卷烟用瓦楞纸箱应用现状与质量标准探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：关键（1979），男，汉族，湖北襄阳人，助理工程师，关于卷烟用包装设备技术及产品生产工艺。-137-卷烟用瓦楞纸箱应用现状与质量标准探讨 关 键 刘 雪 姚金魁 乔 松 赵 坤 襄阳市鸿琰实业有限责任公司，湖北 襄阳 441000 摘要：摘要：为进一步提高卷烟瓦楞纸使用效率，降低资源浪费问题，详细分析瓦楞纸箱的应用现状，并依照现行质量标准总结卷烟用瓦楞纸箱的技术条件，对其质量展开研究。研究主要包括两方面，第一，针对瓦楞纸箱抗压强度的试验，利用有限元分析在不同湿度环境下卷烟用瓦楞纸是否能够循环利用，避免资源浪费；第二，基于“碳中和”“碳达峰”的战略背景，分析卷烟用瓦楞纸箱碳排放量，分析如何进一步优化废物处理技术。关键词：关键词：卷烟；瓦楞纸箱；质量标准 中图分类号：中图分类号：TS761.2 0 引言 瓦楞纸箱是应用最广的包装制品，是由一片或两片瓦楞纸板经过模切、压痕、粘合等操作，最终形成可用于卷烟包装运输的产品。随着科技的发展，瓦楞纸箱性能也在逐渐提高，成为运输包装主力军。在包装卷烟中，能够起到保护商品、方便运输的作用，还属于绿色环保产品。卷烟用瓦楞纸箱制造注重边压强度、耐破强度、戳穿强度要求，应明确现行质量标准，加强指标管控。1 卷烟用瓦楞纸箱应用现状 纵观当前卷烟用瓦楞纸箱的使用条件来看，由于市场规模的逐渐扩大，相关产业链进一步发展，对瓦楞纸箱的需求量有所增加。加之产品结构的不断优化，除了常规性的矩形纸箱和正方形纸箱外，还出现很多新包装形式，包装质量也有所提高，更好的满足消费者需求。此外，在“碳中和”“碳达峰”战略背景下，消费者产品质量意识和安全意识均有所提高，对卷烟用瓦楞纸产品质量安全也提出更高的要求，针对纸箱制造、加工及可循环利用进行全面检查。本次针对卷烟用瓦楞纸箱的应用现状研究，重点阐述烟草企业对瓦楞纸箱的管理及质量检测。在卷烟用瓦楞纸箱管理方面，主要根据用途和规格进行分类，包括：卷烟产品价格、瓦楞纸板层数、尺寸规格、运输距离等。对于质量检测方面，企业会选择自行抽检或自行抽检与供方检测报告结合的形式，由于相关检测设备应用问题，大部分会选择后者。2 现行质量标准 对于卷烟用瓦楞纸箱应用现状的研究，我国相关政策提出明确要求，包括：进口可用作原料的固体废 物 环 境 保 护 控 制 标 准 废 纸 或 纸 板（GB16487.4-2017）中规定进口废纸夹杂物含量控制在 0.5%以内；关于进一步加强塑料污染治理的意见中规定限制、禁止使用的部分塑料制品的具体内容和时间节点；关于全面禁止进口固体服务有关事项的公告中规定禁止以任何形式进口固体废物，禁止境外固体服务进境内倾倒、堆放、处置。基于此，我国卷烟用瓦楞纸箱的应用才能健康有序发展。目前比较常见的卷烟用瓦楞纸箱类型包括以下几种：第一，A 型楞，其特点为：单位长度内楞数少、瓦楞最高的纸箱，楞高 4.55mm，适合较强产品的包装，缓冲性较强。第二，B 型楞，其特点为：排列密度大、承压强，适合较硬产品，楞高 2.53mm，板面平整。第三，C 型楞，其特点为：仅次于 A 型，但抗冲击性较 A 型好，厚度小，运输成本低，楞高 3.54mm。第四，E 型楞，其特点为：薄且坚硬，能够折叠，缓冲性强，可用于复杂印刷，楞高 1.12mm。对于瓦楞纸箱质量标准内容，本文依据为运输包装用瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱（GB/T6543-2008）和瓦楞纸板（GB/T6544-2008）中的内容，主要包括以下几点：（1）边压强度。