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1、综!述瓦楞纸板包装材料的性能及其发展前景高 德，刘 壮，董 静，常 江（哈尔滨商业大学，!哈尔滨!#$%&）摘 要!随着绿色包装理念的渗入，瓦楞纸板以其可降解和可再生的特性而倍受青睐。文中从原材料、楞型结构、缓冲特性、印刷适性等方面全面地分析了瓦楞纸板作为包装材料的性能，阐述了目前瓦楞纸板研发的状态及瓦楞纸板的发展前景。关键词：瓦楞纸板；包装材料；缓冲性能中图分类号：()&)*!文献标识码：+!文章编号：$,-#.-（%$#）$,$,$)收稿日期：%$)!%!%#基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（+$-$%）作者简介：高德（/.-,），男，哈尔滨人，哈尔滨商业大学教授，主要研究方向为包装动力
2、学。!#$%&#%()*+,$%&-#.(&/(#0&%12*(#,$*#%3&*%,!#$%，&()*+,-.，$#/!01-.，23/!01,-.（012345 65478294:;A451）45-(%*.(：+9:A8 58B:=C2885 B1D1C8 E878FB8E，:A8 22GC1:8E B1B82 312E 49 BBGF12 H4:A 4:9IG1F4:;=E8C21E1:45 15E 28C85821:45J A8 B2B82:489=:A8 22GC1:8E B1B82 312E 19 1 D45E=B1D1C45C?1:8241F9，:A8 21H?1:8241F A
3、121:82，:A8 22GC1:8E:8K:G28，:A8 G9A45 B2B82:;，15E:A8 B245:134F4:;H828151F;L8EJ A8 MNO=:A8 22GC1:8E B1B82 312E 15E:A8 B222GC1:8E B1B82 3G9A45 B2B82:;!瓦楞纸板因无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点，在包装中得到广泛应用。对于瓦楞纸板的研究，&Q 年美国人+F382:R589（阿尔伯特琼斯）发明单面瓦楞纸板，用于包装玻璃灯罩和类似的易碎物品，获得美国第一个专利权；到/世纪末，美国开始研究用瓦楞纸板制作包装运输箱以及日本于/%$年发明双瓦楞纸板，它的
4、用途在全世界范围内迅速扩大。到第二次世界大战时，瓦楞纸箱已代替木箱在运输包装中占到&$S。至今，瓦楞纸板已成为现代包装中使用最广泛的包装材料之一，瓦楞纸箱产值占包装工业制品总产值的-$S以上。我国瓦楞纸箱业起步较晚，/#)年才开始推广使用瓦楞纸箱，技术起点也低。改革开放以来，我国瓦楞纸箱业迅速发展。珠江三角洲、长江三角洲及沿海经济发达地区，瓦楞生产线已经拥有%$多条，市场上瓦楞纸板，几乎全部由生产线提供。上世纪 Q$T&$年代，是我国瓦楞纸箱的单机生产时期；/$年代初期到中期的瓦楞单面机生产时期，已经成为历史。经过上世纪前后七、八年的发展，开创了我国瓦楞纸箱生产线生产的新时期。/#年，中国瓦楞
