纸箱测试技术
目前瓦楞纸箱在包装中应用非常广泛，因为它的强度高，可代替木箱。瓦楞纸箱的强度是一个综合指标，不仅与瓦楞纸板强度有关，而且与贮存中的静态压缩强度和流通过程中的动态强度(冲击、振动、翻滚、跌落等)有关。瓦楞纸箱的强度及测试的主要内容如下：
瓦楞纸箱的测试方法，除了瓦楞纸板的强度测试外，测试方法主要有两种：其一是纸箱测试中最根本的一个项目，即压缩强度测试，主要是对空箱进行测试，这项测试是考核纸箱内在质量的有效方法，也是运输包装的主要指标；其二是瓦楞纸箱装入货物后，进行破坏性模拟试验，测试方法包括：六角滚筒试验、跌落试验、冲击试验、振动试验(这几种试验将在“包装件的测试”中再讲述)。 瓦楞纸箱的强度计算瓦楞纸箱耐压强度，可采用重箱堆高的方法测定。在实验室中，利用压缩试验机可直接测试空箱的耐压强度，或者通过下列经验公式进行计算：
式中：
P--瓦楞纸箱空箱耐压强度；
Px--构成瓦楞纸箱各层表面纸板及瓦楞芯板纸环压强度值的总和；
ax2--瓦楞常数；
Z--瓦楞纸箱周边总长度；
J--瓦楞纸箱常数。
有关瓦楞纸箱及瓦楞常数如上表所列。
双面单瓦楞纸板环压值计算公式：
双面双瓦楞纸板环压值计算公式： 
式中：
R1——面纸环压值(N)；
R2——里纸环压值(N)；
R3——芯纸环压值(N)；
Rm——瓦楞原纸环压值(N)；
Rm1——瓦楞原纸环压值(N)；
C——瓦楞伸长率。
1. 纸箱强度测试方法
纸板压缩强度的测试为了提高纸箱的耐压强度，首先要选择符合强度要求的纸板，这就需要测试鉴定纸板的平压强度，垂直压缩强度和环压强度。①平面压缩强度平面压缩强度是检验纸板软硬的重要强度指标，一般采用小型环压试验机，用试样为直径5.13cm的圆形纸板测定其平面压缩强度，如图1所示。
图1 
瓦楞纸的平压强度通过测试可得知：不同类型的瓦楞纸平压强度差异很大，如图2所示。
从图中可知，平面压缩强度B型最高，其次为C型、A型最差。
②垂直压缩强度测试瓦楞纸板的垂直压缩测试是检测纸板在垂直方向受压时，能承受的压力强度，如图3-(a)所示。
垂直压缩强度，取决于楞型的完善、粘结的牢度、原纸的质量，也是影响瓦楞纸箱压缩强度的重要因素，试样规格如图3-(b)所示。测试时为了保证垂直，必须用辅助装置。试验在温度20℃，相对湿度65%的条件下进行。
③环压强度试验平面环压强度试验是测试原纸环压值的一种方法。环压值分为纵向、横向、平均值三种。通过环压试验，得到的数据为环压值。单面环压试验是对制作瓦楞纸板、面用的牛皮卡纸或箱板纸及瓦楞原纸进行测试，给瓦楞纸箱垂直压缩强度提供测算依据。如图4所示。
2. 破裂强度试验
破裂强度试验采用缪伦破裂强度试验机，用于测试垫纸(面、里用牛皮纸、箱板纸)或瓦楞纸板的破裂强度。当纸板承受垂直于纸面的压力时，纸板开始变形，压力增大变形加大，直至纸板破裂为止。此时的数值称为破裂强度(pa)。测试示意图如图5所示。
3. 戳穿强度试验
戳穿强度试验又称冲击强度试验，适用于各种类型高克度纸板(包括瓦楞纸板)，特别是包装用瓦楞纸板。其方法是从纸板或瓦楞纸板上切取试样片，试样面积不小于175×175cm，瓦楞纸板纵横方向都要测试，取其平均值。测试方法如图6所示。
用固定的摆锤，其上装有三角锥戳头。摆锤产生一个冲击力，使戳头完全穿过试样时所需的能量，就是纸板承受的戳穿强度(J)。
