1 前言
      包裝系統(tǒng)在運(yùn)輸、儲(chǔ)存等流通過(guò)程中的破損會(huì)導(dǎo)致直接的經(jīng)濟(jì)損失。破損的主要原因是沖擊和振動(dòng)。因此，對(duì)包裝緩沖材料緩沖特性的研究，一直為包裝動(dòng)力學(xué)的研究者和包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者所關(guān)注。
    
      隨著人們環(huán)保意思的加強(qiáng)，越來(lái)越重視對(duì)環(huán)保型緩沖包裝材料的研究與開(kāi)發(fā)。紙質(zhì)緩沖包裝材料就是其中一類(lèi)。瓦楞紙板是目前市場(chǎng)上使用較多的一種紙質(zhì)緩沖包裝材料。
    
      瓦楞紙板在包裝工程中起著非常重要的作用。除其自重輕、價(jià)格低、便用機(jī)械化生產(chǎn)和可回收再生利用等特點(diǎn)外，它外具有良好的抗彎剛度及其優(yōu)良的力學(xué)性能。眾所周知，瓦楞紙箱在運(yùn)輸包裝中占有很大的比重。除此之外，由于瓦楞紙板具有良好的緩沖性能，在緩沖包裝中被廣泛用來(lái)制作各種瓦楞襯墊等緩沖包裝結(jié)構(gòu)件。為了更好的利用瓦楞紙板，人們對(duì)它的各種性態(tài)及新的構(gòu)成進(jìn)行了大量的研究，其中三重組合瓦楞紙板即為其一種新的構(gòu)成。  
    三重組合瓦楞紙板即七層瓦楞紙板，比一般瓦楞紙板具有更高緩沖性能和強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的三重組合瓦楞紙板有：3A型瓦楞紙板、X—PLY超強(qiáng)瓦楞紙板（由三層瓦楞芯紙和四層薄紙板交替粘合而成，三層瓦楞芯紙相互垂直）、ACB型、ABE型和3B型瓦楞紙板等。這些結(jié)構(gòu)具有容量大、體積小、重量輕（箱重僅為同容積木箱重量的25%—30%）、強(qiáng)度高、緩沖效果好、節(jié)省儲(chǔ)藏空間、適于折疊堆放、搬運(yùn)方便，特別適合機(jī)械、機(jī)電等重型產(chǎn)品等的運(yùn)輸包裝。    

    2 三重組合瓦楞紙板的緩沖特性
    目前，用于緩沖包裝的材料很多，但以發(fā)泡塑料材料居多。發(fā)泡塑料是高分子材料經(jīng)發(fā)泡處理形成，具有很好的緩沖性能和吸振性能，且重量輕、易加工、保護(hù)性能好、適應(yīng)性廣、價(jià)廉物美。但因其具有廢棄物不能自然風(fēng)化、降解、焚燒處理會(huì)產(chǎn)生有害氣體等缺點(diǎn)，近年來(lái)已成為加劇世界環(huán)境危機(jī)的嚴(yán)重公害。越來(lái)越多的國(guó)家已立法禁止用發(fā)泡塑料作緩沖襯墊包裝的商品進(jìn)口。所以，泡沫塑料將逐漸被其它環(huán)保緩沖材料所替代。其中，瓦楞紙板就是一種極為理想的環(huán)保型紙質(zhì)緩沖包裝材料。  

    由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，瓦楞紙板能較好的吸收外界沖擊能量，延長(zhǎng)包裝物承受沖擊脈沖的作用時(shí)間，具有良好的緩沖性能。以其為材料的包裝容器具有適合的容裝功能。另外其加工性能良好、成本低、使用溫度范圍比泡沫塑料寬、克服了泡沫塑料襯墊對(duì)人和自然環(huán)境的危害。既有利于環(huán)境保護(hù)，又可回收再生、降低成本。

    三重組合瓦楞紙板是在單層瓦楞紙板的基礎(chǔ)上集成構(gòu)成，因此比一般瓦楞紙板具有更高緩沖性能。特別適合機(jī)械、機(jī)電等重型產(chǎn)品等的運(yùn)輸包裝。所以，研究以三重組合瓦楞紙板為主構(gòu)的緩沖包裝系統(tǒng)的緩沖性能、建立其緩沖性能模型、求解其動(dòng)力學(xué)方程、分析相關(guān)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，能使該類(lèi)包裝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性更加明確，從而為瓦楞紙板在緩沖包裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，尤其是在大型電子、機(jī)電產(chǎn)品、家用電器的緩沖包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用提供必要的科學(xué)理論依據(jù)。 