对于边压强度质量标准，计算公式为：边压强度=表面原纸综合环压强度=综合瓦楞纸环压强度*收缩率，一般实测值会大于理论值。边压强度是反映瓦楞纸箱质量是否符合要求的关键指标之一，中国科技期刊数据库 工业 A-138-实测值越大，保护卷烟能力越强。（2）抗压强度。对于抗压强度质量标准，计算公式为：抗压强度=边压强度（N/cm）*凯利卡特常数 F（其中 F 值取决于纸箱的周边长），抗压强度结果与纸箱的长、宽、高比例有关，高度越高、抗压越小，底面积越大，抗压越大1。抗压强度检测能够判断瓦楞纸箱的最大承受压力，在进行质量检测时需要依照 包装运输包装件基本试验第四部分：抗压、堆码中的内容进行强度检测。针对纸箱所需抗压强度，计算公式为：所需抗压强度=纸箱毛重*（堆码层数-1）*安全系数 K，k 一般取值为 2-5。抗压测试主要应用压力试验机，对目标检测物匀速施加压力，整个流程为：预加负荷阶段横压线被压下阶段侧壁受压阶段完全被破坏阶段。（3）耐破强度。对于耐破强度质量标准，计算公式为：纸板破裂强度=面纸破裂强度+中格纸破裂强度+底纸破裂强度，由于制造过程的强度损失，实际测试破裂强度会比计算值小 1kg/cm2左右。（4）粘合强度。在瓦楞纸板制作过程中，需要将纸板面、芯纸、楞峰等进行粘合，并保证不存在分层、分离情况。瓦楞纸板粘合强度在一定程度上影响着纸箱的抗压强度、边压强度、耐破强度。（5）含水率情况。瓦楞纸板含水率是判定瓦楞纸板质量是否合规的关键指标之一，由于纸板的制作由纤维原纸为基础，对环境的敏感度较高，在运输过程中会受到湿度影响，导致其强度下降，丧失包装保护产品的功能，甚至会影响产品质量。若瓦楞纸板经过湿度影响后含水率升高，又处于高温干燥环境中，则会出现干脆情况，导致结构断裂。针对瓦楞纸板含水率的测试，可采用烘箱法、烤箱法进行计算。其流程均为选取合适大小的纸板样精准称重，再放入烘箱或烤箱内，其中烘箱温度控制为 105，烤箱温度控制为150，再对样品进行称重。（6）外观情况。卷烟用瓦楞纸箱外观指标主要依照卷烟用瓦楞纸箱YC/T224-2018 中的规定，对原有指标进行优化，针对外观指标方面，取消了套印偏差、箱钉以及裱合等内容，并修改了尺寸偏差、箱合拢、摇盖耐折等指标，将色差和印刷指标整合为箱体外观指标。对于外观方面，整合“色差无明显差异”等定性要求。纸箱支撑成型后保证方正度，以便于上机运行，要求相邻面呈直角、综合尺寸在 1000mm 以上的，要保证顶面或底面对角线差在 6mm 及以内，综合尺寸控制在 1000mm 及以内，要保证顶面或底面两对角线差控制在 4mm 及以内。外观尺寸要求中需结合行业样品情况可适当放宽允差。外观指标部分对压痕、裁切口以及瓦楞纸箱角等指标的要求相对严格，其中压痕指标包括单瓦楞压痕、双瓦楞压痕，单瓦楞压痕线宽度控制在 12mm 及以下，双瓦楞压痕线宽度控制在17mm 及以下，且保证压痕折线居中，瓦楞纸箱不存在多余压痕线2。对于裁切口部分，保证切口不存在明显毛刺，切断口表面裂损宽度控制在 6mm 及以下。对于瓦楞纸箱箱角部分保证箱角孔隙控制在 5mm 及以下，避免包角情况。对于摇盖耐折指标项，要求摇盖内折90再开合 180，保证外表面无裂痕，且内表面裂痕总长控制在 70mm 及以内。3 质量研究 3.1 有限元分析 卷烟用瓦楞纸箱的质量会受到含水率的影响，加之运输过程中所产生的振动冲击，会对其力学性能产生不良影响。针对此问题，本次研究基于瓦楞纸箱质量标准进行有限元分析，以某卷烟厂的五层瓦楞纸箱为实验对象，尺寸455mm255mm555mm，厚度为5mm，其楞型为BE型。借鉴以往学者对纸箱含水率检测结果，做好称量工作和三点弯曲度测试并记录，计算密度和弹性模量。