纸板的抗压强度值 N Px为瓦楞纸板的综合环压强度值 N cm 为面纸 外 内二层 瓦楞芯纸的环压强度之和 aXz为瓦楞常数 见表2 5 Z为纸箱的周边长 cm J为纸箱的常数 见表2 5 22 单瓦楞纸板与双瓦楞纸板的综合环压强度的计算公式 P1为外面纸环压强度 N 15 2cm 由于在测量环压强度时 试样的长度是15 2cm 故在式中除以15 2 以适合于式中的单位 P2为内面纸环压强度 N 15 2cm P3为双瓦楞纸板夹芯纸的环压强度 N 15 2cm Pm Pm1为瓦楞原纸的环压强度 N 15 2cm C C1为瓦楞的伸放系数 各种纸张的环压值可从技术标准申查出 23 凯利卡特简化公式A型楞 P 0 748Px Z1 3B型楞 P 0 612Px Z1 3C型楞 P 0 699Px Z1 3由上式可以看出 当瓦楞纸箱的周边长与瓦楞楞型一定时 纸箱的抗压强度与纸板的综合环压强度成正比 当瓦楞纸箱的材质和楞型一定时 纸箱的抗压强度与周边长的1 3次方成正比 当瓦楞纸箱的材质和周边长一定时 单瓦楞纸箱的抗压强度与楞型有关 即 A型楞的抗压强度最大 其次是C型楞 B型楞最小 24 2 瓦楞纸箱抗压强度的设计 瓦楞纸箱应达到的抗压强度 决定于每件货物的重量和纸箱储存运输时堆码的高度 其表达式为 式中 P为瓦楞纸箱应达到的最低抗压强度 N w为单个纸箱重量 kg H为仓库可能堆码的高度 m A为每层瓦楞纸箱的高度 m Z为堆码层数 为安全系数 又称保险系数 一般取4 5 25 上式在实际中很有用 用它可以从瓦楞纸箱的抗压强度计算堆码层数 它可以写成更简单的形式 P X式中 P为瓦楞纸箱的抗压强度 N 为安全系数 X为最底层瓦楞纸箱负重 N 显然 X Z 1 9 81 2 14 所以瓦楞纸箱的抗压强度由最底层瓦楞纸箱负重 它由货物本身重量与堆码层数决定 和安全系数决定 考虑到各种影响强度的因素 安全系数可由下式估算 2 15 式 2 15 中的a b c d e等是各种影响因素使纸箱抗压强度的下降率 这样 式 2 13 就变为 2 16 26 例1瓦楞纸箱尺寸为500 400 200mm3 单个箱重15kg 堆码9层 正常堆积方式 贮藏时间10天 最高环境湿度90 RH 计算瓦楞纸箱的抗压强度应为多少 解根据已知条件及式 2 14 求得最底层瓦楞纸箱负重 X 15 9 1 9 81 1172N以下根据各种影响因素确定纸箱强度下降率 从而确定安全系数 a由贮藏时间 10天 引起强度下降35 b由环境湿度 90 RH 引起强度下降35 c由堆码方式 正常 引起的强度下降20 d由于运输工具振动冲击引起强度下降15 e由于表面印刷引起强度下降10 所以 1 1 0 35 1 0 35 1 0 2 1 0 15 1 0 1 3 87P X 4556N即瓦楞纸箱的抗压强度最小应为4556N 在实际应用中 安全系数一般为4 5 27 例2根据例1中给出的数据和结果 用凯利卡特公式计算所需瓦楞纸板的综合环压强度 假设选用A型楞单瓦楞纸箱 解利用简化的凯利卡特公式式 2 9 A型楞瓦楞纸箱和瓦楞纸板环压强度的关系为 P 0 748Px Z1 3由例1中P 4556N Z 2 50十40 180cm所以瓦楞纸板的综合环压强度应为 28 例3根据例1及例2中的结果和数据 选择用何种瓦楞原纸及瓦楞纸板的面纸制作瓦楞纸板和纸箱 解 为了选择瓦楞原纸和面纸 首先要知道瓦楞原纸的型号和定量 比 环压强度 瓦楞伸放系数等参数 这些参数可以从产品手册申查出 例如A级瓦楞原纸 定量125g m2 比环压强度118N cm 瓦楞伸放系数1 6 A型 由这些数据可以求出瓦楞原纸的环压强度 因为所以考虑到瓦楞伸放系数 瓦楞原纸的环压强度应为147 1 6 235N cm根据例2的结果 瓦楞纸板的综合环压强度为110kgf cm 所以瓦楞纸板内 外面纸的环压强度之和应为 1079 235 844N cm假设制作单瓦楞纸板的内外面纸相同 则面纸的环压强度为 844 2 422N cm 29 根据数据选择面纸材料 例如 从箱板纸规格中查出下述二种纸板可以作为面纸原料 1 牛皮箱板纸 比环压强度 152N cm 2 茶板纸 比环压强度 137N Cm 从所需的环压强度 422N Cm 及比环压强度 