食品用瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法的探討

陳春裕，何 瑛，楊愛君，林夏純，黃雋光，陳曉東

（廣東燕塘乳業(yè)股份有限公司，廣東廣州 510507）

我國(guó)瓦楞紙箱工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成相當(dāng)規(guī)模，市場(chǎng)對(duì)各類商品運(yùn)輸包裝用的瓦楞紙箱需求增長(zhǎng)迅速[1]。中國(guó)包裝聯(lián)合會(huì)在2022年6月8日發(fā)布的《2021年全國(guó)瓦楞紙箱運(yùn)行情況》中公布，2021年全國(guó)包裝行業(yè)規(guī)上企業(yè)完成瓦楞紙箱產(chǎn)量累計(jì)3 444.24萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)4.71%。瓦楞紙箱既可以用作運(yùn)輸包裝，也可以當(dāng)銷售包裝使用，它具備質(zhì)量輕、緩沖性能好、便于自動(dòng)化生產(chǎn)、價(jià)格低、對(duì)商品保護(hù)功能全等特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，是一種非常理想的包裝材料[2]。

瓦楞紙箱在食品的儲(chǔ)存銷售過程中起到了良好的防護(hù)作用。但目前紙箱的質(zhì)量監(jiān)管仍存在許多弊端：瓦楞紙箱行業(yè)門檻較低，大量小型企業(yè)長(zhǎng)期存在并占據(jù)大部分市場(chǎng)份額，部分小企業(yè)是三級(jí)廠，通過外購(gòu)?fù)呃慵埌暹M(jìn)行加工，生產(chǎn)工藝落后、生產(chǎn)設(shè)備陳舊，產(chǎn)品的成型工藝控制不佳，并且沒有配置相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備，對(duì)原料品質(zhì)無(wú)法把控；部分生產(chǎn)企業(yè)缺乏專業(yè)人才，從業(yè)人員素質(zhì)較低，尤其是一些微型企業(yè)采取家庭作坊方式，對(duì)產(chǎn)品紙箱標(biāo)準(zhǔn)一知半解，專業(yè)知識(shí)不足，只是簡(jiǎn)單地將紙板加工成紙箱[3]。部分食品企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，通過小紙廠采購(gòu)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低的低價(jià)紙品實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致食品在儲(chǔ)存銷售過程中遭到重壓時(shí)紙箱損壞受到壓迫，造成食品質(zhì)量安全隱患。

對(duì)瓦楞紙箱進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收可大大降低由紙箱質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)帶來(lái)的損失。抗壓強(qiáng)度作為瓦楞紙箱非常重要的一項(xiàng)物理指標(biāo)，可用于評(píng)定運(yùn)輸包裝件在受到壓力時(shí)的耐壓強(qiáng)度及包裝對(duì)內(nèi)裝物的保護(hù)能力。抗壓強(qiáng)度的高低與瓦楞紙箱的制造工藝、結(jié)構(gòu)、瓦楞原紙與芯紙的性能、瓦楞紙箱運(yùn)輸及儲(chǔ)存環(huán)境條件等因素都有直接關(guān)系，是瓦楞紙箱質(zhì)量驗(yàn)收的重要指標(biāo)[4]。目前，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)方法有抗壓試驗(yàn)、堆碼試驗(yàn)，國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)《包裝 運(yùn)輸包裝件基本試驗(yàn) 第4部分：采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的抗壓和堆碼試驗(yàn)方法》（GB/T 4857.4—2008）中規(guī)定了這兩種方法的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)程序，但對(duì)于試驗(yàn)程序的描述較為簡(jiǎn)單，不利于企業(yè)規(guī)范瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度驗(yàn)收。本文使用抗壓試驗(yàn)儀進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)步驟及檢測(cè)結(jié)果判斷方法進(jìn)行研究，為食品企業(yè)瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度項(xiàng)目的驗(yàn)收提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

i-Boxtek 1700抗壓試驗(yàn)儀（濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司，量程9 kN，力值分辨率1 N，形變分辨率0.1 mm）。抗壓試驗(yàn)儀應(yīng)滿足“能通過一個(gè)或兩個(gè)壓板以（10±3）mm·min-1的相對(duì)速度勻速移動(dòng)施加壓力”的要求，在整個(gè)試驗(yàn)過程中抗壓試驗(yàn)儀的壓板水平傾斜度的偏差值應(yīng)在0.2%以內(nèi)[5]。

