日化產(chǎn)品瓦楞紙箱尺寸和強度設(shè)計思路與方法

瓦楞紙箱是采用瓦楞紙板制成的剛性紙質(zhì)容器，其不僅擁有輕便牢固、性能優(yōu)良、綠色環(huán)保、運輸方便等優(yōu)勢，還能對內(nèi)裝產(chǎn)品起到美化和宣傳的作用。近年來，瓦楞紙箱在日化行業(yè)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，同時日化企業(yè)對瓦楞紙箱的尺寸和強度設(shè)計也提出了更高的要求。

尺寸設(shè)計

1.確定裝箱數(shù)量

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，日化產(chǎn)品裝箱后的總重量不能超過15kg，每箱產(chǎn)品的數(shù)量應(yīng)為12的倍數(shù)或約數(shù)。因此，日化企業(yè)可根據(jù)其產(chǎn)品的實際重量來確定裝箱數(shù)量。

2.確定尺寸比例

根據(jù)已確定的裝箱數(shù)量，綜合考慮瓦楞紙板的用量、抗壓強度、堆碼狀態(tài)、美學(xué)因素等條件，確定瓦楞紙箱的最佳尺寸比例。

3.尺寸設(shè)計計算

(1)內(nèi)尺寸：其主要由內(nèi)裝產(chǎn)品的最大外尺寸、排列方式、隔襯與緩沖件的相關(guān)尺寸，以及按內(nèi)裝產(chǎn)品類型確定的公差系數(shù)所確定。

(2)制造尺寸：其通常根據(jù)內(nèi)尺寸而確定，成型后須滿足內(nèi)尺寸要求。

(3)接頭尺寸：即瓦楞紙箱接頭處的制造尺寸，可根據(jù)瓦楞紙板的層數(shù)和生產(chǎn)工藝而確定。一般，若選用3層瓦楞紙板，則接頭尺寸為35～40mm；若選用5層瓦楞紙板，則接頭尺寸為45～50mm；若選用7層瓦楞紙板，則接頭尺寸為50mm。

(4)搖蓋尺寸：即瓦楞紙箱搖蓋的制造尺寸。由于瓦楞紙箱的內(nèi)、外搖蓋不在同一平面上，對接時會存在一定間隙，因此搖蓋長度應(yīng)設(shè)有適當(dāng)?shù)纳旆帕俊τ诔Ｓ玫?201型瓦楞紙箱，若選用A型3層瓦楞紙板，則搖蓋長度的伸放量為2～3mm；若選用AB型5層瓦楞紙板，則搖蓋長度的伸放量為4～5mm；若選用BC型5層瓦楞紙板，則搖蓋長度的伸放量為3～4mm。

(5)外尺寸：其一般由內(nèi)尺寸加上瓦楞紙箱成型后的箱壁厚度計算得到。

強度設(shè)計

日化產(chǎn)品在流通過程中容易受到堆碼、沖擊、跌落等外界條件造成的損害，有些損害可通過設(shè)備和技術(shù)改進加以改善，而在運輸與存儲過程中因堆碼造成的損害卻難以避免，因此，提高瓦楞紙箱的整體強度才是根本措施。目前，越來越多的日化企業(yè)已將瓦楞紙箱的質(zhì)量驗收指標(biāo)從耐破度轉(zhuǎn)移到了抗壓強度。

1.抗壓強度的影響因素

影響瓦楞紙箱抗壓強度的因素主要包括原材料強度、結(jié)構(gòu)尺寸、加工工藝及流通環(huán)境等。由于這些因素之間相互影響，使得瓦楞紙箱的整體抗壓強度難以準(zhǔn)確把控，導(dǎo)致因某些因素造成瓦楞紙箱在加工流通過程中的抗壓強度不足，從而產(chǎn)生不必要的浪費。因此，在進行瓦楞紙箱的強度設(shè)計之前，須詳細了解以上因素對瓦楞紙箱抗壓強度的影響規(guī)律。一般來講，影響瓦楞紙箱抗壓強度的因素可分為基本因素和變化因素，基本因素是指瓦楞紙板本身對瓦楞紙箱抗壓強度的影響，而變化因素是在瓦楞紙箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計和流通過程中產(chǎn)生的。

(1)基本因素

①瓦楞紙板的邊壓強度：瓦楞紙箱抗壓強度的高低主要取決于瓦楞紙板的邊壓強度，而瓦楞紙板的邊壓強度與瓦楞紙板各層原紙的橫向環(huán)壓強度、瓦楞紙板的坑型組合及黏合強度有關(guān)。

