瓦楞紙箱堆碼鼓包問(wèn)題及改進(jìn)措施研究

■文/郭寶龍，潘曉芬，段會(huì)會(huì)，吳霖杰，馮麗，顏偉航，劉志穎

（寧波奧克斯電氣股份有限公司，浙江 寧波 315191）

0 引 言

眾所周知，瓦楞紙箱具有保護(hù)產(chǎn)品的作用，能避免產(chǎn)品在流通過(guò)程中因溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、堆碼等而受損。隨著物流運(yùn)輸狀況的逐步改善，運(yùn)輸過(guò)程對(duì)產(chǎn)品造成的損壞大幅度降低。然而，為滿足市場(chǎng)供應(yīng)需求，產(chǎn)品過(guò)量?jī)?chǔ)備庫(kù)存的情況難免要發(fā)生。在堆放過(guò)程中，產(chǎn)品的防護(hù)主要依賴于外部的瓦楞紙箱，但瓦楞紙箱在實(shí)際使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堆碼鼓包現(xiàn)象。對(duì)于部分非銷售包裝，在內(nèi)裝產(chǎn)品未受損的情況下，客戶勉強(qiáng)能接受。而對(duì)于運(yùn)輸包裝和銷售包裝，包裝外觀的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和客戶的第一體驗(yàn)。外包裝紙箱出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，不僅大幅度降低客戶的體驗(yàn)度，而且影響產(chǎn)品銷售。因此，針對(duì)如何防止產(chǎn)品紙箱在堆碼過(guò)程中產(chǎn)生鼓包的問(wèn)題，有必要進(jìn)行深入探討。研究表明，瓦楞紙箱的關(guān)鍵指標(biāo)是紙箱的抗壓強(qiáng)度，瓦楞紙箱具有足夠的抗壓強(qiáng)度是保護(hù)內(nèi)裝物的必要前提。而認(rèn)清瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響因素，就要從材料、結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、環(huán)境等方面加以分析，并從中發(fā)掘出有效的改進(jìn)措施。

1 紙箱堆碼鼓包分析

以家電產(chǎn)品空調(diào)包裝為例，從瓦楞紙箱的設(shè)計(jì)、制程、倉(cāng)儲(chǔ)等環(huán)節(jié)分析瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響因素。

1.1 前端紙箱設(shè)計(jì)

1.1.1 原紙質(zhì)量

定量是瓦楞紙板重要指標(biāo)之一，也是影響瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的重要因素。我們由凱里卡特箱壓標(biāo)準(zhǔn)公式可知：

式中：P表示瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度，Px表示瓦楞紙板原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度，Z表示瓦楞紙箱周邊長(zhǎng)，aXz表示瓦楞常數(shù)，J表示紙箱常數(shù)。

瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度P與瓦楞紙板的綜合環(huán)壓強(qiáng)度Px成正比,而瓦楞紙板的綜合環(huán)壓強(qiáng)度如下：

式中：Px表示瓦楞紙板原紙的綜合環(huán)壓強(qiáng)度，Rn表示紙箱面紙、里紙或夾芯卡紙的環(huán)壓強(qiáng)度，Ci表示瓦楞楞率，Rm表示瓦楞芯紙的環(huán)壓強(qiáng)度，L表示環(huán)壓試樣測(cè)試長(zhǎng)度。

通常原紙的定量與原紙的環(huán)壓強(qiáng)度成正增量關(guān)系，也就是原紙的定量增加，Rn的數(shù)值也會(huì)隨之增加，因此Px的值也會(huì)增加。再通過(guò)式（1）和式（2）的關(guān)聯(lián)關(guān)系?？梢悦鞔_，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與原紙定量成正增量關(guān)系，當(dāng)瓦楞紙箱原紙克重越高，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度越好。反之，如果選用原紙的克重偏低，對(duì)于整個(gè)紙箱的抗壓強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，也就較低。當(dāng)整體紙板的配比較低時(shí)，承載強(qiáng)度低于包裝產(chǎn)品要求的堆碼極限強(qiáng)度，再堆碼一定的時(shí)間，紙箱的抗壓能力屈服，導(dǎo)致紙箱塌陷，出現(xiàn)鼓包。因此，正確選擇瓦楞紙板的材料及材料配比對(duì)降低紙箱堆碼發(fā)生概率至關(guān)重要。

