准静态压缩下的蜂窝纸板承载性能实验研究

1、准静态压缩下的蜂窝纸板承载性能实验研究虞道良1,2，卢立新2（1 江阴申鹏包装材料有限公司，江阴，214443；2 江南大学包装工程系，无锡，214122）【摘 要】对蜂窝纸芯和纸板准静态压缩实验，测定分析面 纸、孔径比、厚度对蜂窝承载性能的影响。结果表明蜂窝纸板压缩呈非线性特征，其压缩变形过程经历黏弹性、黏弹塑性、塑性坍塌三个阶段；面纸、厚度、孔径比不同程度影响蜂窝纸板的承载性能。随厚度、孔径比增大，承载力降低，面纸对承载力的影响减小；原纸定量增大，抗弯性能增强，纸板纵向弯曲强度大于横向弯曲强度。关键词: 蜂窝纸板；承载性能；结构参数；压缩特征Loading Strength of Hone

2、ycomb Paperboard under Quasi-static CompressionYU Dao-liang , LU Li-xin(1. Jiangyin Shenpeng Packaging Material Ltd., Jiangyin, 214443, 2.Jiangnan University, Wuxi, 214122)Abstract: The quasi-static compression tests were performed to analyze the effects of facing paper, expand extent and thickness

3、on the loading capacity of honeycomb paperboard. The results showed that the process of deformation contained the phrases of the visco-elasticity, visco-plasticity and plastic collapse. Facing paper, expand extent and thickness had different levels in affecting the loading capacity of honeycomb pape

4、rboard. As thickness and expand extent became larger, the loading capacity of honeycomb paperboard became smaller. Key words: honeycomb paperboard; Loading capacity; structure parameter; compression feature纸蜂窝与蜂窝纸板是一种节省资源、成本较低廉的新型材料，具有优良的性能，比强度、刚度高，重量轻，且具有隔振、保温和隔音等众多特点，在包装、建筑、农业等诸多行业正得到越来越多的应用。目前，蜂窝

5、纸板在包装领域主要用作结构件和缓冲衬垫，故对其强度和缓冲性能的研究尤为重要。目前国内对蜂窝纸板的研究主要集中其承载与缓冲性能的实验研究复杂性，其承载与缓冲性能的机理、理论研究才刚刚开始构参数等对其承载性能的影响。6-9【1-5】。由于蜂窝纸板的结构、材料特性的。本文通过对蜂窝纸芯和纸板压缩承载进行实验研究，分析蜂窝纸板的压缩破坏过程以及面纸、纸板结1材料与方法1.1 材料蜂窝纸芯均为横向上胶, 所用胶水为水溶性淀粉胶，蜂窝纸板干燥方式为堆压、自然干燥，芯纸为C级再生纸。按照GB/T 2828进行取样。蜂窝纸板承载能力试验用试样参数见表1。表1 蜂窝纸板承载能力试验用试样参数注：B表示蜂窝纸板，

6、XD表示单面有面纸的蜂窝纸板，X表示蜂窝纸芯。孔径比对蜂窝纸芯承载能力用试样参数见表2。表2 孔径比对蜂窝纸芯承载能力影响试验用试样参数1.2试验方法蜂窝纸芯与蜂窝纸板的平压强度按GB/1453-87测定，加载方式为固定压头连续加载，加载速度为10mm/min。蜂窝纸板抗弯性能试验参照试验标准ISO56281990测定。加载速度5mm/min,连续加载。 试样按GB/T 10739进行预处理，处理时间不低于24小时。2结果与讨论2.1蜂窝纸板压缩变形特征蜂窝纸板典型准静态载荷变形如图1所示。结果表明，压缩变形过程均经历三个阶段： （1）黏弹性阶段（AB段），此时压缩力随变形的增加几乎呈线性增加

