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凯里卡特公式在纸箱抗压强度理论计算中的应用

时间:2005-08-21 15:03:28来源:科印传媒《印刷技术》作者:沈源

  不论是从事纸箱销售,还是从事纸箱技术工作的人员,都希望能够在正式生产之前仅通过配料就可判断或计算出成型后纸箱的抗压强度。下面就向大家介绍一个常用的计算公式——凯里卡特(K.Q.Kellicutt)公式。

  凯里卡特公式
  凯里卡特公式是由美国国立林产物研究所凯里卡特提出的,实际是一个经验公式,其表达式为:

                   ①
  式中:P—瓦楞纸箱抗压强度(N);
     PX—瓦楞纸板原纸的综合环压强度(N/cm);
     Z—瓦楞纸箱周长(cm);
     J—纸箱常数;
     aX2—瓦楞常数。
  其中,瓦楞纸板原纸的综合环压强度计算公式如下:

                   ②
                                                                                                                     
  式中:Rn—面纸环压强度测式值(N/O.152m);
     Rmn—瓦楞芯纸环压强度测试值(N/O.152m);
     C—瓦楞收缩率,即瓦楞芯纸长度与面纸长度之比。
  对于单层瓦楞纸板来说,公式②为:

                   ③
  对于双层瓦楞纸板来说,公式②为:

                   ④
  以上诸公式中的15.2为测定原纸环压强度时的试样长度(cm)。
  在瓦楞纸板生产线上生产瓦楞纸板时,原纸环压强度均取横向值。
  公式①中的Z值计算公式如下:
  Z=2(L0+B0) ⑤
   式中:
  Z—纸箱周长(cm);
  L0—纸箱(外)长度尺寸(cm);
  B0—纸箱(外)宽度尺寸(cm);
  aX2、J、C值可查表1~3。

表1 单层瓦楞纸箱凯里卡特常数值

表2 双层瓦楞纸箱凯里卡特常数值

表3 三层瓦楞纸箱凯里卡特常数值

  凯里卡特公式是根据瓦楞纸板原纸的环压强度计算纸箱的抗压强度,另外还有一些计算公式,如马丁荷尔特(Maltenfoit)公式、沃福(Wolf)公式、马基(Makec)公式等,这些公式的计算依据各不相同。

  实例分析
  下面我们就以某一方便面包装纸箱为例,利用凯里卡特公式计算纸箱的抗压强度。
  纸箱尺寸:445mm×307mm×145mm
  内盛物:95g×12
  每只纸箱的重量:大约300g  
  极限堆码高度:20层
  1.抗压强度要求值
  要求的空箱抗压强度P计算公式如下。
  P=K×G×9.8×(H-h)/h ⑥
  式中:K——强度保险系数(储存期30天以下,K=1.6;储存期30~100天,K=1.65;储存期100天以上,K=1.65);
      G——瓦楞纸箱所装货物的重量(kg);
     H——堆码高度(cm);
     h——箱高(cm);
  (H-h)/h取整,即最底层纸箱承受的层数,在本例中为19。
  根据以上条件和公式⑥,计算该方便面纸箱所要求的抗压强度P:
  也就是说,对于这种有内盛物的纸箱,其抗压值达到536N即可,如果客户要求的抗压强度超过536N,对用户和生产厂家都是一种浪费,纸箱厂应与用户进行沟通。
  在没有抗压测试仪的情况下,可用简易方法测试:将空箱封好后,在箱面上均衡加入等同P值的砝码或其他重物,如重物的面积小于纸箱面积,则应在中间增加一块平板,以使重物与纸箱充分接触。
  2.根据配料计算理论抗压强度
  该纸箱楞型为B瓦楞(因其内盛物重量仅为1.14kg),初定其用料如下:面纸采用150g/m2纸张,其环压强度指数取5.5N·m/g;瓦楞原纸采用130g/m2纸张,其环压强度指数取3.8N·m/g;里纸采用125g/m2纸张,其环压强度指数取5.5N·m/g。根据公式③计算PX
  PX=150×5.5+130×1.36×3.8+125×5.5
  =2184(N/m)
  将以上PX值以及按上述表格所取相应的常数值,并将纸箱的长、宽尺寸一同代入公式①,则可计算出用上述配料制成的瓦楞纸箱的理论抗压强度P。
  P=21.84×{52÷[(44.5+30.7)×2÷4]2}1/3×2×(44.5+30.7)×1.27
  =21.84×0.261×2×75.2×1.27
  =1088(N)
  以上计算结果表明,用上述配料制成的纸箱已完全能满足客户对纸箱抗压强度的要求(536N)。当然,若客户一定要求较高的抗压强度,如必须达到1176N以上,则应调整用料,如提高面纸、里纸或瓦楞原纸的定量,如面纸提高25g/m2、里纸提高25g/m2,则其PX值为24N/cm,抗压强度P为1196N,即满足客户抗压强度1176N的要求.
  以上公式说明,对于特定规格的纸箱(即长、宽一定),用料一定(即原纸环压强度一定),则通过公式①即可计算出其理论的空箱抗压强度。如果实际测量结果与理论值有较大差异,则说明生产控制过程中出现了问题,如瓦楞变形、上胶量过大、纸板含水率过高等。
  实际上,如果客户没有明确指定某种材料,纸箱厂可根据其装箱产品重量、堆码极限及其储存期限来确定其最小空箱抗压值,按照凯里卡特公式进行配料,以得到最佳的配料(即在满足顾客要求的前提下使其成本最小)。如果客户对纸箱抗压强度有要求,但其要求明显不合理时,应与客户进行沟通,以达到双赢目的。


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