1.1.2 紙箱含水率

由于原紙本身不具備防潮性，從生產(chǎn)廠家運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)線體，隨著空氣濕度的變化，紙箱中的含水率也在變化，瓦楞紙箱的強(qiáng)度也隨之發(fā)生改變。相關(guān)研究資料表明，紙箱抗壓強(qiáng)度與含水率存在如下函數(shù)關(guān)系式：

式中：P表示瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度，a表示當(dāng)水分為0%時(shí)瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度，x表示紙板含水率的100倍。

由式（3）可知，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與其含水率成負(fù)增量關(guān)系，含水率越大，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度越低。當(dāng)含水率增大到一定值時(shí)，紙箱基本失去抗壓能力。適當(dāng)?shù)暮誓軌蛱嵘呃慵埾涞木彌_強(qiáng)度，以防翹曲變形；但含水率過(guò)高，會(huì)降低紙箱強(qiáng)度。因此，含水率也是造成紙箱鼓包問(wèn)題的重要原因之一。

1.1.3 紙箱版面印刷及開(kāi)孔

（1）紙箱版面印刷。很多客戶要求產(chǎn)品紙箱表面實(shí)行全版面印刷。而瓦楞紙箱的常用印刷方式是柔性凸版印刷，凸版印刷壓力較大，易壓潰瓦楞，使瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度降低。圖1顯示的是在含水率為12%的情況下樣品的測(cè)試情況。

圖1 抗壓強(qiáng)度與紙箱版面印刷的關(guān)系圖

由圖1可知，瓦楞紙箱全版面印刷的抗壓強(qiáng)度整體上低于非全版面印刷的強(qiáng)度，根據(jù)測(cè)試可得出以下兩點(diǎn)：印刷面積越大，瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度越低；印刷壓力越大，抗壓強(qiáng)度越低，瓦楞受損更嚴(yán)重。

（2）紙箱開(kāi)孔。為了便于產(chǎn)品生產(chǎn)檢漏，需要在紙箱上開(kāi)相應(yīng)的孔，這在一定程度上破壞了紙箱的整體結(jié)構(gòu)，容易造成局部應(yīng)力集中，易降低瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，得知紙箱上所開(kāi)孔的面積、數(shù)量，以及孔與上蓋和下蓋的距離，都會(huì)對(duì)紙箱的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。選擇含水率在12%的若干樣品，在紙箱孔數(shù)相同的情況下進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)紙箱開(kāi)孔的抗壓強(qiáng)度基本低于未開(kāi)孔的紙箱強(qiáng)度。開(kāi)孔與未開(kāi)孔的對(duì)比結(jié)果如圖2所示。

圖2 抗壓強(qiáng)度與紙箱有無(wú)孔的關(guān)系圖

1.1.4 尺寸設(shè)計(jì)

除了紙箱本身加工工藝以外，紙箱尺寸設(shè)計(jì)也會(huì)影響其抗壓強(qiáng)度。產(chǎn)品外部一般都會(huì)有緩沖墊作防護(hù)，紙箱內(nèi)側(cè)距緩沖件的裝配間隙必須預(yù)留，這些間隙的大小對(duì)紙箱的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。間隙預(yù)留過(guò)小，導(dǎo)致生產(chǎn)線體裝箱效率低下，且容易造成紙箱開(kāi)裂；間隙預(yù)留過(guò)大，則產(chǎn)品容易在箱內(nèi)竄動(dòng)，內(nèi)部的緩沖結(jié)構(gòu)對(duì)紙箱堆碼時(shí)失去支撐作用，極易導(dǎo)致鼓包。因此，紙箱尺寸設(shè)計(jì)必須合理把握緩沖件與產(chǎn)品之間的間隙，確保紙箱與內(nèi)部緩沖件有效配合，這樣才能有效防止紙箱塌陷，避免產(chǎn)生鼓包風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 生產(chǎn)制程