②瓦楞紙板的楞型：瓦楞是瓦楞紙板的核心部分，瓦楞的形狀、種類和組合方式都對瓦楞紙板的特性有著很大影響。目前，瓦楞紙板的常見楞型包括A型、B型、C型及E型。

A型瓦楞紙板單位長度內(nèi)的楞數(shù)少而楞高最高，使用A型瓦楞紙板制成的瓦楞紙箱具有較大的緩沖力，適合對沖擊和碰撞要求較高的產(chǎn)品；B型瓦楞紙板單位長度內(nèi)的楞數(shù)多而楞高最低，使用B型瓦楞紙板制成的瓦楞紙箱適合包裝質(zhì)量較重和較硬的產(chǎn)品；C型瓦楞紙板單位長度內(nèi)的楞數(shù)和楞高介于A型瓦楞紙板與B型瓦楞紙板之間，性能接近于A型瓦楞紙板，隨著倉儲、運輸成本的上漲，采用C型瓦楞紙板制成的體積較小的C型瓦楞紙箱備受關(guān)注，現(xiàn)已成為歐美地區(qū)普遍采用的瓦楞紙箱類型；E型瓦楞紙板在30mm長度內(nèi)的楞數(shù)一般為95個左右，具有更薄、更堅硬的特點，因此，在包裝裝潢領(lǐng)域，E型瓦楞紙板是制作折疊瓦楞紙盒的最佳之選，緩沖性能更優(yōu)越。

③瓦楞紙板的種類：目前使用較多的是單瓦楞紙板（3層瓦楞紙板）和雙瓦楞紙板（5層瓦楞紙板），具體可根據(jù)實際強度要求，結(jié)合不同的楞型組合，確定合適的瓦楞紙板種類。

④瓦楞紙板的含水率：瓦楞紙板的含水率對其邊壓強度的影響較大。同一張瓦楞紙板，在雨季潮濕的環(huán)境中測定的邊壓強度值與在旱季干燥的環(huán)境中測定的邊壓強度值相比，可能會下降50%。

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)考慮的變化因素

①箱型尺寸設(shè)計：不同箱型的瓦楞紙箱，其抗壓強度也不同，下文以日化企業(yè)常用的0201型瓦楞紙箱為例加以敘述。

大量數(shù)據(jù)表明，瓦楞紙箱的抗壓強度與其周長、高度及長寬比有很大的關(guān)系。瓦楞紙箱的周長越長，其抗壓強度就越高；隨著瓦楞紙箱高度的增加，其不穩(wěn)定性就會相應(yīng)增加，使得抗壓強度降低；瓦楞紙箱的長寬比為1.2～1.5時，其抗壓強度最高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，瓦楞紙箱的長寬比不宜超過2，否則抗壓強度就會降低，也會造成成本浪費。

②印刷版面設(shè)計：印刷圖文的面積、形狀、位置及顏色對瓦楞紙箱的抗壓強度也有不同程度的影響，因此在設(shè)計瓦楞紙箱的印刷版面時，不要過分追求瓦楞紙箱的印刷效果，而應(yīng)特別注意印刷過程對瓦楞紙箱抗壓強度的影響，盡量設(shè)計成單色，最多不超過三色，對于需要套印的瓦楞紙箱，應(yīng)嚴格控制版面位置和尺寸，版面布局要合理，字體大小要適中，印刷部位要適當(dāng)?shù)龋蕴岣咛子【取?/p>

除此之外，瓦楞紙箱的印刷版面設(shè)計還應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，如應(yīng)用在瓦楞紙箱印刷版面中的儲運標(biāo)志須按照GB 191-85《包裝儲運圖示標(biāo)志》的規(guī)定執(zhí)行；危險品標(biāo)志須按照GB 190-85《危險貨物包裝標(biāo)志》的規(guī)定執(zhí)行；GB 6388-86《運輸包裝收發(fā)貨標(biāo)志》還對百貨、文化用品等12種產(chǎn)品的相應(yīng)圖形標(biāo)志做出了規(guī)定。

(3)流通過程中應(yīng)考慮的變化因素

①環(huán)境溫濕度：瓦楞紙箱的抗壓強度對環(huán)境溫濕度較為敏感，其中溫度對瓦楞紙箱抗壓強度的影響相對較小，而濕度的影響則非常明顯。隨著溫濕度的增加，瓦楞紙箱的抗壓強度將呈明顯的下降趨勢，當(dāng)溫度為30℃、相對濕度為80%時，瓦楞紙箱的抗壓強度開始急劇下降；當(dāng)溫度為45℃、相對濕度為95%時，瓦楞紙箱抗壓強度的下降幅度在60%以上。

②堆碼時間：瓦楞紙箱的抗壓強度會隨堆碼時間的延長而降低，這種現(xiàn)象稱為“疲勞現(xiàn)象”。試驗表明，在長期載荷下，一個月后，瓦楞紙箱的抗壓強度會下降30%；一年后，瓦楞紙箱的抗壓強度只有初始抗壓強度的50%。對此，應(yīng)適當(dāng)提高流通時間較長的瓦楞紙箱的安全系數(shù)。

③堆碼方式：瓦楞紙箱豎坑方向可承受的壓力遠大于橫坑方向，因此堆碼時應(yīng)盡量使瓦楞紙箱的豎坑方向受壓。從試驗結(jié)果來看，瓦楞紙箱箱角部位承受的壓力最大，離箱角部位越遠，承受的壓力越小。因此，瓦楞紙箱在堆碼時應(yīng)盡量使箱角與箱角保持對齊疊放。