    3 三重組合瓦楞紙板的防護(hù)性能
    瓦楞紙箱自發(fā)明至今已有100多年的歷史，20世紀(jì)初的“普賴(lài)德哈姆案件”標(biāo)志著紙箱包裝的真正興起，揭示了木箱包裝的缺陷與不足。第一次世界大戰(zhàn)期間，瓦楞紙箱在運(yùn)輸包裝中的比例僅占20%，木箱占80%。第二次世界大戰(zhàn)期間，瓦楞紙箱在運(yùn)輸包裝中的比例猛增到80%，而木箱使用量急劇下降，瓦楞紙箱成為最重要的運(yùn)輸包裝容器。 

    在我國(guó)，保護(hù)森林資源，提高植被覆蓋率，改善人類(lèi)的生存環(huán)境已成為大勢(shì)所趨。包裝業(yè)因國(guó)家限制木材砍伐將面臨原材料緊缺的嚴(yán)峻局面。這將大大限制木包裝在包裝領(lǐng)域里的使用和發(fā)展。1998年底的“天牛星蟲(chóng)”事件，美國(guó)、加拿大和歐盟等國(guó)家嚴(yán)禁我國(guó)未經(jīng)熱處理、熏蒸處理或防腐處理的木箱、木托盤(pán)出口。傳統(tǒng)用木箱包裝和木托盤(pán)裝運(yùn)的大量出口商品在出口美國(guó)、英國(guó)、加拿大等歐美國(guó)家受到限制。有資料表明，包裝工業(yè)越發(fā)達(dá)，木包裝在整個(gè)包裝材料中的比例就越小。如：中國(guó)約為20%，日本約為10%，而美國(guó)約為3%。從這一數(shù)據(jù)可看出，隨著我國(guó)包裝工業(yè)的不斷進(jìn)步，木包裝的用量將會(huì)進(jìn)一步減少。因此錄求理想的“以紙代木”包裝替代材料，采用多層瓦楞紙板逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木緩沖材料，將成為我國(guó)包裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。 

    瓦楞紙箱是一種薄壁結(jié)構(gòu)的包裝容器，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、易加工成型、易折疊、便于儲(chǔ)存和搬運(yùn)、易回收和再生利用、印刷適性?xún)?yōu)良、成本低等特性，已廣泛應(yīng)用于食品、水果、蔬菜、電子產(chǎn)品、工業(yè)器件、文化用品等工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的銷(xiāo)售包裝和運(yùn)輸包裝。顯然，瓦楞紙箱在銷(xiāo)售包裝和運(yùn)輸包裝中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是替代木箱的最佳運(yùn)輸包裝容器。但是，瓦楞紙箱強(qiáng)度有限，較木箱明顯偏低。另外，溫度條件對(duì)瓦楞紙箱強(qiáng)度影響顯著，必須提高其防潮能力。 

    三重組合瓦楞紙板具有比一般瓦楞紙板更高的強(qiáng)度，在一定程度上克服了少層瓦楞紙箱的上述缺點(diǎn)，適于包裝重型機(jī)電產(chǎn)品。3A型瓦楞紙板制成的重型紙箱，與木質(zhì)包裝相比，其特點(diǎn)是：容量大、體積�。恢亓枯p、強(qiáng)度高；節(jié)省儲(chǔ)藏空間、適于折疊堆放、搬運(yùn)方便。用三重組合瓦楞紙板制成的紙箱和托盤(pán)目前已被普遍采用，特別適合機(jī)械、機(jī)電等重型產(chǎn)品等的運(yùn)輸包裝。另外，X- PLY超強(qiáng)瓦楞紙板、3B型、ACB型、ABE型等七層瓦楞紙板、瓦楞紙板制成的包裝容器，強(qiáng)度更高。 

    4 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
    表征包裝材料的緩沖特性的方法是采用靜態(tài)或動(dòng)態(tài)應(yīng)力——應(yīng)變曲線(xiàn)。Jansen1952年提出了以變形能量為基礎(chǔ)的緩沖系數(shù)概念，來(lái)表征緩沖包裝材料的性能，將靜態(tài)緩沖系數(shù)擴(kuò)展為動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)概念。此后，可用緩沖系數(shù)——最大應(yīng)力曲線(xiàn)來(lái)表述緩沖包裝材料特性。為便于應(yīng)用，1961年Franklin和Hatae提出了最大加速度——靜應(yīng)力曲線(xiàn)，根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)曲線(xiàn)，可簡(jiǎn)便地進(jìn)行單自由度系統(tǒng)跌落緩沖包裝設(shè)計(jì)，但誤差較大。1964年美軍標(biāo)準(zhǔn)制定了緩沖包裝技術(shù)指南，給出主要包裝材料的800多條最大加速度——靜應(yīng)力曲線(xiàn)，按每一條曲線(xiàn)至少要做21次試驗(yàn)計(jì)算，試驗(yàn)工作量十分巨大。而一些學(xué)者提出的曲線(xiàn)尚未能全部描述現(xiàn)有的包裝材料緩沖特性，更無(wú)法包含環(huán)境參數(shù)變化對(duì)包裝材料性能的影響。Cost于1974年、McDaniel和Wyskida于1976年分別認(rèn)為包裝材料動(dòng)態(tài)特性曲線(xiàn)除了與試樣尺寸和跌落高度有關(guān)外，還與時(shí)間和環(huán)境溫度有關(guān)。為減少試驗(yàn)工作量并考慮環(huán)境參數(shù)影響，使物品包裝按多自由度非線(xiàn)性系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的方便，要求從理論上對(duì)緩沖包裝材料特性做出合理的分析和數(shù)字建模，并分別建立了采用某種包裝材料時(shí)物品最大加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)不同靜應(yīng)力、厚度、跌落高度和環(huán)境溫度可以從該表達(dá)式直接計(jì)算最大加速度。  

