解析瓦楞紙箱運輸包裝件壓力試驗標準

運輸包裝件是指進入貨物流通的產品經過包裝形成的總體。在物流過程中，大部分運輸包裝件都會受到壓縮，只有小部分運輸包裝件因自身性質不允許堆碼，或因高度較高不能堆碼才不會受到壓縮。為了清楚地表達運輸包裝件的抗壓性能，運輸包裝箱的外表面一般都會印有堆碼重量極限、堆碼層數極限或禁止堆碼的標識（如圖1所示）。

運輸包裝件壓力試驗的種類

運輸包裝件壓力試驗主要分為堆碼試驗和壓力試驗兩種，如果考慮到多種危害因素的綜合作用，還應包括高溫堆碼試驗、堆碼振動試驗等。堆碼試驗和壓力試驗均采用模擬包裝、運輸包裝件受到壓縮的方法。

1.堆碼試驗

由于堆碼試驗不易精確測量試驗樣品的變形量，試驗精度較低，可比性較差，因此只能作為一般包裝件（容器）耐壓能力的定性分析。然而，換個角度來看，正因為堆碼試驗的方法比較簡單，不需要其他特殊設備與測量儀器就可對包裝的耐壓能力作出一個客觀的結論，因此其作為一種較為經濟的運輸包裝件試驗方法而被廣泛采用。需要注意的是，堆碼試驗需要借助一定的保護裝置或設施，以避免試驗樣品倒塌后傷及周圍人員或物品。

堆碼試驗是通過在包裝件上均勻施加一個固定載荷，并保持一定時間來實現。其有兩種實現方式：一是用相同的包裝件按照在運輸或儲存過程中的實際堆碼層數進行一定時間的試驗；二是用砝碼或其他載荷代替包裝件進行一定時間的試驗。

2.壓力試驗

壓力試驗可以快速評定運輸包裝件在受壓時的耐壓強度及包裝對內裝物的保護作用。使用壓力試驗機檢驗包裝件（容器）的耐壓性能，方法簡便，花費時間短，但需要注意的是，這樣測試出來的包裝件（容器）抗壓性能并不是其在整個流通期間所能承受的最大壓力，這是因為試驗過程中并未考慮到存放時間等因素的影響。

使用壓力試驗機進行壓力試驗有兩種方式：一是在包裝件上均勻施加逐漸由小到大的力，達到預定的壓力值或達到預定的變形量時，記錄壓力值或變形量；二是在包裝件上均勻施加恒定的力，在預定的時間內記錄變形量。

圖1 運輸包裝件的堆碼標識

不同標準對運輸包裝件壓力試驗的要求

1.GB/T 4857.3-1992《包裝 運輸包裝件 靜載荷堆碼試驗》和GB/T 4857.4-2008《包裝 運輸包裝件基本試驗 第4部分：采用壓力試驗機進行的抗壓和堆碼試驗方法》

(1)GB/T 4857.3-1992標準

GB/T 4857.3-1992標準中規定了以下3種試驗方法。

表1 GB/T 4857.18-1992標準中對堆碼時間和堆碼高度的規定

表2 GB/T 4857.4-2008標準中對初始載荷的規定

方法1：包裝件組。包裝件組中的每個包裝件都應與試驗中的試驗樣品完全相同。包裝件的數目以其總質量達到合適的載荷量而定。

方法2：自由加載平板。加載平板應能連同適當的載荷一起（平板與載荷也可為一個整體）在試驗樣品上進行自由調整，以達到平衡。加載平板置于包裝件試驗樣品頂部的中心時，其尺寸至少應較包裝件的頂面各邊大出100mm。此外，該平板應足夠堅硬，以保證能完全承受載荷而不變形。

方法3：導向加載平板。采用導向措施使加載平板的下表面能連同適當的載荷一起始終保持水平狀態，所采用的導向措施不應造成摩擦而影響試驗結果。加載平板置于試驗樣品頂部的中心時，其尺寸至少應較包裝件的頂面各邊大出100mm。同樣，該平板也應足夠堅硬，以保證能完全承受載荷而不變形。

在使用方法2或方法3時，在不造成沖擊的情況下，應將作為載荷的重物放在加載平板上，并使其均勻地與加載平板相接觸，以保證載荷重心恰好處于包裝件頂部中心的上方。重物與加載平板的總質量與預定值的誤差應在±2%之內。載荷重心與加載平板的距離不得超過試驗樣品高度的50%。

(2)GB/T 4857.4-2008標準

GB/T 4857.4-2008標準中規定的壓力試驗是將試驗樣品置于壓力試驗機兩個平行壓板之間，然后均勻施加壓力，記錄載荷和壓板位移，直到試驗樣品發生破裂，或者載荷、壓板位移達到預定值為止。壓力試驗機壓板的移動速度為10±3mm/min。按照上壓板的形式，壓力試驗機的壓板可分為固定壓板和浮動壓板兩種，如果需要對試驗樣品的對角和對棱的耐壓能力進行測定，須采用上下壓板均不能自由傾斜的壓力試驗機。

在GB/T 4857.3-1992和GB/T 4857.4-2008標準中并沒有規定如何計算運輸包裝件壓力試驗的載荷值，通常采用下式進行計算：

F=9.8×K×W×n (公式1)