5、纸板年产量仅为 Q)亿平方米，%$年中国瓦楞纸板产量超过-$亿平方米，%$%年增达)亿平方米，%$-年达#亿平方米，已经超过日本而成为继美国之后的世界第%大瓦楞纸板生产国%。与蓬勃发展的瓦楞纸板工业相比，包装的科研与学术领域也积极开展了对瓦楞纸板的生产工艺、结构、性能等问题的研究。!瓦楞纸板性能的研究J !瓦楞纸板原材料与性能的关系瓦楞纸箱的重要性能指标是抗压强度，其主要取决于纸板的边压强度，而边压强度又取决于组成纸板的各层原纸的环压强度。美国林产研究所的（D8FF4G:-凯利卡特）等人研究得出了瓦楞原纸的环压强度与纸箱的抗压强度公式：4 5 4676%89)%9-)0（）!式中：4 为所求瓦
6、楞纸箱的抗压强度；46为原纸的综合环压强度；76%为瓦楞常数；)为纸箱周长；0 为箱形系数。王迪功)等对凯里卡特公式应用于我国瓦楞纸板存在一定误差的问题加以研究，提出了解决办法，用:值对凯里卡特公式进行修正得到：4 5 4676%89)%9-)0:（%）高德等!瓦楞纸板包装材料的性能及其发展前景万方数据!式中：!为纸箱的纵横比。此外，王建清等通过对国产瓦楞原纸、箱纸板环压强度、瓦楞纸板边压强度和纸箱抗压强度的测试、分析和研究，导出了国产原纸、瓦楞纸板、纸箱耐压强度之间的关系公式：#$%&（!()）*（#）!提出了瓦楞纸板边压强度修正系数及通过其和原纸环压强度来估算瓦楞纸板边压强度、纸箱抗压强度
7、的方法。原纸的环压强度主要取决于原纸纤维的结构和分布情况，其中纤维的排布情况最为重要。在造纸机上生产原纸，由于抄纸网的牵引作用，纸浆纤维的大多数沿造纸机运动方向即纵向定向分布，形成了纸页的纵横拉力差$。这种纵横拉力差造成了纸页强度在纵向较大而横向较小的结果。因此，国内外的研究人员对瓦楞原纸的纸页成形进行了深入的研究，想方设法提高纤维的横向排布。在日本，已研究出使纤维沿造纸机纵向%&角分布的造纸工艺，可以大大提高原纸的横向环压强度；在造纸过程中增加震网技术提高纸张纤维的随机取向；芬兰、日本等国开发出高浓成形技术生产瓦楞纸板原纸；国内华南理工大学也研制成高浓成型设备。随着环境保护和资源再利用意识的
8、深化，绿色包装理念的渗透，废纸已成为生产瓦楞纸板原纸的主要原料之一。然而，一次纤维与二次纤维性能有较大差异，为提高瓦楞原纸的质量，以保证瓦楞纸板、纸箱有足够的抗压强度，日、美、法、德等国家研究人员对再生纤维的组成及性能进行了深入的分析。主要进展有：造纸纤维回用次数的识别研究；减缓造纸纤维老化程度的研究；回用纤维的自动质量分类系统的研究等，国内对相关问题的研究相对较少(!)。综上所述，瓦楞纸版的抗压性能取决于原纸特性，而瓦楞纸版的原材随科学技术发展也有更广的选择。无论是对现有造纸工艺的改进，还是对再生纤维的研究都有重大意义。*+,!瓦楞纸板结构与性能的关系通常使用的瓦楞有-型、.型和-.型。-型
9、瓦楞楞顶是圆的，它的结构富有弹性，压时手感柔软，在弹性变形范围内具有很强的弹性恢复力。-型楞的使用寿命比.型楞长，-型楞有利于提高机械粘合速度，粘合后瓦楞纸变化小，缺点是粘合剂用量大。.型瓦楞整个楞由直线组合而成。所生产的瓦楞纸板坚硬，其平面压力强度比-型瓦楞纸板高，粘合剂用量较-型楞少；缺点是生产的瓦楞纸板一旦受力超过弹性极限就完全丧失恢复力，瓦楞辊制造工艺复杂，经常发生楞顶断裂，瓦楞辊磨损较-型楞快。此外，根据-、.型瓦楞的优缺点，一种介于他们之间的/-./型瓦楞应运而生，这种形状的瓦楞弥补了-型楞和.型楞的缺点。高德*0等从理论上推导了这#种瓦楞形状及参数对瓦楞纸板性能的影响，奚德昌*等
