魏鑫 王遥雪 郭少飞 凌约涛

摘 要 本文以危险品包装瓦楞纸箱为研究对象，探究温度、湿度、堆码时间对其性能的影响。结果表明，当环境湿度低于70%时，随着环境相对湿度的增加，瓦楞纸箱的耐破强度和抗压强度随湿度变化并不明显，当环境相对湿度超过80%，瓦楞纸箱的耐破强度及抗压强度显著下降；环境温度为10～80℃之间时，在环境湿度低于80%的条件下，温度变化对瓦楞纸箱的性能无明显影响；当堆码时长少于16 h时，纸箱性能随堆码时间的延长呈现一定规律性变化。研究结果可为瓦楞纸箱性能检验条件的进一步优化提供参考依据。

关键词 瓦楞纸箱；湿度；温度；堆码；耐破强度；抗压强度

Study on the Influencing Factors of Performance Testing of Corrugated Carton for Dangerous Goods Packaging

WEI Xin ¹ WANG Yao-Xue ¹ GUO Shao-Fei ¹ LING Yue-Tao ¹

Abstract In this paper, the effects of temperature, humidity and stacking time on the performance of corrugated carton for dangerous goods packaging were studied.The results indicate that when the humidity is below 70%, the burst strength and compressive strength of corrugated carton do not vary significantly with changes in relative humidity. However, when the humidity exceeds 80%, the burst strength and compressive strength of corrugated carton decrease significantly. When the temperature is between 10°C and 80°C and the humidity is below 80%, temperature changes have no significant effect on the performance of corrugated carton. When the stacking time is less than 16 hours, the performance of the corrugated carton changes regularly with the extension of the stacking time. The results can provide theoretical basis for optimizing the performance inspection conditions of corrugated carton.

Keywords corrugated carton; humidity; temperature; stacking;burst strength;compressive strength

瓦楞纸箱是一种应用广泛的包装制品，属于绿色环保产品，不仅有利于环境保护，还有利于装卸运输。随着国际贸易的迅速发展，瓦楞纸箱在进出口行业的使用量逐年增加，尤其在危险货物包装行业，瓦楞纸箱的使用量越来越大^[1]。作为危险货物的包装，瓦楞纸箱主要用于盛装电池、烟花爆竹以及用于部分组合包装的外包装等。根据联合国《关于危险货物运输的建议书规章范本》以及《国际海运危险货物规则》中的相关规定，用于盛装危险货物的瓦楞纸箱，需要在一定的温湿度条件下预处理后，进行跌落试验及堆码试验两项性能试验，其中关键控制点主要有温度、湿度、堆码时长等。

目前，通过中国知网、维普网、万方数据库等查询到的关于湿度对瓦楞纸箱性能影响的研究较多^[1-5]，都表明湿度变化会明显影响瓦楞纸箱的性能。而温度对瓦楞纸箱性能的影响仅在杨传民等^[5]的研究报道中有所体现，其研究结果表明温度对瓦楞纸箱的性能影响并不明显。以上研究都着重于对常规包装的研究。而结合性能试验，综合考虑3种危险品包装瓦楞纸箱在不同温湿度条件及不同堆码时间的条件下性能变化的研究尚未报道。本研究以常见的3种危险品包装瓦楞纸箱为研究对象，通过测量其耐破强度、抗压强度、堆码变形量等数据，探究瓦楞纸箱性能试验过程的主要影响因素，为进一步提升危险品包装检测质量提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

主要材料：3种不同型号的危险品包装瓦楞纸箱，其尺寸均为410 mm×280 mm×220 mm，类型分别为单瓦楞纸箱、双瓦楞纸箱、三瓦楞纸箱。

主要仪器：恒温恒湿试验箱（ZDDW-H-3型，常州正德试验设备有限公司）；电子天平（ES120，0.1 mg～120 g，武汉康斯坦特称重设备有限公司）；纸板耐破度仪（HH-NP5600杭州华翰造纸检测仪器设备有限公司）；电子压力试验机（ZDKY-50KN，常州正德试验设备有限公司）。

1.2 试验温湿度的确定

为了能够使试验所选温湿度更加具有适用性和代表性，结合实际使用环境，分别设置相对湿度为20%、30%、40%、50%、65%、85%、98%共7种湿度环境以及温度为10℃、23℃、40℃、60℃、80℃共5种不同的温度环境。在以上不同的温湿度条件下，预处理24 h，随后在相同的温湿度条件下测定3种瓦楞纸箱的性能变化。

1.3 耐破强度的测定

从试验用的3种瓦楞纸箱上分别取相同尺寸（30 mm×100 mm）的样品，启动测试仪，将耐破度仪压力机示数置零，升起夹具，并将其放置在耐破强度测试仪的测试台上。液压系统逐渐施加压力，直到纸箱试样被压破。测试仪会记录下纸箱试样被压破时的最大压力值，即为纸箱的耐破强度。