1.2 抗壓強(qiáng)度的測(cè)定方法

1.2.1 方法原理

將試驗(yàn)樣品放置于抗壓試驗(yàn)儀的上下壓板之間，上壓板勻速移動(dòng)施加壓力，直至試樣被壓潰為止，從而得到“力值-變形量曲線”，力值即是抗壓強(qiáng)度值。

1.2.2 試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備

同一批次的瓦楞紙箱隨機(jī)抽取5個(gè)試驗(yàn)樣品，沿紙板的預(yù)折痕折疊成包裝箱，用透明膠模擬實(shí)際運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行封合（封裝方法應(yīng)和實(shí)際使用時(shí)的方法相同）。

1.2.3 試驗(yàn)樣品的溫濕度預(yù)處理

將試驗(yàn)樣品放置于溫濕度室，離墻離地，使空氣可以自由通過紙箱頂部、四周和至少75%的底部面積[6]。盡可能選擇瓦楞紙箱運(yùn)輸及儲(chǔ)存條件相似的溫度和相對(duì)濕度，且將其暴露在規(guī)定的條件下一段時(shí)間，本文試驗(yàn)條件為（23±2）℃，濕度（50±2）%，處理時(shí)間4 h。

1.2.4 抗壓試驗(yàn)儀參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)類型選擇“壓潰力試驗(yàn)”，依次輸入試驗(yàn)名稱、樣品名稱、樣品材料、樣品批號(hào)、試驗(yàn)員、實(shí)驗(yàn)室溫度、實(shí)驗(yàn)室濕度等信息，預(yù)壓力設(shè)置為50 N，壓差比例設(shè)置為95%，試驗(yàn)速度設(shè)置為10 mm·min-1，試樣高度按瓦楞紙箱的實(shí)際高度輸入。

1.2.5 壓潰力試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣品放置于設(shè)備底板的中心位置，點(diǎn)擊“開始試驗(yàn)”按鈕，壓潰力試驗(yàn)指示燈亮，設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行壓潰力試驗(yàn)。若上壓板距離紙箱較遠(yuǎn)，可通過點(diǎn)擊“下降”使上壓板自動(dòng)下降，當(dāng)上壓板距離紙箱20 mm左右，點(diǎn)擊“停止回位/下降”，上壓板停止下降。紙箱被壓潰后壓力值逐漸變小，當(dāng)壓力值降到最大值的95%，上壓板自動(dòng)回位。

1.2.6 抗壓強(qiáng)度的計(jì)算方法

企業(yè)可根據(jù)自身產(chǎn)品的實(shí)際情況計(jì)算瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算公式[7]為

式中：P為抗壓強(qiáng)度值，N；K為強(qiáng)度安全系數(shù)；G為瓦楞紙箱包裝件的質(zhì)量，kg；H為堆碼高度，mm，取3 000 mm；h為瓦楞紙箱高度，mm。強(qiáng)度安全系數(shù)K應(yīng)根據(jù)實(shí)際儲(chǔ)運(yùn)流通環(huán)境條件確定，包括氣候環(huán)境條件、機(jī)械物理環(huán)境條件及儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間等，內(nèi)裝物能起到支撐作用的一般取1.65以上，不能起到支撐作用的一般取2以上。

2 結(jié)果與分析

2.1 力值與變形量的變化趨勢(shì)分析

當(dāng)抗壓試驗(yàn)儀的上壓板接觸試樣時(shí)達(dá)到預(yù)壓力，上壓板勻速移動(dòng)施加壓力直至壓力減小至最大壓力值的95%停止試驗(yàn)，此時(shí)紙箱壓潰。長(zhǎng)期的壓潰力試驗(yàn)表明，力值的變化有時(shí)是平穩(wěn)遞加至潰點(diǎn)（如圖1中力值-時(shí)間曲線1），有時(shí)力值的變化有一定的緩沖性（如圖1中力值-時(shí)間曲線2），即當(dāng)力值與變形量增加到一定程度后，壓力保持相對(duì)平穩(wěn)甚至略微下降，經(jīng)過一段時(shí)間后，壓力繼續(xù)增加，直至紙箱壓潰。壓潰力試驗(yàn)過程中變形量保持相對(duì)勻速增加（如圖1中變形量-時(shí)間曲線），直至紙箱壓潰。紙箱內(nèi)尺寸與內(nèi)裝物之間一般有一定高度的間隙，當(dāng)紙箱壓潰后變形量會(huì)出現(xiàn)兩種情況：第一種情況是變形量在間隙的高度范圍內(nèi)，紙箱壓潰沒有影響到內(nèi)裝物；第二種情況是變形量超出間隙的高度范圍，內(nèi)裝物的形態(tài)受到影響，此時(shí)紙箱已經(jīng)不能達(dá)到使用要求。基于實(shí)際使用的要求考慮，分析紙箱抗壓強(qiáng)度的結(jié)果時(shí)應(yīng)該考慮變形量對(duì)內(nèi)裝物的影響，紙箱內(nèi)尺寸與內(nèi)裝物之間的間隙或者企業(yè)可接受的變形程度確定為可接受最大變形量。

