电商瓦楞包装印刷件压力试验标准的探讨

　　随着电商的蓬勃发展，快递商品运输量呈现爆发式增长，由此带来的运输过程中商品破损问题受到了人们的普遍关注。电商包装印刷通常采用单件包装印刷箱的形式将电商产品从电商仓库或电商企业直接通过快递的形式运输到消费者手中。传统物流一般为生产企业到(批发市场)商场的大宗、单一物品的集合运输，而快递运输则多为小件物品的混合运输，即电商产品基本都是以零担或散件的形态来进行运输。为了充分利用运输车辆的空间，快递运输包装印刷件通常以堆码形式摆放，这样就会增加物流环境对产品造成的伤害，尤其是包装印刷件的各个接触面存在挤压等现象。

　　快递包装印刷一般为瓦楞纸箱包装印刷件。然而，在选用瓦楞纸箱和缓冲材料对产品进行包装印刷时，所选瓦楞纸箱的抗压强度不能过高，缓冲材料不能过多，否则会造成过度包装印刷，成本增加;但抗压强度也不能设计印刷不足，否则易出现塌箱，起不到对内装物的保护作用，造成产品损坏，从而影响客户体验。电商瓦楞包装印刷件在进行实际运输流通前应当进行压力试验，考察包装印刷的耐压性能以及包装印刷对产品的保护性能，以更好地选用合适的瓦楞纸箱以及优化包装印刷结构。本文重点讨论国内外的压力试验标准以及如何选择合适的压力试验标准进行电商瓦楞包装印刷件的抗压性能测试，以供业界参考。

　　电商瓦楞包装印刷件在运输中承受压力的种类

　　一般说来，电商瓦楞包装印刷件在实际运输流通过程中所受到的压力危害类型包括静载荷压力和动载荷压力两种。

　　1.静载荷压力

　　为了提高运输效率，运输包装印刷件在储运过程中往往要把货物进行堆码，堆码后的包装印刷件就要承受来自上面货物的压力，这个压力就是静载荷压力，主要包括形变和蠕变。静载荷压力的大小等于上层所有货物的堆积重量，其中最底层包装印刷件所受到的静载荷压力最大。在储运过程中不同的储运环境均对运输包装印刷件的静压强度有所影响，如环境温湿度、堆码高度(堆码层数)、堆码方式(平齐堆码或错位堆码)和堆码时间等。

　　2.动载荷压力

　　动载荷压力是指在运动过程中引起运输包装印刷件发生压力形变的外界作用力，例如由上层货物挤压碰撞所形成的力以及车厢底板传来的作用力。

　　在实际运输过程中，采用堆码形式的包装印刷件中最底层的包装印刷件，既有静载荷压力的作用，又有动载荷压力对其的影响。

　　运输包装印刷件压力试验的标准

　　1.压力试验标准

　　运输包装印刷件压力试验常采用的标准主要是国家标准、ASTM标准和ISTA系列标准。

　　(1)国家标准：GB/T 4857.3-2008《包装印刷 运输包装印刷件基本试验 第3部分 静载荷堆码试验方法》和GB/T 4857.4-2008《包装印刷 运输包装印刷件基本试验 第4部分 采用压力试验机进行的抗压和堆码试验方法》。

　　(2)ASTM标准：ASTM D642-2015和ASTM D4169-2016。

　　(3)ISTA系列标准：ISTA 1系列，包括ISTA 1C-2014(2017)和ISTA 1D-2014(2012);ISTA 2系列，包括ISTA 2A-2011(2012)和ISTA 2B-2011(2012);ISTA 3系列，包括ISTA 3E-2009(2014)、ISTA 3F-2017(2017)和ISTA 3H-2011(2014);ISTA 6系列，包括ISTA 6-Samsclub-2010(2016)、ISTA 6-AMAZON.COM-SIOC-2016、ISTA 6-FedEX A-2016和ISTA 6-FedEX B-2011。

　　在以上标准中，国家标准、ASTM D642-2015、ISTA 1系列、ISTA 2系列和ISTA 3系列标准都是介绍压力试验的方法标准，ISTA 6系列和ASTM D4169-2016标准可作为电商瓦楞包装印刷件的测试标准，其中ISTA 6-Samsclub-2010(2016)针对山姆会员店配送系统，ISTA 6-AMAZON.COM-SIOC-2016(2016)是针对亚马逊电商平台配送系统，ISTA 6-FedEX是针对联邦快递配送系统。

　　在GB/T 4857.3-2008、GB/T 4857.4-2008和ASTM D642-2015标准中并未给出包装印刷件压力载荷值的计算公式，只是规定了进行压力试验的方法。在ASTM D4169-2016和ISTA系列标准中均给出了相应的压力载荷计算公式，其试验方法均采用ASTM D642-2015标准里规定的压力试验方法。本文主要对ASTM D4169-2016标准和ISTA系列标准的适用范围、压力载荷计算公式(采用压力试验机进行压力试验时的计算公式)以及具体的试验方法进行详解。