在紙箱生產(chǎn)過(guò)程中，操作是否規(guī)范也會(huì)影響紙箱的抗壓強(qiáng)度，如紙箱成型長(zhǎng)短搖蓋折合不到位、產(chǎn)品在托盤(pán)上擺放不規(guī)范、叉車搬運(yùn)入庫(kù)顛簸等，都易造成紙箱變形或破損，使紙箱的抗壓強(qiáng)度整體下降，造成堆碼紙箱鼓包。

1.2.1 紙箱折合成型

當(dāng)產(chǎn)品到線體尾端套紙箱時(shí)，紙箱須預(yù)先成型，然后將紙箱套在流動(dòng)線體的產(chǎn)品上，折合紙箱搖蓋、封箱。由于線體流動(dòng)，在時(shí)間較短的情況下完成裝箱，部分紙箱折合搖蓋未做到位，出現(xiàn)向外擴(kuò)張的情況（見(jiàn)圖3），這在一定程度上影響紙箱的強(qiáng)度。

圖3 箱角成型不規(guī)整案例

瓦楞紙箱在抗壓測(cè)試中，初始載荷沿紙箱邊沿均勻分布，隨著壓力的逐漸增大，箱體慢慢向外鼓出，此時(shí)紙箱豎直的四條棱依然保持筆直狀態(tài)，隨著載荷向箱角集中（見(jiàn)圖4），箱角載荷進(jìn)一步加大，附近出現(xiàn)屈服，之后箱體里紙面壓潰，紙箱抗壓能力迅速變?nèi)?。因此，箱角成型?guī)整程度對(duì)紙箱的抗壓強(qiáng)度影響較大。

圖4 紙箱受壓壓力分布示意圖

1.2.2 托盤(pán)碼垛

下線產(chǎn)品由機(jī)械手碼垛在托盤(pán)上，如果擺放不規(guī)整，重心偏向個(gè)別產(chǎn)品，就極易造成鼓包（見(jiàn)圖5）。因此，產(chǎn)品下線在托盤(pán)上的擺放方式和規(guī)范程度對(duì)后期儲(chǔ)存堆碼有著很大影響。產(chǎn)品交錯(cuò)擺放不規(guī)整，使底層產(chǎn)品受力不均勻，出現(xiàn)紙箱鼓包，一旦堆碼過(guò)高，極有可能發(fā)生倒塌。

圖5 托盤(pán)碼垛示意圖

1.2.3 叉車搬運(yùn)

叉車在搬運(yùn)托盤(pán)過(guò)程中，有一定傾斜角度（見(jiàn)圖6），導(dǎo)致底部產(chǎn)品受到嚴(yán)重?cái)D壓，而這種瞬間擠壓會(huì)超出紙箱的抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，紙箱在搬運(yùn)中還經(jīng)受不同程度的顛簸，加劇被擠壓部位的變形。這種破壞性沖擊更易導(dǎo)致貨物堆碼時(shí)產(chǎn)生鼓包。

