瓦楞紙箱各項性能指標與環境相對濕度的相關性研究

陳 宇 譚 蒙 萬旺軍 王廣宇

（蕭山出入境檢驗檢疫局，浙江 杭州 311208）

0 概論

瓦楞紙箱是用瓦楞紙板制成的剛性紙質容器。半個多世紀以來，瓦楞紙箱以其優越的使用性能和良好的加工性能逐漸取代了木箱等運輸包裝容器，成為運輸包裝的主力軍，比重幾乎占整個包裝材料的1/4～1/3。它除了保護商品、便于倉儲、運輸之外，還起到美化商品，宣傳商品的作用。瓦楞紙箱屬于綠色環保產品，它利于環保，利于裝卸運輸。

瓦楞紙箱是由瓦楞紙板和瓦楞芯紙粘合而成，瓦楞芯紙又是由瓦楞原紙軋制而成，國產的瓦楞原紙，大多以草漿為主，配用部分化學漿或者廢紙漿。草漿的主要成分為纖維素、半纖維素和木質素[1]，而葡萄糖基是構成這些成分的基本化學單位，其分子式為(C6H10O5)n，n為聚合度[2]，葡萄糖基上的三個羥基使得纖維素、半纖維素和木質素都具有親水性。因此環境的相對濕度對瓦楞紙箱各項性能的影響很大，當相對濕度增大時，瓦楞紙箱的含水量會相應增加，從而導致該瓦楞紙箱的各項性能指標產生變化。這些變化進而會影響瓦楞紙箱在流通過程中有效保護內裝物的時間[3]，給包裝的產品帶來不必要的損傷，從而導致相關企業的直接或間接的經濟損失。

本研究中我們在恒定的大氣壓強和瓦楞紙箱檢測標準SN/T0262-93要求的標準溫度（23℃）的環境條件中，通過不同的相對濕度預處理后檢測結果進行對比，研究空氣中相對濕度對瓦楞紙箱各項性能檢測結果的影響，分析相對濕度與各個性能指標檢測結果存在的相關性。

1 試驗

1.1 材料與儀器

樣品為浙江省內的六家紙箱生產企業批量生產的產品，均為3層A型瓦楞紙箱，尺寸大小相近。

主要試驗儀器：美國先導恒溫恒濕機，邊壓環壓儀、紙板戳穿強度測定儀、破裂強度實驗機、整箱抗壓試驗機、邊壓取樣刀、烘箱及天平。

1.2 條件與方法

相對濕度：綜合考慮全國絕大多數地區的每月平均相對濕度為40%～90%之間，以及恒溫恒濕機組的有效濕度控制范圍，確定試驗預處理的相對濕度梯度為：40%rh、50%rh、60%rh、70%rh、80%rh、90%rh，各還原24h后進行比對試驗。

檢測方法：試樣在各相對濕度預處理后，根據SN/T0262-93測定各項性能指標，包括：邊壓試驗、粘合試驗、耐破試驗、戳穿試驗、整箱抗壓試驗以及含水率。這些性能檢測結果的優劣，直接反應出該批瓦楞紙箱在包裝保護功能上是否合格。

2 結果與討論

2.1 含水率與相對濕度的相關性

采用SN/T0262-93中的烘箱測定法，對六家紙箱廠的樣品在不同相對濕度還原處理24h后的含水率進行測定[4]。從每一個樣箱的不同部位，稱取約50g試樣，撕成小薄片置于已知質量的稱量瓶中，在100～105℃的烘箱內，烘干至恒重。每次稱量精確至0.001g。含水率的計算公式為：X=(m1-m2)÷m1×100%

式中：X為含水率；m1為干燥前試樣質量（g）；m2為干燥后試樣質量（g）

為了減少單個數據偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品含水率結果計算平均值，并作圖表如下：

表1

圖1 含水率與相對濕度的相關性

如圖所示，隨著預處理環境相對濕度的增加，樣品含水率的平均值也成線狀增加，在相對濕度在40%hr至90%hr范圍內，得出經驗公式：瓦楞紙箱含水率X%=k·Y%，X為濕度梯度里前一個相對濕度，Y為同一個濕度梯度里的后一個相對濕度，本組試驗得出的K值約等于1.3。

2.2 邊壓強度與相對濕度的相關性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進行邊壓強度的取樣和檢測，為了減少單個數據偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品邊壓強度結果計算平均值，以N/m表示，取三位有效數字，并作圖表如下：

