如何选择最合适的纸箱材料及技术指标？

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：瓦楞纸箱在加工前，需要合理、科学地确定其材质与各项物理指标，这是一项技术含量较高的工作，对大多数纸箱用户来说，都不具备这方面的专业知识，而一些中小型纸箱生产厂，也都只停留在“老经验”上，缺乏理论与数据的支持。图5-3-1纸箱内径尺寸为370mm×270mm×340mm确定材质与物理指标的步骤如下。

瓦楞纸箱在加工前，需要合理、科学地确定其材质与各项物理指标，这是一项技术含量较高的工作，对大多数纸箱用户来说，都不具备这方面的专业知识，而一些中小型纸箱生产厂，也都只停留在“老经验”上，缺乏理论与数据的支持。

目前，社会上习惯的传统做法包括以下内容。

（1）纸箱用户拿一只旧的或他厂的纸箱，要求纸箱厂“就按这只样箱的材料做”。

（2）纸箱用户列出若干不同材质，要求纸箱厂分别打样，然后进行堆码、跌落等试验，看看哪一款最适合，属于“广种薄收”的办法。

笔者受理过某大客户的一款纸箱，对方竟开列了8种不同材质的配比，要求纸箱厂每种各打6个样箱，供客户评判选择。

（3）请有经验的“资深人士”目测估算，以确定纸箱用材的配方。

这些做法都带有很大的盲目性和局限性，有时配材标准过低，会造成纸箱在堆码或运输时发生事故，有时又会造成“质量过剩”，浪费了资源，同时也增加了用户的包装成本。

而一些发达国家的做法是值得推荐的，在美国ASTM纸箱标准中，详列了“按内装物重量”与“纸箱尺寸大小”两项主要应用指标，以此来确定纸箱的各项技术参数，并通过一系列的公式计算来选择用纸规格等，在欧盟与日本的纸箱标准中，也都有相似的内容。

我国经改版升级的纸箱、纸板标准GB/T 6543—2008（注：主要参照日本JIS Z1506标准）与GB/T 6544—2008，这两份国内标准也作了这方面的努力，力争与国际技术“接轨”，它为我们确定纸箱的材质与物理指标，提供了科学的可靠参数。

请特别关注GB/T 6543—2008《运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》中的“表1”（见表5-3-1）和GB/T 6544—2008《瓦楞纸板》中的”表1”（见表5-3-2）之内容。

对照这两份国家标准，我们举例来说明。

表5-3-1　GB/T 6543—2008所列瓦楞纸箱的种类

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表5-3-2　GB/T 6544—2008表1所列瓦楞纸板质量等级（部分）

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假设某纸箱内径尺寸为370mm×270mm×340mm（见图5-3-1），内装物重量11kg，用于出口，那么按照GB/T 6543—2008表1“a”的规定，可以先计算出其最大综合尺寸为980mm。

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图5-3-1　纸箱内径尺寸为370mm×270mm×340mm

确定材质与物理指标的步骤如下。

1.选择纸箱楞型

从表5-3-1中可以看到，像这类纸箱，既可采用单瓦楞，也可采用双瓦楞，在欧美国家会倾向使用单瓦楞，而中国习惯以双瓦楞为主打产品。

很显然，美国的瓦楞纸箱用材更省，所耗资源更少，成本更低，占用空间更小，纸箱成型后外观更漂亮，因此，大力开发重载荷单瓦楞纸箱，是我们今后努力的一个方向。

这里，权且也选用单瓦“C”楞（注：欧美国家很少采用A或BA楞，主要品种为C或BC楞）。

2.选择纸箱种类

表5-3-1规定了纸箱的两种类别，即“1类”与“2类”，它在此表格“b”与“c”的注释中作了说明：

“1类”纸箱主要用于储运流通环境比较恶劣的情况；

“2类”纸箱主要用于流通环境较好的情况。

划分的依据主要是根据运输、仓储的环境状态，但这些往往不是纸箱厂或用户能提前知晓掌握的，所以在实际操作中，人们常会以内装物的性质来区别，如将医药、电子、化妆品等附加值较高的产品，以及出口包装、危险品纸箱等，归为“1类”箱，这次我们也选择“1类”（注：美国标准只有1类，没有2类）。

3.选择纸箱代号

由表5-3-1可知，当该箱内装物的质量11kg时，应属BS-1.3，但该箱的最大综合尺寸却只有980mm，则属BS-1.2，显然它们不属于同一档次，按照表5-3-1“注”规定：当两者“不在同一档次时，应以其较大者为准”，因此该纸箱的标准代号应该确定为“BS-1.3”，它对应的纸板代号则为“S-1.3”。

需要说明的是，有少部分客户因仓储环境比较恶劣，或者常遭遇野蛮装卸等负面原因，所以按常规标准确定的纸箱等级，往往不能满足实际的强度需求，这时可整体提升一档指标来解决，个别危险品纸箱还有提高两档的特例。