4. 纸箱耐折强度测试
瓦楞纸箱的耐折强度是纸箱的重要强度指标。图标中关于“纸板耐折度测定法”用肖伯尔式测定仪测定，可以测定出纸板在一定张力下所能经受住往复180。的折叠次数，并以往复折叠的次数表示。图7所示是一种测试纸箱耐折度的方法，也可以作为瓦楞纸板的耐折弯曲强度的测试方法。测试方法是把纸箱放在试验机上，使纸箱垂直地移动折线部分，从而测出耐折弯曲强度。
3. 5.纸箱开封力测试
为了便于开封，开封力也需控制。开封撕裂方法有两种：一种是以胶带为媒介的撕裂法；一种是拉封开口法。前者开封力较大而且在流通中易产生破损。为了解决这些问题，首先要测定撕裂部的开封力，从而取得适宜的拉封口形状，改变间距宽度等。瓦楞纸箱撕裂开封力测试方法如图8所示。 
6.纸板粘结强度测试
纸板粘结力测试又称剥离强度测试。这项测试是对瓦楞纸板的面、里纸与瓦楞原纸粘结牢度的测试。用两排金属杆插入瓦楞纸板的空档里，上下以相反方向施加拉力，直到剥落为止，指针读数即为剥离强度，其单位为牛顿（N）。
测试方法如图9所示。这种测试方法可用小型环压试验机测试。测试有两种做法：一种是测试单边的粘结力；另一种是测定表、里两边的粘结力。两种方法的区别只是杆的插入位置不同。
瓦楞纸板粘着力固然重要，但粘着强度高未必质量就一定好。因为过高粘着强度，往往用的粘合剂过多，粘着面积过大，甚至粘合剂流入楞内影响瓦楞变形，致使瓦楞纸箱压缩强度降低。如图10所示，最理想的瓦楞纸板的受胶面积，应在楞峰上粘胶1.5mm，不得超过2mm，此外还有肖伯型拉力试验机，以肖伯型拉力试验测定。其剥落强度A型为147N以上；B型为225.4N以上。 
7.刚度测试方法
纸箱刚度是纸箱抵抗变形的能力，纸箱受压缩载荷或装满物品后，侧面刚度不足很容易变形甚至破裂。而纸箱的刚度主要取决于箱板纸的挺度。
①抗弯刚度
根据力学的定义，抗弯刚度为弹性模量与截面惯矩的乘积（EI），可以用弯曲的方法求得，如图11所示。 
惯矩I是由截面几何性质所决定的，只要截面形状一定，I总是可以计算出来的，因此弹性模量E可以根据I、P、L、d由公式得出。
箱纸板弹性模量的求法很多，归纳有以下几种：
a.利用应力应变法
E=σ/ε...............(4)
因为纸板的弹性和塑性范围不易区分，受塑性的影响，这种方法求得的结果不太准确。
b.利用弯曲的方法
这种方法应用广泛，方法简单而实用。
c.共振法
利用此方法是对于细长的试样进行激振，使其产生共振，根据共振频率求弹性系数。这种方法是利用材料内部的声音传播速度与弹性模量的关系求得弹性模量，如下式
式中：
f——共振频率；
l——试样有效长度；
ρ——材料密度；
A——试样截面积；
K——弹性常数。
②纸板挺度测试方法
挺度是指在一定条件下弯曲38mm宽的纸板至15°角时的弯矩，单位为（N.m）。挺度是纸箱刚度的重要性能指标，目前国内外测试方法很多，主要有以下三种：其一是柯拉克（Clak）挺度测定法，以试样受自重作用的弯曲程度表示，主要用于纸张；其二是葛莱(Gurlcg)或挺度测定法，以弯曲试样至一定程度，用力毫克表示。主要用于纸张；其三是泰伯(Taber)式挺度测定法，以弯曲38mm宽的试样至15°角时的弯矩（g.cm）表示，主要用于纸板挺度的测量。