圖6 叉車搬運(yùn)圖和等效受力圖

1.3 倉(cāng)儲(chǔ)堆碼

對(duì)于產(chǎn)品而言，倉(cāng)庫(kù)的堆碼方式至關(guān)重要。如果產(chǎn)品堆放不規(guī)范或者選擇堆疊的方式不正確，就會(huì)造成嚴(yán)重的紙箱鼓包。例如，堆碼層之間的相互錯(cuò)位，邊角對(duì)不齊，都容易造成局部受力集中，導(dǎo)致紙箱變形（見(jiàn)圖7）。有關(guān)資料顯示：堆碼方式對(duì)紙箱鼓包的產(chǎn)生有一定的關(guān)聯(lián)，上下層紙箱棱角對(duì)齊堆碼方式強(qiáng)度最高，若該堆碼方式的強(qiáng)度為100%，則懸臂式堆碼方式的強(qiáng)度下降20%～40%，層層錯(cuò)位堆碼方式的強(qiáng)度下降9%～15%，互鎖式堆碼方式的強(qiáng)度下降40%～60%。因此，選擇正確的堆碼方式能有效降低產(chǎn)品鼓包風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 部分堆碼不規(guī)范示意圖

另外，產(chǎn)品的堆碼載荷也不能超過(guò)產(chǎn)品紙箱和內(nèi)襯共同的支撐力。作為第一受力件，紙箱必須達(dá)到更高的抗壓強(qiáng)度，為了有效保護(hù)紙箱內(nèi)產(chǎn)品，紙箱的抗壓強(qiáng)度必須大于堆碼載荷且有合理的安全系數(shù)作保證。產(chǎn)品在打包后堆碼，最下層貨物承受的堆碼載荷為：

式中：Pc表示最下層貨物承受的堆碼載荷，W表示每件產(chǎn)品的質(zhì)量，h表示堆碼高度，H表示紙箱高度。

由凱里卡特公式計(jì)算紙箱的抗壓強(qiáng)度P，堆碼載荷應(yīng)滿足以下條件：

式中：K表示安全系數(shù)，取值由貨物儲(chǔ)存期和儲(chǔ)存條件決定，儲(chǔ)存期少于30 d，K取值為1.6；儲(chǔ)存期在30～100 d之間，K取值為1.65；儲(chǔ)存期在100 d以上，K取值為2。

由此可見(jiàn)，在堆碼過(guò)程中為防止紙箱鼓包，一方面要注重堆碼方式；另一方面要對(duì)堆碼載荷進(jìn)行校核，避免超出堆碼條件，產(chǎn)生鼓包。

2 鼓包改善措施及方法

2.1 前端設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1.1 原紙質(zhì)量?jī)?yōu)化

提升原紙克重可有效提高瓦楞紙板的抗壓強(qiáng)度，但當(dāng)瓦楞紙和面紙的克重都較高時(shí)，粘合強(qiáng)度會(huì)降低，面紙與瓦楞原紙容易脫膠開(kāi)裂，因而單獨(dú)增加紙張克重的方法不妥。當(dāng)然，在增加紙張克重的同時(shí)可增加涂膠量以提高粘合強(qiáng)度，但涂膠量過(guò)多，易導(dǎo)致瓦楞棱峰變形，成品瓦楞紙板厚度變小，抗壓強(qiáng)度反而降低。實(shí)踐表明，最有效的措施，是提高淀粉膠黏劑的粘合強(qiáng)度，適度減少涂膠量和提高瓦楞原紙的克重，使瓦楞原紙的粘合強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度達(dá)到最佳狀態(tài)。

2.1.2 含水率管控

瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度與含水率有直接關(guān)系，管控好含水率，有利于保持好紙箱的抗壓強(qiáng)度。在原紙表面實(shí)施涂膠或淋膜工藝，可增加原紙的防潮性能，從而降低瓦楞紙板受空氣中水分的影響。在膠黏劑中添加防潮劑，也能降低環(huán)境濕度對(duì)紙箱的影響。紙箱應(yīng)短期存放，并且讓存放空間保持通風(fēng)、干燥，確保含水率處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，制定完善的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)紙箱來(lái)料進(jìn)行嚴(yán)格管控。

