木塑托盤力學(xué)性能測試方法研究

魏占國，王忠偉，龐 燕

（中南林業(yè)科技大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院，湖南 長沙 410004）

木塑托盤力學(xué)性能測試方法研究

魏占國，王忠偉，龐 燕

（中南林業(yè)科技大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院，湖南 長沙 410004）

在眾多替代木材的托盤新技術(shù)新產(chǎn)品中，木塑托盤以其良好的綜合性能，在發(fā)達國家的物流作業(yè)中得到廣泛使用。我國目前針對通用托盤的力學(xué)性能要求和檢測方法比較完善，但木塑托盤因其獨特的性質(zhì)，現(xiàn)有的通用托盤檢測方法并不適用. 通過試制不同規(guī)格的木塑托盤，在嘗試?yán)矛F(xiàn)有通用托盤力學(xué)性能檢測方法的基礎(chǔ)上對木塑托盤的力學(xué)性能檢測方法進行了相關(guān)的研究。

木塑托盤；力學(xué)性能；標(biāo)準(zhǔn)化體系；測試方法

托盤應(yīng)用水平是現(xiàn)代物流發(fā)展的重要標(biāo)志托盤化作業(yè)是迅速提高搬運效率、控制物流管理過程的有效手段[1]。傳統(tǒng)上，木材是制作托盤的主要材料。但木托盤綜合力學(xué)性能差，且易被腐蝕容易損壞，更主要的是木托盤消耗大量的木材，造成木材資源的巨大浪費。除木托盤外，目前常用的還有塑料托盤、金屬托盤以及復(fù)合材料托盤等[2]。從托盤研究與應(yīng)用實踐看，塑料托盤強度不夠，且使用的是非再生資源，生產(chǎn)過程對環(huán)境有一定的破壞性，難以獲得廣泛應(yīng)用。金屬托盤比較昂貴笨重，容易銹蝕，且需要消耗鋼鐵等資源，無法予以推廣[3-5]。

在眾多替代木材的托盤新技術(shù)新產(chǎn)品中，木塑托盤以其良好的綜合性能，在發(fā)達國家的物流作業(yè)中得到廣泛使用。木塑托盤的主體是木塑復(fù)合材料。制作木塑復(fù)合材料的主要原料是農(nóng)作物秸桿、木材加工剩余物與廢棄物，以及可回收廢舊塑料等，因此可以節(jié)約大量的木材資源。從綜合性能看，木塑托盤摒棄了其他類型托盤產(chǎn)品的缺陷，具有強度高、韌性好、不變形、不吸潮、不霉蛀、抗腐蝕、耐老化、易加工、可回收、無污染等優(yōu)點，而價格卻低于其它各類托盤。因此，木塑托盤成為物流托盤的更新?lián)Q代產(chǎn)品，是托盤技術(shù)發(fā)展的趨勢。

我國目前針對通用托盤的力學(xué)性能要求和檢測方法比較完善，但木塑托盤因其獨特的性質(zhì)，現(xiàn)有的通用托盤檢測方法并不適用，其相關(guān)制造應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和測試方法也沒有建立起來，針對以上情況，我校“948”木塑托盤制造技術(shù)引進項目課題組試制了不同規(guī)格的木塑托盤，在嘗試?yán)矛F(xiàn)有通用托盤力學(xué)性能檢測方法的基礎(chǔ)上對木塑托盤的力學(xué)性能檢測方法進行了相關(guān)的研究。

1 木塑托盤力學(xué)性能要求

根據(jù)目前行業(yè)通用的GBT4995-1996聯(lián)運通用托盤性能要求，木塑托盤也分為N級和S級兩類。N級為通用型普通托盤，S級為特種用途托盤[6]。

按照物流裝卸載運要求，托盤在應(yīng)用前應(yīng)通過靜態(tài)試驗、沖擊試驗和角跌落試驗三種測試。靜態(tài)試驗包括堆碼試驗、彎曲試驗和底鋪板試驗，沖擊試驗包括剪切試驗、頂鋪板邊緣沖擊試驗和墊塊沖擊試驗[7]。

