瓦楞紙箱抗壓強度與包裝件載荷的計算方法與對比

陳振強+張衛紅

隨著瓦楞紙箱行業的發展，用戶對瓦楞紙箱的質量要求越來越高。相信很多瓦楞紙箱生產企業都會接觸到類似的客戶投訴：瓦楞紙箱的強度不夠，在包裝、堆碼或運輸中出現變形、壓塌或破損，從而要求退貨或賠償。近日，我公司針對瓦楞紙箱行業的發展現狀進行了一系列調研，調研結果表明：瓦楞紙箱的強度（抗壓強度和堆碼強度）既是評價瓦楞紙箱的重要指標，又是設計瓦楞紙箱的重要條件。

抗壓強度及安全系數K的選取

抗壓強度是瓦楞紙箱一個至關重要的性能指標，其不僅反映瓦楞紙箱制造工藝的綜合特性，還直接影響瓦楞紙箱在使用過程中的安全性能，目前已作為瓦楞紙箱日常檢測和驗收工作中的一項重要指標。

隨著物流行業的快速發展，瓦楞紙箱的抗壓強度特性顯得尤為重要。抗壓強度過低則其保護商品的功能不足，導致產生貨損，給終端企業和瓦楞紙箱生產企業帶來不利影響。然而，抗壓強度過高勢必會使包裝成本升高，導致終端企業商品銷售價格增加或商品的利潤空間降低，同時也增加了瓦楞紙箱企業的銷售難度。因此，合理地設計瓦楞紙箱抗壓強度是瓦楞紙箱設計的重要內容之一。

在整個物流過程中，瓦楞紙箱包裝件最易受到氣候環境，尤其是濕度的影響，此外，受到裝卸過程中的沖擊、運輸過程中的振動、堆碼方式、堆碼時間等諸多因素的影響，瓦楞紙箱的抗壓強度會隨著時間的變化呈逐漸下降的趨勢。

為保證瓦楞紙箱包裝件在整個運輸倉儲期限內具有足夠的抗壓強度，安全系數K值應大于1，內裝物起到支撐作用的一般K值取1.65以上，不能起到支撐作用的一般K值取到2以上。但GB/T6543-2008《運輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》標準中并沒有給出其他情況下的K值數據和對應的選取條件。在這種情況下，按照此標準就無法確定瓦楞紙箱實際需求的抗壓強度，只能采用試驗方法測量瓦楞紙箱的最大抗壓強度。對儲運環境熟悉的客戶會從一些文獻或公司的標準中選擇合適的K值，而對儲運環境不熟悉的客戶又缺乏必要的技術資料，將無從選擇合適的K值，這時選擇的抗壓強度值就會帶有一定的盲目性，往往造成包裝強度設計不合理。

包裝件載荷的計算與對比

瓦楞紙箱包裝件在儲運過程中可能是同種包裝件的堆碼，也可能是不同類型包裝件的堆碼，最底層的包裝件將會承受來自上方包裝件的全部堆碼載荷。運輸過程中的條件各異，不同運輸包裝件測試標準對包裝件的載荷要求也各不相同。這種情況下，瓦楞紙箱包裝件受到的堆碼載荷相比瓦楞紙箱的空箱抗壓強度更有實際意義。

現在假設一個瓦楞紙箱包裝件，雙層瓦楞紙箱，內裝物不承壓，包裝件外尺寸為400mm×400mm×400mm，重量為20kg，堆碼層數為7層（或封閉車廂內部高度2.7m）。下面根據不同公式計算堆碼載荷，并對得出的數據進行對比分析。需說明的是，本文堆碼層數的計算值一律向上取整，如計算堆碼層數6.7層，取整為7層。

（1）GB/T6543-2008標準，安全系數K值取5。

P=K×G×（H–h）÷h×9.8=5×20×6×9.8=5880N

式中：P為抗壓強度，單位N；K為強度安全系數；G為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；H為為堆碼高度，單位mm，一般不高于3000mm；h為為瓦楞紙箱高度，單位mm。

（2）ISTA 1C標準，使用壓力試驗機到壓后立即釋放壓力。

Load=[1300 +（Wt×9.8）+ 530×（L+ W）]×1.4=[1300+（20×9.8）+530×（0.4+ 0.4）]×1.4 =2688N

式中：Load為計算載荷，單位N；Wt為為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；1300為施加壓力最小值，單位N；530為公式計算值；L為包裝件長度，單位m；W為包裝件寬度，單位m；1.4為壓力對時間的補償系數。

