瓦楞纸和纸箱的强度试验和分析

一、瓦楞纸版的强度试验和分析
    瓦楞纸是制造各种纸箱及包装的主要材料，瓦楞纸的质量以及强度将直接影响到纸箱或是包装的质量。瓦楞纸的质量和强度的要求，一是受到生产工艺及操作的影响和限制，另一方面受到将要包装产品和使用用途的要求。因此严格的测定瓦楞纸的各方面强度指标在包装印刷和生产中是非常重要的环节，对于保证产品质量和性能有着相当重要的意义。
    取样是对瓦楞纸板准确测量的第一步。取样要能最大限度的代表整批产品的特性，但又要尽可能的少。我国在标准上规定为3%～5%，也可以根据具体的生产规模和情况进行抽样。取样之后要对纸版进行处理，使测定的数据在某一特定的条件下取得，这样的数据才能在相同的条件下进行比较。空气的湿度和温度对纸和纸板的物理机械性能有很大的影响。在测量前做适当的调湿处理是必要的。以下我们介绍瓦楞纸的强度指标和试验方式。
1. 瓦楞纸板和纸箱板的环压强度
    要测定原纸或纸板沿幅宽方向（即垂直于纸张的厚度）的抗压强度，是比较困难的。因为纸或纸板的厚度都很小，要在一张平直的纸上沿垂直其厚度的方向施加压力，而又要原纸或纸板维持其形状稳定是难于做到的。若把纸或纸板围成环形，施加压力时其形稳性就好得多。因此，把原纸或纸板围成环形，然后测量其抗压强度，这就是原纸或纸板的环压强度。测量是在小型压力试验机上进行的。
2. 瓦楞芯的平压强度
    瓦楞芯的主要作用是当瓦楞纸板受压变形时，能够保持纸板具有一定的厚度，从而使纸板获得较大的惯性矩。瓦楞纸要起的这个作用与它在单面机上制成瓦楞的可靠性能有密切的联系。瓦楞纸芯要能承受得起应力和应变的作用，并在高速起楞的时候形成均一的等高瓦楞，并能牢固地与面纸贴合。
    瓦楞芯的这个作用可用槽纹瓦楞芯的平压强度来衡量。瓦楞芯的平压强度的测定是，先把瓦楞原纸在一定温度和一定的压力下，用槽纹试验仪压成一定形状的瓦楞。然后在小型试验机上做平压试验，测定其承载能力，并以KN（kgf）表示。
3. 瓦楞纸板的平压强度
    瓦楞纸板的一个固有特性是比一般纸板具有较大的惯性矩。当瓦楞纸板受到压力较大的惯性矩作用时，仍然保持其原来的厚度是保持其固有特性的一个前提。因此，瓦楞纸板受到平压载荷而不发生压溃的能力，是瓦楞纸板的一个重要强度指标。这个指标对于瓦楞纸板在使用时的弹性，和在制作纸箱的各个加工过程，能保持纸板的原有厚度是特别重要的。
    瓦楞纸板的平压强度以垂直作用在纸板单位面积上的力的大小来表示，单位为kPa。测定瓦楞纸板的平压强度，可以用小型压力试验机，采用圆形试样，直径为5.13cm。
4. 瓦楞纸板边压强度
    瓦楞纸箱有别于纸袋，在于它是作为刚性容器而被应用，使用时要维持一定的形状。瓦楞纸箱损坏的一个主要形式就是压溃，失去刚性。大量的研究工作已经表明，体现纸箱刚性的一个指标，是纸箱的抗压强度，又直接与瓦楞纸板的边压强度密切相关。
    瓦楞纸板的边压强度是指纸板沿瓦楞方向承受压缩载荷的能力，以单位长度上的作用力表示，单位为N/m，这一指标可用来比较在相似条件下生产的，但不是同一批产品的质量；也可用来比较以不同材料生产出来的瓦楞纸板的边压强度。
测定边压强度可用小型压力试验机。上下压板面积均为100mm*100mm，其余要求与测定平压强度的要求相同。另需要两块夹持试样的矩形金属导板，长100mm，横截面为20mm*20mm。
5. 耐破度
    耐破度一直被认为是瓦楞纸板及其组分（芯纸、面纸和里纸）的重要质量指标。在早期，甚至瓦楞纸板的全部质量规范都主要以耐破度为基础。虽然现行的规范已经注意到如边压强度等指标，但是耐破度的测定仍然具有很大的意义。因为纸板在使用过程中要受到与耐破度测定时相似的应力。耐破度是纸或纸板在不破裂时的载荷，它表示纸或纸板在不破裂状态下承受外界压力的能力。耐破度用耐破度测量仪测量。
6. 戳穿强度
    戳穿强度可用来衡量瓦楞纸板受到锐利物品冲击发生损坏时的抵抗能力，它是一个综合性的指标。新近研究表明，面纸的纵横两个方向的撕裂强度和瓦楞芯纸有关，瓦楞芯纸的平压强度对瓦楞纸板的强度有重要影响。戳穿强度近来越来越重要，许多国家已经把这一指标列入瓦楞纸的质量规范。
    戳穿强度用戳穿强度测定仪测定。该测定仪是利用一个装有戳穿头的摆，以其戳穿纸板前后的位能变化来测定纸板抵抗戳穿的能力，将位能的变化量转变为动能，以戳穿和撕裂纸板，并以此来表示纸或纸板的戳穿强度。
7. 粘合强度
    粘合强度指瓦楞纸与面纸或里纸的结合强度。向面纸或瓦楞芯纸分别施加一个垂直其表面的向外拉力，直至两者相分离为止。分离前粘合剂或粘合纤维的界面所能承受的最大载荷，就是该试样的粘合强度，也称为剥离强度，单位为N。
粘合强度可用小型压力试验机测定。向面纸和瓦楞芯纸施加的拉力，是通过插入瓦楞的上下两组插棒产生的，故本试验又称插针胶合强度试验。
    测试棒的型号随被测瓦楞纸板的型号而定。长的一组试棒插在瓦楞芯纸的下侧，短的一组试棒插在瓦楞芯纸的下方。然后上侧向上拉，下面的向下拉，即可测出两个粘合面中较弱的一面的粘合强度。当把长的一组试棒间隔地插入芯纸的上或下侧，而短的一组试棒也间隔的插入芯纸同一侧，便可测得与测试棒相连一面的粘合强度。（图）

