夹层结构纸板压缩剪切性能试验研究

——梁宁宁，夹层结构纸板压缩剪切性能试验研究—温时宝

夹层结构纸板压缩剪切性能试验研究

梁宁宁，温时宝

（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛266042）

摘要：采用改进的组合式压缩剪切夹具，测试不同厚度的蜂窝纸板和高强瓦楞复合纸板横、纵向的

位移数据并绘制了相应曲线以及对应的抗剪切强度柱状图。测试结果表明：对于夹层结构纸剪切载荷-板纵向样品的抗剪切能力大于横向样品；在用纸定量和质量相同时，相同方向的蜂窝和高强瓦楞复合纸

板的抗剪切能力随厚度的增加而降低，相同厚度和方向蜂窝纸板的抗剪切能力大于高强瓦楞复合纸板，蜂窝纸板的抗剪切性能比高强瓦楞复合纸板更好。研究结果对于夹层结构纸板的进一步应用提供了压缩剪切方面的依据。

关键词：夹层结构；高强瓦楞复合纸板；竖瓦楞纸板；蜂窝纸板；剪切

中图分类号：TS484．1文献标识码：A文章编号：1005－1295（2013）06－0029－04doi：10．3969/j．issn．1005－1295．2013．06．007

ExperimentalInvestigationofCompressionShearPropertyforSandwichStructurePaperboard

LIANGNing-ning，WENShi-bao

（SchoolofPolymerScienceandEngineering，QingdaoUniversityof

Science＆Technology，Qingdao266042，China）

Abstract：Usingthecombinationcompressionshearfixturebyimproving，shearload-displacementdataoftransverseandlongitudinalsampleforcorrugatedcompositepaperboard（CCP）andhoneycombpaperboardwiththedifferentthicknessweretestedandthecorrespondingshearstrengthhistogramwerealsodrawn．Theresultsshowedthat：Shearresistanceoflongitudinalsampleisgreaterthanthatoftransversesampleforthesandwichstructurepaperboard；Underthesamelinerandmedium，shearresistancewiththesamedirectionfortheCCPandhoneycombpaperboarddecreaseswithincreasingpaperboardthickness，buttheshearresistanceofhoneycombpaperboardwiththesamethicknessanddirectionislargerthanthatoftheCCP，sotheentiretyshearresistanceofhoneycombpaperboardisbetterthanthatoftheCCP．Theresultsprovidethebasisofcom-pressionshearforthefurtherapplicationofsandwichstructurepaperboard．

Keywords：sandwichstructure；corrugatedcompositepaperboard；verticalitycorrugatedpaperboard；hon-eycombpaperboard；shearproperty

构造形式是由上下两块薄而强的面板和填在其中

并与面板牢固连接起来的轻质芯材所组成。夹层结构纸板即由纸质材料作为面板和芯材构造而成的夹层结构。夹层结构纸板主要有瓦楞纸板、蜂窝纸板、高强瓦楞复合（竖瓦楞）纸板等，其中蜂

0引言

夹层结构是指由面板与疏松的或较轻的夹芯

［1］

层组成的板、壳结构。工程上夹层结构的基本

收稿日期：2013－07－31；修稿日期：2013－08－09作者简介：梁宁宁（1989－），女，硕士，主要研究方向为高分子及包装材料。通信作者：温时宝（1976－），男，博士，讲师，主要研究方向为运输包装材料与结构设计以及功能高分子材料，通信地址：266042山东省

53168，E-mail：wenshibao@126．com。青岛市郑州路号信箱

29

窝纸板、高强瓦楞复合纸板主要用于制作重型包

［2］

装纸箱、纸板托盘和缓冲包装。“剪切”是指在一对相距很近、大小相同、指向相反的横向外力（平行于作用面的力）作用下，材料的横截面沿该外力作用方向发生的相对错动

［3］

抗剪切能力是夹层结构板的基本性变形现象，

［4－5］

。对于夹层结构剪切性能的研究文献能之一

较多，但大多数都是关于铝、钢材、高分子等材料

芯纸为楞）夹层构成。内外面纸为A级箱板纸，

A级瓦楞原纸（瓦楞楞型为A楞，楞高4mm）。试验所用高强瓦楞复合纸板内外面纸定量为230g/

2

m2，厚度为0．35mm，芯纸定量120g/m，厚度0．24

mm。4种厚度蜂窝纸板芯纸都采用95g/m2A级

15mm、20mm和30mm厚度纸瓦楞原纸，10mm、

2

250g/m2、280g/m2和板面纸分别为290g/m、

320g/m2，都为A级箱板纸。纸板密度如表1所示。

表1纸板的密度101520纸板厚度/mm－3

102．782．766．3蜂窝纸板密度/kg·m－3

138．6110．591．4高强纸板密度/kg·m

蜂窝与高强纸板的

747573

比值/%

3077．290．186

，而关于纸类夹层结构的研究文献很［9－10］

。少的

9］已有蜂窝纸板的剪切性能研究文献［也不

是按照国家标准的测试方法进行研究的。温时宝对国家标准压缩剪切夹具进行了改进，可以更加方便地进行夹层结构纸板压缩剪切性能的测［11－12］

。本文采用国家标准压缩剪切测试方法，试

用改进的组合式剪切夹具测试不同厚度的高强瓦

）和蜂窝纸板的压楞复合纸板（简称“高强纸板”

