瓦楞紙箱堆碼鼓包問題及改進措施研究

■文/郭寶龍，潘曉芬，段會會，吳霖杰，馮麗，顏偉航，劉志穎

（寧波奧克斯電氣股份有限公司，浙江 寧波 315191）

0 引 言

眾所周知，瓦楞紙箱具有保護產品的作用，能避免產品在流通過程中因溫度、濕度、振動、沖擊、堆碼等而受損。隨著物流運輸狀況的逐步改善，運輸過程對產品造成的損壞大幅度降低。然而，為滿足市場供應需求，產品過量儲備庫存的情況難免要發生。在堆放過程中，產品的防護主要依賴于外部的瓦楞紙箱，但瓦楞紙箱在實際使用中經常會出現堆碼鼓包現象。對于部分非銷售包裝，在內裝產品未受損的情況下，客戶勉強能接受。而對于運輸包裝和銷售包裝，包裝外觀的好壞直接影響產品質量和客戶的第一體驗。外包裝紙箱出現鼓包現象，不僅大幅度降低客戶的體驗度，而且影響產品銷售。因此，針對如何防止產品紙箱在堆碼過程中產生鼓包的問題，有必要進行深入探討。研究表明，瓦楞紙箱的關鍵指標是紙箱的抗壓強度，瓦楞紙箱具有足夠的抗壓強度是保護內裝物的必要前提。而認清瓦楞紙箱抗壓強度的影響因素，就要從材料、結構、生產工藝、環境等方面加以分析，并從中發掘出有效的改進措施。

1 紙箱堆碼鼓包分析

以家電產品空調包裝為例，從瓦楞紙箱的設計、制程、倉儲等環節分析瓦楞紙箱抗壓強度的影響因素。

1.1 前端紙箱設計

1.1.1 原紙質量

定量是瓦楞紙板重要指標之一，也是影響瓦楞紙箱抗壓強度的重要因素。我們由凱里卡特箱壓標準公式可知：

式中：P表示瓦楞紙箱抗壓強度，Px表示瓦楞紙板原紙的綜合環壓強度，Z表示瓦楞紙箱周邊長，aXz表示瓦楞常數，J表示紙箱常數。

瓦楞紙箱的抗壓強度P與瓦楞紙板的綜合環壓強度Px成正比,而瓦楞紙板的綜合環壓強度如下：

式中：Px表示瓦楞紙板原紙的綜合環壓強度，Rn表示紙箱面紙、里紙或夾芯卡紙的環壓強度，Ci表示瓦楞楞率，Rm表示瓦楞芯紙的環壓強度，L表示環壓試樣測試長度。

通常原紙的定量與原紙的環壓強度成正增量關系，也就是原紙的定量增加，Rn的數值也會隨之增加，因此Px的值也會增加。再通過式（1）和式（2）的關聯關系?？梢悦鞔_，瓦楞紙箱的抗壓強度與原紙定量成正增量關系，當瓦楞紙箱原紙克重越高，瓦楞紙箱的抗壓強度越好。反之，如果選用原紙的克重偏低，對于整個紙箱的抗壓強度來說，也就較低。當整體紙板的配比較低時，承載強度低于包裝產品要求的堆碼極限強度，再堆碼一定的時間，紙箱的抗壓能力屈服，導致紙箱塌陷，出現鼓包。因此，正確選擇瓦楞紙板的材料及材料配比對降低紙箱堆碼發生概率至關重要。

1.1.2 紙箱含水率

由于原紙本身不具備防潮性，從生產廠家運輸到生產線體，隨著空氣濕度的變化，紙箱中的含水率也在變化，瓦楞紙箱的強度也隨之發生改變。相關研究資料表明，紙箱抗壓強度與含水率存在如下函數關系式：

式中：P表示瓦楞紙箱的抗壓強度，a表示當水分為0%時瓦楞紙箱的抗壓強度，x表示紙板含水率的100倍。

由式（3）可知，瓦楞紙箱的抗壓強度與其含水率成負增量關系，含水率越大，瓦楞紙箱的抗壓強度越低。當含水率增大到一定值時，紙箱基本失去抗壓能力。適當的含水率能夠提升瓦楞紙箱的緩沖強度，以防翹曲變形；但含水率過高，會降低紙箱強度。因此，含水率也是造成紙箱鼓包問題的重要原因之一。