可求出二种面纸的定量分别为 1 牛皮箱板纸 2 茶板纸 实际应用时 不一定有正好与上述计算值相等的面纸 这时可采用规格相近的纸板作面纸 例如 上例中可使用定量为280g m2的牛皮箱板纸或定量为300g m2茶板纸作面纸 若瓦楞芯纸采用A级瓦楞原纸 这时制作的瓦楞纸箱可以满足例1中提出的包装要求 30 三 瓦楞纸箱抗压强度的影响因素 内在因素 即瓦楞纸板的质量好坏 是最根本的因素 外在因素 如纸箱加工技术 使用环境等对其抗压强度也有重要的影响 31 1 瓦楞纸板质量的影晌 瓦楞纸板的质量直接影响瓦楞纸箱的抗压强度 而瓦楞纸板的质量又与其原材料 加工过程有关 1 原材料的影响 2 粘合强度对抗压强度的影响 3 瓦楞纸板加工过程的影响 32 1 原材料的影响 从式 2 6 可以看出 箱板纸和瓦楞原纸的环压强度直接影响瓦楞纸箱的抗压强度 而环压强度是一个综合指标 它与箱板纸和瓦楞原纸的其他物理性能 如定量 紧度 挺度 耐破度 水分等有关 箱板纸的质量直接影响瓦楞纸板的强度 牛皮箱板纸是优质箱板纸 出口商品的包装纸箱大多采用这种箱板纸 33 面纸的定量大 瓦楞纸板强度较大 但增加了纸箱的成本和重量 瓦楞纸板是面纸与瓦楞芯纸通过粘合剂粘合在一起而发挥作用的 提高瓦楞纸箱抗压强度不应单纯考虑面纸的定量 而还应该考虑瓦楞芯纸 粘合剂等多方面的影响因素 对于瓦楞原纸 适当的紧度和水分 较高的挺度 有利于瓦楞原纸成楞 并能提高瓦楞纸板的强度性能 34 2 粘合强度对抗压强度的影响 纸箱的抗压强度不单取决于瓦楞纸板的综合环压强度 还与瓦楞纸板的粘合强度有关 按照上述凯利卡特公式 瓦楞纸箱的抗压强度应与瓦楞纸板的综合环压强度成正比 但实际情况与公式计算结果有时有较大的偏离 35 若按公式预计 纸箱抗压强度与环压强度应为一直线关系 但实测值出现了较大的偏离 这种偏离是由粘合强度引起的 这时纸箱的实际抗压强度与瓦楞纸板的折角压缩强度 ACT 成正比 换句话说 尽管瓦楞纸板的综合环压强度较大 但折角压缩强度却较小 或者说粘合强度低 36 这种粘合强度的影响可由面纸与瓦楞芯纸在压线时发生剥离来理解 压线时面纸与瓦楞芯纸发生剥离的原因是粘合强度不高 粘合剂的凝结强度 粘合剂与纸的亲合力 原纸的强度等因素都能影响粘结强度 37 凯利卡特公式的条件 只有在良好粘合的情况下 才能用凯利卡特公式预测瓦楞纸箱的抗压强度 一般要求瓦楞芯纸和面纸之间的剥离强度应大于芯纸或面纸的本体强度 即当将芯纸和面纸剥离时 应剥下芯纸或面纸本体部分 另外 如前所述 瓦楞的形状与瓦楞纸板类型对瓦楞纸板的强度性能也都有一定的影响 38 3 瓦楞纸板加工过程的影响 在生产瓦楞纸板过程中 容易出现的问题 纸板抗压强度低 产生翘曲和搓板形等 主要因素 与设备是否处于良好的工作状态以及操作人员的经验程度和精心与否有关 质量好的产品出自于有经验的和机警的瓦楞纸板机操作人员和现代化瓦楞纸板设备 及时正确判断纸板缺陷的原因 以便纠正 其他因素 瓦楞辊是否磨损 平直 涂胶量是否适当 压力 温度是否合适 面纸和瓦楞原纸水份是否均匀 适当等 39 2 瓦楞纸箱结构对其抗压强度的影晌 每条曲线代表不同周边长的瓦楞纸箱 以周边长250cm的纸箱为例 在箱高为15 30cm的范围内 抗压强度随箱高的增加而降低 在箱高30cm以上时 抗压强度趋于稳定 40 宽长比在O 62左右时 纸箱强度有最大值 当纸箱周边长不变时 纸箱长宽比与抗压强度的关系 41 3 纸箱抗压强度与制造工艺的关系 制造工艺中的印刷 打孔等 对纸箱的抗压强度有一定的影响 42 1 印刷的影响 经印刷的瓦楞纸箱抗压强度要降低 其降低程度视印刷的位置 面积与方法等的不同而异 随着印刷面积增加 纸箱抗压强度的损失也相应增大 全幅印刷对纸箱抗压强度的影响 根据纸箱的形状和材质不同而有差别 大体上降低4O 带状印刷的部位强度变差 也很容易被压塌 带状印刷造成的抗压强度损失与全幅印刷大致相同 因此要避免全幅印刷与带状印刷 除印刷面积之外纸箱抗压强度还与印刷方法和印刷油墨有关 43 2 开孔的影响 为了方便搬运和保鲜通气 通常在包装箱侧壁开孔 这些开孔对纸箱强度也会产生不利影响 主要表现在 开孔面积越大 纸箱抗压强度降低越大 表2 6给出了二种形状的开孔使纸箱强度的降低情况 试验纸箱尺寸为405 270 27