瓦楞纸板缓冲包装结构的缓冲性能研究

瓦楞纸板缓冲包装结构的缓冲性能研究

The Research on the Cushion Performance of Corrugated Cardboard as Package Structure

天津科技大学刘功刘占胜宋海燕

LIU Gong LIU Zhan-sheng SONG Hai-yan

［摘要］在分析瓦楞纸板特点的基础上，设计了四种瓦楞纸板缓冲结构，并对其进行测试，总结其缓冲性能，以探索代替泡沫塑料的可能性。

［关键词］瓦楞纸板缓冲包装性能研究

[Abstract] On the basis of the characters of the corrugated cardboard, four types of cushion structure of corrugated cardboard are designed. At the same time, we test the cushion performance of them and draw a conclusion.

[Key Words] corrugated cardboard cushion package performance research

抑制“白色污染”，倡导“绿色包装”是当今世界的主课题，人们越来越重视对环保包装材料的研究和开发，以纸代木、以纸代塑就是其中一类。瓦楞纸板是目前市场上使用较多的纸质包装材料，在包装领域中起着非常重要的作用。它不仅具有一定的缓冲性能、抗压性能，还具有廉价和可回收利用的优点。为了更好地利用瓦楞纸板，有必要对它的各种性能及新的结构进行研究和开发。

一、楞纸板的综合分析

1．楞纸板材质分析

（1）瓦楞纸板作为缓冲材料的优点

a．包装废弃物无需焚烧处理，可任其自动降解或回收利用，其回收技术及成本较EPS泡沫塑料要简单和低的多。

b．加工性能良好，裁切、模切、粘合均容易。

c．储存、运输成本低，节省空间，使用时再折叠成型较为方便。

d．可与外包装瓦楞纸箱配合使用，一起处理。

（2）瓦楞纸板作为缓冲材料的缺点

a．表面较硬，缺乏柔韧性，主要限于平面使用，包装商品时容易对商品表面造成损伤。

b．湿度对其影响较大，湿度愈大其性能会随之愈显劣化。

c．复原性差，一旦受载荷变形，各项性能数值下降迅速。

2．瓦楞纸板性能分析

瓦楞纸板一般先从最弱部分被压坏，然后由这部分开始连续破坏。例如，当瓦楞纸板叠层进行静压试验时，当压缩量小于35%时，主要显示出弹性和部分塑性；当压缩量超过35%时，叠层逐层破坏，表现出蠕变状态；当压缩量达到80%以上时，载荷急剧上升。动态压缩试验时，变形量达到一半时，便出现弹性破坏。

通过对10张重叠的A型瓦楞纸板、B型瓦楞纸板、AB型瓦楞纸板的动态缓冲特性的分析比较，我们得出：A型瓦楞纸板的缓冲吸振性能比B型瓦楞纸板好；AB型瓦楞纸板由于是由A型楞和B型楞组合，冲击吸收性能结合了两种楞型的优点，充分发挥它们的缓冲性，使用范围也就宽多了。AB型瓦楞纸板受冲击时，开始B楞几乎不受影响，在弱冲击时，A楞先破坏，然后B楞破坏。

另外，瓦楞纸板平面面积较大时，A 型和B 型瓦楞纸板缓冲性能的差异还受内部空气的影响。

二、瓦楞纸板缓冲结构设计

瓦楞纸板经过开槽、压痕、插装、粘接等程序可制成各种结构，利用其结构优势及瓦楞纸板所特有的性能，努力提高其缓冲性能。在结构设计中尽可能考虑使其缓冲性能最优，并考虑使其适于规模生产，降低成本。

结构1：如图1所示，由上至下材料组成分别是AB 楞五层瓦楞纸板——A 楞三层白纸板——AB 楞五层瓦楞纸板。将A 楞三层白纸板卷为三层六棱形结构，再与AB 楞五层瓦楞纸板粘接。

结构2：如图２所示，由上至下材料组成分别是AB 楞五层瓦楞纸板——瓦楞芯纸——AB 楞五层瓦楞纸板。将瓦楞芯纸折成波浪形，与AB 楞五层瓦楞纸板粘接。瓦楞芯纸一页成型。

结构3：如图3所示，全部由AB 型五层瓦楞纸板构成。先将AB 型五层瓦楞纸板折成单层六棱形结构，再与AB 型五层瓦楞纸板粘接。

结构4：如图4所示，全部由AB 楞五层瓦楞纸板构成。将AB 楞五层瓦楞纸板折叠粘接，一页成型。

图１

图２

图３

图４

三、瓦楞纸板缓冲结构性能测试

1．静态压缩试验

静态压缩试验是在压力试验机（YE-50型）上，根据《包装国家标准汇编》中GB8186进行试验，测试并记录四种瓦楞纸板缓冲结构的力—形变关系曲线，进而经过数据处理，得到应力－应变曲线和缓冲系数－应力曲线。分别如图5、图6、图7所示。

图5

图6

图7

结果分析：

a．缓冲材料的缓冲特性是通过力—形变曲线来表征的。在力一定的情况下，曲线与横坐标之间所夹的面积对应缓冲材料的变形能。在保证作用到产品上的破坏力小于产品的易损值时，单位体积缓冲材料吸收能量越大的，所需材料越少。根据图５所示，结构４单位体积吸收变形能最多。

b．缓冲系数越小，缓冲效率越高，因此，在实际的缓冲包装设计中，选最小的缓冲系数。根据图７可见，结构４具有最小缓冲系数。

c．可见，结构４的缓冲性能优于其他三种结构。

2．包装件振动和跌落试验

选用瓦楞纸板缓冲结构4与聚苯乙烯泡沫塑料包装同一产品，衬垫尺寸相同，进行振动与跌落试验，比较其缓冲性能。

（1）振动试验

由振动试验，测得瓦楞纸板缓冲结构与聚苯乙烯泡沫缓冲结构的传递率-频率曲线如图8所示，当频率小于40Hz时，瓦楞纸板缓冲结构包装的传递率小于聚苯乙烯结构包装，抗振效果较好，但是当频率较高时（大于40 Hz时），抗振效果不如聚苯乙烯。

（2）冲击试验

由冲击试验，测得两种结构包装的产品6个跌落面的冲击加速度，如图9所示，瓦楞纸板缓冲结构的抗冲击能力完全可以与聚苯乙烯结构包装相比。

图8 图9

四、结语

通过对瓦楞纸板缓冲结构的设计和测试分析，在标准温湿度下得出瓦楞纸板缓冲结构完全可以替代泡沫塑料缓冲垫的结