环境温湿度变化对快递包装箱抗压强度影响的试验研究

李秀华, 宋 媛

(合肥学院 经济与管理学院，合肥 230601)

0 引 言

瓦楞纸箱是一般的纸质器具，是用不同类型的瓦楞纸板制成的。它作为包装制品有着非常广泛的应用，并且用量一直居于各种包装制品之首。瓦楞纸箱和托盘、周转箱一同被称为物流单元化器具，它不仅可以对货物运输起到一定的保护作用，而且也可以实现货物在运输过程中的规格化与效率化，提高运输装卸搬运效率，降低物流成本。

抗压强度是指瓦楞纸箱在整箱压缩试验机均匀施加动态压力致使箱体破损时的最大压力负荷量以及箱体变形量。抗压强度测试过程可以分为以下4个阶段：(1)预加负荷阶段，确保瓦楞纸箱与整箱压缩试验机的上压板充分接触。(2)瓦楞纸箱横压线被压下阶段，此时压力负荷量在增加，瓦楞纸箱的变形量变化很大。(3)瓦楞纸箱侧壁承受压力阶段，此时压力负荷量增加较快，瓦楞纸箱变形量增加缓慢。(4)瓦楞纸箱完全被破坏阶段，此时箱体的变形量为瓦楞纸箱的压溃点。

瓦楞纸箱在物流仓储、运输包装环节的应用越来越广泛，环境温湿度变化对瓦楞纸箱力学抗压性能影响比较大。瓦楞纸箱在不同环境温湿度条件下，承受各种外在的载荷如压缩、冲击等时会呈现不同的力学特性。抗压强度不仅仅反映的是整个制箱过程工艺的综合特征，同时又会直接影响到瓦楞纸箱的使用安全，从而会进一步影响瓦楞纸箱对被包装物的保护，所以研究环境温湿度条件对瓦楞纸箱的正确使用起到很大的作用。

1 相关研究现状

在瓦楞纸箱力学性能研究中，国内的众多学者进行了大量的研究，为瓦楞纸箱实际应用做出了一定的贡献。王俊丽[1]用试验的方法研究了瓦楞纸箱的含水率从7.7%增加到16.4%时,对瓦楞纸箱力学性能的影响，结果表明:瓦楞纸箱的力学性能随纸箱含水率的增加而下降。郭娟等[2]通过测定瓦楞纸板在环境相对湿度分别为92%、70%、50%下的吸湿率，得出不同湿度条件对瓦楞纸箱寿命的影响规律。张丽等[3]采用回归分析法建立了环境湿度与震动传递率、固有频率、阻尼系数以及阻尼比之间的单因素关系模型，实验表明，环境湿度对纸板的防震性能有明显的影响。徐雪萌[4]在实际生产中，可以利用经纬线纸制造高强度的低温防潮箱，以适应冷链物流环境，也可以制作低克重高强度纸箱，以节约纸箱用纸量。姚晶晶[5]通过对比不同温湿度条件下瓦楞纸箱主要物理性能指标，测试、对比、分析不同相对湿度与瓦楞纸箱性能指标之间的关系。郝晓秀[6]认为当环境相对湿度增大时，瓦楞纸箱因吸水造成其抗压强度下降，并且不同楞型纸箱抗压强度会随湿度变化而变化。

本文主要是通过在温度和湿度变量变化的基础上研究瓦楞纸箱的抗压性能的变化规律，从而为生产企业和仓储企业提供更好的建议。

2 瓦楞纸箱的应用背景分析

近几年来，随着综合经济水平的提升，很多领域也都迎来了快速发展的新时期，瓦楞纸箱包装也赶上这趟顺风车强势而起，被广泛的应用于生活的很多方面。

物流包装是快递运输的重要环节，快递业务量的快速增长扩大了对包装尤其是纸质包装的需求。据国家邮政局统计，2016年，我国快递服务企业业务量累计完成312.8亿件，同比增长51.4%；业务收入累计完成3 091.4亿元，同比增长43.5%。[7]伴随着大量快递而来的就是堆积成山的快递垃圾，包括塑料袋、瓦楞纸箱、胶带等多个种类，其中瓦楞纸箱使用量占到快递总业务量的一半左右，这对于与电商企业合作的纸质包装企业的发展有不小的促进作用。

可以说依托快速扩张的网购市场，快递行业也将迎来发展的黄金时期。随着网购规模的持续扩大，预计未来几年快递业对包装需求量也将保持较快速度的增长。瓦楞纸箱比较轻便，不仅能对商品起到保护作用，而且又便于装卸搬运，可以说在越来越重视环境保护的今天也是备受青睐且具有良好发展前景的，然而，事实上却并非如此。

2017年瓦楞纸箱市场价格也不断迎来利好消息，不断提高的快递业务量，使瓦楞纸箱的使用量不断增加，却也导致最近纸业市场涨价潮不断袭来。自2017年年初以来，瓦楞纸箱市场价格上涨的消息就不断出现，有很多厂家表示供应链上游纸板原料厂商的提价是造成瓦楞纸箱成本上升的主要因素。这也直接导致纸企之间原料争夺异常激烈，经常有钱收不到废纸的情况发生。在正常情况下，企业废纸库存量可以满足20天的生产需要，而现在废纸库存量也就只能用3天，如果再碰上接连阴雨天气，原料供应就会更加紧张。2017年初瓦楞纸板出厂价最低为每吨2700元左右，在原材料涨价之后，瓦楞纸板价格已经涨到每吨3 800元左右，不少大型造纸企业也都接连宣布涨价或直接发出涨价函。据统计分析2017以来已有至少15家造纸厂发出了涨价函，涨幅在每吨50～200元不等。随着瓦楞纸箱的需求日益增多，价格涨幅也在不断提升，瓦楞纸箱的耐用性也迫切需要加强。