对于普通纸板挺度的测量，泰伯式仪器具有操作方便、计算简单的特点，并在国际上已日趋标准化，它已列入我国的测试标准。其仪器结构原理示意图如图12所示。
①工作原理
仪器的工作原理是根据挺度的概念及采用力矩对转轴中心平衡原理设计的。当角度盘转动时，小辊开始运动，纸夹装在摆上，摆亦随之而动。两个方向不同、大小不等的力作用在一个旋转中心，如图13所示，F和N两力对旋转中心平衡。
OK=r，小辊给试样弯曲力矩的作用半径。
仪器未开动之前试样没有受弯曲力矩作用，摆由于砝码重力的作用处于垂直位置。当开动仪器转盘时，角度盘顺时针方向转动，试样开始受弯曲力矩作用，随同圆辊同向弯曲，由于试样的耐弯曲刚度作用，纸夹和重铊转到图中OA位置，小辊转到OK位置时停车，此时组成了一个平衡力系。
即F.r=N.R
∵N=W.sina
∴F.r=R.W.sina
根据挺度的定义，当α=15°时，M=F.r,即是试样的挺度：
S=R.w.sina................(6)
这就是挺度的原理公式。
泰伯式挺度仪试样的挺度值与纸条宽度有关，仪器设计时把试样纸条宽度1cm作为标准宽度。当α=15°做为测量常数，即在摆上加9.8×10-2 N砝码，取宽度为1cm的试样进行测定，当α=15°时所需的力矩，即为试样的标准挺度。仪器的刻度就是按标准挺度条件计算的，计算按正弦函数关系。
但在实际测量时允许在15~40mm范围内切取纸样，砝码重量也可以根据试样挺度强弱确定，分别为0.49 N、0.98 N、1.96N。在这种情况下，测定的数值需要经过换算，即换算成标准挺度表示，考虑宽度的影响将原式（6）乘一个宽度系数。
式中：G--指针读数；K--砝码系数。
对于0.098N、0.49N、0.98N的砝码，K分别为1、5、10。
②试验步骤及结果计算
先将仪器调节至水平，再调节角度盘，使摆的中心刻度、角度盘的零点及负荷盘零点重合；然后调整灵敏度，当测定范围为0~9.8×10-3J时，移动摆至15°角，然后放松，这时摆的自由摆动不得少于20次；角度盘转速用秒表及角变尺测定，要求在200±20度/min；力度盘指示精度用专用杠杆测定，相对应的数值误差应小于3%（国外资料为5%）。
a.切取长70±1mm，宽38.0±0.1mm的试样，纵横向各不少于5条。
b.将试样的一端垂直地夹于固定夹上，试样的另一端插于仪器下面的两小辊之间，然后用固定螺丝把试样固定，注意要使试样与摆的中心刻线重合。用小辊调距装置把试样和两小辊之间的距离之和调节成0.33±0.05mm。
c.按试样的不同挺度，通过更换重铊选择测定范围，使试样在负荷度盘上所测定的读数在20~70之间，打开开关，弯曲试样至摆的中心线与角度盘上的15°刻线重合时（如试样挺度过大或弯曲至15°角时折裂，可弯曲至7.5°角，测定结果乘2可得出一个近似值，要在报告中注明）立即关闭开关，记下摆的中心线所指的负荷度盘读数，精确至半个分度。上述操作分别向左右方向进行，即分别测定试样向正面弯曲和反面弯曲15°角时的读数。
d.挺度S(J)按下式计算：
S=G.R................（10）
式中：G--向正反面弯曲试样至15°角时的读数平均值（指针读数J）；
R--所用测定范围的换算系数。
每一包装单位中，从取出的不同式样上切取纵横向各5条进行测定，分别以纵横向所有测定值的算术平均值、最大值和最小值作为测定结果。
文章作者：广州大学 赵延伟
