解析瓦楞纸箱运输包装件压力试验标准

运输包装件是指进入货物流通的产品经过包装形成的总体。在物流过程中，大部分运输包装件都会受到压缩，只有小部分运输包装件因自身性质不允许堆码，或因高度较高不能堆码才不会受到压缩。为了清楚地表达运输包装件的抗压性能，运输包装箱的外表面一般都会印有堆码重量极限、堆码层数极限或禁止堆码的标识（如图1所示）。 
　　运输包装件压力试验的种类 
　　运输包装件压力试验主要分为堆码试验和压力试验两种，如果考虑到多种危害因素的综合作用，还应包括高温堆码试验、堆码振动试验等。堆码试验和压力试验均采用模拟包装、运输包装件受到压缩的方法。 
　　1.堆码试验 
　　由于堆码试验不易精确测量试验样品的变形量，试验精度较低，可比性较差，因此只能作为一般包装件（容器）耐压能力的定性分析。然而，换个角度来看，正因为堆码试验的方法比较简单，不需要其他特殊设备与测量仪器就可对包装的耐压能力作出一个客观的结论，因此其作为一种较为经济的运输包装件试验方法而被广泛采用。需要注意的是，堆码试验需要借助一定的保护装置或设施，以避免试验样品倒塌后伤及周围人员或物品。 
　　堆码试验是通过在包装件上均匀施加一个固定载荷，并保持一定时间来实现。其有两种实现方式：一是用相同的包装件按照在运输或储存过程中的实际堆码层数进行一定时间的试验；二是用砝码或其他载荷代替包装件进行一定时间的试验。 
　　2.压力试验 
　　压力试验可以快速评定运输包装件在受压时的耐压强度及包装对内装物的保护作用。使用压力试验机检验包装件（容器）的耐压性能，方法简便，花费时间短，但需要注意的是，这样测试出来的包装件（容器）抗压性能并不是其在整个流通期间所能承受的最大压力，这是因为试验过程中并未考虑到存放时间等因素的影响。 
　　使用压力试验机进行压力试验有两种方式：一是在包装件上均匀施加逐渐由小到大的力，达到预定的压力值或达到预定的变形量时，记录压力值或变形量；二是在包装件上均匀施加恒定的力，在预定的时间内记录变形量。  
　　图1 运输包装件的堆码标识 
　　不同标准对运输包装件压力试验的要求 
　　1.GB/T 4857.3-1992《包装 运输包装件 静载荷堆码试验》和GB/T 4857.4-2008《包装 运输包装件基本试验 第4部分：采用压力试验机进行的抗压和堆码试验方法》 
　　(1)GB/T 4857.3-1992标准 
　　GB/T 4857.3-1992标准中规定了以下3种试验方法。 
　　表1 GB/T 4857.18-1992标准中对堆码时间和堆码高度的规定 
　　表2 GB/T 4857.4-2008标准中对初始载荷的规定  
　　方法1：包装件组。包装件组中的每个包装件都应与试验中的试验样品完全相同。包装件的数目以其总质量达到合适的载荷量而定。 
　　方法2：自由加载平板。加载平板应能连同适当的载荷一起（平板与载荷也可为一个整体）在试验样品上进行自由调整，以达到平衡。加载平板置于包装件试验样品顶部的中心时，其尺寸至少应较包装件的顶面各边大出100mm。此外，该平板应足够坚硬，以保证能完全承受载荷而不变形。 
　　方法3：导向加载平板。采用导向措施使加载平板的下表面能连同适当的载荷一起始终保持水平状态，所采用的导向措施不应造成摩擦而影响试验结果。加载平板置于试验样品顶部的中心时，其尺寸至少应较包装件的顶面各边大出100mm。同样，该平板也应足够坚硬，以保证能完全承受载荷而不变形。 
　　在使用方法2或方法3时，在不造成冲击的情况下，应将作为载荷的重物放在加载平板上，并使其均匀地与加载平板相接触，以保证载荷重心恰好处于包装件顶部中心的上方。重物与加载平板的总质量与预定值的误差应在±2%之内。载荷重心与加载平板的距离不得超过试验样品高度的50%。 
　　(2)GB/T 4857.4-2008标准 
　　GB/T 4857.4-2008标准中规定的压力试验是将试验样品置于压力试验机两个平行压板之间，然后均匀施加压力，记录载荷和压板位移，直到试验样品发生破裂，或者载荷、压板位移达到预定值为止。压力试验机压板的移动速度为10±3mm/min。按照上压板的形式，压力试验机的压板可分为固定压板和浮动压板两种，如果需要对试验样品的对角和对棱的耐压能力进行测定，须采用上下压板均不能自由倾斜的压力试验机。 
　　在GB/T 4857.3-1992和GB/T 4857.4-2008标准中并没有规定如何计算运输包装件压力试验的载荷值，通常采用下式进行计算： 
　　F=9.8×K×W×n (公式1) 
　　其中，F为抗压力标准值，单位为N；K为强度保险系数，范围为 1.5～10.0，推荐值为2.0；W为内装物质量，单位为kg；n为堆码层数。 