1.1.3 紙箱版面印刷及開孔

（1）紙箱版面印刷。很多客戶要求產品紙箱表面實行全版面印刷。而瓦楞紙箱的常用印刷方式是柔性凸版印刷，凸版印刷壓力較大，易壓潰瓦楞，使瓦楞紙箱的抗壓強度降低。圖1顯示的是在含水率為12%的情況下樣品的測試情況。

圖1 抗壓強度與紙箱版面印刷的關系圖

由圖1可知，瓦楞紙箱全版面印刷的抗壓強度整體上低于非全版面印刷的強度，根據測試可得出以下兩點：印刷面積越大，瓦楞紙箱抗壓強度越低；印刷壓力越大，抗壓強度越低，瓦楞受損更嚴重。

（2）紙箱開孔。為了便于產品生產檢漏，需要在紙箱上開相應的孔，這在一定程度上破壞了紙箱的整體結構，容易造成局部應力集中，易降低瓦楞紙箱的抗壓強度。查閱相關文獻，得知紙箱上所開孔的面積、數量，以及孔與上蓋和下蓋的距離，都會對紙箱的抗壓強度產生一定的影響。選擇含水率在12%的若干樣品，在紙箱孔數相同的情況下進行測試，發現紙箱開孔的抗壓強度基本低于未開孔的紙箱強度。開孔與未開孔的對比結果如圖2所示。

圖2 抗壓強度與紙箱有無孔的關系圖

1.1.4 尺寸設計

除了紙箱本身加工工藝以外，紙箱尺寸設計也會影響其抗壓強度。產品外部一般都會有緩沖墊作防護，紙箱內側距緩沖件的裝配間隙必須預留，這些間隙的大小對紙箱的抗壓強度產生一定的影響。間隙預留過小，導致生產線體裝箱效率低下，且容易造成紙箱開裂；間隙預留過大，則產品容易在箱內竄動，內部的緩沖結構對紙箱堆碼時失去支撐作用，極易導致鼓包。因此，紙箱尺寸設計必須合理把握緩沖件與產品之間的間隙，確保紙箱與內部緩沖件有效配合，這樣才能有效防止紙箱塌陷，避免產生鼓包風險。

1.2 生產制程

在紙箱生產過程中，操作是否規范也會影響紙箱的抗壓強度，如紙箱成型長短搖蓋折合不到位、產品在托盤上擺放不規范、叉車搬運入庫顛簸等，都易造成紙箱變形或破損，使紙箱的抗壓強度整體下降，造成堆碼紙箱鼓包。

1.2.1 紙箱折合成型

當產品到線體尾端套紙箱時，紙箱須預先成型，然后將紙箱套在流動線體的產品上，折合紙箱搖蓋、封箱。由于線體流動，在時間較短的情況下完成裝箱，部分紙箱折合搖蓋未做到位，出現向外擴張的情況（見圖3），這在一定程度上影響紙箱的強度。

圖3 箱角成型不規整案例

瓦楞紙箱在抗壓測試中，初始載荷沿紙箱邊沿均勻分布，隨著壓力的逐漸增大，箱體慢慢向外鼓出，此時紙箱豎直的四條棱依然保持筆直狀態，隨著載荷向箱角集中（見圖4），箱角載荷進一步加大，附近出現屈服，之后箱體里紙面壓潰，紙箱抗壓能力迅速變弱。因此，箱角成型規整程度對紙箱的抗壓強度影響較大。

圖4 紙箱受壓壓力分布示意圖

1.2.2 托盤碼垛

下線產品由機械手碼垛在托盤上，如果擺放不規整，重心偏向個別產品，就極易造成鼓包（見圖5）。因此，產品下線在托盤上的擺放方式和規范程度對后期儲存堆碼有著很大影響。產品交錯擺放不規整，使底層產品受力不均勻，出現紙箱鼓包，一旦堆碼過高，極有可能發生倒塌。

圖5 托盤碼垛示意圖

1.2.3 叉車搬運

叉車在搬運托盤過程中，有一定傾斜角度（見圖6），導致底部產品受到嚴重擠壓，而這種瞬間擠壓會超出紙箱的抗壓強度。同時，紙箱在搬運中還經受不同程度的顛簸，加劇被擠壓部位的變形。這種破壞性沖擊更易導致貨物堆碼時產生鼓包。