以N級托盤檢測要求為例（見圖1），三種試驗的力學(xué)性能見表1：

圖1 項目組試制的不同規(guī)格木塑托盤樣品Fig.1 Tested samples of WPC pallets with different specif i cations

表1 N級托盤力學(xué)性能要求[8]Table 1 Requirements of mechanical property of N-grade WPC pallets

2 力學(xué)性能檢測的材料和設(shè)備

2.1 木塑托盤原材料及性能要求

課題組測試試驗的托盤為深圳格林美股份有限公司試制，托盤規(guī)格為1 200 mm×1 200 mm，托盤制造原材料為木塑復(fù)合材料，主要成分包括指由熱塑性塑料（主要是PE、聚烯烴和 PVC，包括新料、回收料和二者混合料）與木質(zhì)纖維（主要有廢木粉、刨花、鋸木）作原料混合入各種助劑，通過擠出、模壓、注射等工藝生產(chǎn)出來的一種環(huán)保型產(chǎn)品。托盤原材料主要材料屬性及物理力學(xué)性能見表2和表3：

2.2 測試實驗設(shè)備

主要實驗設(shè)備有ZXYD-502電子式整箱壓縮試驗機，IS-4000斜面沖擊臺，DL-1000型零位移跌落試驗機，見圖2依次所示。

表2 木塑托盤制造用復(fù)合原材料屬性[9]Table 2 Composite raw material properties of WPC pallets

表3 木塑托盤樣品力學(xué)性能基本要求Table 3 Basic demands for mechanical properties of WPC pallet samples

圖2 主要實驗設(shè)備Fig.2 Main experimental equipments

3 力學(xué)性能檢測的測試方與法結(jié)果分析

參照GBT4996-1996聯(lián)運通用托盤試驗方法，課題組對木塑托盤樣品做了堆碼試驗、彎曲試驗、頂鋪板邊緣沖擊試驗、墊塊沖擊試驗和角跌落試驗，樣品的設(shè)計額定載荷R為1 000 kg，準(zhǔn)載0.25R為2 450 N，滿載1.1R為10 780 N。通過測試結(jié)果來驗證試驗方法的合理性與實用性。

3.1 堆碼試驗

試驗方法：

（1）將樣品置于電子式整箱壓縮試驗機下壓板中間部位，按圖3、圖4方式加載，把一塊尺寸為200 mm×200 mm×25 mm的剛性加載頭放在樣品一角處，以3 mm/min的速度將試驗載荷從0逐漸增加到0.25 R，并以0.25 R作為準(zhǔn)載荷；

（2）在1～5 min內(nèi)加載至滿載荷1.1R，并保持滿載荷24 h；

（3）在規(guī)定時間內(nèi)卸載至準(zhǔn)載荷0.25R；

（4）測量A點在以下時刻的位移量：準(zhǔn)載荷（y0）、滿載荷開始時（y1）、滿載荷保持24 h時（y2）、卸載到準(zhǔn)載荷（y3）、卸載保持1 h時（y4）；

圖3 堆碼試驗示意Fig.3 Stacking tests

圖4 堆碼試驗托盤樣品實測Fig.4 Measured WPC pallet sample in stacking tests

（5）計算樣品在相當(dāng)于0.25R準(zhǔn)載荷條件下滿載變形量（y2～y0）以及在卸載過程中，相當(dāng)于0.25R準(zhǔn)載荷條件下的變形量（y3～y0）。

圖5 堆碼試驗曲線Fig.5 Stacking test curves

3.2 彎曲試驗

試驗方法：

（1）將樣品置于電子式整箱壓縮試驗機下壓板中間部位，按圖6、圖7方式加載，以3 mm/min速度將試驗載荷從0逐漸增加到0.1R，并以此作為準(zhǔn)載荷；

圖6 彎曲試驗示意Fig.6 Bending test

圖7 彎曲試驗托盤樣品實測Fig.7 Measured WPC pallet sample

（2）在1～5 min內(nèi)加載至滿載荷1.25R，并保持滿載荷24 h；

（3）在規(guī)定時間內(nèi)卸載至準(zhǔn)載荷0.1R，并在準(zhǔn)載荷條件下保持1 h；

（4）分別測量A、B點在以下時刻的位移量：準(zhǔn)載荷（y0）、滿載荷開始時（y1）、滿載荷保持24 h（y2）、卸載到準(zhǔn)載荷（y3）、卸載保持1 h時（y4），以及滿載時托盤兩鋪板之間的距離h；

