1 前言
      包裝系統(tǒng)在運(yùn)輸,、儲存等流通過程中的破損會導(dǎo)致直接的經(jīng)濟(jì)損失,。破損的主要原因是沖擊和振動。因此,，對包裝緩沖材料緩沖特性的研究,，一直為包裝動力學(xué)的研究者和包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計者所關(guān)注。
    
      隨著人們環(huán)保意思的加強(qiáng),，越來越重視對環(huán)保型緩沖包裝材料的研究與開發(fā)。紙質(zhì)緩沖包裝材料就是其中一類,。瓦楞紙板是目前市場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,、焚燒處理會產(chǎn)生有害氣體等缺點(diǎn),，近年來已成為加劇世界環(huán)境危機(jī)的嚴(yán)重公害。越來越多的國家已立法禁止用發(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，延長包裝物承受沖擊脈沖的作用時間,，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,、求解其動力學(xué)方程、分析相關(guān)參數(shù)對系統(tǒng)的影響,，能使該類包裝系統(tǒng)的動力學(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,，保護(hù)森林資源，提高植被覆蓋率,，改善人類的生存環(huán)境已成為大勢所趨,。包裝業(yè)因國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”事件,，美國、加拿大和歐盟等國家嚴(yán)禁我國未經(jīng)熱處理,、熏蒸處理或防腐處理的木箱,、木托盤出口。傳統(tǒng)用木箱包裝和木托盤裝運(yùn)的大量出口商品在出口美國,、英國,、加拿大等歐美國家受到限制。有資料表明,，包裝工業(yè)越發(fā)達(dá),，木包裝在整個包裝材料中的比例就越小,。如：中國約為20%,，日本約為10%，而美國約為3%,。從這一數(shù)據(jù)可看出,，隨著我國包裝工業(yè)的不斷進(jìn)步，木包裝的用量將會進(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，將成為我國包裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢,。 

    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、便于儲存和搬運(yùn),、易回收和再生利用,、印刷適性優(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)品的銷售包裝和運(yùn)輸包裝。顯然,，瓦楞紙箱在銷售包裝和運(yùn)輸包裝中占有絕對優(yōu)勢,，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�,�,；重量輕、強(qiáng)度高,；節(jié)省儲藏空間,、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)或動態(tài)應(yīng)力——應(yīng)變曲線,。Jansen1952年提出了以變形能量為基礎(chǔ)的緩沖系數(shù)概念，來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)力曲線來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,，根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)曲線,，可簡便地進(jìn)行單自由度系統(tǒng)跌落緩沖包裝設(shè)計,，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,，按每一條曲線至少要做21次試驗(yàn)計算,，試驗(yàn)工作量十分巨大。而一些學(xué)者提出的曲線尚未能全部描述現(xiàn)有的包裝材料緩沖特性,，更無法包含環(huán)境參數(shù)變化對包裝材料性能的影響,。Cost于1974年、McDaniel和Wyskida于1976年分別認(rèn)為包裝材料動態(tài)特性曲線除了與試樣尺寸和跌落高度有關(guān)外,，還與時間和環(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性系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的方便,，要求從理論上對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)式直接計算最大加速度,。  

    對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)化尺寸的計算結(jié)果。對瓦楞紙板力學(xué)性能的研究具有較長的歷史,，國內(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，得到一個半經(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簡化公式,；J.Marcondes研究了瓦楞紙板的緩沖性能及濕度對其緩沖性能的影響,。國內(nèi)近十幾年來對瓦楞紙板也進(jìn)行了大量的研究,。1994年高德等考慮溫度、多次沖擊,、層數(shù),、變形種類等因素，提出瓦楞紙板緩沖的理論模型,，進(jìn)行了參數(shù)識別,。吳天明對瓦楞紙板的平壓沖擊性能進(jìn)行了研究。   

    通過文獻(xiàn)調(diào)研與論證,，未見國內(nèi)外對三重瓦楞結(jié)構(gòu)緩沖防護(hù)性能的較為深入的研究成果,。國內(nèi)對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)的動力學(xué)分析及利用計算機(jī)進(jìn)行工業(yè)包裝設(shè)計,。為使物品包裝優(yōu)化設(shè)計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)的理論模型及評價指標(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)識別,、優(yōu)化計算和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步為基礎(chǔ)，開發(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)計的技術(shù)水平,，是今后研究、開發(fā)三重瓦楞緩沖包裝材料的發(fā)展方向。  

   5 結(jié)束語
    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)計很大程度上處于盲目性,。以三重組合瓦楞紙板為研究對象,，建立其緩沖性能模型、求解其動力學(xué)方程,、分析主要參數(shù)對系統(tǒng)的影響，揭示這種材料在外部機(jī)械力學(xué)激勵下的動力學(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)計提供若干科學(xué)依據(jù),，具有深遠(yuǎn)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。