双瓦楞纸板力学性能的试验研究

学术·双瓦楞纸板力学性能的试验研究

http://www. 转自：包装工程

        随着国际贸易和现代物流的迅速发展，各种产品包装件通常需要跨时域、地域、海域、空域流通，其周围环境因素(如温度、湿度等)会发生不同程度的变化。这就要求产品包装必须满足环境试验要求，才能保证产品的安全可靠性。包装材料中，纸质类材料受环境温度、湿度的影响最为明显，直接影响其力学性质和动力学特性，限制着纸板类包装材料的进一步推广应用和"以纸代木"的包装工业发展趋势。因此，本文针对AB型双瓦楞纸板在运输包装中的应用，测试分析了它在环境温度20℃、相对湿度60％、70％、80％、90％等温湿度条件下的戳穿强度、边压强度、粘合强度，研究这些力学性能随相对湿度变化的规律，为瓦楞纸板的工程应用提供理论依据。

　　1瓦楞纸板的力学性能

　　瓦楞纸板是一种具有粘一弹一塑性的非金属夹层结构材料，由上、下2层等厚度的面纸和瓦楞纸夹芯粘合而成。在3个相互垂直的方向上，由于瓦楞结构、组成成分的空间分布、排列及取向不同，瓦楞纸板的力学性质具有显著的各向异性。当瓦楞纸板受到平面应力作用时，面纸为主要的承载层，起着翼板的作用；而瓦楞纸夹芯承受剪应力，起着腹板的作用。当瓦楞纸板沿瓦楞方向受力时，面板主要用于固定瓦楞纸夹芯，而瓦楞纸夹芯主要承受压力，其结构近似于"工"字梁，大大提高了该方向的抗压性能。

　　在工程应用中，针对瓦楞纸板的不同应用，从压缩性、弯曲性、稳定性、压溃性、蠕变性等方面，对其力学性能提出了严格的要求。戳穿强度是指用一定形状的角锥穿过纸板所需的功，用来模拟纸板受到突然施加的冲击力时的强度性能，属于动态强度，是影响瓦楞纸板受到碰撞、挤压而发生破损的性能指标之一；边压强度是指瓦楞纸板沿瓦楞方向受压后，直至压溃时所能承受的最大压力，是瓦楞纸箱的抗压强度和堆码强度最重要的影响因素之一；粘合强度是指瓦楞纸板楞峰与面纸(或芯纸)之间的粘结性能，瓦楞纸板的各项性能指标均与其粘合强度有关。从出口瓦楞纸箱性能的实际检测结果来看，粘合强度的不合格率比其它检测项目要高，已构成了瓦楞纸箱不合格的主要原因。另外，瓦楞纸板的力学性能指标受到原材料性能、瓦楞楞型、瓦楞纸板种类、粘合剂及流通环境等诸多因素的影响，其中环境温湿度对瓦楞纸板力学性能的影响最为严重。基于以上分析，本文在不同环境温湿度条件下对瓦楞纸板进行了力学性能分析，测试性能指标主要包括戳穿强度、边压强度和粘合强度。

　　2试验

　　2．1原理

　　戳穿强度测定的试验原理是指在规定的试验条件下，将试样夹在戳穿强度仪上，用连在摆臂上的戳穿头戳穿试样，测定戳穿试样时所消耗的能量；边压强度测定的试验原理是将矩形的瓦楞纸板试样置于压缩试验仪的两压板之间，并使试样的瓦楞方向垂直于压缩试验仪的两压板，然后对试样施加压力，直至试样压溃为止，测定每一试样所能承受的最大压力；粘合强度测定的试验原理是将针形附件插入试样的楞纸和面纸之间(或芯纸之间)，然后对插有试样的针形附件施压，使其做相对运动，直至被分离部分分开。

