第8节
纸箱码垛在托盘边缘的垂悬劣化

评价重型瓦楞纸箱性能的关键指标之一是纸箱的抗压强度。影响抗压强度的因素有很多，如箱体结构、材质、印刷、载荷大小、堆垛方式、纸张含水率、不同摇盖压线、使用环境、运输状态等。

目前对上述因素的研究比较多。但很少有瓦楞纸箱堆码在木托盘上，垂悬导致抗压强度影响的研究，所谓“垂悬”就是纸箱露出托盘上木条、呈现悬臂梁力学结构。

美国包装专家Uldis I.Ievans针对纸箱堆码垂悬引起的抗压强度降低指数，提出垂悬减弱因子（OLF）的计算公式：

OLF=抗压强度降低率/纸箱周长垂悬率

本节将讨论纸箱长边、短边、双边垂悬，对抗压强度影响（垂悬形式如图1-8-1所示），并考虑不同大气环流时，垂悬对瓦楞纸箱抗压强度的影响，在此基础上提出改善的解决方案。

实验使用的瓦楞纸箱为市场常见的普通0201型开槽纸箱，纸箱平面尺寸满足GB/T 4892—2008中模数要求，长、宽、高尺寸设为395mm×295mm×380mm。楞型为BC楞，材质220g/m ² +120g/m ² +100g/m ² +120g/m ² +220g/m ² （皆为优等品）。

为了满足实验所需要的瓦楞纸箱垂悬实验组和对比组（指非垂悬），非标木托盘尺寸以及铺板间的间隙均为特殊定制。

为了使实验数据更具有应用价值，木托盘被放置在平坦的地面上，同时在进行实验时，每一组垂悬实验组相应地都会设置对比组。

根据GB/T 31148—2014中规定，常用“川字式”托盘上木条数量为11条，间隙为25mm，如图1-8-2所示。

调查了400余家客户所用1200mm×1000mm标准托盘上木条数量，大多为7～10根，并且木条的间隙也都远大于25mm，因此垂悬情况非常严重。

实验中每个瓦楞纸箱内装25kg的沙子作为拟装物，堆码层数为四层。令瓦楞纸箱垂悬25mm、48mm、68mm、95mm时，分别研究：

（1）瓦楞纸箱的长边、短边、双边垂悬对抗压强度的变化；

（2）考虑季节性的影响，设计垂悬48mm、68mm时，引入不同温湿度，比较瓦楞纸箱垂悬不同距离导致抗压强度的影响；

（3）探究增加三层和五层瓦楞垫板后对纸箱抗压强度影响。

本次实验的抗压强度的测试，按照GB/T 4857.4—2008的标准进行，每一组实验结束后，将堆码的最下面一层纸箱中的拟装物取出，封箱后放在微电脑程控抗压试验机上进行测试，并记录下测量的数值。另外将垂悬的实验组与对比组抗压强度的差值，除以对比组的抗压强度作为抗压强度衰减率。

结果与讨论

1．长边垂悬对瓦楞纸箱抗压强度的影响

瓦楞纸箱长边垂悬25mm、48mm、68mm、95mm，见图1-8-3，抗压强度的衰减情况如图1-8-4所示。纸箱垂悬距离越长，抗压强度的衰减程度呈现上升趋势。其中瓦楞纸箱在长边方向上垂悬95mm时，仅过了24h，抗压强度衰减率达到9%以上。分析原因，如表1-8-1所示，长边垂悬95mm，纸箱垂悬部分面积占比达32.20%。

2．短边垂悬对瓦楞纸箱抗压强度的影响

在四层堆码时，将瓦楞纸箱的短边方向垂悬25mm、48mm、68mm、95mm，抗压强度测试结果，如图1-8-5所示。经过24h后，抗压强度衰减呈现缓慢上升趋势且总体偏小。但是经过48h后，抗压强度衰减率有了明显的增加。与长边垂悬相比，短边垂悬致抗压强度衰减程度偏低。

产生这一现象的主要原因见表1-8-2，短边方向垂悬时，垂悬25mm、48mm、68mm的纸箱底部垂悬的面积占比，相比较于长边垂悬时整体偏小，垂悬对瓦楞纸箱抗压强度影响比较小。随着时间延长到48h，垂悬对抗压强度影响逐渐显现出来。

当短边方向垂悬95mm时（垂悬部分面积占比24.05%），相比较于长边垂悬24h和48h，短边垂悬抗压衰减率仅有3.63%和6.8%。

3．长边方向上双边垂悬对瓦楞纸箱抗压强度的影响

在实际堆码时，由于操作不规范，纸箱两边同时垂悬的情况也普遍存在，但是纸箱的两边同时垂悬95mm情况不会出现，因此本次实验不作探究。双边垂悬情况如图1-8-6所示。

