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纸桶的设计及合理用料

包装容器纸桶具有强度高、有一定的弹性、不氧化、不污染等优点。与钢桶比较，具有能防止静电、质量实验进程中可以显示线材的表面缺点轻、易回收、加工周期短、造价低等优势。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。

包装容器纸桶是指具有用纸或纸板加粘合剂制造的桶身和用相同材料或其它材料制造的桶底、桶盖的刚性圆桶，在底和盖之间具有定位性能，以便堆码存储。纸桶根据本身采用原材料的不同可分为二类，第一类为全纸纸桶，它的外观形状有圆柱形和正方形，采用的材料是高强度纸板，在专用的纸桶成型机上加工而成。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可以烧毁，不会产生有毒气体，所以说全纸纸桶的原料以及生产工艺的全过程到废弃物的处理均不污染环境。因此作为产品包装出口时，受到国外客商普遍接受。第二类纸桶与全纸纸桶不同的是在圆形纸桶身的上口与下底用铁皮加固，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重量上要比全纸纸桶高，因而在桶内盛装体积大且重量超过30公斤以上产品时均采用2017年⑵019年全球锂供给分别是23.56万吨、28.06万吨和36.22万吨此类纸桶。

1、制作纸桶的纸板含水率超标对成品性能的影响

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。纸板的定量一般选择在280—360克／平方米范围，为保证纸桶的强度与刚性，一般要求纸板的环压强度（300克／平方米）不小于2KN／m，耐破指数不小于3．0K p a·m 2／g，横向耐折度不小于50次，紧度为1．2g／cm 3，纸板的含水率保持在10％左右。纸板含水率的高低直接影响纸桶成型及成品的质量，当生产环境温度与湿度一定的情况下，同一型号的纸板含水率小于10％时，纸桶成型性能明显变差，纸板表面的脆性增加，耐折次数明显减少。尤其是实验机的功用决议了其应用在纸桶成型生产中，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位置上，如果纸板表面脆且韧性差，含水率极低，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。当纸板的含水率太高时，也会影响纸桶成品的质量。由于含水率太高且纸浆纤维流向纵横交联不规则，易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，如果收缩严重，会使纸桶尺寸达不到所要求的标准，又由于纸板收缩的不规则，使成品纸桶的内容积明显缩小，难以达到规定的容积要求。

2、纸桶材料的强度与刚度的关系

纸桶的强度和刚度除与所采用的纸板原料本身强度的大小有关外，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，永久变形应不影响纸桶的堆积能力。抗跌落性能在高度为800毫米下落，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有关，即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公主岭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纸板厚度，纸桶的刚度系数越大则纸桶的刚度越大，因此纸板材料应选用弹性模量高的纸板。纸桶复卷层数多，相对直径小的结构，其变形较小。

3、纸桶的设计形状结构与合理用料

纸桶原材料的选择应在保证盛装物的安全和质量的前提下，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。在选材之前，首先要了解纸桶盛装物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的实际使用情况综合考虑，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。在纸桶的生产中，由于纸桶的形状不同，其纸板材料用量均不等，这就存在一个用料节省的问题。在生产圆柱形纸桶时，当容积一定时，选取什么样的形状结构用料最节省？我们以有盖的圆形纸桶为例，以计算形式讨论这一问题。设圆形纸桶的半径为R，高为H，则上下底面积之和为2πR 2。侧面积为2πRH防腐涂料，总面积S＝2πRH＋2πR 2，体

积V＝πR 2 H。

假定体积V不变，并积极拓宽其使用领域设V＝1000，则有H＝1000／πR 2，我们要求S＝2πRH＋2πR 铁氟龙管2＝2πR·1000／πR 2＋2πR 2

＝2πR 2＋2000／R的极小值。

由微积分计算可得：d s／dR＝4πR－2000／R 2＝0

即：R 3＝1000／2π，得出：R＝5．4 H＝10．8＝D＝2R

S＝553．6。从计算可看出：圆柱形直径和高相等时用料方案最省。

设H＝3R则V＝πR 2 H＝1000，H 3＝9000／π

H＝14．2 R＝4．7 S＝563．3

设：H＝R则V＝πR 2 H＝1000，H＝R＝6．8，S＝585．8

我们研究H＝2R时，函数y＝S／V＝2πRH＋2πR 2／πR 2 H＝3／R

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，就是说采用大包装比小包装更节省材料。从计算中可知，圆柱体包装比正方体、长方体包装更节省材料，正方体比长方体包装更节约材料；从材料用料角度来看，当圆形纸桶直径与高相等时用材料最省。

4、纸桶用料的消耗定额制定原则

所谓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小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。5确定可用原料和不可用废料数量以及每个纸桶的平均废料量。⑤计算材料的利用率指标。纸桶用纸板的消耗主要分为三个部分：即净消耗、工艺性消耗和非工艺性消耗。纸板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、半成品纸桶的高度、纸板定量、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拌和机工艺消耗的量之和。在实际生产过程中，主要控制非工艺性消耗，并使之降到最低限度。在实际用料过程中，由于纸板的幅宽不一致，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，用数理统计的方法列出适合于所需要纸桶的长度，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，可达到合理利用纸板原料，取得原料有效利用的最佳效果。(白冰）