　　2．2方法及仪器

　　试样的采集方法可参考GB450；戳穿强度的测定方法可参考GB2679．7，所使用试验设备为国产BK-52型戳穿度仪；边压强度的测定方法可参考GB6546，所使用试验设备为国产YQ-Z-40A型压缩试验仪；粘合强度的测定方法可参考GB6548，所使用试验设备为国产YQ-Z-40A型压缩试验仪及针形附件。

　　2．3试样及预处理

　　本次试验的试样选用由西北纸箱厂提供的AB型双瓦楞纸板，厚度为7．80mm，其面纸为300g／m2的牛皮纸，瓦楞芯纸和里纸均为180g／m2的瓦楞原纸。试验环境的温度为(20±1)℃，相对湿度分别选取(60±2)％、(70±2)％、(80±2)％和(90±2)％。

　　为避免滞后现象对试样的影响，试验前必须对所有试样进行预处理，其方法可参考GB4857．2。预处理时对试样先进行干燥处理，再将试样放置在已调节到预定温度、湿度条件的恒温恒湿箱内，保证试样的顶面、四周及至少75％的底部面积能自由地与温湿度调节处理的空气相接触，调节处理时间为72h。预处理完成后，试样必须在离开预处理环境条件5min内进行力学性能的测定。

　　3力学性能分析

　　3．1试验结果

　　根据不同的力学性能测定法进行环境试验后，计算出试样在不同温湿度条件下的戳穿强度、边压强度和粘合强度，试验结果见表1，并根据结果绘制出环境相对湿度对AB型双瓦楞纸板力学性能的影响关系图，见图1。

　　3．2结论及分析

　　1)从图1a可以看出，随着环境相对湿度的增大，AB型双瓦楞纸板的戳穿强度逐渐减小，相对湿度为90％时的戳穿强度比相对湿度为60％时的戳穿强度下降了约5．8％，下降幅度较小。这主要是因为：虽然纸张纤维吸湿后变得疏松、强度下降，但由于瓦楞原纸、箱板纸中植物纤维几乎呈平面分布，吸湿后对纤维的平面结构造成的影响较小，使得戳穿强度仅产生较小的下降。

　　2)从图1b可以看出，随着环境相对湿度的增大，AB型双瓦楞纸板的边压强度逐渐减小，相对湿度为90％时的边压强度比相对湿度为60％的边压强度下降了约24．7％，下降幅度较大。这主要是因为：当施加压力时，瓦楞芯层的纵向结构可近似为工字梁结构，能承受较大的压力，但随着相对湿度的增加，芯纸自身的层状结构遭到破坏，使其纵向严重失稳，导致边压强度大幅降低。

　　3)从图1c可以看出，瓦楞纸板的粘合强度随环境相对湿度的升高而明显下降，相对湿度为90％时的粘合强度比相对湿度为60％时的粘合强度下降了约20．1％。这是因为在粘合选用的瓦楞纸板试样时，所采用的粘合剂是水溶性的淀粉粘合剂，随着环境湿度升高，粘合剂吸湿量增加，使得粘性降低。瓦楞纸板粘合强度的下降对瓦楞纸板的缓冲性能、瓦楞纸箱抗压强度的降低有较大影响。

　　4)通过试验研究表明，瓦楞纸板易受环境湿度等自然条件的影响，其戳穿强度、边压强度及粘合强度等均有不同程度的下降，部分性能的变化还较为明显。对瓦楞纸板进行性能检测、实验研究时，应严格控制预处理条件和检测、试验环境条件。在工程应用中，尤其是环境条件恶劣的情况下，应采取适当的防潮、防雨、防水等措施，确保产品的安全可靠性。

　　4结语

　　本文在环境湿度较高的条件下，对AB型双瓦楞纸板进行了戳穿强度、边压强度及粘合强度的测试试验，得到了这些技术指标随环境温湿度条件变化的规律；但在实际应用中，瓦楞纸板的其它性能指标均受到环境温湿度条件的影响。因此，包装设计人员必须全面评估环境温湿度条件对瓦楞纸板力学性能的影响，才能确保产品包装件的安全可靠性。