　　强度保险系数K根据运输包装件的储存期和储存条件来决定：储存期小于30天，K=1.60；储存期为30～100天，K=1.65；储存期大于100天，K=2.00。 
　　堆码层数n可按下式计算： 
　　n=INT[H/h-1] (公式2) 
　　其中，H为堆码高度，单位为mm；h为试验样品外高，单位为mm。 
　　对于堆码时间和堆码高度的定量数据，在GB/T 4857.18-1992《包装运输包装件 编制性能试验大纲的定量数据》中有规定，相关数据见表1。 
　　如需测量变形量，则需选择一个初始载荷作为记录变形量的基准点，初始载荷既可根据实际情况来定，也可根据GB/T 4857.4-2008标准的相关规定（如表2所示）来定。 
　　2.ASTM D 642-2000《运输包装容器、组件和单元载荷抗压能力标准测试方法》和ASTM D 4169-2009《运输包装容器和系统性能检测标准规程》 
　　(1)ASTM D 642-2000标准 
　　ASTM D 642-2000标准中规定的试验方法与GB/T 4857.4-2008标准中规定的试验方法基本相同，只是压力试验机压板的接近速度和初始载荷不相同。ASTM D 642-2000标准规定，压板的接近速度为12.7±2.5mm/min，初始载荷见表3。 
　　(2)ASTM D 4169-2009标准 
　　ASTM D 4169-2009标准中规定了储存堆码和运载堆码两种情况，不同的情况需要选择不同的保险系数F，并详细规定了保险系数F的取值 （如表4所示）。 
　　相同包装件在储存堆码和运载堆码时的负载压力值可按下式计算： 
　　L=M×J×(H-h)/h×F (公式3) 
　　其中，L为计算压力值，单位为N；M为包装件的质量，单位为kg；J为9.8N/kg；H为储存堆码或运载堆码的最大高度，单位为m，当堆码高度未知时，以2.7m计；h为货运单元或单件容器的高度，单位为m；F为保险系数。 
　　不同包装件在小货车或小包装件快递环境中进行运载堆码时，包装件的负载压力值可按下式计算： 
　　L=Mf×J×(l×w×h)/K×(H-h)/h×F (公式4) 
　　其中，L为计算压力值，单位为N；Mf为运输载荷密度，单位为kg/m3，如未知，则以160kg/m3计；J为9.8N/kg；H为运输车辆最大堆码高度，单位为m，当H值未知时，以2.7m计，当采用LTL进行快递运输时，对于重量小于13.6kg、体积小于0.056m3或更小尺寸的包装件，H值则从2.7m减少到1.4m；h为货运单元或单件容器的高度，单位为m；l为货运单元或单件容器的长度，单位为m；w为货运单元或单件容器的宽度，单位为m；K为1m3/m3；F为保险系数。 
　　实际上，在Fedex快递公司的运输包装件检验标准中，对于运输包装件压力试验载荷值的计算就是采用公式4，只是运输载荷密度Mf取值为192kg/m3。 
　　3.ISTA标准 
　　ISTA（国际安全运输协会）主要帮助企业降低包装费用，增加产品的市场竞争力，同时鼓励减少包装材料的使用量，以降低自然资源的浪费。ISTA设计了自己的标准，其试验程序共分为7个系列，其中涉及到压力试验的主要有3种静载荷堆码试验和采用压力试验机进行的试验。 
　　ISTA标准中的静载荷堆码试验与GB/T 4857.3-1992标准中的试验方法相同，压力载荷值的计算公式与公式1相同，不同之处在于：①ISTA2系列中规定强度保险系数K为3～6，推荐值为5，堆码高度为2.3m或5.0m，试验时间为1h；②ISTA3系列中规定强度保险系数K为1.5或3.0，以运输包装件的高度是否超过1.4m为依据。 
　　采用压力试验机进行的压力试验要求达到压力值并保持3s后释放压力，采用的方法是ASTM D 642-2000标准中的方法，但压力载荷值的计算公式是在公式1的基础上乘以弥补因子1.4。 
　　国内外运输包装件压力试验标准中规定的方法基本相同，但堆码高度、强度保险系数以及货物载荷密度等参数存在一定的差异。实际上，如何更准确地确定强度保险系数和货物载荷密度是运输包装件压力试验未来的研究方向。 
　　表3 ASTM D 642-2000标准中对初始载荷的规定  
　　表4 ASTA D 4169-2009标准中对保险系数F的规定 
　　结语 
　　包装件在特定温湿度条件下堆码若干时间后，由于长时间局部蠕变导致瓦楞纸箱和缓冲材料发生变形，从而发生倒垛现象。然而，运输包装件压力试验并不能体现出包装件的堆垛稳定性。这是因为即使包装件能够承受规定载荷的压力试验，也无法确定其在实际堆垛过程中的稳定性，因此建议将压力试验和堆垛稳定性试验作为两个独立试验进行考核，而不是混为一个试验项目。