表2

如圖2所示，隨著預處理環境相對濕度的增加，邊壓強度在標準要求的濕度50%rh上達到最高值，然后開始緩慢下降，濕度從80%rh升到90%rh邊壓強度下降明顯，降低了39.26%接近四成。

2.3 粘合強度與相對濕度的相關性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進行粘合強度的取樣和檢測，為了減少單個數據偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品邊壓強度結果計算平均值，以N/m楞表示，取三位有效數字，并作圖表如下：

圖2 邊壓強度與相對濕度相關性

表3

圖3 粘合強度與相對濕度的相關性

如圖所示，隨著預處理環境相對濕度的增加，粘合強度開始成曲線緩慢下降，每個濕度梯度下降不超過10%，當濕度到70%rh以上開始下降明顯，濕度從70%rh升到80%rh邊壓強度下降了17.30%，濕度從80%rh升到90%rh邊壓強度下降了31.56%。

2．4 戳穿強度與相對濕度的相關性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進行戳穿強度的取樣和檢測，為了減少單個數據偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品戳穿強度結果計算平均值，以J楞表示，取三位有效數字，并作圖表如下：

表4

圖4 戳穿強度與相對濕度的相關性

如圖所示，隨著預處理環境相對濕度的增加，戳穿強度強度開始緩慢上升，當濕度到達70%rh戳穿強度為最高值，從70%rh到90%rh戳穿強度又有了明顯的下降，幅度在10%以內。

2．5 耐破強度與相對濕度的相關性

按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進行耐破強度的取樣和檢測，為了減少單個數據偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品耐破強度結果計算平均值，以Pa表示，并作圖表如下：

表5

圖5 耐破強度與相對濕度的相關性

如圖所示，隨著預處理環境相對濕度的增加，戳穿強度強度曲線呈現雙峰波動形狀，當濕度到達80%rh時耐破強度為最高值，另外一個峰值出現在相對濕度為50%rh。

2．6 整箱抗壓強度與相對濕度的相關性

瓦楞紙箱整箱抗壓強度是衡量紙箱質量的重要指標，也是設計瓦楞紙箱的主要依據。按照SN/T0262-93對六家紙箱廠樣品進行整箱抗壓強度的取樣和檢測，為了減少單個數據偏差造成的影響，在每個相對濕度條件下還原的六個樣品整箱抗壓強度結果計算平均值，以N表示，并作圖表如下：

表6

圖6 整箱抗壓強度與相對濕度的相關性

如圖所示，隨著預處理環境相對濕度的增加，整箱抗壓強度開始成曲線緩慢下降，每個濕度梯度下降不超過10%，當濕度到70%rh以上開始下降明顯，濕度從70%rh升到80%rh邊壓強度下降了18.05%，濕度從80%rh升到90%rh邊壓強度下降了39.46%。該曲線圖與粘合強度的曲線圖軌跡非常相似。

3 結論

測試分析表明，在環境溫度23℃不變的情況下，隨著環境濕度的升高，瓦楞紙箱的含水率為線性正相關；邊壓強度、粘合強度和整箱抗壓強度隨著環境濕度和含水率的提高而逐漸下降，主因是瓦楞紙板中的纖維素吸濕后逐漸變得疏松；耐破強度與戳穿強度，隨著紙板中含水率的增加，呈現先曾后減有峰值的曲線變化，揭示出過于干燥和過于潮濕，對于紙箱的防頂破能力都會有很大的影響。

瓦楞紙箱生產企業在生產和流通過程中都會受到環境濕度的影響，這就要求生產企業在這些環節中合理的控制環境濕度，使用企業也要考慮好貨物目的地環境濕度，尤其是需要從北方運輸到濕度較高的南方，或者需要水運時[5]，適當的選擇適用的瓦楞紙箱。

［1］劉喜生.包裝材料學[M].長春：吉林大學出版社,1997.

［2］郭娟,張進,李然.環境濕度對瓦楞紙箱壽命的影響[J].包裝工程,2007,28(12)：101-103.

［3］程小琴,等.環境濕度對瓦楞紙板力學性能的影響[J].包裝工程,1996,17(6)：8-11.

［4］SN/T0262-1993出口商品運輸包裝瓦楞紙箱檢驗規程[S].

［5］楊傳民,王心宇.溫濕度及紙箱尺寸對堆碼強度的實驗研究[J].包裝工程,2009,30(8)：1-3.