④運輸方式：在運輸過程中，瓦楞紙箱所受振動沖擊的強度與運輸方式和運輸距離有關(guān)。采用鐵路運輸時，瓦楞紙箱所受振動沖擊的強度主要取決于運輸距離；采用汽車運輸時，瓦楞紙箱所受振動沖擊的強度還受到道路條件、輪胎充氣狀態(tài)、行駛速度等因素的影響，此外，裝載在車廂后部的瓦楞紙箱所受振動沖擊的強度大于裝載在車廂前部的瓦楞紙箱；采用海洋運輸時，貨輪在平靜海面上穩(wěn)定航行時的低強度振動對瓦楞紙箱抗壓強度的影響不大，但在惡劣環(huán)境下，如環(huán)境溫度過高、濕度過大，則會對瓦楞紙箱抗壓強度產(chǎn)生很大的影響。

⑤裝卸方式：目前，大多數(shù)日化企業(yè)采用的是人工裝卸方式，在裝卸過程中難免存在蠻力裝卸、亂踩亂摔等行為，從而造成瓦楞紙箱發(fā)生破損。然而，機械化裝卸設(shè)備既能提高裝卸效率，又能大幅降低因瓦楞紙箱破損而造成的損失。

2.抗壓強度的設(shè)計方法

(1)瓦楞紙箱抗壓強度的設(shè)計計算流程如圖1所示。

(2)安全系數(shù)的確定

由于瓦楞紙箱抗壓強度在流通過程中受到多種變化因素的影響，且不同產(chǎn)品類型、不同地區(qū)、不同廠家的流通環(huán)境各有不同，因此在設(shè)計瓦楞紙箱抗壓強度時，應(yīng)確定一個合理的安全系數(shù)K，確保瓦楞紙箱在多因素影響下仍然擁有足夠的抗壓強度。

當(dāng)瓦楞紙箱完全承壓時，安全系數(shù)的計算公式為：

(1-a)(1-b)(1-c)(1-d)(1-e)(1-f)

其中，a～f分別為由堆碼方式、堆碼時間、環(huán)境濕度、振動沖擊和裝卸方式、印刷和制箱過程、瓦楞紙箱長寬比等因素引起的抗壓強度減損率。

根據(jù)產(chǎn)品流通的實際情況選擇合適的抗壓強度減損率，以確定最佳K值。當(dāng)內(nèi)裝產(chǎn)品能承受一定的壓力時，可適量降低K值，保證在滿足瓦楞紙箱抗壓強度要求的前提下，盡可能地降低材料耗用量。

(3)瓦楞紙箱的配紙設(shè)計

瓦楞紙箱配紙的目的主要是完成對瓦楞紙板面紙、芯紙、里紙三層組成部分的用料選擇，每一層組成部分都對應(yīng)一個材料庫，可進行多種選擇。當(dāng)瓦楞紙板的邊壓強度確定后，可按以下方法進行配紙設(shè)計。

依據(jù)GB/T 6544-2008《瓦楞紙板》確定瓦楞紙板的邊壓強度及最小定量值；依據(jù)GB/T 13024-2003《箱紙板》并結(jié)合篩選原則確定箱紙板的定量和等級，從而計算出瓦楞紙板的橫向環(huán)壓強度，并根據(jù)GB/T 6544-2008標(biāo)準(zhǔn)確定合理的瓦楞紙板橫向環(huán)壓強度；依據(jù)GB/T 13023-2008《瓦楞芯（原）紙》并結(jié)合篩選原則確定瓦楞紙板芯紙的定量和等級；結(jié)合已確定的瓦楞紙板定量初定選配方案，再通過成本核算，選擇性價比更優(yōu)的選配方案。

結(jié)語

瓦楞紙箱設(shè)計完成之后，還需對樣箱進行一些檢測，主要包括：(1)對瓦楞紙箱外觀、尺寸、釘合方式、搖蓋、印刷質(zhì)量等的檢測；(2)對空箱物理性能（如瓦楞紙板的耐破度、邊壓強度及抗壓強度等）的檢測，這些物理性能反映了瓦楞紙箱的內(nèi)在強度質(zhì)量，也是運輸包裝的主要考核指標(biāo)；(3)將產(chǎn)品裝入瓦楞紙箱后進行破壞性模擬試驗，如跌落試驗、運輸模擬試驗等，具體試驗方法可根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進行。

日化企業(yè)作為瓦楞紙箱的直接使用者，在制定出一套更適合企業(yè)需要的瓦楞紙箱設(shè)計方法的同時，在使用瓦楞紙箱的過程中，還應(yīng)不斷發(fā)現(xiàn)問題，并及時改進，使得瓦楞紙箱的設(shè)計方法更加完善。

圖1 瓦楞紙箱抗壓強度的設(shè)計計算流程