　　2.适用范围

　　每个压力试验标准的适用范围不尽相同，针对不同用途，不同重量以及不同运输方式的包装印刷件应当选择其对应的压力试验标准。不同压力试验标准的适用范围如表1所示。

　　3.压力载荷的计算

　　在ASTM D4169-2016和ISTA系列标准ETP 0921B000 Rev. 23企业标准中均给出了相应的压力载荷计算公式，需要注意的是由于ISTA 1C和ISTA 1D标准中的压力试验不是对包装印刷件的压缩性能测试，也不模拟仓储堆码和车辆堆码情况，因此我们不讨论ISTA 1C和ISTA D标准中的压力公式。ISTA 3E和ISTA 3H中的压力试验分为仓储堆码压力和车辆堆码压力。仓储堆码时间超过48小时的集合包装印刷的压力试验的压力值是由仓储堆码压力和车辆堆码压力的最大值来确定的，否则为车辆堆码压力值。不同压力试验标准规定的载荷计算公式如表2所示。

　　从上述公式中可以看出压力载荷计算公式中的参数值基本上都包括堆码层数、补偿系数以及包装印刷件重量等。有的压力载荷计算公式根据平均货物密度计算载荷值，如ASTM D4169-2016中有关零担运输的压力载荷计算公式和ISTA 6-FedEX中的公式。下面重点探讨公式中的参数，如补偿系数、堆码高度、平均货物密度等。

　　(1)补偿系数

　　补偿系数也可称为保险系数或强度安全系数，补偿系数是考虑到测试以外的影响因素，用来补充考核实验室试验中没有被模拟到的一些因素，如环境温湿度、堆码方式(如平齐堆码或错位码放等)、长时间码放、长期加载等。在一定条件下还可以选用标准规定以外的其他系数。例如，压力试验和温湿度处理试验一起进行时，包装印刷容器强度会降低(如瓦楞包装印刷容器在高湿环境下，塑料包装印刷容器在高温环境下);或用来支撑压力载荷的材料和结构(不论是产品、初级包装印刷、运输包装印刷或组合包装印刷)如果不受时间、温度或湿度的影响，可以降低补偿系数。

　　补偿系数的选择：

　　①对于ISTA 2A和ISTA 2B：补偿系数范围一般在3.0～6.0;如果包装印刷件在流通过程有仓储堆码，ISTA 建议最小选择5.0，否则最小选择4.0。

　　②对于ISTA 3E 和ISTA 3H：对于仓储堆码，补偿系数F=3.0;对于车辆堆码，如果集合包装印刷的高度大于等于1.4m，F=1.5，如果集合包装印刷的高度小于1.4m，F=3.0。ISTA 3F压力试验是模拟仓储堆码情况，F=3.0。

　　③对于ISTA 6-Samsclub，国内运输(起始点在美国)，补偿系数M=2.5;国际运输(起始点不在美国)M=3.0。ISTA 6-AMAZON.COM-SIOC是对准备通过亚马逊的“在自己的包装印刷容器内运输”配送系统运输到北美的包装印刷件的模拟测试，M=3.0。

　　④在ISTA 6-FedEX和ASTM D4169-2016标准中，补偿系数系数F是根据包装印刷材料、包装印刷结构以及产品能否承压进行选择的。

　　ASTM D4169-2016补偿系数的规定如表3所示。

　　ISTA 6- FedEX补偿系数的规定和ASTM D4169-2016标准规定的车辆堆码系数是一致的，并且ISTA 6-FedEX标准的补偿系数一般选择Ⅲ类。如果采用ISTA 6-FedEX标准进行包装印刷件测试，但实际运输中不用联邦快递进行运输或物流过程未知，补偿系数建议选Ⅱ类。

　　⑤有的企业标准中也有根据包装印刷材料、包装印刷结构以及产品能否承压对补偿系数进行选择，如表4所示。

　　以上是评价包装印刷件抗压性能时压力载荷计算公式中的补偿系数的选择，都是国外标准规定的补偿系数取值。在GB/T 6543-2008《运输包装印刷用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱》中规定的瓦楞纸箱抗压强度计算方法中也有安全系数。

　　⑥GB/T 6543-2008标准规定瓦楞纸箱抗压强度值不小于根据公式(1)得出的计算值：

　　P=K・G (H-h)/h×9.8公式(1)

　　式中，P：抗压强度值，单位N;K：强度安全系数;G：瓦楞纸箱包装印刷件重量，单位kg;H：堆码高度，一般不超过3000mm;h：瓦楞纸箱高度，单位mm。

　　标准规定强度安全系数K应根据实际储运流通环境条件确定，包括气候环境条件、机械物理环境条件及储运时间等，内装物能起到支撑作用的一般取1.65以上，不能起到的一般取2以上。

　　实际上这个瓦楞纸箱抗压强度计算公式可作为考察瓦楞纸箱运输包装印刷件的抗压性能测试。这时安全系数K可根据包装印刷件储存运输环境的温湿度条件、振动冲击强度、储运时间及内装产品是否有一定支撑来确定。一般原则：安全系数K一般取2以上;当内装产品不能承受任何载荷时为7;内装产品能承受1～2倍载荷时K为5;内装产品能承受3倍以上载荷时K为3。