10、考虑了各层瓦楞位置对瓦楞纸板抗压、缓冲等性能的影响，并分析计算了瓦楞纸箱高度与层数对箱体耐压值的影响*,，应祖光*#利用分层分析法讨论了瓦楞纸板的抗压承受能力与楞芯形状和板纸模量之间的关系。常用瓦楞的类型分为 1 型、2 型，3 型、4 型。1 型楞：单位长度内瓦楞数量最少，瓦楞最高，用于轻质产品包装时缓冲力很大，所以应用最普遍。3 型楞：单位长度内瓦楞数量最多，瓦楞最低，其性能同 1 型楞相反，用 3 型楞纸板制作的瓦楞纸箱能承受较大平面压力，适合作罐头和瓶类的包装。2 型楞：单位长度内瓦楞数量及楞高介于 1 型和 3 型之间，性能也介于两者之间。它起源于第,次世界大战期间，是由美国为运送军
11、用物资而设计制造的，其他国家很少使用。根据每种楞型的特点，可以,种或#种楞组合在一起形成*楞#层纸板、,楞 层纸板、#楞 层纸板。对于上述常见的瓦楞纸板性能，自上世纪(0 年代王振林*%讨论了双层瓦楞纸板的特性起，到,00#年刘晔对#重组合瓦楞纸板压缩承载规律和防护特性的研究为止*!*$，在国内研究比较深入。近几年来，国外开始对微型化瓦楞楞型进行研究，在国际市场上尤其是在欧洲，一种用于代替厚纸板的微型瓦楞纸板材料正方兴未艾*!*(。其中尤以 5 楞（楞高 0+66）、7 楞（楞高 0+066）为主的#层瓦楞纸板代替厚纸板的势头尤为猛烈。而随着这种微型瓦楞纸板的开发与使用，在保证了瓦楞纸板传统意
12、义上的对商品的保护、仓储功能基础上，其在商品销售、展示的作用得到进一步的加强。国内对微型瓦楞纸板的研究还刚刚起步。此外还开发了 8 型特大瓦楞，用于重型包装。另一方面创新了“高强度瓦楞纸复合板”。该新产品借鉴蜂窝板芯纸排列结构的形状，改变传统瓦楞纸板的瓦楞纸卧式排列结构，创新地采用瓦楞纸立式紧密排列结构，强度高，具有优异的抗压、抗弯和缓冲性能，可替代重型瓦楞纸板、蜂窝纸板和木板包装，是一种新型的环保包装材料。国内对高强度瓦楞纸板也有研究。造纸制浆研究人员对抄造高强度瓦楞纸板的原料以及工艺加以改进，总结了以草*)、棉,0为原料的绿色高强度瓦楞纸板的抄造方法；包装材料性能研究者对高强度瓦楞纸板特性
13、进行科学研究与测试,*，从理论上讨论此种瓦楞纸板的强度等性能。*+#!瓦楞纸板的缓冲性能瓦楞纸板缓冲性能的研究已有几十年的历史，如对纸板弯曲和粘弹性的研究,，建立纸板跌落时的应力应变关系,#，最大加速度与静应力和跌落次数的关系,%，加速度与时间,、缓冲系数、能量等参数的关系,$，包装材料动态曲线与时间和温度、湿度之间的关系,，瓦楞纸板的建模与参数识别等,(!#0。29:*)#年开始研究瓦楞纸板的缓冲性能，得到经验公式#*；*)$#年;导出简化公式#,；余本农对瓦楞纸板进行实验获得了静态边压应力应变曲线#!#%；吴天明研究了瓦楞纸板的平压特性#；高德考虑温度、多次冲击、层数等因素给出了瓦楞纸板的
14、理论模型#$!#(：!+,-!%&*（）&,（.(）/#+$,?A$#（#0#%）+,包装工程!B12817CD7 4D7CD44ECD7.9F+,$D9G*,00万方数据!#$（!%）!&该模型的建立及其参数的成功识别，不仅解决了瓦楞纸板的平压动力学计算问题，为缓冲包装优化设计创造了条件。此外，有限元精细的动力学分析(!)，结构化神经网络、模糊自适应控制等识别方法应用于非线性材料的特征提取!*!，各种仿真软件的应用也取得极大进展!。)+!&瓦楞纸板的印刷性能上世纪,年代，瓦楞纸板印版为手工雕刻橡皮版，在橡皮版表面用雕刻刀刻出文字和比较简单的图案，其雕刻精度差，印刷效果不理想，只能用于印制线条