 

二、纸箱的性能试验
    瓦楞纸箱能够大部分取代木箱，但不能完全取代木箱的主要原因在于：1.抗水与防潮性不及木箱；2.容易被尖锐的硬物戳破；3.抗压强度不如木箱。特别是最后一点影响尤大。因此研究如何提高瓦楞纸箱的抗压强度有着重要的意义。
    瓦楞纸箱属于包装容器，其试验可按包装容器要求进行。主要测试项目有：
1. 纸箱压力试验
    纸箱压力试验即压缩试验，是对纸箱性能的最基本试验。通过这项试验，可以测定纸箱在不同状态下的抗压能力。
    纸箱压力试验所用的设备为纸箱专用的压力试验机。这种试验机工作台的加压面积比较大。一般是上、下压板的面积各为1.5m*1.5m或1m*1m。两块加压板中有一块是支撑板，其位置可根据试样的尺寸来调节，使其具有合适的高度，然后把它紧固住；另一块是加压板，可沿导杆滑动，向试样施加压力。
2. 纸箱的跌落试验
    跌落试验是对一般商品包装常用的一项试验，也用于瓦楞纸箱。通过跌落试验可检测在不同的跌落条件下，内装物的物理强度。同时通过试验还可以测定纸箱的性能以及纸箱结构的缓冲效果。
    跌落试验是一项简单适用的试验。它适用于总重量在150kg以下或体积较小的包装。试验机采用的设备比较简单，可用吊钩跌落试验机或撑板式试验机。
3. 斜面冲击性能
    对于重量大或体积大的包装，例如重量达150kg以上的大包装，可以采用斜面冲击试验来检测包装及内装物的耐冲击性能。
    斜面冲击试验能模仿火车、汽车启动、刹车和下坡时所造成的强烈冲击载荷。此外本试验还可为转运过程中（如货物经由运输带、起吊、卸载等环节）所造成的各种冲击载荷提供相似的实验。试验装置是一台由滑道、滑车、挡板组成的碰撞试验机。
4. 六角转鼓试验
    六角转鼓试验是，对有内装物品的纸箱模拟在运输过程中，受到外界各种载荷的一种综合性的试验。这一试验能仿效纸箱由运输带进入仓库、机仓舱、车厢，或是由运输带把纸箱由一个地面送到另一个地面的情况。纸箱在试验机内的翻滚跌落是随意的，并没有一定的规律。纸箱的这种自然跌落，可落在转鼓的挡板上，也可落在转鼓的各个角落、各个边、各个面上，为纸箱提供各种载荷试验。
    通过本试验可以达到两个目的：模拟纸箱在运输过程中可能遇到的冲击和振动，测定纸箱对这些冲击和振动的承受能力；测定纸箱、内包装和防震材料对内装物的防护能力。此外这一试验对于测定纸箱的接头和封闭的可靠性也是有用的。本试验在六角转鼓试验机上测定。
5. 振动和防振性能试验
    纸箱在运输过程中会经受不同频率和振幅的振动，对纸箱及内装物品造成影响，如纸箱变形破裂、表面磨损、油墨污损等，通过振动试验可以模拟运输过程中的一般性振动，也可以进行一些已知参数的偶然性振动。由于运输过程中的振动频率范围很广，因此试验包括两个方面：一是把纸箱不扎紧地放在振动台上，试验纸箱承受反复振动引起的疲劳与高频振动的能力；另一是把纸箱扎紧放在振动台上，检查低频率的振动是否会引起纸箱内装物产生共振。这种试验适用于电子仪器等对低频振动十分敏感的物品。
    做纸箱振动试验的振动台可产生1-80Hz 的振动频率和0.5-10g(g=9.81m/s*s)的加速度。振动台上可放置试验用的纸箱，根据试验需要，把纸箱扎紧或是任其自由运动。试验时能模仿运输过程的堆叠情况，向试样施加模拟力载荷。振动台还应满足与堆叠纸箱以及内容物品的总载荷相适应的要求。
    试验的基本方法是，在实验条件下再现运输过程中，如火车厢内、汽车厢内、飞机舱内的振动。振动的载荷取决于运输类型。
    试验纸箱的抗振强度时，式样的数量和实际情况相适应。纸箱的堆码数量一般不少于3个，总的堆码高度应取决于运输类型。铁路运输的堆码高度一般为2.5m，汽车为2m，空运为1.5m。试验的终止时间由纸箱的破损率来决定。破损度包括纸箱的接缝和粘接式箱壁的破损情况。
6. 喷淋试验
    将瓦楞纸箱在规定的条件下按规定的时间和喷水量进行喷淋，评定纸箱承受水的侵袭能力和纸箱对内装物品的保护能力。
7. 其它试验
    包括耐候性试验和摩擦性能试验等。