7、，直至达到临界屈曲载荷。 （2）黏弹塑性阶段（BC段），压缩力随变形的增加而减小，此时蜂窝胞壁的变形由局部的弹性坍塌转化为塑性屈曲。（3）塑性坍塌阶段（CD段），变形特征为近似平台区域。表现为以蜂窝胞壁的塑性坍塌为主的持续压溃模式，直至蜂窝壁板完全坍塌。图1 蜂窝纸板典型准静态压缩载荷变形特征Fig.1 Typical load deformation of honeycomb paperboard2.2面纸对蜂窝纸板承载能力的影响三类试样最大承载应力的结果如图2所示。结果发现，有无变纸影响纸板的承载能力，两面面纸蜂窝纸板承载能力最大，单面蜂窝板次之，蜂窝纸芯最小。同时发现纸板高度较低的B01

8、、B03类纸板，其面纸对纸板承载力影响较小，而纸板高度较高的B02类纸板，其面纸对纸板承载力影响较大。(a) B01类试样 (b) B02类试样 (c) B03类试样图2 面纸对蜂窝纸板承载力的影响Fig.2 Effect of facing paper on loading capacity of honeycomb paperboard2.3纸板厚度对蜂窝纸板承载能力的影响比较纸板厚度纸板承载能力的影响，如图3所示。在其它参数相同的情况下，纸板厚度显著影响其承载能力，厚度越大，承载能力越小。这主要是厚度显著影响蜂窝胞壁的抗压、抗弯强度所造成的。（a）B01类试样 （b）B02类试样图3 纸

9、板厚度对蜂窝纸板承载能力的影响Fig.2 Effect of thickness on loading capacity of honeycomb paperboard2.4 孔径比对蜂窝纸芯承载能力的影响比较孔径比对纸芯承载能力的影响见图4。在孔径比小于1的范围内，孔径比大其纸板的承载能力下降。这主要是孔径比小，纸板容重大。但降低孔径比，将导致纸芯的利用率降低，产品成本增大。（a）X01类试样 （b）X02类试样图4 孔径比对蜂窝纸芯承载能力的影响Fig.2 Effect of expand extent on loading capacity of honeycomb paperboard

10、2.5 蜂窝纸板抗弯性能三种蜂窝纸板抗弯性能的试验结果见3。在其它条件相同的情况下，同等厚度和同等蜂窝边长的蜂窝纸板，原材料纸的定量越大，蜂窝纸板的容重越大，其相应抗弯性能增强。同时看出，纵横向的弯曲强度差距较大，纵向弯曲强度大于横向弯曲强度。表3 蜂窝纸板弯曲强度计算结果Tab.3 Result of bending strength of honeycomb paperboard试样弯曲强度(mN·m) B0121 纵向 84.72 横向 65.03 纵向 247.17 B0221 横向 213.94 纵向 88.02 B0321 横向 70.443 主要结论(1) 蜂窝纸板压缩

11、呈非线性特征，其压缩变形过程经历三个阶段，即黏弹性、黏弹塑性、塑性坍塌阶段；(2) 面纸、厚度、孔径比不同程度影响蜂窝纸板的承载性能。随厚度、孔径比增大，承载力降低，面纸对承载力的影响减小；(3) 原材料纸的定量越大，抗弯性能增强。同时纸板纵向弯曲强度大于横向弯曲强度。参 考 文 献123456 郭彦峰. 许文才等.蜂窝纸板缓冲性能的实验研究J.包装工程,1999,20(2):12-15 郭彦峰,张景绘等.蜂窝纸板及其衬垫缓冲特性研究J.包装工程 2002,23(5):110-112 张改梅. 蜂窝纸板缓冲性能的研究J. 包装工程,2001,22(5):7-9 计宏伟,徐革玲,李均超等. 蜂窝

12、纸板测压强度实验研究J. 包装工程,2006,27(6):90-92 平幼梅,余本农,劭文泉.蜂窝纸板平压实验的研究J.包装工程,2002,23(3):18-20 L.X.Lu, Y.P Sun, Z.W.Wang. Critical Flexure Load of Paper Honeycomb under Out-Plane PressureJ. PackagingTechnology and Science, 2005.18(3):141-1507 王冬梅. 蜂窝纸板破坏机理研究J. 包装工程,2005,26(5):115-1178 王冬梅. 廖强华. 蜂窝纸板静态压缩力学性能建模J. 包装工程,2002,23(3):18-2