15、、文字和实地的单色，只是起到简单的标识作用，而起不到装潢作用。工艺流程为：原稿一向橡皮版转移图案一雕刻印版一校正一单色印刷。十几年后手工雕刻感光树脂版（厚）的出现版材虽仍然以雕刻版为主，但已开始使用较厚感光树脂版。印刷图案可以在一些简单的线条、色块上加印简单的网点图案了，并且印刷油墨采用水性环保油墨，干燥速度快，色泽饱满。工艺流程为：原稿一向感光树脂版转移图案一雕刻印版一校正一 （!）色印刷。发展到上世纪-,年代美国杜邦公司研制推出感光树脂柔性版之后，开创了柔性版印刷的新纪元!%，从而推动了柔性版印刷的发展，在瓦楞纸板的印刷中发挥着很大的作用。工艺流程为：原稿一阴图分色片一曝光一显影冲洗.干燥
16、.后曝光.校正.印刷。这段时期开始使用较薄的感光树脂版，分色处理更加精细，印刷图像层次更加丰富、色彩更为绚丽，能够起到促销的作用。一直以来柔印是瓦楞纸板的主要印刷方式!/。瓦楞纸板是厚度差最大与表面平整度最差的一种材料。当采用 0 楞和1 楞作为两层复合材料时，这种问题尤其突出。采用柔印技术进行瓦楞纸印刷，可以通过柔性版本身的压缩变形，来部分弥补瓦楞纸板的厚度差与表面不平，既能够满足印刷的要求，使得墨色更均匀、印刷质量更好，同时也可以降低印刷过程中的废品率。瓦楞纸板印刷时的受压是不均匀的，楞凸部位受压大，楞凹处受压小。如果采用压力较大的方式进行印刷，很可能因此破坏瓦楞纸原有的楞型结构。所以，平
17、印、凹印都不是瓦楞纸印刷的理想方式!-。柔印技术属于轻压力印刷，印版的弹性变形又比较大，可以保证在不破坏楞型结构的基础上，与瓦楞纸表面全面接触。(,年代初期，薄版技术在瓦楞纸箱印刷中推广应用，大大地提高了瓦楞纸板的印刷质量及效率，网目调印刷在瓦楞纸板的印刷中得以普及，并且 231 条形码开始在瓦楞纸板上普遍地印刷。薄版技术克服了厚版印刷所产生的严重的网点扩大，利用弹性衬垫来吸收多余的压力，是薄版技术在瓦楞纸箱印刷中提高质量的最佳方法!4。*,年德国曼罗兰印刷机械公司成功地向市场推出了 567#$8(,胶印印刷机，可以直接在厚纸板和瓦楞纸板上印刷出质量精美的印刷效果。567#$8(,为超大幅面印
18、刷机，可以直接印刷厚纸板和瓦楞纸板，其主要的技术特点在于输纸导轨部件，采用交错同步轮与可调输纸导板，并减小了进纸滚筒的直径，因此减少了纸板的弯曲程度，而传纸器上的梯形轮则避免纸板拍击印刷机：此外，最具特色的还包括 567#$8(,上的前规的改进，消除了瓦楞纸板背面可能产生的痕迹，而根据瓦楞纸板的特点开发出推规，可以与气动侧规调换，因此保证正确地将瓦楞纸板向前输送，并不产生任何损坏!(!%,。与柔印相比，胶印直接印刷的套准精度更高，印品质量可达到)-%79:，印刷速度可达),张;+?6A#B6C+1#7DE7#:6$6F G6H IJ9K 16$BAED:6$，37K$6L 3EMN7:B:$O
19、 16A96A#:6$，)(4-P!&王迪功，赵麦群，许兴祥+凯里卡特公式的修正=+包装工程，)(，*,（/）：.%高德等&瓦楞纸板包装材料的性能及其发展前景万方数据!王建清，于迪，李军富，等#国产原纸环压强度与瓦楞纸板、纸箱抗压强度之间关系的研究$#包装工程，%&，%（%）：()*+张东红#浅析瓦楞原纸的环压强度$#西南造纸，%&，（,）：%&)%-吴茂昶，何北海#瓦楞纸板、纸箱的发展动态$#广东造纸，(，（）：%)%!.吴养育#利用植物秸秆生产高强瓦楞原纸技术研究$#黑龙江造纸，%&,，（）(黄文亚#废旧箱纸板抄造瓦楞原纸$#西南造纸，(，（%）：*&高德#瓦楞形状及参数对瓦楞纸板性能的影
