食品用瓦楞紙箱抗壓強度檢測方法的探討

陳春裕，何 瑛，楊愛君，林夏純，黃雋光，陳曉東

（廣東燕塘乳業股份有限公司，廣東廣州 510507）

我國瓦楞紙箱工業經過多年的發展，已形成相當規模，市場對各類商品運輸包裝用的瓦楞紙箱需求增長迅速[1]。中國包裝聯合會在2022年6月8日發布的《2021年全國瓦楞紙箱運行情況》中公布，2021年全國包裝行業規上企業完成瓦楞紙箱產量累計3 444.24萬t，同比增長4.71%。瓦楞紙箱既可以用作運輸包裝，也可以當銷售包裝使用，它具備質量輕、緩沖性能好、便于自動化生產、價格低、對商品保護功能全等特點與優勢，是一種非常理想的包裝材料[2]。

瓦楞紙箱在食品的儲存銷售過程中起到了良好的防護作用。但目前紙箱的質量監管仍存在許多弊端：瓦楞紙箱行業門檻較低，大量小型企業長期存在并占據大部分市場份額，部分小企業是三級廠，通過外購瓦楞紙板進行加工，生產工藝落后、生產設備陳舊，產品的成型工藝控制不佳，并且沒有配置相應的質量檢測設備，對原料品質無法把控；部分生產企業缺乏專業人才，從業人員素質較低，尤其是一些微型企業采取家庭作坊方式，對產品紙箱標準一知半解，專業知識不足，只是簡單地將紙板加工成紙箱[3]。部分食品企業產品質量意識不強，通過小紙廠采購質量標準相對較低的低價紙品實現成本低的優勢，導致食品在儲存銷售過程中遭到重壓時紙箱損壞受到壓迫，造成食品質量安全隱患。

對瓦楞紙箱進行質量驗收可大大降低由紙箱質量風險帶來的損失?？箟簭姸茸鳛橥呃慵埾浞浅Ｖ匾囊豁椢锢碇笜?，可用于評定運輸包裝件在受到壓力時的耐壓強度及包裝對內裝物的保護能力?？箟簭姸鹊母叩团c瓦楞紙箱的制造工藝、結構、瓦楞原紙與芯紙的性能、瓦楞紙箱運輸及儲存環境條件等因素都有直接關系，是瓦楞紙箱質量驗收的重要指標[4]。目前，瓦楞紙箱抗壓強度的檢測方法有抗壓試驗、堆碼試驗，國家推薦性標準《包裝 運輸包裝件基本試驗 第4部分：采用壓力試驗機進行的抗壓和堆碼試驗方法》（GB/T 4857.4—2008）中規定了這兩種方法的試驗原理、試驗程序，但對于試驗程序的描述較為簡單，不利于企業規范瓦楞紙箱的抗壓強度驗收。本文使用抗壓試驗儀進行抗壓試驗，對試驗步驟及檢測結果判斷方法進行研究，為食品企業瓦楞紙箱抗壓強度項目的驗收提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

i-Boxtek 1700抗壓試驗儀（濟南蘭光機電技術有限公司，量程9 kN，力值分辨率1 N，形變分辨率0.1 mm）?？箟涸囼瀮x應滿足“能通過一個或兩個壓板以（10±3）mm·min-1的相對速度勻速移動施加壓力”的要求，在整個試驗過程中抗壓試驗儀的壓板水平傾斜度的偏差值應在0.2%以內[5]。

1.2 抗壓強度的測定方法

1.2.1 方法原理

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

1.2.2 試驗樣品的準備

同一批次的瓦楞紙箱隨機抽取5個試驗樣品，沿紙板的預折痕折疊成包裝箱，用透明膠模擬實際運輸狀態進行封合（封裝方法應和實際使用時的方法相同）。

1.2.3 試驗樣品的溫濕度預處理

將試驗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輸及儲存條件相似的溫度和相對濕度，且將其暴露在規定的條件下一段時間，本文試驗條件為（23±2）℃，濕度（50±2）%，處理時間4 h。

1.2.4 抗壓試驗儀參數設置

試驗類型選擇“壓潰力試驗”，依次輸入試驗名稱、樣品名稱、樣品材料、樣品批號、試驗員、實驗室溫度、實驗室濕度等信息，預壓力設置為50 N，壓差比例設置為95%，試驗速度設置為10 mm·min-1，試樣高度按瓦楞紙箱的實際高度輸入。

1.2.5 壓潰力試驗

將試驗樣品放置于設備底板的中心位置，點擊“開始試驗”按鈕，壓潰力試驗指示燈亮，設備自動進行壓潰力試驗。若上壓板距離紙箱較遠，可通過點擊“下降”使上壓板自動下降，當上壓板距離紙箱20 mm左右，點擊“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，當壓力值降到最大值的95%，上壓板自動回位。

