瓦楞纸箱的抗压强度与设计方法综述.doc

瓦楞纸箱的抗压强度与设计方法综述(上)瓦楞纸板容器是使用最为广泛，制造比较简单，回收处理容易，刚柔相济的包装结构物，作为由纸构成的准刚性容器——瓦楞纸箱，实际含有许多独特的科学道理。本文将就影响瓦楞纸箱结构强度、使用效果的相关重要因素、各国设计方法的应用特点，以及纸箱设计的实用技巧等问题作深入分析与探讨，对于建立科学的设计流程以及中国标准化设计方法提出有益的建议。
在由农业社会的原始包装向工业社会的现代包装的发展过程中，瓦楞纸板堪称是一项伟大的发明。瓦楞纸板容器是使用最为广泛，制造比较简单，回收处理容易，刚柔相济的包装物。几十年来它对人民日常生活、世界经济和商品流通作出的贡献，是其他包装物所无可比拟的。由于纸与其他刚性材料有着明显不同的性能特点，由纸所构成的准刚性容器——瓦楞纸箱的设计，看似简单实际含有许多独特的科学道理。
我国是瓦楞纸箱的生产使用大国，量大面广，但技术水平与世界先进国家有不少差距。笔者与企业界包装设计师交流中发现，由于对纸箱设计中隐含的许多道理了解不深，又无中国特有的统一的设计计算方法可遵循，在瓦楞纸箱设计时，以类比选择或相似设计者较多，许多人直接采用某种国外计算方法进行设计。随着国家经济开放，对外交流的扩大，近年来引入了如美国、法国、芬兰、澳大利亚等国的纸箱强度设计方法，我国的瓦楞纸箱设计等效仿采用这些国家的标准与方法也很自然。但应该知道，各国纸箱设计计算方法是基于自己国情的研究成果，其依据原理、经验公式以及技术数据等各有特点。同样的包装方案，采用不同方法设计的结果可以有相当大的差异（见本文中四计算实例）。瓦楞纸箱设计方法的粗略化和非标准化问题实际影响了我国瓦楞纸箱设计、制造与使用水平的提高。
纸箱包装要素的确定
在做商品包装纸箱设计时，设计师首先碰到这几个问题：
1.一个纸箱内装商品数量与单箱重量究竟多少为宜？如何来确定？
2.依据什么确定纸箱产品的内部排列方式，如何选择最好的排列组合？
3.所设计的箱体长宽高尺寸是否有利于增强纸箱强度和节省原材料？
纸箱内装产品的数量、重量、排列，纸箱内外尺寸，以及瓦楞纸板材料规格等要素，这些都是首要的考虑内容，因为它们最终决定了包装纸箱的制造、容纳、储运、使用的效率、经济性和总体功能。
单箱重量
根据国际贸易惯例，作为消费品运输包装的瓦楞纸箱的单箱重量一般不超过20kg为宜，最大25kg。主要考虑到搬运工或店员的操作方便，不容易导致人体损伤等因素。我国国家标准对人工搬运的单件包装箱最大重量规定为18kg。据此，一般消费商品的瓦楞纸箱货物的单件重量限定为20kg当属比较合理。
当然，大中型工业产品的缓冲运输包装纸箱不应受此限制。
由内装产品的数量乘以产品单位重量可计算得到包装货物净重，整个纸箱货物重量（毛重）当然还要包含纸箱本身材料和隔衬材料的重量（皮重）。
需要说明的是，按贸易惯例规定单箱重量不大于20kg为宜。但若设计纸箱的单箱重量过小也不明智，因为小的纸箱所容纳的产品数少，材料相对耗用率高，又经历与大箱差不多的制造过程，小箱的生产、使用、包装的总体效率不如大箱。所以，只要有可能，应尽量接近20kg为好，以发挥最大功能。
内容物的数量
纸箱内装产品的数量主要由纸箱最大允许重量除以产品的单位重量来计算确定。
由于要顾及内部产品的长、宽、高三个方向的排列（它决定了纸箱的综合尺寸），所以，内装物数量也不是可随意选择或确定的。设计时一般可考虑几个不同的数量方案，然后根据既合乎重量限定，又有利于排列方式可灵活调整的原则来确定。
具体来说，内装物品件数应该选择分解因子较多的数值，这样有利于长宽高尺寸的调整。举例来说，7、11、13、17、19、23、29、41、43、47……都不宜选择，因为这些数分解因子只有1和其自身，没有别的更多排列法。相反地，如选12件，12=1×2×2×3，就有12×1×1、6×2×1、4×3×1、3×4×1、3×2×2、6×1×2等许多种可用的长宽高排列方式。而如选10件，10=1×2×5，可用的长宽高排列方式就比12要少得多。所以，在相差不太大的几个数值之间，一般应该选择可分解因子较多的数值。市场上的商品数量传统组合以12（一打）或其倍数用得比较多，显然有利于流通环节的模数化与标准化。
内容物的排列方式
指产品在纸箱内部的长宽高三个方向上的具体排列数。
实际上，在确定内装物数量的时候，已经考虑到产品的内部排列了。这里除了数的选择外，还涉及到纸箱的结构强度、用料量等问题。
长宽高方向排列，首先要考虑到箱体外部尺寸应合乎根据人体工学原理得出的限度。
根据纸箱强度试验，在同样周边长下，瓦楞纸箱的长宽比在1.2~1.6之间，其抗压强度为最好。同样综合尺寸（长宽高之和）下，随着瓦楞纸箱的高度增加，其抗压强度减弱，因为堆码载荷主要分配在直立箱板上。
事实上，当采