（5）取各點變形量的平均值，計算樣品在相當(dāng)于0.1R準(zhǔn)載荷條件下滿載變形量（y2-y0）以及在卸載過程中的殘余變形量（y4-y0）。

根據(jù)GB/T 4995-1996，N級托盤性能要求，托盤在滿載時變形量≤26.25 mm，殘余變形量≤10.5 mm，試驗中樣品還未達到滿載荷（約4 900 N）時，由于變形量太大（超過30 mm），導(dǎo)致樣品兩端與加壓板接觸，試驗終止，說明木塑托盤樣品彎曲性能較差，不能滿足傳統(tǒng)聯(lián)運托盤的性能要求（見圖8）。

圖8 彎曲試驗曲線Fig.8 Bending test curve

3.3 頂鋪板邊緣沖擊試驗

試驗方法（1）將負(fù)載樣品（總負(fù)載75 kgf）按圖9方式放置在斜面沖擊臺臺車上；

圖9 頂鋪板邊緣沖擊試驗Fig.9 Impact test on top plank edge

（2）將樣品拖到距離沖擊點1 000 mm處，釋放小車沖擊樣品頂鋪板邊緣，共進行3次沖擊試驗；

（3）如圖10所示記錄x、y1、y2、y3變形量；

根據(jù)GB/T 4995-1996，N級托盤性能要求，托盤在滿載時最大變形量Δx≤3 mm，Δy≤3 mm，實測結(jié)果Δx=0 mm，Δy=0 mm ，說明樣品復(fù)合性能要求（見圖11）。

圖10 彎曲變形量Fig.10 Bending deformation

3.4 墊塊沖擊試驗

試驗方法：（1）將負(fù)載樣品（總負(fù)載75 kgf）按圖12方式放置在斜面沖擊臺臺車上；

（2）將樣品拖到距離沖擊點750 mm處，釋放小車進行墊塊沖擊，共進行三次沖擊試驗；

（3）如圖13所示記錄x、y、z、α、β變形量；

根據(jù)GB/T 4995-1996，N級托盤性能要求，

圖12 墊塊沖擊試驗Fig.12 Impact test on cushion block

圖13 墊塊沖擊變形量Fig.13 Deformation of cushion block impacted

(x3+y3+z3)/3 ≤ 3 mm，α≤ 5 °，β≤ 5 °，實測結(jié)果 (x3+y3+z3)/3=0 mm，α=0 °，β=0 °，說明樣品滿足性能要求（見圖14）。

3.5 角跌落試驗

試驗方法：

圖14 墊塊沖擊試驗托盤樣品實測Fig.14 Measured WPC pallet sample in impacting test to cushion block

（1）將樣品一角立起按圖15方式放置在零位移跌落試驗機上，釋放樣品，使之自由跌落在一塊平整、堅硬的鋼板上；

圖15 角跌落試驗Fig.15 Pallet drop test with an obliquity

（2）跌落高度為500 mm，在同一角上進行三次跌落，并記錄試驗前后對角線長度的變形量。

據(jù)GB/T 4995-1996，N級托盤性能要求，對角線長度變形量小于4%，實測結(jié)果對角線變形量為2%，樣品性能滿足設(shè)計要求（見圖16）。

圖16 墊塊沖擊試驗托盤樣品實測Fig.16 Measured WPC pallet sample in test of cushion block impacted

在進行托盤載荷能力測試時需要特別注意的是，選擇托盤的載荷能力要了解托盤的使用功能，當(dāng)托盤要上架存儲時，上架載荷最為重要。同時，托盤的載荷能力與托盤上貨物的擺放方式有很大關(guān)系，載荷面積減小，托盤的實際剩余載荷也將減小，而不是原有的額定載荷。

