包装容器纸桶材料的优选与合理用料

　　包装容器纸桶是指用纸或纸板加粘合剂制造桶身、用相同材料或其它材料制造的桶底桶盖的刚性圆桶。它不仅强度高，有一定弹性、不氧化、不污染；与钢桶比较，还具有能防止静电、质量轻、易回收、加工周期短、造价低等优点，不但广泛用于药品原料的外包装，而且还广泛应用于化工、粮食、土产、五金、矿产、建材、机电及国防工业等产品的外包装，其中相当部分的纸桶用于出口商品的包装。
　　包装容器纸桶在底和盖之间具有定位性能，以便堆码存储。纸桶的种类根据采用原材料的不同大体分为二类：第一类为全纸纸桶，它的外观形状有圆柱形和正方形之分，采用的材料是高强度纸板，是由专用的纸桶成型机加工而成，由于纸桶本身使用的材料大多数是纸纤维板和木质纤维板，因此易于回收和重复利用，如果在需要紧急处理的情况下也可以烧毁，不会产生有毒气体，所以说全纸纸桶的原n以及生产工艺的全过程和废弃物的处理均不污染环境。因而作为产品包装出口时，普遍受到国外客商的欢迎。第二类纸桶与全纸纸桶不同的是在圆形纸桶桶身的上口与下底处用铁皮加固，纸桶的上盖与下底均采用全纸或五合板制作。在相同体积下被铁皮加固的纸桶结构在强度以及承受载物重量上要比全纸纸桶大，因而在桶内盛装体积大且重量超过三十公斤以上的物品时均采用此类纸桶。
　　一、制作纸桶的纸板含水率超标对桶成品性能的影响
　　由于第二类纸桶的生产成型是采用多层纸板做为材料，以螺旋缠卷形式在制桶机械上制造，所以纸板的各项物理性能指标直接关系到纸桶成品的整体质量。纸板材料的定量一般选择在280～360G/m2范围内，为保证纸桶的强度与刚性，以300G/m2的纸板为例，一般要求纸板材料的环压强度应不小于2KN/m，耐破指数不小于3.0kpa·m2/G，横向耐折度不小于50次，紧度为1.2G/cm3。纸板材料的含水率保持在10%左右。纸板含水率的高低直接影响纸桶成型及成品的制作质量。当生产环境温度与湿度一定的情况下，同种型号的纸板含水率小于10%时，纸桶生产成型性能明显变差，纸板表面的脆性增加，耐折次数明显减少。尤其是在纸桶成型生产时，桶身上下两端易断裂。按照纸桶成型工艺的要求，碾边成型工序要对半成品纸桶两端进行压型，两端曲线形状要具有一定深度的弧形且设备后轮与桶身两端进行压合。压合的程度要达到所需要的工作极限之上。如果纸板表面脆且韧性差，就会造成半成品的桶身两端内层出现裂痕，并会在其表面形成断裂，造成废品。而当纸板材料含水率太高（大于10%以上）时，纸板的纸浆纤维流向纵横交联不规则，从而造成纸板纤维的各向异性，并且在纸板幅宽（纵向）方向上后收缩加剧，容易造成纸桶在室温存放后各个部位收缩不一致，从而使成型后的纸桶的高度尺寸发生变化，如果收缩加剧，会使纸桶外形尺寸达不到所要求的标准尺寸。给盛装货物带来困难。
　　　　二、制作纸桶的材料与纸桶刚度的关系
　　　　纸桶的强度和刚度除与所采用的纸板原材料本身的质量有关外，还与纸桶在成型时复卷层数、厚度以及在使用时作用在纸桶的轴向力的大小有关。用于贵重物品包装的纸桶在原材料确定及外周长确定的情况下，纸桶成品的立压强度应大于8000N，侧压强度应大于4000N，戳穿强度大于10J，堆码性能为4900N，24小时不渗漏、不破裂、永久不变形，不影响纸桶的堆积能力。抗跌落性要求在高度为800mm下落，不渗漏不破裂，封闭器不开。纸桶跌落时的变形大小与其纸桶的刚度大小有关，而这取决于纸桶设计时的刚性系数是否合理。纸桶变形的大小与纸桶所受到的侧压力及圆周长成正比，而与纸桶的弹性模量，纸桶复卷厚度层数成反比，也就是说，作用于纸桶的侧压力越大，纸桶圆周长越大，则纸桶的变形就越大，而纸桶材料的弹性模量大以及纸桶的厚度加厚，纸板层数多则变形小。由此可见，要使纸桶强度大，则应增加纸桶复卷层数和加大纸板厚度，纸桶的刚度系数越大则纸桶的刚度越大，因此应选用弹性模量高的纸板。纸桶成型时复卷层数多，相对直径小的结构，纸桶载物后的变形较小。