2.1.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）版面印刷。印刷版面同樣影響瓦楞紙箱的強(qiáng)度，印刷區(qū)域越大，瓦楞紙箱的抗壓強(qiáng)度越低。在保證美觀和滿足客戶要求的前提下，應(yīng)盡量不要大面積施色和平行于楞向印刷，多采用漸變式網(wǎng)線設(shè)計(jì)，可有效避免應(yīng)力集中。另外，可先對(duì)面紙進(jìn)行版面印刷，然后利用相應(yīng)設(shè)備將面紙直接裱在半成品的瓦楞紙板上，可將印刷對(duì)瓦楞紙板抗壓強(qiáng)度的影響降到最小。

（2）開(kāi)孔設(shè)計(jì)。紙箱上開(kāi)孔破壞了紙箱整體結(jié)構(gòu)，開(kāi)孔位置容易造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致開(kāi)孔位置周圍產(chǎn)生折紋。紙箱的強(qiáng)度主要依靠四條豎棱，如果開(kāi)孔接近豎棱，就容易破壞棱處的強(qiáng)度。因此，紙箱開(kāi)孔首先應(yīng)避開(kāi)靠近四條豎棱的位置，其次要避開(kāi)紙箱大面靠近頂部和底部的位置。相關(guān)研究表明，開(kāi)孔位置設(shè)置在瓦楞紙箱寬度的中心線，對(duì)紙箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度損失最小，越偏離中心線，強(qiáng)度損失越大。因此在紙箱寬度中心線上開(kāi)孔是最合適的。同時(shí)，開(kāi)孔孔徑不能過(guò)大，以滿足使用要求為宜；孔形應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成圓形或弧形，相對(duì)于方孔，此種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度更高。

（3）紙箱尺寸設(shè)計(jì)。紙箱尺寸的大小與內(nèi)部產(chǎn)品整體承受堆碼載荷的能力存在直接關(guān)系。若紙箱尺寸與內(nèi)部產(chǎn)品包括緩沖襯墊之間的間隙越緊湊，則整體支撐效果越好；反之，紙箱與內(nèi)裝物長(zhǎng)寬高三個(gè)方向上的間隙越大，在堆碼過(guò)程中越先被壓潰失效。為防止紙箱尺寸過(guò)大，應(yīng)以內(nèi)部產(chǎn)品及緩沖件的整體尺寸向外增加余量的方式確定紙箱尺寸，同時(shí)預(yù)留裝配正負(fù)公差。這既保證了產(chǎn)品裝箱不被卡緊，不影響裝箱效率；又達(dá)到了紙箱和內(nèi)部緩沖共同承重的效果，使紙箱的整體抗壓能力得到增強(qiáng)。

2.2 制程管控

2.2.1 紙箱成型優(yōu)化

瓦楞紙箱預(yù)成型是由生產(chǎn)線工人操作完成。首先，開(kāi)展操作培訓(xùn)，提高工人操作水平，確保紙箱折合成型符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；對(duì)于搖蓋折合后反彈問(wèn)題，需要在制紙箱板片時(shí)對(duì)壓線深度進(jìn)行管控，在不破壞壓線結(jié)構(gòu)的情況下，盡量提高壓線深度，以防折合后搖蓋反彈。其次，適當(dāng)調(diào)整壓線寬度，如搖蓋原先的單壓線可更改為雙壓線，可起到降低搖蓋反彈的作用。其三，為避免折合成型時(shí)長(zhǎng)短搖蓋相互擠壓，可適當(dāng)對(duì)短搖蓋進(jìn)行切斜角處理；在長(zhǎng)短搖蓋之間開(kāi)U型槽，防止成型時(shí)棱角處開(kāi)裂。以上這些措施可減小紙箱成型時(shí)的破損概率，提高紙箱的抗壓強(qiáng)度。