缩剪切性能，分析纸板厚度对压缩剪切性能的影

响，并对两种纸板的性能进行对比。11．1

试验材料与方法

［6－8］

1．3制样及试验

制样前用砂布将一对粘合钢板表面轻轻打

磨，再用酒精擦拭工作面，然后将黏合剂均匀涂在粘合部位上，放置纸板并用重物压紧固化24h形成试样组件，做恒温恒湿处理（23℃，相对湿度50%）。

将制作好的试样组件固定在压缩剪切夹具上，再将夹具安装在万能材料试验机上，调整载荷零点，准备测试。测试时载荷作用线应尽量接近试样对角线，以1mm/min的速度施加载荷，均匀连续加载直到试样破坏，记录破坏形式。22．12．1．1

试验结果与讨论

纸板厚度对载荷—位移曲线的影响高强瓦楞复合纸板

测试装置

Gt-tcs-2000型电脑伺服压力实验机（高铁检

测仪器有限公司）；钢尺（长度为100cm和

10cm）；组合式压缩剪切夹具，自制。1．2试验材料

试验所用蜂窝纸板由宁波诚明蜂窝纸业有限公司生产，高强纸板（竖瓦楞纸板）由浙江中申板业有限公司生产，合众AAA超能胶由浙江黄岩光

15mm、20mm和华胶黏剂厂生产。选取10mm、

30mm4种厚度的高强瓦楞复合纸板，样品尺寸为

150mm×60mm。

由于纸板为各向异性材料，试验中每种纸板试样分为纵向与横向两组样品，如图1所示，每组试样至少有5件样品

。

绘制测试所得的各组样品载荷—位移平均值

曲线，如图2和图3所示分别为横向和纵向不同厚度样品的剪切载荷—位移曲线

。

图2

图1

纸板方向示意图

高强纸板不同厚度横向样品剪切载荷—位移曲线

b纵向；蜂窝纸板c横向，d纵向高强纸板a横向，

高强纸板由内外面纸，瓦楞状纸蜂窝（竖瓦30

由图2可以看出：在刚开始的一段，载荷随位移呈线性增长，并且曲线斜率随着厚度的增加而

减小，纸板的厚度越大曲线的线性段越小。到达

最高点后纸板屈服，剪切载荷值随着位移的增大慢慢减小

。

屈服之后载荷值快速下降，载荷最大值随厚度长，

的增加而减小。2．2

纸板厚度和夹芯方向对剪切强度的影响对相同厚度和方向的所有试样剪切载荷强度

得到如图6所示剪切载荷强度最最大值求平均，大值柱状图

。

图3高强纸板不同厚度纵向样品剪切载荷—位移曲线

由图3可以看出：相对于横向样品的载荷—

位移曲线，纵向样品的载荷—位移曲线没有完全的线性段，但在曲线达到最大值（屈服）之前为持续增长，屈服之后载荷值快速下降，载荷最大值随厚度的增加呈减小趋势。2．1．2蜂窝纸板

如图4和图5所示分别为蜂窝纸板横向和纵向不同厚度样品的剪切载荷—位移曲线

。

（a）

蜂窝纸板

（b）高强瓦楞复合纸板

图6

不同厚度和方向的纸板剪切载荷强度

从图6可以看出：不管是蜂窝纸板还是高强纸板，其同种厚度纵向样品的剪切载荷强度值都

图4

蜂窝纸板不同厚度横向样品剪切载荷—

位移曲线

要大于横向样品剪切强度值的100%以上，即夹层结构纸板样品的纵向抗剪切性能要远大于横向；结合面纸和芯纸定量的情况总体上看随着厚度的增加相同方向样品的剪切载荷强度呈降低趋势，即样品的厚度越大剪切载荷强度值越小。对于蜂窝纸板4种厚度横向和纵向的剪切强度最小值与最大值的比值分别为79%和84%，而对于高强纸板其比值为26%和47%，也就是说对于试验所选的样品，蜂窝纸板4种厚度、相同方向样品的剪切强度值比较接近，而高强纸板的差距较大，即面、芯纸基本相同的情况下，纸板厚度对高强纸板的抗剪切性能影响较大。

表1中所有高强纸板的密度都大于蜂窝纸板，理论上同种厚度和方向的高强纸板剪切强度值应大于蜂窝纸板，但根据图6中的数据，只有10mm和15mm厚度的高强纸板剪切强度值大于蜂窝纸板，即综合认为蜂窝纸板比高强纸板的抗剪切性能更好。

31

图5蜂窝纸板不同厚度纵向样品剪切载荷—位移曲线

由图4可以看出：曲线存在明显的线性段，在线性段厚度越大其斜率越小，即其刚性越差；而随着厚度的增加出现一段载荷平台段，即随着位移的增加其载荷值变化缓慢。

由图5可以看出：与图3中的曲线类似，蜂窝纸板纵向样品的载荷—位移曲线也没有完全的线性段，但在曲线达到最大值（屈服）之前为持续增

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3结束语

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［12］温时宝．一种快速更换试样的夹层结构压缩剪切测

201120160447．7［P］．2011－05－11．试夹具：中国，

与平压性能、侧压性能和弯曲性能相同，剪切

性能也是夹层结构的基本性能指标之一，按照国应用改造的组合压家标准的压缩剪切试验方法，

——蜂窝纸板和高缩剪切夹具，对夹层结构纸板—强纸板进行了压缩剪切测试。测试结果表明：对于夹层结构纸板纵向样品的抗剪切能力大于横向

样品；在用纸相同时，相同方向的蜂窝和高强纸板抗剪切能力随厚度的增加而降低，相同厚度和方向蜂窝纸板的抗剪切能力大于高强纸板，蜂窝纸板的抗剪切性能比高强纸板更好。

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