1.4 抗压强度的测定

将样品按照设定试验条件进行预处理后，依据 GB/T 4857.4—2008《包装 包装运输件基本试验 第4部分 采用压力试验机进行的抗压和堆码试验方法》^[6]，在压力试验机上均匀施加动态压力，测量箱体破损时所能承受的最大负荷及变形量。启动电子压力试验机，调整样品位置使其处于压板正中间，设置好试验条件后压板开始给试样加载压力。调节施加速率并观察样品在压力下的变形情况，记录抗压强度的最大值。

1.5 堆码时间与变形量的测定

依据《国际海运危险货物规则》及GB/T 4857.4—2008标准的相关规定，瓦楞纸箱堆码时间为24 h。本研究中，将3种瓦楞纸箱在标准所规定的环境下进行预处理，以标准所规定的计算公式确定堆码载荷进行堆码试验。为了对比不同情况下堆码时间和纸箱变形量的关系，分别采用空箱堆码和内装模拟物（塑料颗粒）进行堆码。

2 结果与讨论

2.1 环境温湿度对瓦楞纸箱耐破强度的影响

不同相对湿度条件下瓦楞纸箱的耐破强度见表1、表2和表3。可以看出，在相对湿度低于50%时，随着环境相对湿度提高，瓦楞纸箱的耐破强度略微升高；当环境湿度达到50%后，耐破强度逐渐趋于稳定；随着环境湿度的进一步升高超过70%时，纸箱的耐破强度逐渐降低，且下降趋势较为明显；在相对湿度攀升至98%的条件下，3种瓦楞纸箱的耐破强度相较于相对湿度50%的环境，分别下降了52.8%、63.2%及66.8%。这一结果表明了过高的湿度会严重削弱瓦楞纸箱的性能。具体而言，低湿度环境下，瓦楞纸箱因含水量低而表现出较高的脆性，对压力的承受能力相对较弱；随着湿度的逐渐提升，纸箱内部吸收更多水分，韧性增强，从而提升了抗压强度。然而，当湿度继续上升至过高水平时，纸箱的含水率也随之增加，导致瓦楞纸板因过度吸水而变软，进而降低了其对外部压力的抵抗能力，使得耐破强度不断下降。才美慧等^[2]的研究表明高湿度对纸箱的耐破强度有较大影响；贾莉^[4]探索了在不同温湿度条件下，耐破强度的变化也发现了类似状况。国外研究发现，即使在不同的湿度环境下，初级纤维原料制造的纸箱比次级或回收的纤维原料所制造的纸箱，其耐破及抗压强度更大。在相对湿度为50%的环境下，单瓦楞纸箱、双瓦楞纸箱和三瓦楞纸箱的耐破强度分别为1860 kPa、2241 kPa和2752 kPa，瓦楞纸箱的层数越多，耐破强度越大。

由表1—表3的数据可以看出，在温度为10～80℃的范围内，环境湿度变化时，3种瓦楞纸箱的耐破强度一直在5%范围内波动，并无明显变化。杨传民等^[5-7]的研究表明，湿度及尺寸是影响纸箱性能的重要因素，温度变化对纸箱性能的影响并不明显；黄剑宗^[8]、汪苗苗^[9]通过对在不同温湿度条件下纸板力学性能的影响进行研究，也印证了温度因数的影响较小。这是由于瓦楞纸箱制作原料为纤维素、木质素等，试验温度的变化对其无明显影响。

2.2 环境温湿度对瓦楞纸箱抗压强度的影响

抗压强度是衡量瓦楞纸箱结构强度及安全性能的关键指标之一，也是直接反映其堆码性能的重要参数^[8]。抗压强度随温湿度变化的具体数据参见表4至表6。瓦楞纸箱的抗压性能随其层数的增加而显著增强，单瓦楞、双瓦楞和三瓦楞纸箱的抗压强度值分别达到3.15 kN、5.82 kN和7.96 kN。此外，在实际应用中，评估纸箱承压能力时，不应仅依赖空箱抗压强度这一单一标准，内装物的特性及其提供的支撑作用，以及纸箱长时间装载后可能产生的材料疲劳现象，均是影响纸箱承压能力的重要因素，需在实际应用中综合考量。试验发现，环境湿度对瓦楞纸箱的抗压强度有显著影响，当湿度超过70%以后，纸箱抗压强度会迅速降低，当相对湿度达到90%以后，3种纸箱的抗压强度均降低了80%以上，分别为最大值的16.3%、14.4%、13.2%。值得注意的是，当相对湿度达到极高水平（如98%）时，瓦楞纸箱会出现明显的分层现象，这可能是由于在高湿度环境下^[10-11]，纤维素结构吸收水分变得疏松，黏合剂效能减弱，同时面纸与芯纸因吸湿率不同而导致承压过程中的变形不一致，最终导致纸箱在压力测试中失去大部分承载能力。因此，在高湿（如相对湿度98%）环境下，瓦楞纸箱的抗压强度大幅下降，失去实际应用价值。相较于相对湿度对抗压强度的影响，温度变化对其影响较弱，从表中数据可以看出，当相对湿度低于70%时，温度变化对纸箱抗压强度几乎没有影响。但当相对湿度超过70%时，抗压强度随着温度的降低下降较为明显。