（3）ISTA 2A標準，使用壓力試驗機到壓后立即釋放壓力，F值取5。

Load=[Wt×（S–1）×F×9.8]×1.4=[20×（7–1）×5×9.8]×1.4=8232N

式中：Load為計算載荷，單位N；Wt為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；S為包裝件的堆碼層數；F為補償系數，范圍一般在3～6，如果包裝件在流通過程有倉儲堆碼，建議最小選擇5，否則建議最小選擇4；1.4為壓力對時間的補償系數。

（4）FedEX-A標準，F值取5。

Load=0.007×（108–H）×L×W×F×0.454×9.8=0.007×（108–400÷25.4）×400÷25.4×400÷25.4×5×0.454×9.8=3563N

式中：Load為計算載荷，單位N；0.007為平均貨物密度，單位lbs/ in3；108為運輸過程中貨物最大堆碼高度，單位in；H為單個包裝件的高度，單位in；L為單個包裝件的長度，單位in；W為單個包裝件的寬度，單位in；F為與濕度、時間和堆碼方式有關的系數；0.454為磅和千克間的轉換系數。

（5）Item 180標準，使用壓力試驗機到壓后立即釋放壓力，DF值取7。

L o a d = 1 6 2×（ 2 . 7–h ）×（ l×w）×DF×9.8=162×（2.7–0.4）×0.4×0.4 ×9.8 ×7=4090N

式中：Load為計算載荷，單位N；162為貨物平均密度，kg/m3；2.7為車輛有效堆碼高度，單位m；h為單個包裝件的高度，單位m；l為單個包裝件的長度，單位m；w為單個包裝件的寬度，單位m；DF為設計系數。

值得注意的是，當包裝件重量小于14kg或體積不超過0.056m3時，堆碼高度由2.7m降低為1.4m，瓦楞紙箱的堆碼載荷也隨之降低。

（6）ASTM D4169車輛堆碼標準，F值取7，同種包裝件堆碼試驗。

Load=M×J×（H–h）÷h×F=20×9.8×（2.7–0.4）÷0.4×7=8232N

式中：Load為計算載荷，單位N；M為瓦楞紙箱包裝件重量，單位kg；J為公制轉換系數，9.8N/kg；H為堆碼高度，取2.7m；h為單個包裝件的高度，單位m；F為補償系數。

上述計算公式中的F、DF與GB/ T6543標準中的安全系數K值原理一致。其中，GB/T6543、ISTA 2A、FedEX-A標準的安全系數K值取5；ISTA 1C標準不涉及安全系數；Item 180和ASTM D4169標準的安全系數在同種情況下的取值為7。

將上面各公式的計算值匯總，如表1所示。從表1數據中可以看出，ISTA 2A和ASTM D4169標準的計算載荷值為8232N，比GB/T6543計算的空箱抗壓強度值高出40%；ISTA 1C的計算堆碼載荷最小，僅為GB/ T6543計算值的46%；6個計算公式的最大載荷與最小載荷之差為8232-2688=5544N，是最小值2688N的2倍。無論瓦楞紙箱的空箱抗壓強度還是瓦楞紙箱包裝件的堆碼載荷，都是為了保證包裝件在實際流通過程中瓦楞紙箱具有足夠的強度，不會發生壓潰而導致內裝物破損或倒塌現象的發生。

綜上所述，當內裝物或緩沖結構不能承壓時，瓦楞紙箱將承擔全部的堆碼載荷，這種情況下，瓦楞紙箱的耐壓強度比空箱抗壓強度值的意義更大，所以更應關注最終的堆碼強度載荷值。按照GB/T6543計算的抗壓強度會與其他運輸包裝測試標準的計算載荷產生一定的偏差，甚至非常大的偏差。為此，應當根據客戶實際測試需求，明確選擇運輸包裝測試標準的堆碼計算公式，這樣計算的堆碼載荷要比GB/T6543的抗壓強度值更符合運輸標準的需求，這樣不僅可以彌補GB/T6543中K值選擇不明確的不足，還可以使設計的瓦楞紙箱抗壓強度更符合實際的需求，設計更加合理化。endprint