綜合以上實測結(jié)果，項目組試制的木塑托盤樣品基本滿足聯(lián)運托盤的力學(xué)性能要求。同時也證明了現(xiàn)有的聯(lián)運托盤性能要求和試驗檢測方法由于木塑托盤的自身材料特性，并不完全適用于木塑托盤。

4 結(jié) 論

從國內(nèi)物流行業(yè)的發(fā)展及托盤的使用現(xiàn)狀看，作為采用新型材料的木塑托盤，建立其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用規(guī)范，成為木塑托盤推廣使用過程中面臨的重大課題[10-11]。通過一定量的產(chǎn)品試制和大量的檢測試驗發(fā)現(xiàn)，木塑托盤雖然具有其他不同材質(zhì)制造的托盤不具備的優(yōu)勢性能，也存在一定的應(yīng)用局限性，例如木塑材料自身的彎曲強度弱的缺點就限制了木塑托盤承重的能力。同時，物流行業(yè)是一個流動性大、作業(yè)量大、作業(yè)對象繁雜的行業(yè)，對托盤的應(yīng)用量不僅大，而且需求的規(guī)格也各有不同，為避免制造原材料、作業(yè)空間、作業(yè)能力的浪費，有必要制定合理的托盤規(guī)格，使其既能滿足作業(yè)對象的要求，又具有一定的通用性，從而降低托盤使用的消耗成本，促進木塑托盤的廣泛推廣。

[1] 吳正心,竹環(huán)蜂窩板托盤研究[D].長沙：中南林業(yè)科技大學(xué),2007.

[2] 龐 燕,尹千才,曾 光,竹環(huán)蜂窩托盤設(shè)計及理論研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2013,33(3):103-106.

[3] 孫 珂,孟國強.我國托盤應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].中國物流與采購,2004,(23):12-16.

[4] 曲衍國.推進我國物流作業(yè)托盤化策略探討[J].物流技術(shù),2009, (206):27-30.

[5] 樊 宏.托盤標(biāo)準(zhǔn)化與物流托盤化[J]. 中國物流與采購, 2005,(15):48-50.

[6] 中國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局．GB/T4995-1996 聯(lián)運通用托盤 性能要求[S]．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996．

[7] 中國國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局．GB/T4996-1996 聯(lián)運通用托盤 試驗方法[S]．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996．

[8] 易 振. 塑木復(fù)合托盤力學(xué)性能分析[D].廣州:暨南大學(xué),2009.

[9] 趙 磊,肖生苓.木塑復(fù)合材料托盤的研究[J].物流技術(shù),2011, 30(7): 184-186.

[10] 李太平.國外物流托盤的主要流通模式及其啟示[J].物流科技, 2008, 31(6):73-75.

[11] 吳寶祥.中國托盤物流在高速發(fā)展中迎接新挑戰(zhàn)[J].中國儲運,2008,(2):101-103.

Test method for mechanical property of wood plastic pallet

WEI Zhan-guo, WANG Zhong-wei, PANG Yan
(School of Transportation & Logistics, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

In many new technology and new products of substituting wood materials, WPC pallets with good comprehensive performance are widely used in the logistics operations in developed countries. In China, the mechanical property requirements and test methods of general purpose pallets are more perfect currently. But the test methods for WPC pallets are not applicable to inspect the mechanical property of the pallets. Based on using existing general purpose mechanical properties and detection methods of WPC pallets, the related studies for the WPC pallets were conducted by trial-produce different specif i cations of the WPC pallet.

WPC pallet; mechanical property; standardization of pallet; standardization system; test method

S781.2

A

1673-923X(2014)10-0116-07

2014-04-16

國家林業(yè)局948國際先進林業(yè)技術(shù)引進項目（No.2012-4-26）；湖南省教育廳科學(xué)研究項目（重點No.13A127）

魏占國（1978-），男，安徽蒙城人，博士，講師，主要研究方向為森林工程和物流裝備技術(shù)；

E-mail：jackwzg007@163.com

王忠偉（1965-），男，湖南邵陽人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為項目管理、物流工程

[本文編校：文鳳鳴]