　　三、纸桶容器的形状设计及合理用料
　　纸桶原材料的选择应以保证盛装物的安全和质量为前提，不但要充分发挥其使用价值，还应避免纸板原料的功能过剩。在选用原材料之前，首先要了解纸桶盛装物品的情况以及纸桶的销售地点、存放方式、内装物的轻重、品质等，最后确定纸板原料的定量与技术要求。由于纸桶成型是以多层纸板复卷而成，其复卷层数等各项物性指标要根据纸桶使用情况综合考虑，最好是既能达到用户满意的质量，又不过多的增加复卷层数，使纸桶各项物理性能指标设计趋于合理。因此在纸桶的实际生产过程中，由于纸桶的形状大小不同，其纸桶材料的用量不等，这就存在一个用料如何节省的问题。在生产圆柱形纸桶时，在容积一定的情况下，选取什么样的形状大小结构用纸板原料最节省？我们以有盖的圆形纸桶为例子，以计算的形式来讨论这一问题：
　　设圆形纸桶的半径为R，高为H，则上下底面积之和为2πR2。
　　侧面积为2πRH，总面积S＝2πRH+2πR2
　　体积为V＝πR2H。
　　假定体积V不变：设V＝1000
　　则有H＝1000/πR2，我们要求S＝2πRH+2πR2＝2πR·1000/πR2+2πR2＝2πR2+2000/R的极小值。
　　由微积分计算可得：ds/dR＝4πR－2000/R2＝0
　　得出：R＝5.4　H＝10.8＝D＝2R
　　求出S＝553.6
　　从计算可看出：圆柱形纸桶直径和高相等时用料方案最节省。
　　设H＝3R　　则V＝πR2H＝1000，H3＝
　　H＝14.2　　　R＝4.7　　　S＝563.3
　　设：H＝R，则V＝πR2H＝1000，H＝R＝6.8
　　S＝585.8
　　我们研究H＝2R时，函数y＝s/v＝2πRH+
　　我们要求v尽可能大，s尽可能小，就是要求y越小越好，由y＝3/R表明、R越大越好，就是说采用大包装纸桶比小包装更节省原材料。从计算中可知，在圆柱体、正方体、长方体三种包装式形中，圆柱体最为节省材料，而正方体则次之。而从材料用料角度来分析，当圆形纸桶直径与高相等时用料最省。
　　四、纸桶用料消耗定额的制定原则
　　所谓原料的消耗定额是指在纸桶生产既定条件下，按规定质量制造单位成品需要材料的最大允许计划量。这里所说的生产条件是指影响材料消耗定额大上的成品结构特征和生产技术组织特征而言。因此在基础的纸桶原材料消耗定额的制定过程中应按下列原则确定：
　　①确定单位纸板原料的长度、宽度、厚度。
　　②根据生产过程工艺流程图及纸桶尺寸确定纸板的切割余量。
　　③绘制裁切纸板的下料图。
　　④确定可用原料和不可用的废料数量以及每个纸桶和平均废料量。
　　⑤计算材料的利用率指标。
　　纸桶用纸板原料的消耗主要分为三个部分：净消耗、工艺性消耗和非工艺性消耗。纸板原料的净消耗是指单位产品的有效消耗，它与纸桶用纸板的周长、纸板定量、半成品纸桶的高度、卷桶层数有关，而单位产品纸板的工艺性消耗是单位产品净消耗与各道工序生产工艺消耗量之和。在实际生产过程中，主要控制非工艺性消耗，并使之降利最低限度。在实际用料过程中，由于所使用的纸板的幅宽不一致，有宽有窄，这就需要对卷筒纸板进行“套裁搭配”。这里指的套裁搭配是在有限的纸板宽度上配裁多种多样的纸桶半成品规格，并进行纸筒半成品长度大小的合理组合，用数理统计的方法算出适合于所需要纸桶的的长度、并能与纸板宽度基本一致的幅宽尺寸，形成不同尺寸的纸桶半成品的规格系列，并尽可能的使纸板的余料最小，这样在实际生产中根据纸桶半成品规格系列来对应于纸板的幅宽的方法，可以达到合理利用纸板原料，取得原料有效利用的最佳效果。

信息来源：印刷中国