在不同含水率条件下的瓦楞纸箱密度、弹性模量也存在一定差异，详细结果如下：（1）相对湿度为 40%，此时的材料密度为：1086kg/m-3；弹性模量为：840.5MPa；泊松比为：0.3。（2）相对湿度为 50%，此时的材料密度为：1086kg/m-3；弹性模量为：831MPa；泊松比为：0.3。（3）相对湿度为 60%，此时的材料密度为：1086kg/m-3；弹性模量为：711.8MPa；泊松比为：0.3。（4）相对湿度为 70%，此时的材料密度为：1091kg/m-3；弹性模量为：535MPa；泊松比为：0.3。（5）相对湿度为 80%，此时的材料密度为：1074kg/m-3；弹性模量为：409MPa；泊松比为：0.3。（6）相对湿度为 90%，此时的材料密度为：1097kg/m-3；弹性模量为：302MPa；泊松比为：0.3。研究对瓦楞纸箱模型进行导入，并模拟瓦楞纸箱在物流运输过程中垂直方向被摩擦接触的环境，以及运输中的随机振动，依据包装、运输包装件基本试中国科技期刊数据库 工业 A-139-验中的内容控制振动条件。3.2 瓦楞纸箱抗压试验 对瓦楞纸箱抗压强度的试验，做好含水率处理后进行振动试验，利用电动振动台选择频率，最大推力设计为 10000N，抗压试验应用纸箱抗压强度机3。试验温度设计为 23，放置时间 24h。在试验过程中为了不破坏瓦楞纸箱结构，研究选择了接触式测量办法，利用水分仪进行含水率检测，振动试验中利用木条固定瓦楞纸箱。试验结果显示，在振动过程中，瓦楞纸箱的外观变化并不明显，且含水率在振动前后数值一致。完成振动试验后开始进行抗压强度试验，试验结果显示，经过湿度处理后的纸箱在抗压试验汇总出现立面顶部和底部折损情况。利用有限元仿真计算不同相对湿度下瓦楞纸箱抗压强度变化，在 40%、50%、60%、70%、80%、90%相对湿度条件下，抗压强度分比为：4195N、4181N、3925N、3254N、3011N、2558N、2101N；位移变化分别为 25.71mm、25.88mm、26.11mm、27.93mm、31.69mm、33.5m。当试验时间为 0.25h，40%、50%、60%、70%、80%、90%相对湿度条件下，抗压强度分比为：4384N、4319N、3981N、3156N、2679N、1883N；位移变化分别为 25.8mm、25.91mm、26.23mm、27.94mm、32.81mm、33.74mm。当试验时间为 0.5h 时，在 40%、50%、60%、70%、80%、90%相对湿度条件下，抗压强度分比为：4463N、4415N、3718N、2958N、2584N、1689N；位移变化分别为 26.03mm、26.21mm、26.85mm、31.53mm、32.78mm、34.31mm。本次研究除第一次按照 0.25 间隔记录外，其余每次均按照0.5h的频率进行抗压强度和位移距离的记录，综合来看，当相对湿度在 60%以上时，抗压嵌固端下降明显，90%含水率时最低4。60%以下含水率中瓦楞纸箱纤维相对干燥，振动过程中让纤维之间更加紧密，因此总体上来看，空箱抗压强度呈现为先上升后下降情况，湿度越大，瓦楞纸箱损伤越大。同时，还可以根据瓦楞纸箱的含水率和卷烟用瓦楞纸箱的实际运输距离来计算其抗压强度，以便于工厂判断瓦楞纸箱是否能够满足条件实现运输与回收。在试验中设置运输距离、含水量这两个变量，得到以下试验值误差：（1）运输距离为 250km 时，含水率 8%，抗压强度4552N，计算值 4714.8N，误差为 3.45%。（2）运输距离为 300km 时，含水率 9%，抗压强度4151N，计算值 4327.6N，误差为 4.08%。（3）运输距离为 400km 时，含水率 10%，抗压强度 3725N，计算值 3916.5N，误差为 4.89%。