    對(duì)于緩沖材料的緩沖性能，人們研究較多的是泡沫塑料、瓦楞紙板。1990年胡強(qiáng)等[6]提出泡沫塑料襯墊的29參數(shù)非線(xiàn)性粘彈性模型，用該模型給出了電視機(jī)的響應(yīng)加速度及襯墊優(yōu)化尺寸的計(jì)算結(jié)果。對(duì)瓦楞紙板力學(xué)性能的研究具有較長(zhǎng)的歷史，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者作了不少工作。Cox在1954年研究瓦楞紙箱側(cè)板的受力分析時(shí)，得到一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，指出紙箱側(cè)板的壓損強(qiáng)度與臨界載荷及材料的邊壓強(qiáng)度有一個(gè)冪函數(shù)關(guān)系；Mckee在1963年導(dǎo)出了紙箱抗壓強(qiáng)度（BCS）的Mckee簡(jiǎn)化公式；J.Marcondes研究了瓦楞紙板的緩沖性能及濕度對(duì)其緩沖性能的影響。國(guó)內(nèi)近十幾年來(lái)對(duì)瓦楞紙板也進(jìn)行了大量的研究。1994年高德等考慮溫度、多次沖擊、層數(shù)、變形種類(lèi)等因素，提出瓦楞紙板緩沖的理論模型，進(jìn)行了參數(shù)識(shí)別。吳天明對(duì)瓦楞紙板的平壓沖擊性能進(jìn)行了研究。   

    通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研與論證，未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外對(duì)三重瓦楞結(jié)構(gòu)緩沖防護(hù)性能的較為深入的研究成果。國(guó)內(nèi)對(duì)它的研究大多外于初始的試驗(yàn)研究階段。等提出將瓦楞紙板做成互相平行、垂直和交錯(cuò)的多層結(jié)構(gòu)，使其形狀如蜂窩，這樣就能大大提高其緩沖性能。對(duì)X- PLY超強(qiáng)瓦楞紙板的強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)行了研究。這些研究，缺乏對(duì)其緩沖性能的機(jī)理性描述，未能建立起緩沖性能理論模型，使得應(yīng)用多重瓦楞紙板材料的產(chǎn)品，不能很好的進(jìn)行包裝系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工業(yè)包裝設(shè)計(jì)。為使物品包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)成為可能并具有工程實(shí)用性，則必須在分析其已有緩沖特性、規(guī)律及緩沖機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出科學(xué)的理論模型及評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而確定物品包裝最佳防震緩沖目標(biāo)參數(shù)，根據(jù)物品包裝模型，進(jìn)行理論分析。另外，以理論建模、參數(shù)識(shí)別、優(yōu)化計(jì)算和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的三重瓦楞緩沖包裝結(jié)構(gòu)，提高其緩沖包裝設(shè)計(jì)的技術(shù)水平，是今后研究、開(kāi)發(fā)三重瓦楞緩沖包裝材料的發(fā)展方向。  

   5 結(jié)束語(yǔ)
    必須看到，由于瓦楞紙板組合后的整體性能受層數(shù)、疊合方向的直接調(diào)制，同時(shí)不同規(guī)格的瓦楞紙板顯然影響了組合板的宏觀特性。在這方面，緩沖防護(hù)的機(jī)理研究明顯滯后于工程應(yīng)用，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很大程度上處于盲目性。以三重組合瓦楞紙板為研究對(duì)象，建立其緩沖性能模型、求解其動(dòng)力學(xué)方程、分析主要參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響，揭示這種材料在外部機(jī)械力學(xué)激勵(lì)下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)規(guī)律。從而為三重組合瓦楞紙板在緩沖包裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，尤其在大型電子、機(jī)電產(chǎn)品、家用電器包裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供若干科學(xué)依據(jù)，具有深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。