1.2.6 抗壓強度的計算方法

企業可根據自身產品的實際情況計算瓦楞紙箱抗壓強度的內控標準值，計算公式[7]為

式中：P為抗壓強度值，N；K為強度安全系數；G為瓦楞紙箱包裝件的質量，kg；H為堆碼高度，mm，取3 000 mm；h為瓦楞紙箱高度，mm。強度安全系數K應根據實際儲運流通環境條件確定，包括氣候環境條件、機械物理環境條件及儲運時間等，內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 結果與分析

2.1 力值與變形量的變化趨勢分析

當抗壓試驗儀的上壓板接觸試樣時達到預壓力，上壓板勻速移動施加壓力直至壓力減小至最大壓力值的95%停止試驗，此時紙箱壓潰。長期的壓潰力試驗表明，力值的變化有時是平穩遞加至潰點（如圖1中力值-時間曲線1），有時力值的變化有一定的緩沖性（如圖1中力值-時間曲線2），即當力值與變形量增加到一定程度后，壓力保持相對平穩甚至略微下降，經過一段時間后，壓力繼續增加，直至紙箱壓潰。壓潰力試驗過程中變形量保持相對勻速增加（如圖1中變形量-時間曲線），直至紙箱壓潰。紙箱內尺寸與內裝物之間一般有一定高度的間隙，當紙箱壓潰后變形量會出現兩種情況：第一種情況是變形量在間隙的高度范圍內，紙箱壓潰沒有影響到內裝物；第二種情況是變形量超出間隙的高度范圍，內裝物的形態受到影響，此時紙箱已經不能達到使用要求。基于實際使用的要求考慮，分析紙箱抗壓強度的結果時應該考慮變形量對內裝物的影響，紙箱內尺寸與內裝物之間的間隙或者企業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

2.2 抗壓強度檢測結果分析

下面以2種產品規格紙箱的檢測結果為例分析紙箱抗壓強度的質量情況。2種紙箱的相關參數見表1。

表1 瓦楞紙箱的參數

2.2.1 抗壓強度標準值根據1.2.6的計算方法計算得出2種規格瓦楞紙箱抗壓強度的內控標準值，經過計算可得規格1內控標準值為906 N，規格2的內控標準值為604 N，紙箱抽檢的試驗樣品抗壓強度值大于等于標準值則紙箱抗壓強度合格，若5個試驗樣品中有1個樣品不合格，則該批次樣品不合格。

2.2.2 抗壓強度檢測值

2種規格紙箱的力值-變形量曲線見圖2和圖3。規格1紙箱的可接受變形量范圍為≤7 mm，5個試驗樣品壓潰時變形量均＜7 mm，抗壓強度值均合格，平均抗壓強度值為1 363.70 N，5個樣品的相對標準偏差為1.72%；規格2紙箱的可接受變形量范圍為≤8 mm，紙箱壓潰時5個樣品中有4個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對內裝物的形態造成影響，選取可接受變形量范圍內最大力值為試驗樣品的抗壓強度值，故讀取8 mm變形量以內最大力值為抗壓強度值，5個樣品抗壓強度值均合格，平均抗壓強度值為1 023.90 N，5個樣品的相對標準偏差為2.72%。

圖2 規格1紙箱抗壓強度力 值-變形量曲線圖

圖3 規格2紙箱抗壓強度力值-變形量曲線圖

規格1紙箱平均抗壓強度值高于規格2紙箱，說明規格1紙箱能承受的壓力更大。規格1紙箱的抗壓強度值、變形量的標準偏差分別為1.72%、5.58%；規格2紙箱的抗壓強度值、變形量的標準偏差分別為2.72%、6.32%，說明規格1紙箱的質量更穩定。具體的實驗結果數據見表2、表3。

表2 紙箱參數

表3 紙箱抗壓強度檢測結果

2.3 討論

分析瓦楞紙箱的抗壓強度一般需要通過抽檢多個樣品（≥5個）的平均值來表示，抗壓強度值越大，紙箱的質量越好，每個實驗數據之間的相對標準偏差越小，紙箱的抗壓性能越穩定。2021年運用本文方法驗收瓦楞紙箱125批次，抽樣檢測625個樣品，抗壓強度合格率達94.72%，合格率同比增長4.11%。規范瓦楞紙箱的入庫驗收規則后紙箱的整體質量有所提升，生產實踐情況也表明，只有加強對紙箱產品的檢測和質量控制，才能有效地減少或預防生產過程中出現的問題，提高紙箱產品的質量[8]。

3 結論

本文使用抗壓試驗儀進行瓦楞紙箱抗壓強度的檢測，操作過程簡單，便于企業在瓦楞紙箱入庫驗收時使用。在考慮變形量影響的條件下確定抗壓強度的檢測結果，而非直接取最大壓潰力作為檢測結果的控制方式，對企業瓦楞紙箱的質量驗收控制更具有實際意義。