4.确定纸箱物理指标

有了纸板代号“S-1.3”，就可以轻易查到，该纸箱所属的用材定量与物理指标了，在表5-3-2中，“S-1.3”提供的数据资料共有4项：

①瓦楞纸箱最小综合定量≥ 360g/m2

（注：单瓦楞的“最小综合定量”是指面纸加里纸，而双瓦楞除面、里纸外还需加中间的夹芯纸的定量）。

②耐破强度≥ 1000kPa

③边压强度≥ 4.5kN/m

④再按照GB/T 6543—2008“附录D”的计算公式，马上可以得知另一项重要物理技术数值，即该瓦楞纸箱的“抗压强度”值P1（N）：

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式中，G为纸箱毛重（kg），H一般规定为3m（注：出口用纸箱有时也会按照“标准集装箱”的内净高度2.35m计），h为纸箱外径高度0.34m，K为强度安全系数，“K”是公式（5-1）中唯一的不确定值，它与纸箱的储存期长短（受压蠕变）、流通环境的温湿度、堆码方式、装卸条件、纸箱印刷、纸箱开孔等因素关系密切，尽管比较复杂，但仍有一定的规律和经验参数可循，此处不作展开，本例设K=2.2，那么

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有了上述①②③④项基础数据，我们即可通过相关公式，来推导或验证纸箱的用材与技术指标。

美国马基公式：

式中，P2为纸箱的抗压强度，N；ECT为纸箱的边压强度，N/m；T为纸板厚度，m；Z为纸箱内径周长，in/m。

公式（5-1）与公式（5-2）的主要区别在于：

公式（5-1）的P1值，是该纸箱在实际安全使用时，必须具备的最低“抗压强度”值。

而公式（5-2）的P2值，是在已知纸箱大小、楞型、用材配方等要素后，经计算得出的理论“抗压强度”值，它与公式（5-1）正好互补验证。

公式（5-2）中所指的“ECT”值，一般正规纸箱厂都会将本厂各类常用纸板的ECT数据，事先测试好并汇总列表，供设计时参考。由于各厂所进原纸的制造厂商、等级、定量、原料配比等各不相同，有些还会选用一些非标纸种，所以每个纸箱厂所用原纸的物理指标值差异很大。

当然也可以用一个简易公式，通过计算来求得瓦楞纸板ECT的近似数值［见公式（5-3）与公式（5-4）］。

边压强度的计算公式：

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公式（5-3）和公式（5-4）中的RCT为原纸的“横向环压强度”（N·m），这是评价原纸优劣的一项重要指标，因此各正规造纸厂在送货时，都会附“产品合格鉴定书”，其上面均会注明此值。有些纸箱厂，在原纸入库时，也会对“横向环压强度”作检测、验收、记录、备案。而各瓦楞的楞率，各厂因瓦楞辊的磨损程度不同而会略有差异，但标准的理论值应该都是一致的，即A=1.53，B=1.36 C=1.46 E=1.25。

看上述实例，假设选择一款市场上常用的单瓦楞纸板，规格为200g/m2+120g/m2+200g/m2，原纸等级皆为优等品。这款纸板的最小综合定量应是200g/m2+200g/m2=400g/m2，已大于上述“4.①”规定的360g/m2了。造纸厂送货时提供的合格证书，该200g/m2箱纸板的RCT≥ 1800N/m，耐破强度≥600kPa，同时提供的120g/m2瓦楞纸的环压强度RCT≥1200N/m。那么该纸板的边压强度值（ECT）按照公式（5-3）可知：ECT=1800N/m+1800N/m+1200N/m×1.46=5352N/m，显然它也超过GB/T 6544—2008规定的“4.③”中起码的4500N/m额定值了。再将纸板厚度T=3.8mm（C瓦楞标准厚度为3.5～4mm）与纸箱周长代入公式（5-2）得：P2 =5.87×5352N/m×｛0.0038m×2（0.37m+0.27m）｝½ = 2191N，它同样优于按GB/T 6543—2008规定计算的最低抗压强度P1=1990N（见前述4.④）。

瓦楞纸板的耐破强度主要与面纸、里纸关系密切（双瓦楞还含夹芯纸），而波形瓦楞纸对耐破强度影响很小，在生产实际中为计算方便，一般忽略不计，取近似值为0，所以当知晓了各张箱纸板的耐破强度值后，只要将它们简单相加，就可得出该纸板的耐破强度值了，它们应该是

600kPa + 600kPa = 1200kPa

显然，它满足GB/T 6544—2008规定的最低1000kPa的要求（见4.②），因此该纸板所有的数据指标，全部符合BS-1.3的规定，结论是可靠适用的。

有经验的设计员或配材员都清楚，由于加工中常常会有些事先不可预测的因素，某些强度指标会遭受损失，加上制造与检测时的误差，所以在配材时，一定要将计算出的理论值高于国家标准规定值的10%以上，才比较安全靠谱（详见GB/T 6543—2008中的5.1.1）。