3 瓦楞纸箱抗压强度试验方法与过程

3.1 试验所需瓦楞纸箱箱型[8]

瓦楞纸板材质是三层普通A瓦楞纸板，根据现有瓦楞纸箱的尺寸，可以把纸箱分为A、B两组进行试验，每组分别做3个纸箱并取其平均值作为试验的分析依据，A、B两组试验的瓦楞纸箱尺寸如下表1所示：

表1 瓦楞纸箱尺寸

3.2 试验目的

通过分析和检测瓦楞纸箱在不同温湿度环境下抗压强度性能的变化规律，可以全面评估环境温湿度对其抗压强度性能的影响，对瓦楞纸箱作为运输包装件的缓冲材料做出更加合理的建议。

3.3 试验设备

3.3.1 可程式恒温恒湿试验箱概述

可程式恒温恒湿试验箱是用于材料及零部件在高温、低温、交变湿热或恒定试验温度环境变化后的存储、运输和使用时的参数及性能变化的适应性试验。

所用可程式恒温恒湿试验箱的技术参数如下表2所示。

表2 可程式恒温恒湿试验箱主要技术参数

3.3.2 电子式整箱压缩试验机概述

电子式整箱压缩试验机是抗压强度测定试验采用的试验设备，主要用于各类中小型瓦楞纸箱的抗压强度试验或其他材料制成的抗压强度小于10KN的包装容器的整箱抗压强度检测与试验。其主要由两块面积适合的压板和控制系统组成，其中一块是紧固在此设备底部的支撑板，另一块是上部加压板。

电子式整箱压缩试验机是进行瓦楞纸箱包装容器抗压强度试验的理想设备，设备的性能和指标需符合GB4857.4《包装、运输、包装件压力试验方法》和轻工行业标准QB/T1048《纸板及纸箱抗压试验机》等标准的有关规定与要求。[9]所用电子式整箱压缩试验机的主要技术参数如下表3所示：

表3 电子式整箱压缩试验机主要技术参数

4 试验条件和试验步骤

环境温湿度对瓦楞纸箱的性能影响较大，温湿度条件不同，测得的抗压强度也会有很大差异。为了能获得真实客观的试验数据，试验前需对试验样品进行温湿度平衡预处理[10]。综合考虑国内大多数地区每月平均相对湿度，以及可程式恒温恒湿试验箱的有效温湿度控制范围，确定试验的相对湿度为30%和50%，相对温度为23℃和35℃，并各自处理12h 后进行对比试验。

试验步骤：

(1)把A、B两组样品分别放在可程式恒温恒湿试验箱内；

(2)对于A组、B组样品分别设定三组对比试验，温湿度分别为(23℃、50%)、(23℃、30%)、(35℃、50%)；

(3)对A组、B组试验样品处理时间均为12个小时；

(4)取出处理后的样品, 把A组、B组各试验样品分别放在电子式整箱压缩试验机的两个加压板之间，且距离上压板一定距离；

(5)在电子式整箱压缩试验机控制软件中设定上压板的运行速度；

(6)开始运行，预加负荷使上压板接触试验样品，后对其施加压力且至样品压溃点时，此时控制软件记录样品所承受的最大压力负荷值及样品箱体最大变形量曲线图；

(7)统计试验，A组、B组样品分别得出三组数据如下表4和表5所示。

表4 不同温湿度环境下A组纸箱的抗压强度

表5 不同温湿度环境下B组纸箱的抗压强度

5 试验结果分析

A组瓦楞纸箱在不同温湿度环境下试验数据折线图如下图1所示：

B组瓦楞纸箱在不同温湿度环境下试验数据折线图如下图2所示：

图1 A组瓦楞纸箱试验数据折线图 图2 B组瓦楞纸箱试验数据折线图

通过折线图得出：(1)环境温度为23℃，环境湿度从30%升高到50%时，A组、B组瓦楞纸箱的抗压强度都随之降低。(2)环境湿度为50%，环境温度从23℃升高到35℃时，对于A组、B组瓦楞纸箱的抗压强度都随之增强。

在不同温湿度环境条件下，对A、B两组瓦楞纸箱进行了抗压强度的测试，测试结果表明：在有效温湿度控制范围内，随着环境温度升高，纸板的含水率不断降低，瓦楞纸箱抗压强度随之升高；环境湿度升高，纸板含水率不断増加，瓦楞纸箱抗压强度随之降低。

6 结 论

环境温湿度变化影响瓦楞纸板的含水率变化，而瓦楞纸板的含水率高低又是影响瓦楞纸箱抗压强度变化的直接因素。所以在有效温湿度控制范围内，瓦楞纸板含水率越高，瓦楞纸箱的抗压强度越低，反之，瓦楞纸板含水率越低，瓦楞纸箱的抗压强度越高。

瓦楞纸箱在生产和流通过程中会受到环境温湿度高低的影响，这就需要生产企业要合理地控制生产和流通环境的温湿度条件，同时瓦楞纸箱使用企业也需要考虑货物目的地的环境温湿度情况，由于我国南方地区比较潮湿,相对湿度比较大，当货物从北方运输到湿度较高的南方时，或者需要水路运输时，要选择合适的瓦楞纸箱[11]。

另外,在瓦楞纸箱的生产过程中,可以采用在其表面涂一层防潮材料等方法，使水和油无法与瓦楞纸板材料表面直接接触，降低瓦楞纸箱的含水率，从而达到防潮的效果，使瓦楞纸箱的抗压强度性能处于最佳的状态，更好的保护内包装物。