20、响$#佳木斯大学学报，(-，!（*）：%!.)%+%奚德昌，邢力#瓦楞位置与瓦楞纸板的缓冲特性$#包装工程，(&，%&（*）%奚德昌，邢力#瓦楞纸箱高度与层数对耐压值的影响$#包装工程，(&，%&（%）*应祖光#瓦楞纸板的承压能力分层分析法$#包装工程，(&，%&（%）,王振林，等#双层瓦楞纸板的缓冲特性测试/#全国首次包装动力学与包装结构设计学术讨论会论文集 0#(.（余不详）!刘晔，王振林，周建伟，等#三重组合瓦楞纸板压缩承载规律的实验研究$#包装工程，%&*，%,（*）：,*),!+刘晔，王振林，杨小俊#三重组合瓦楞纸板缓冲防护特性研究$#中国包装，%&*，%（%）：!+)!.#-金旺#
21、细瓦楞：包装工业的重大革新$#上海包装，%&，（）：*%.新生#微型瓦楞$#包装工程，%&%，%*（!）：,(胡健，曾靖山，郑炽嵩#草类原料爆破法纸浆抄造高强瓦楞原纸$#造纸科学与技术，%&*，%（%）：)*%&吴养育，殷学风，任涛#棉秆环保型制浆生产高强瓦楞原纸工艺的研究$#纸和造纸，%&*，（+）%郭彦峰，张伟#1!234 超强瓦楞纸板的强度试验研究$#包装工程，%&%，%*（*）：+).%耿敏，熊宏智，葛效尧#蜂窝纸板与瓦楞纸板的复合刚度试验及分析$#北京轻工业学院学报，%&，(（）：)+%*567 89，1:89;#8?=6:;7A9B:=7C D6D9A G76EA6=A H6E69
22、D9E:A9=D:C:;6D:7=#D:=，(；-：,%*),*&#%,郭彦峰，许文才，智文广#最大加速度静应力曲线的应用研究$#包装工程，(，%&（）：.)%&%!孙勇#扶名福#熊艳#缓冲包装设计中的简化问题之二：加速度的影响$#包装工程，%&%，%*（+）：,)+%+郭彦峰，赵杰，许文才#组合衬垫缓冲系数的分析与应用$#中国包装工业，%&，-%（+）：,%),%-NEF;9 O6?B7E#O6D9A G76EA QF6B:D?#I=D9E=6D:7=6B;7EEF6D9A07=D6:=9EP;7=C9E9=;9 R OE6A9 S6:E(.，&E!)-，06EB7DD9;7=T9=D:7=
23、09=D9E 06EB7DD9#%.567 89#O9 PD6D:;7HE9PP:T;9 H9EC7E6=;9 6=A 6 9;6D9A G76EA 6D#(-U V 北京国际食品加工及包装技术讨论会，(-%(高德，胡洪志，奚德昌#瓦楞纸板的动态压缩性能建模及应用$#非线性动力学学报(.，!（增刊）：%&%)%&.*&高德，王振林，陈乃力，等#N 楞双层瓦楞纸板衬垫平压缓冲动态性能建模$#振动工程学报，%&，,（%）：-%)-.*07W，X#3#NF;LB:=7C O:=HB6D9P:=07HE9PP:7=，NE:D:P/:E Y:=M:PDE?，/:E J9P96E;#，(*）V*%Y;L9