　　一般情况下，瓦楞纸箱的用途一旦确定，其单位载重量、预计堆码高度(层数)、瓦楞纸箱基本形状很容易确定，这时起决定作用的是强度安全系数K。强度安全系数K值过小，瓦楞纸箱强度不够，包装印刷件在储运中极易产生瓦楞纸箱破损，造成损失;K值过大，势必增加瓦楞纸箱用纸的定量，甚至增加纸板的层数，从而产生过度包装印刷现象，既增加成本，又造成浪费。因此，在现实生产以及包装印刷设计中要选择比较准确的强度安全系数，从而提高瓦楞纸箱质量，降低成本，满足瓦楞纸箱包装印刷技术优化设计印刷的需要。

　　(2)堆码高度

　　堆码高度越高，重量越大，则上层商品对下层商品的压力就越大，对物流包装印刷的损坏也越大。

　　①ISTA 2A和ISTA 2B：标准中规定的堆码层数由实际运输或仓储确定，如果堆码未知，则采用以下方式确定堆码层数。

　　流通过程有仓储堆码，S=5/H。5m代表比较高的堆码高度，但是在有些情况下堆码高度也许会更高;H为包装印刷件高度，计算结果向上圆整。最好的方法就按照实际情况确定S值。

　　流通过程无仓储堆码，S=2.3/H。2.3m代表在车辆或海运集装箱中比较常见的堆码高度，但是在有些情况下堆码高度也许会超过或低于这个高度;H为包装印刷件高度，计算结果向上圆整。最好的方法就按照实际情况确定S值。

　　②ISTA 3F：标准中的堆码层数由实际仓储堆码情况确定，如果堆码未知，则采用上述流通过程有仓储堆码方式确定堆码层数。

　　③标准ISTA 3E和ISTA 3H中只有仓储堆码压力计算公式中才有堆码层数，堆码层数由实际仓储堆码情况确定。

　　④ISTA 6-Samsclub标准中堆码高度设定为2745mm。

　　⑤ISTA 6-AMAZON.COM-SIOC标准中的最大堆码高度如果在包装印刷件印刷设计标识上标明，则用标识的堆码高度;如果未标明，则堆码高度为3658mm，堆码高度不超过3658mm。

　　⑥ASTM D4169-2016标准中的仓储堆码和车辆堆码的堆码高度由实际仓储和运输情况确定。对于车辆堆码，如果最大堆码高度未知，堆码高度选择2.7m，对于零担运输，如果包装印刷件重量不大于3.6kg且包装印刷件体积不大于0.056m3, 堆码高度减小到1.4m。

　　(3)平均货物密度

　　平均货物密度在ISTA 6-FedEX标准和ASTM D4169-2016标准对于零担运输公式中体现。ISTA 6-FedEX标准中规定的平均货物密度为0.007lb/in3(12lbs/ft3)，ASTM D4169-2016标准中规定的平均货物密度为160kg/m3(0.006lb/in3或10lb/ft3)。

　　从以上可以看出，不同标准中补偿系数(强度安全系数)、堆码高度以及平均货物密度等参数均存在一定差异。实际上，科学地选择补偿系数和平均货物密度是评价运输包装印刷件压力性能的关键。如何更准确地确定补偿系数(强度安全系数)和平均货物密度是运输包装印刷件压力试验未来的研究方向。

　　4.试验方法

　　根据压力载荷计算公式计算出所需压力值后，就需要对包装印刷件进行压力试验，运输包装印刷件的压力试验标准中规定的方法基本上是相同的，进行压力试验需要确认测试方向、试验时间以及压力试验机类型的要求，不同压力试验标准的要求如表5所示。

　　虽然在ISTA 6-FedEX标准中未明确指出压力试验测试方向，但在试验时测试方向为包装印刷件印刷设计标识上“向上箭头”规定的方向，如果选用ISTA 6-FedEX标准进行包装印刷件测试，但实际运输中不用联邦快递进行运输或物流过程未知，包装印刷件在3个方向上都要进行测试。

　　在ASTM D4169-2016标准中的零担运输的包装印刷件测试时建议在3个方向上都要进行测试。

　　快递运输一般都是零担运输，各种商品包装印刷件混装在一块，运输时包装印刷的摆放方式也会有多个方向，即使包装印刷件上有向上箭头的印刷设计标识，也不能保证快递运输时按照标识的方向进行放置，因此对于模拟快递包装印刷件在运输过程中的压力危害，应在3个方向上进行压力试验。

　　可见，科学地选择补偿系数和平均货物密度是评价运输包装印刷件压力性能的关键。如何更准确地确定补偿系数(强度安全系数)和平均货物密度是运输包装印刷件压力试验未来的研究方向。因此，产品包装印刷设计者在对电商包装印刷件进行设计印刷时应根据实际状况准确的选择补偿系数、堆码高度以及平均货物密度，并且适当考虑包装印刷件在所有方向上的抗压性能，从而优化包装印刷设计，使包装印刷既能很好的保护产品，又不至于造成过包装印刷，以节约成本。