圖6 叉車搬運圖和等效受力圖

1.3 倉儲堆碼

對于產品而言，倉庫的堆碼方式至關重要。如果產品堆放不規范或者選擇堆疊的方式不正確，就會造成嚴重的紙箱鼓包。例如，堆碼層之間的相互錯位，邊角對不齊，都容易造成局部受力集中，導致紙箱變形（見圖7）。有關資料顯示：堆碼方式對紙箱鼓包的產生有一定的關聯，上下層紙箱棱角對齊堆碼方式強度最高，若該堆碼方式的強度為100%，則懸臂式堆碼方式的強度下降20%～40%，層層錯位堆碼方式的強度下降9%～15%，互鎖式堆碼方式的強度下降40%～60%。因此，選擇正確的堆碼方式能有效降低產品鼓包風險。

圖7 部分堆碼不規范示意圖

另外，產品的堆碼載荷也不能超過產品紙箱和內襯共同的支撐力。作為第一受力件，紙箱必須達到更高的抗壓強度，為了有效保護紙箱內產品，紙箱的抗壓強度必須大于堆碼載荷且有合理的安全系數作保證。產品在打包后堆碼，最下層貨物承受的堆碼載荷為：

式中：Pc表示最下層貨物承受的堆碼載荷，W表示每件產品的質量，h表示堆碼高度，H表示紙箱高度。

由凱里卡特公式計算紙箱的抗壓強度P，堆碼載荷應滿足以下條件：

式中：K表示安全系數，取值由貨物儲存期和儲存條件決定，儲存期少于30 d，K取值為1.6；儲存期在30～100 d之間，K取值為1.65；儲存期在100 d以上，K取值為2。

由此可見，在堆碼過程中為防止紙箱鼓包，一方面要注重堆碼方式；另一方面要對堆碼載荷進行校核，避免超出堆碼條件，產生鼓包。

2 鼓包改善措施及方法

2.1 前端設計優化

2.1.1 原紙質量優化

提升原紙克重可有效提高瓦楞紙板的抗壓強度，但當瓦楞紙和面紙的克重都較高時，粘合強度會降低，面紙與瓦楞原紙容易脫膠開裂，因而單獨增加紙張克重的方法不妥。當然，在增加紙張克重的同時可增加涂膠量以提高粘合強度，但涂膠量過多，易導致瓦楞棱峰變形，成品瓦楞紙板厚度變小，抗壓強度反而降低。實踐表明，最有效的措施，是提高淀粉膠黏劑的粘合強度，適度減少涂膠量和提高瓦楞原紙的克重，使瓦楞原紙的粘合強度和抗壓強度達到最佳狀態。

2.1.2 含水率管控

瓦楞紙箱的抗壓強度與含水率有直接關系，管控好含水率，有利于保持好紙箱的抗壓強度。在原紙表面實施涂膠或淋膜工藝，可增加原紙的防潮性能，從而降低瓦楞紙板受空氣中水分的影響。在膠黏劑中添加防潮劑，也能降低環境濕度對紙箱的影響。紙箱應短期存放，并且讓存放空間保持通風、干燥，確保含水率處于穩定狀態。另外，制定完善的檢驗標準，對紙箱來料進行嚴格管控。

2.1.3 設計優化

（1）版面印刷。印刷版面同樣影響瓦楞紙箱的強度，印刷區域越大，瓦楞紙箱的抗壓強度越低。在保證美觀和滿足客戶要求的前提下，應盡量不要大面積施色和平行于楞向印刷，多采用漸變式網線設計，可有效避免應力集中。另外，可先對面紙進行版面印刷，然后利用相應設備將面紙直接裱在半成品的瓦楞紙板上，可將印刷對瓦楞紙板抗壓強度的影響降到最小。

（2）開孔設計。紙箱上開孔破壞了紙箱整體結構，開孔位置容易造成應力集中，導致開孔位置周圍產生折紋。紙箱的強度主要依靠四條豎棱，如果開孔接近豎棱，就容易破壞棱處的強度。因此，紙箱開孔首先應避開靠近四條豎棱的位置，其次要避開紙箱大面靠近頂部和底部的位置。相關研究表明，開孔位置設置在瓦楞紙箱寬度的中心線，對紙箱結構強度損失最小，越偏離中心線，強度損失越大。因此在紙箱寬度中心線上開孔是最合適的。同時，開孔孔徑不能過大，以滿足使用要求為宜；孔形應盡可能設計成圓形或弧形，相對于方孔，此種結構的強度更高。