24、9，J#0#9D 6B（(+*），07HE9PP:7=DE9=D6D9A N7W9P，26H9EG76EA 26;L6:=V,.（.）：,()!(V*余本农，等#瓦楞纸板力学性能的实验研究$#天津商学院学报，(.，（%）*,余本农，等#瓦楞纸板工程弹性常数的测试/#全国第三届包装动力学与包装结构设计学术讨论会论文集 0#(.（余不详）*!吴天明#瓦楞纸板平压冲击性能的研究及应用 8#杭州：浙江大学，(%*+高德，奚德昌#瓦楞纸板的动态压缩性能及模型$#包装工程，(!，+（*）：!)&*-高德，奚德昌#瓦楞纸板的静态压缩非线性模型$#包装工程，(!，+（,）*.高德，瓦楞纸板缓冲性能理论及模型
25、8#杭州：浙江大学，(,*(/#0#5:B;E:PD，$#0#F，O#$#EG6=:L#Z7=B:=96E C:=:D99B99=D 7A9B:=7C;7EEF6D9A G76EA#O9(/Y$7:=D/HMHB:9A Y9;，NB6;LPGFE，:EM:=:6，/，(；+：%-)*&V,&刘伯，刘志鹏#有限元法在瓦楞纸板性能分析中的应用$#中国包装，%&*，（!）：&),O#$#3F，0#09=，5#_F#07HE9PP:T9 G96D9AG76EA H6=9BP$7FE=6B 7C 07H7P:D9 Y6D9E:6BP#%&；*!（%*）V,%梁艳春，王政，杨晓伟#基于神经网络方法的包装件
26、非线性特性识别的研究$#力学学报，(-，%(（,）：,(-)!&,*杨晓伟，梁艳春，龚文英#包装件非线性特性识别的进化神经网络混合方法$#吉林工业大学自然科学学报，%&，*（）：+!)-&,刘义翔，高德，刘晔#基于/8/Y 软件瓦楞纸板缓冲性能的动力学仿真研究$#包装工程，%&%，%*（&,）：%-)%(,!张华良，刘筱霞，刘乘#瓦楞纸箱印刷的发展方向水性苯胺印刷$#包装工程，(+，-（*）,+柯贤文，赵建君#瓦楞纸箱的印刷研究$#包装工程，(，%&（）：*)*,-林逢铭#柔性版印刷是瓦楞纸箱最理想的印刷术$#印刷杂志#%&%，（增刊）：!,)!,.张占超#瓦楞纸板柔印中的薄版技术$#印刷技术
27、，%&，（-）,(/=D7=26B6L7:DP;#胶印在厚纸板和瓦楞纸板直接印刷中的应用$#今日印刷，%&%，（.）!&/=D7=26B6L7:DP;#使用 J7B6=A(&印刷厚纸板和瓦楞纸板$#印刷世界，%&%，（,）!徐世垣#瓦楞纸板直接胶印$#印刷技术，%&（-）,包装工程 2/0a/5IZ5 Z5IZJIZ5 7B#%+Z7V%&!万方数据瓦楞纸板包装材料的性能及其发展前景瓦楞纸板包装材料的性能及其发展前景作者：高德，刘壮，董静，常江作者单位：哈尔滨商业大学,哈尔滨,150028刊名：包装工程英文刊名：PACKAGING ENGINEERING年，卷(期)：2005,26(1)被引用
28、次数：24次 参考文献(51条)参考文献(51条)1.高妹芬.王宁红.吴国荣 瓦楞纸箱业历史、现状和发展 2004(05)2.吴石 纸箱包装现状及发展趋势期刊论文-今日印刷 2003(09)3.V V Nokrasov Calculation of Box Type Construction 19874.王迪功.赵麦群.许兴祥 凯里卡特公式的修正 1999(06)5.王建清.于迪.李军富 国产原纸环压强度与瓦楞纸板、纸箱抗压强度之间关系的研究期刊论文-包装工程 2000(02)6.张东红 浅析瓦楞原纸的环压强度 2000(04)7.吴茂昶.何北海 瓦楞纸板、纸箱的发展动态 1999(01)8.
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