（4）运输距离为 700km 时，含水量 11%，抗压强度 3154N，计算值 3365.8N，误差为 6.29%。综合来看，最大误差为 6.29%，依照卷烟用瓦楞纸箱中瓦楞纸箱力学性能标准和抗压强度标准中抗压强度要求在 2000N 以上，考虑误差后，可回收瓦楞纸箱抗压强度计算值则要保证在 2200N 以上。3.3 碳排放计算 卷烟用瓦楞纸箱质量标准的控制还应从其碳排放量的角度展开研究，本次针对卷烟用瓦楞纸箱碳排放量的计算，主要从生产、废弃处置这两个角度展开分析。3.3.1 卷烟用瓦楞纸箱生产碳排放量 研究以某卷烟用瓦楞纸箱生产厂为研究对象，其中制造过程中应用的助留剂、辅料施胶剂、硼砂、水性油墨、石脑油等材料数据来源于Ecoinvent数据库，根据调查显示5.为迎合“碳中和”“碳达峰”战略，目前部分瓦楞纸箱制造选择免胶型，能够降低环境破坏，但本次研究为计算生产碳排放量，选择普通型的有胶瓦楞纸箱，1 功能单位纸箱需消耗 11kg 聚丙烯胶带，生产碳排放计算公式如下：FiiiCQCC 其中 C 表示碳结果数值；Ci表示第 i 种辅料全球变暖潜能值参数；Qi表示第 i 种辅料消耗量；CFi表示第 i 种物质全球变暖潜能值的影响特征化因子。3.3.2 卷烟用瓦楞纸箱废弃处置碳排放量 针对废弃卷烟用瓦楞纸箱的处理，需要重新运回造纸厂进行分拣，最终用于废纸制浆生产和焚烧发电循环利用。本次对于废旧纸箱的焚烧的研究定位为完全燃烧，需思考焚烧碳排放以及胶条的焚烧。试验材料仍旧为普通瓦楞纸箱，其碳排放量公式如下：222COOFFCFCFCOCOCD42/44EW电胶胶胶免胶普通）（BACC 其中 W胶表示焚烧量数据值；BFCF表示化石碳比例；EOF表示氧化因子数值；D 表示发电量数值。3.3.3 结果 研究结果显示，针对 1 功能单位免胶型瓦楞纸箱碳排最小为 1305.43kgCO2eq，相较于普通型瓦楞纸箱，中国科技期刊数据库 工业 A-140-碳排放量少 76.95kgCO2eq，将其回收能够降低 1.5%的碳排放，因此在选择瓦楞纸箱时应尽可能选择免胶型产品。4 结束语 综合来看，本次研究针对卷烟用瓦楞纸箱的应用现状和质量标准展开深入分析，包括边压强度、抗压强度、耐破强度、粘合强度、含水率情况以及外观情况，并利用有限元仿真，重点研究不同含水率条件下瓦楞纸箱的抗压情况，以及免胶瓦楞纸箱碳排放和普通瓦楞纸箱碳排放情况对比。汇总结果显示，卷烟用瓦楞纸箱含水率的高低对纸箱抗压强度带来严重影响，在 40%、50%、60%、70%、80%、90%相对湿度条件下，空箱抗压强度呈现为先上升后下降情况，湿度越大，瓦楞纸箱损伤越大。试验材料抗压性能试验又模拟了振动运输条件的影响，结果显示能通过运输距离和含水率估算瓦楞纸箱抗压强度。而后又对瓦楞纸箱生产和处置过程碳排放情况开展试验，结果显示，免胶型瓦楞材料的碳排放量低于普通瓦楞纸箱碳排放量。参考文献 1张英,吉玉岱.卷烟用纸中助燃剂含量测定结果的不确定度评定J.中华纸业,2023,44(16):34-36.2王雨萌,郝笛,唐勇.瓦楞纸箱不同楞级的抗压强度分析J.纸和造纸,2023,42(04):16-21.3 刘 伟,王 洪 江,张 东 杰,等.搬 运 手 孔 对 瓦 楞 纸 箱 抗 压 强 度 的 影 响 J.黑 龙 江 八 一 农 垦 大 学 学报,2023,35(03):61-66.4何静宇,宋伟民,陈洋,等.基于多因素辅材参数的短支卷烟烟气有害成分预测模型 J.烟草科技,2023,56(06):69-77.5 贾 伟 萍,褚 玮,刘 文 婷,等.基 于 YOLO v3 的 卷 烟 用 瓦 楞 纸 箱 表 面 缺 陷 检 测 方 法 J.中 国 造纸,2023,42(06):126-133.