2.3 堆码时间对纸箱变形量的影响

3种纸箱在堆码时随时间的变形量如图1、图2所示。从图1可以看出，按照标准装载模拟物进行堆码时，3种纸箱均未出现不合格情况，其变形量趋于一致；在0～2 h内变形量急剧变化；在2～12 h内，以一定的速率长时间持续稳定变形；随着堆码时间的继续延长，其变形量基本稳定，再未出现明显变形。而对于空箱堆码试验，由于未装载模拟物，其承载能力明显降低，3种纸箱均出现压溃现象，其在0～12 h内的变形曲线与装载模拟物堆码时一致，但当堆码时间达到12 h后，纸箱受损急剧变形直至15 h后压溃。通过两种堆码形式的比较可以发现，内装物的种类不会影响堆码过程的变形规律，堆码性能合格与否均可以在15 h以内进行判断，表明瓦楞纸箱的堆码时长可以在现有标准24 h的基础上进一步优化。

3 结论

本文通过实验研究了环境温湿度及堆码时长对瓦楞纸箱性能的影响。结果表明，湿度变化对瓦楞纸箱性能的影响较为显著，温度的影响并不明显，且在相同环境下，瓦楞纸箱的层数越多，其耐破强度及抗压性能越好。瓦楞纸箱在堆码时，其变形量随时间的关系是按照一定的规律变化的。根据研究结果可以初步判断，对于危险品包装瓦楞纸箱性能试验，其预处理条件可以进一步放宽，堆码时长也可以根据实际情况进行优化，对降低检测工作量、提升检测效率具有积极作用。

参考文献

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[3]万旺军, 谭蒙, 鲁婕, 等. 不同温湿度条件对瓦楞纸箱力学性能的影响研究[J]. 中国包装工业, 2015(21): 115-117.

[4]贾莉. 温湿度对瓦楞纸箱的力学性能影响[J]. 品牌与标准化, 2015(11): 66-67.

[5]杨传民, 孟宪文, 王心宇, 等. 温湿度及纸箱尺寸对堆码强度影响的实验研究[J]. 包装工程, 2009, 30(8): 1-3.

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[7]孙爽, 王军. 湿度对瓦楞纸板纵向压缩承载性能的影响[J]. 包装工程, 2021, 42(19): 178-184.

[8]黄剑宗. 模拟流通环境下温湿度对瓦楞纸板力学性能影响[D]. 南宁: 广西大学, 2015.

[9]汪苗苗. 瓦楞纸板强度指标和缓冲性能对环境温湿度的响应[J]. 上海包装, 2019(2): 26-29.

[10]刘雪雪, 杨志鹏. 物流包装用瓦楞纸的抗压强度数值模拟研究[J]. 造纸科学与技术, 2022(3): 18-22.

[11]李秀华, 宋媛. 环境温湿度变化对快递包装箱抗压强度影响的试验研究[J]. 合肥学院学报, 2020, 37(2): 107-111.

基金项目：武汉海关关级项目（2023WK008）

第一作者：魏鑫（1987—），男，土家族，湖北咸丰人，硕士，工程师，主要从事化学检测及危险品包装检测工作，E-mail: 717032319@qq.com

1. 武汉海关技术中心 武汉 430000

1. Wuhan Customs Technology Center, Wuhan 430000

表1 不同温湿度条件下单瓦楞纸箱耐破强度

Table 1 The burst strength of single-wall corrugated carton under different temperature and humidity conditions

表2 不同温湿度条件下双瓦楞纸箱耐破强度

Table 2 The burst strength of double-wall corrugated carton under different temperature and humidity conditions

表3 不同温湿度条件下三瓦楞纸箱耐破强度

Table 3 The burst strength of triple-wall corrugated carton under different temperature and humidity conditions

表4 不同温湿度条件下单瓦楞纸箱抗压强度

Table 4 The compressive strength of single-wall corrugated carton under different temperature and humidity conditions

表5 不同温湿度条件下双瓦楞纸箱抗压强度

Table 5 The compressive strength of double-wall corrugated carton under different temperature and humidity conditions

表6 不同温湿度条件下三瓦楞纸箱抗压强度

Table 6 The compressive strength of triple-wall corrugated carton under different temperature and humidity conditions

图1 正常堆码时堆码时间与纸箱变形量的关系

Fig.1 The relationship between the stacking time and the deformation of carton in normal stacking

图2 空箱堆码时堆码时间与纸箱变形量的关系

Fig.2 The relationship between the stacking time and the deformation of cartons when stacking empty cartons