2.2.2 碼垛方式優(yōu)化

碼垛方式對(duì)后面堆碼有著重大影響。產(chǎn)品在托盤(pán)上擺放不緊湊，放置不合理，不僅占用托盤(pán)空間，還使每層堆放的機(jī)子受力不均勻，引起紙箱變形。以掛壁式空調(diào)為例，由于產(chǎn)品重心不在中間，而在產(chǎn)品的一端，碼垛時(shí)產(chǎn)品應(yīng)交錯(cuò)擺放，使每層重心不重合。如果重心偏向一側(cè)，底層的機(jī)子承載過(guò)重，容易產(chǎn)生紙箱鼓包。此外，碼垛的托盤(pán)盡量選擇塑料托盤(pán)。究其原因，一是搬運(yùn)時(shí)塑料托盤(pán)的穩(wěn)定性比木托盤(pán)好；二是堆碼時(shí)木托盤(pán)可能因部分位置受力不均而發(fā)生枕木變形，對(duì)產(chǎn)品造成損傷；三是木托盤(pán)枕木之間的間距過(guò)大，紙箱堆放棱角對(duì)不齊枕木，關(guān)鍵受力部位處于懸空狀態(tài)（見(jiàn)圖8）。

圖8 木托盤(pán)堆碼示意圖

2.2.3 改進(jìn)搬運(yùn)方式

在叉車整托搬運(yùn)時(shí)，傾斜和顛簸都可能對(duì)底層貨物造成一定程度的損壞，將叉車換成夾抱機(jī)搬運(yùn)，不僅確保每層貨物側(cè)面受力均勻，搬運(yùn)平穩(wěn)，對(duì)產(chǎn)品影響較小，還有效降低搬運(yùn)引起的堆碼鼓包風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 堆碼優(yōu)化

堆碼擺放不整齊以及方式選擇不恰當(dāng)都會(huì)對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生影響。從瓦楞紙箱各部位的受力分布來(lái)看，箱角承壓能力最大，離箱角越遠(yuǎn)，承壓能力越低。齊平式堆碼時(shí)，箱角對(duì)齊，能最大程度地利用箱角的承壓能力，因而是紙箱達(dá)到最高抗壓強(qiáng)度的堆碼方式。相比于齊平式堆碼，交叉堆碼下紙箱的抗壓強(qiáng)度有所降低，但容易堆高且不易倒。為達(dá)到最優(yōu)的堆碼效果，可采用圖9所示的方法，即3層齊平式堆碼，最上面約三分之一層采用交叉堆碼。組合式的堆碼方式不僅有效提高底層紙箱的抗壓強(qiáng)度，而且降低堆放傾倒的發(fā)生概率。當(dāng)然，也可以增加輔助類的支撐。例如：在四周增加紙護(hù)角；在堆好的整托產(chǎn)品上加纏薄膜，以加固整個(gè)產(chǎn)品的堆放緊湊度，提升整體堆碼強(qiáng)度。

圖9 平齊與交錯(cuò)混合堆碼

3 結(jié) 論

綜上所述，導(dǎo)致瓦楞紙箱鼓包的原因有很多，主要是對(duì)瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的影響。從原材料、生產(chǎn)工藝到運(yùn)輸堆碼，每個(gè)環(huán)節(jié)都與紙箱的抗壓強(qiáng)度存在不同程度的關(guān)聯(lián)，為保持并提高紙箱的抗壓強(qiáng)度，應(yīng)當(dāng)對(duì)這些環(huán)節(jié)進(jìn)行分析研究。對(duì)于生產(chǎn)工藝、碼垛、堆碼方式等影響因素，可以采取技改措施，逐步降低其對(duì)紙箱抗壓強(qiáng)度的影響程度。對(duì)于溫度、濕度變化等不可控的影響因素，應(yīng)盡可能加以改善，使其干擾程度降到最低。

隨著科技的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，新技術(shù)和自動(dòng)化的不斷投入，包括生產(chǎn)、搬運(yùn)、儲(chǔ)存、銷售在內(nèi)的整個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品的保護(hù)將更加完善，對(duì)各環(huán)節(jié)的質(zhì)量管控更加全面、嚴(yán)格，而包裝對(duì)產(chǎn)品的防護(hù)也更加安全、可靠。