纸箱的长边方向双边垂悬25mm、48mm、68mm，抗压强度测试结果如图1-8-7所示。纸箱双边垂悬距离越长，抗压强度衰减呈现上升趋势，且24h和48h之间抗压强度衰减相差不大。但是当双边垂悬68mm时，如表1-8-3所示，垂悬面积占比达到了46.1%，24h和48h后，双边垂悬的抗压强度衰减率仅有9.3%和10.8%。主要原因是：双边垂悬68mm时，顶部载荷施加在底部纸箱的作用力，相比较于长边方向单边垂悬136mm（68mm×2）时更加均匀，且在堆码中不会出现整体失稳倾斜的问题。

4．不同温度和湿度条件下，长边垂悬对瓦楞纸箱抗压强度的影响

环境的温度和湿度是影响纸箱抗压强度的重要因素之一，本实验选择了三个温湿度模拟四季的环境。

温度23℃，相对湿度50%（春、秋）；温度5℃，相对湿度30%（冬）；温度30℃，相对湿度85%（夏）。

在温湿实验箱中进行的高温高湿（温度30℃，相对湿度85%）环境下垂悬时，13小时就出现了纸箱坍塌的情况，无法再进行后面的流程，因此在该条件下，只进行8小时实验。

从表1-8-4中可以看出：温度5℃、相对湿度30%时，长边方向垂悬48m和68mm的抗压强度衰减率，相比较于23℃、相对湿度50%整体偏低。因此低温低湿环境下，瓦楞纸箱的各项性能最佳，垂悬造成的抗压影响最小。

瓦楞纸箱在高温高湿（30℃，相对湿度85%）条件下，堆码放置8小时后，抗压强度的衰减就达到27.32%和35.65%。主要原因是：纸箱在高温高湿环境里，垂悬造成抗压强度的衰减，因纸箱含水率增加而被放大。

5．增加瓦楞垫板对底层纸箱抗压强度的影响

本实验采用了材质为140g/m ² + 100g/m ² + 140g/m ² 的三层瓦楞纸垫板，和材质为140g/m ² +100g/m ² + 100g/m ² + 100g/m ² + 140g/m ² 的五层垫板，同时实验组中除设置对比实验组外，还设置了纸箱放置在间隙95mm且不垂悬的实验组。

增加瓦楞纸垫板实验组、对比组的结果如图1-8-8所示。在放置了三层垫板和五层垫板的瓦楞纸箱经过24h后，抗压强度较对比组降低了2.9%和1.9%，同时可以发现五层垫板比三层垫板的效果要好。这是因为垫板不仅可以弱化瓦楞纸箱在堆码过程中垂悬，也间接地起到了一定的缓冲作用，有利于瓦楞纸箱堆码和运输。

同时放置三层垫板的纸箱抗压强度衰减由原来的9%降低到2.9%，放置五层垫板的纸箱降低到1.9%，而一块垫板的价格约为3元人民币，与整托的货值相比微不足道。

结论和解决方案

通过对重型瓦楞纸箱在木托盘上不同的垂悬方式和环境温湿度变化，对纸箱抗压强度影响的实验研究，得到结论如下。

（1）垂悬相同距离，短边垂悬比长边垂悬对抗压强度影响小，同时双边垂悬相比较于单向长、短边影响要小。

（2）抗压强度衰减率与垂悬部分面积占纸箱底面总面积的百分比密切相关，垂悬面积占比在15%以内时，抗压衰减约为4%。占比15%～25%时，抗压衰减约为8%。占比30%以上时，抗压强度衰减将在9%以上。

（3）低温低湿环境下，垂悬对抗压强度的影响较小。高温高湿环境下，垂悬对抗压强度影响很大。

（4）在木托盘上分别放置一张三层和五层瓦楞垫板，24h后抗压强度的衰减由9%（不加垫板）降低到2.9%（三层垫板）和1.9%（五层垫板）。

本次实验仅进行24h、48h，在实际仓库堆码以及运输中远不止24h、48h。为了延长瓦楞纸箱的使用寿命，避免纸箱在堆码过程中垂悬，或使垂悬距离尽量小，解决方案如下。

（1）使用国家标准尺寸托盘。

（2）在堆码中一定会发生垂悬时，尽量使用短边垂悬。

（3）仓储运输中，尽量保持低温低湿，同时夏季时纸箱表面应做防潮处理。

（4）纸箱尺寸在设计时，就应该考虑在托盘上的堆码，对仓储或者搬运操作工人进行堆垛培训。

国外不少著名企业往往会在箱顶上印有装箱图，将纸箱在托盘上的摆放位置与方向标得很清楚，这一点值得国内企业借鉴。

（5）对于重载荷纸箱，抗压强度值设计时比较局限或者无法避免垂悬的情况下，可以在标准托盘上加放瓦楞垫板来减少抗压强度的损失。

（6）加强对纸箱使用单位操作人员的宣传与培训，减少不合理、不科学的码垛。 UJahX1hYkrNjc6yVFByyQWxJlPswRF1LgCeA9H6inTKMroZxQSUL4lpiJQlk8HZ9