（3）紙箱尺寸設計。紙箱尺寸的大小與內部產品整體承受堆碼載荷的能力存在直接關系。若紙箱尺寸與內部產品包括緩沖襯墊之間的間隙越緊湊，則整體支撐效果越好；反之，紙箱與內裝物長寬高三個方向上的間隙越大，在堆碼過程中越先被壓潰失效。為防止紙箱尺寸過大，應以內部產品及緩沖件的整體尺寸向外增加余量的方式確定紙箱尺寸，同時預留裝配正負公差。這既保證了產品裝箱不被卡緊，不影響裝箱效率；又達到了紙箱和內部緩沖共同承重的效果，使紙箱的整體抗壓能力得到增強。

2.2 制程管控

2.2.1 紙箱成型優化

瓦楞紙箱預成型是由生產線工人操作完成。首先，開展操作培訓，提高工人操作水平，確保紙箱折合成型符合標準規范；對于搖蓋折合后反彈問題，需要在制紙箱板片時對壓線深度進行管控，在不破壞壓線結構的情況下，盡量提高壓線深度，以防折合后搖蓋反彈。其次，適當調整壓線寬度，如搖蓋原先的單壓線可更改為雙壓線，可起到降低搖蓋反彈的作用。其三，為避免折合成型時長短搖蓋相互擠壓，可適當對短搖蓋進行切斜角處理；在長短搖蓋之間開U型槽，防止成型時棱角處開裂。以上這些措施可減小紙箱成型時的破損概率，提高紙箱的抗壓強度。

2.2.2 碼垛方式優化

碼垛方式對后面堆碼有著重大影響。產品在托盤上擺放不緊湊，放置不合理，不僅占用托盤空間，還使每層堆放的機子受力不均勻，引起紙箱變形。以掛壁式空調為例，由于產品重心不在中間，而在產品的一端，碼垛時產品應交錯擺放，使每層重心不重合。如果重心偏向一側，底層的機子承載過重，容易產生紙箱鼓包。此外，碼垛的托盤盡量選擇塑料托盤。究其原因，一是搬運時塑料托盤的穩定性比木托盤好；二是堆碼時木托盤可能因部分位置受力不均而發生枕木變形，對產品造成損傷；三是木托盤枕木之間的間距過大，紙箱堆放棱角對不齊枕木，關鍵受力部位處于懸空狀態（見圖8）。

圖8 木托盤堆碼示意圖

2.2.3 改進搬運方式

在叉車整托搬運時，傾斜和顛簸都可能對底層貨物造成一定程度的損壞，將叉車換成夾抱機搬運，不僅確保每層貨物側面受力均勻，搬運平穩，對產品影響較小，還有效降低搬運引起的堆碼鼓包風險。

2.3 堆碼優化

堆碼擺放不整齊以及方式選擇不恰當都會對紙箱抗壓強度產生影響。從瓦楞紙箱各部位的受力分布來看，箱角承壓能力最大，離箱角越遠，承壓能力越低。齊平式堆碼時，箱角對齊，能最大程度地利用箱角的承壓能力，因而是紙箱達到最高抗壓強度的堆碼方式。相比于齊平式堆碼，交叉堆碼下紙箱的抗壓強度有所降低，但容易堆高且不易倒。為達到最優的堆碼效果，可采用圖9所示的方法，即3層齊平式堆碼，最上面約三分之一層采用交叉堆碼。組合式的堆碼方式不僅有效提高底層紙箱的抗壓強度，而且降低堆放傾倒的發生概率。當然，也可以增加輔助類的支撐。例如：在四周增加紙護角；在堆好的整托產品上加纏薄膜，以加固整個產品的堆放緊湊度，提升整體堆碼強度。

圖9 平齊與交錯混合堆碼

3 結 論

綜上所述，導致瓦楞紙箱鼓包的原因有很多，主要是對瓦楞紙箱抗壓強度的影響。從原材料、生產工藝到運輸堆碼，每個環節都與紙箱的抗壓強度存在不同程度的關聯，為保持并提高紙箱的抗壓強度，應當對這些環節進行分析研究。對于生產工藝、碼垛、堆碼方式等影響因素，可以采取技改措施，逐步降低其對紙箱抗壓強度的影響程度。對于溫度、濕度變化等不可控的影響因素，應盡可能加以改善，使其干擾程度降到最低。

隨著科技的不斷創新和發展，新技術和自動化的不斷投入，包括生產、搬運、儲存、銷售在內的整個環節對產品的保護將更加完善，對各環節的質量管控更加全面、嚴格，而包裝對產品的防護也更加安全、可靠。