其中，F為抗壓力標準值，單位為N；K為強度保險系數，范圍為 1.5～10.0，推薦值為2.0；W為內裝物質量，單位為kg；n為堆碼層數。

強度保險系數K根據運輸包裝件的儲存期和儲存條件來決定：儲存期小于30天，K=1.60；儲存期為30～100天，K=1.65；儲存期大于100天，K=2.00。

堆碼層數n可按下式計算：

n=INT[H/h-1] (公式2)

其中，H為堆碼高度，單位為mm；h為試驗樣品外高，單位為mm。

對于堆碼時間和堆碼高度的定量數據，在GB/T 4857.18-1992《包裝運輸包裝件 編制性能試驗大綱的定量數據》中有規定，相關數據見表1。

如需測量變形量，則需選擇一個初始載荷作為記錄變形量的基準點，初始載荷既可根據實際情況來定，也可根據GB/T 4857.4-2008標準的相關規定（如表2所示）來定。

2.ASTM D 642-2000《運輸包裝容器、組件和單元載荷抗壓能力標準測試方法》和ASTM D 4169-2009《運輸包裝容器和系統性能檢測標準規程》

(1)ASTM D 642-2000標準

ASTM D 642-2000標準中規定的試驗方法與GB/T 4857.4-2008標準中規定的試驗方法基本相同，只是壓力試驗機壓板的接近速度和初始載荷不相同。ASTM D 642-2000標準規定，壓板的接近速度為12.7±2.5mm/min，初始載荷見表3。

(2)ASTM D 4169-2009標準

ASTM D 4169-2009標準中規定了儲存堆碼和運載堆碼兩種情況，不同的情況需要選擇不同的保險系數F，并詳細規定了保險系數F的取值（如表4所示）。

相同包裝件在儲存堆碼和運載堆碼時的負載壓力值可按下式計算：

L=M×J×(H-h)/h×F (公式3)

其中，L為計算壓力值，單位為N；M為包裝件的質量，單位為kg；J為9.8N/kg；H為儲存堆碼或運載堆碼的最大高度，單位為m，當堆碼高度未知時，以2.7m計；h為貨運單元或單件容器的高度，單位為m；F為保險系數。

不同包裝件在小貨車或小包裝件快遞環境中進行運載堆碼時，包裝件的負載壓力值可按下式計算：

L=Mf×J×(l×w×h)/K×(H-h)/h×F (公式4)

其中，L為計算壓力值，單位為N；Mf為運輸載荷密度，單位為kg/m3，如未知，則以160kg/m3計；J為9.8N/kg；H為運輸車輛最大堆碼高度，單位為m，當H值未知時，以2.7m計，當采用LTL進行快遞運輸時，對于重量小于13.6kg、體積小于0.056m3或更小尺寸的包裝件，H值則從2.7m減少到1.4m；h為貨運單元或單件容器的高度，單位為m；l為貨運單元或單件容器的長度，單位為m；w為貨運單元或單件容器的寬度，單位為m；K為1m3/m3；F為保險系數。

實際上，在Fedex快遞公司的運輸包裝件檢驗標準中，對于運輸包裝件壓力試驗載荷值的計算就是采用公式4，只是運輸載荷密度Mf取值為192kg/m3。

3.ISTA標準

ISTA（國際安全運輸協會）主要幫助企業降低包裝費用，增加產品的市場競爭力，同時鼓勵減少包裝材料的使用量，以降低自然資源的浪費。ISTA設計了自己的標準，其試驗程序共分為7個系列，其中涉及到壓力試驗的主要有3種靜載荷堆碼試驗和采用壓力試驗機進行的試驗。

ISTA標準中的靜載荷堆碼試驗與GB/T 4857.3-1992標準中的試驗方法相同，壓力載荷值的計算公式與公式1相同，不同之處在于：①ISTA2系列中規定強度保險系數K為3～6，推薦值為5，堆碼高度為2.3m或5.0m，試驗時間為1h；②ISTA3系列中規定強度保險系數K為1.5或3.0，以運輸包裝件的高度是否超過1.4m為依據。

采用壓力試驗機進行的壓力試驗要求達到壓力值并保持3s后釋放壓力，采用的方法是ASTM D 642-2000標準中的方法，但壓力載荷值的計算公式是在公式1的基礎上乘以彌補因子1.4。

國內外運輸包裝件壓力試驗標準中規定的方法基本相同，但堆碼高度、強度保險系數以及貨物載荷密度等參數存在一定的差異。實際上，如何更準確地確定強度保險系數和貨物載荷密度是運輸包裝件壓力試驗未來的研究方向。

表3 ASTM D 642-2000標準中對初始載荷的規定

表4 ASTA D 4169-2009標準中對保險系數F的規定

結語

包裝件在特定溫濕度條件下堆碼若干時間后，由于長時間局部蠕變導致瓦楞紙箱和緩沖材料發生變形，從而發生倒垛現象。然而，運輸包裝件壓力試驗并不能體現出包裝件的堆垛穩定性。這是因為即使包裝件能夠承受規定載荷的壓力試驗，也無法確定其在實際堆垛過程中的穩定性，因此建議將壓力試驗和堆垛穩定性試驗作為兩個獨立試驗進行考核，而不是混為一個試驗項目。