圖1 力值與變形量的變化趨勢(shì)

2.2 抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分析

下面以2種產(chǎn)品規(guī)格紙箱的檢測(cè)結(jié)果為例分析紙箱抗壓強(qiáng)度的質(zhì)量情況。2種紙箱的相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 瓦楞紙箱的參數(shù)

2.2.1 抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)1.2.6的計(jì)算方法計(jì)算得出2種規(guī)格瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)過計(jì)算可得規(guī)格1內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值為906 N，規(guī)格2的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)值為604 N，紙箱抽檢的試驗(yàn)樣品抗壓強(qiáng)度值大于等于標(biāo)準(zhǔn)值則紙箱抗壓強(qiáng)度合格，若5個(gè)試驗(yàn)樣品中有1個(gè)樣品不合格，則該批次樣品不合格。

2.2.2 抗壓強(qiáng)度檢測(cè)值

2種規(guī)格紙箱的力值-變形量曲線見圖2和圖3。規(guī)格1紙箱的可接受變形量范圍為≤7 mm，5個(gè)試驗(yàn)樣品壓潰時(shí)變形量均＜7 mm，抗壓強(qiáng)度值均合格，平均抗壓強(qiáng)度值為1 363.70 N，5個(gè)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.72%；規(guī)格2紙箱的可接受變形量范圍為≤8 mm，紙箱壓潰時(shí)5個(gè)樣品中有4個(gè)樣品的變形量超出了可接受變形量范圍，考慮到變形量過大可能會(huì)對(duì)內(nèi)裝物的形態(tài)造成影響，選取可接受變形量范圍內(nèi)最大力值為試驗(yàn)樣品的抗壓強(qiáng)度值，故讀取8 mm變形量以內(nèi)最大力值為抗壓強(qiáng)度值，5個(gè)樣品抗壓強(qiáng)度值均合格，平均抗壓強(qiáng)度值為1 023.90 N，5個(gè)樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.72%。

圖2 規(guī)格1紙箱抗壓強(qiáng)度力 值-變形量曲線圖

圖3 規(guī)格2紙箱抗壓強(qiáng)度力值-變形量曲線圖

規(guī)格1紙箱平均抗壓強(qiáng)度值高于規(guī)格2紙箱，說(shuō)明規(guī)格1紙箱能承受的壓力更大。規(guī)格1紙箱的抗壓強(qiáng)度值、變形量的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.72%、5.58%；規(guī)格2紙箱的抗壓強(qiáng)度值、變形量的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.72%、6.32%，說(shuō)明規(guī)格1紙箱的質(zhì)量更穩(wěn)定。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 紙箱參數(shù)

表3 紙箱抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

2.3 討論

分析瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度一般需要通過抽檢多個(gè)樣品（≥5個(gè)）的平均值來(lái)表示，抗壓強(qiáng)度值越大，紙箱的質(zhì)量越好，每個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，紙箱的抗壓性能越穩(wěn)定。2021年運(yùn)用本文方法驗(yàn)收瓦楞紙箱125批次，抽樣檢測(cè)625個(gè)樣品，抗壓強(qiáng)度合格率達(dá)94.72%，合格率同比增長(zhǎng)4.11%。規(guī)范瓦楞紙箱的入庫(kù)驗(yàn)收規(guī)則后紙箱的整體質(zhì)量有所提升，生產(chǎn)實(shí)踐情況也表明，只有加強(qiáng)對(duì)紙箱產(chǎn)品的檢測(cè)和質(zhì)量控制，才能有效地減少或預(yù)防生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，提高紙箱產(chǎn)品的質(zhì)量[8]。

3 結(jié)論

本文使用抗壓試驗(yàn)儀進(jìn)行瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)，操作過程簡(jiǎn)單，便于企業(yè)在瓦楞紙箱入庫(kù)驗(yàn)收時(shí)使用。在考慮變形量影響的條件下確定抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果，而非直接取最大壓潰力作為檢測(cè)結(jié)果的控制方式，對(duì)企業(yè)瓦楞紙箱的質(zhì)量驗(yàn)收控制更具有實(shí)際意義。