选材确定后，下一步还应该打实样，并测试样箱的各项物理指标，看看它是否符合国家标准所规定的上述4项主要参数，并验证打样前所作的各项理论计算值与实测值之间的误差，经过较长时间的数据积累，就可以获得大量宝贵的第一手经验数值，在日后的设计中，就可以得心应手，效率也可提高好多倍。

还有一点经常困扰供需双方的是，一旦对纸箱的质量产生异议，在测试或复验技术指标参数时，是否要先进行预处理？GB/T 6544—2008“附录B 5.2”中提到，检测试样应按照GB/T 10739—2002《纸、纸板和纸浆试样处理与试验的标准大气条件》中的规定，在温度（23±1）℃、相对湿度50%±2%的环境里，一般须保持24h后再测试，当然这需要在专业设备上进行，而且费用不菲。可是，用户强调：他们的纸箱并不是在恒温恒湿条件下使用的。一款基础条件完全相同的纸箱，处在南方梅雨高湿季节和北方冬季寒冷干燥季节，前者的抗压强度还不足后者的50%。有些经过常规计算完全达标的纸箱，在冬季或春、秋季使用确无问题，但在梅雨季却常会发生码垛垮塌事件，换言之，经恒温恒湿检验合格的纸箱，在夏季常温下使用，却往往是不成功的。很多用户从实际安全使用角度出发，要求无论在何种气候环境下，纸箱检测都应在常温下进行，此要求并不过分，它对纸箱的生产厂，则提出了更高的要求，供方应充分了解用户的使用环境，比如在特殊时间段，应对纸箱表面进行防潮涂布或用薄膜阻隔潮气，也可采取抗水性黏结或提升配材标准等措施。

由于国内纸箱产能供大于求，“僧多粥少”的局面非常严重，因此一些纸箱厂在招投标时，往往打“低价牌”恶性竞争，有的甚至低于成本价抢单，成交后再逐步偷工减料。有的弄虚作假，送样检测的几个纸箱与批量供货的纸箱根本不是一回事；有的采用降低纸张的定量（厚度）；有的降低纸张的质量等级；更有甚者，违规使用“有害物质超标、对环境污染严重”的“泡花碱”（俗称水玻璃）作黏合剂（价格低廉、纸板硬挺），而不用国家标准规定的环保型淀粉黏合剂（见GB/T 6544—2008中的5.1.2）。最终造成用户在堆码或运输时，发生纸箱表面泛黄、鼓肚、破损、塌陷、倒伏、RoHS不达标等包装事故，出口用的纸箱还影响到国家的声誉。

为了应对纸箱厂的不诚信、不作为，不少终端用户无奈在纸箱进库时用“称重量”来验收，看起来简单直观，但“买的不如卖的精”，笔者曾解剖化验过某用户的一款“问题”纸箱，其中间的夹芯纸竟用450g/m2的劣质廉价纱管纸充数顶重量，而且纸张的含水率非常高。

有很多纸箱用户则在合同中规定了面纸、芯纸、里纸，以及各层瓦楞纸的详细定量与等级，但实际上，将从纸箱上剥离下来的每张纸，进行精确检测是件非常专业且十分困难的事（特别是纸张等级的鉴定），所以此办法要么纠纷不断，要么形同虚设。

有的用户在规定纸张定量与等级时，本身就很外行，并未采用GB/T 13024— 2003《箱纸板》和GB/T 13023—2008《瓦楞芯（原）纸》所规定的标准定量与等级，为此，供应商必须额外采购特规原纸，这对一些中小订单来讲是难以想象的。

由于各个纸箱厂所用“瓦楞纸板流水线”的性能优劣差别巨大，即使用同样定量与等级的原纸，在不同等级的流水线上进行加工，所得到瓦楞纸板质量与技术指标的差异也会很大。

纵观国内外的纸箱标准，没有一份会作上述规定，而全部采用按“物理技术指标”来验收与评判纸箱的优劣。换言之，如何配纸是供应商应该做好的专业工作，而纸箱用户只要最终把住“边压”与“耐破”两道关口即可，即使有些需要重载荷堆码的客户，也仅仅再增加一项“抗压强度”值的测定就足矣（见前述4.④）。

为此，笔者建议如下。

（1）纸箱用量较大的客户，应购买“边压”与“耐破”测试仪，这两台设备价格不贵，体积很小（台式），操作简便，只要对采购的纸箱按国家标准进行测试鉴定，就能确保纸箱的质量与使用安全，也不用担心供应商偷工减料了。

而一些纸箱用量较小的客户，则可通过第三方检测机构，定期对这两项或三项指标进行验证。

（2）对纸箱厂而言，降低包材成本的方法有很多，但绝对不是偷工减料，而只能是通过加强自身管理，减少加工损耗，避免人员浪费，以及靠技术创新、设备更新等途径。

如何选择最合适的纸箱材料及技术指标？

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