浅论集装袋设计中存在的几个问题呢

浅论集装袋设计中存在的几个问题

集装袋称为一种劳动密集型产品，当前，在我国不仅发展迅速，而且具有良好的发展前景。我国生产的集装袋出口于美国、欧洲、日本及澳大利亚的市场时，面临着来自东南亚各国同类产品的激烈竞争；作为包装物出口时，使用范围更是受限制于日本、韩国等周边地区。要在竞争中保持主动，我们必须让我们的产品使用性能更加安全可靠，更适合远距离的运输周转，这样才能够进一步赢得国际客户的认可。在保持质量的前提下，从技术上不断探索，在加工理论上更贴近应用实际，是集装袋发展的方向。

笔者从事集装袋检验工作近10年，深切感受到集装袋设计中涉及问题比较复杂，从原材料选用、配方、织造、再到整袋受力结构分布及缝纫设计，特别是产品老化规律还有着很大的有待于探索的空间。本文在此抛砖引玉，就标准和几个主要指标简单地谈谈看法。

一、关于安全系数

“安全系数”是产品在试验中最大承受能力与额定设计载荷之间的比值，是指集装袋在试验中破损，即丧失使用性能前所能承受的最大载荷。它在集装袋的设计中是必不可少的，它是根据产品用途和使用环境来决定的。在一定期限内，对内装产品和吊装工人的安全给予保障的重要技术。安全系数和袋体结构有着重要的内在联系，它随着袋体自身强度、设计结构以及原料配方的影响而变化。国内外同类标准中“安全系数”的设置一般为5～6倍。

国家标准GB10454－2000《集装袋》提到了“安全系数”问据了解题，但重视程度值得商榷。标准在5.5.1条款：“周期性提吊试验”中规定“将内容物均匀地填入集装袋至满负荷，挂上相当于最大载荷2倍的负荷，有限用袋70次，一次性用袋30次，反复提升。集装袋是否合格，主要看内容物和袋体是否有异常情况，连接部是否破损，没有破坏即表示通过此项试验”。

在4.3条款中规定“吊带、吊绳的拉力其安全系数为6”。 这样在以3倍额定载荷为准的整体试验中产品既便通过了最终试验。那么，在一个相对（较短）的产品使用期限内，由于自然老化，当产品强度下降至50％时，其保证使用安全的能力仅有1.5倍，同时提吊中产生的瞬时应力已经接近这个数值。再加上单件产品之间固有的性能差异，这就意味着破包比例将可能增加，产品的安全性就大大折扣了。当然这只是理论的推测，事实上由于内装物料和使用环境的差别，以及产品之间性能的公差，要确切掌握一批正在使用的产品性能何时降至了50％以下，比较有难度。但是5倍安全系数的集装袋比3倍安全保障的产品能够安全使用的时间更长，填加了抗UV紫外线助剂的集装袋，应用范围更广，是一个不争的事实，因此它们也有着更广阔的国际市场。

《集装袋标准》10454－89中规定吊带（绳）的合计拉力（按照设计形式从武汉经济技术开发区得悉）应大于等于6倍额定载荷的力量分配给不同型式不同吊环中单根吊带（绳）上的拉力，并给出安全系数为“6”。在实践中，这个安全系数与整体提吊试验有不一致的地方，这个吊环6倍系数不能证明整袋有6倍的安全系数，它只代表了吊带在单独检验时需要达到的较高拉力指标。吊带在与袋体连接时，有顶吊、侧吊、底吊等多种型式，并通过缝线连接。在侧吊和顶吊中，如果基布和缝线达不到一定水平的强度性能，只凭吊带的高强度，也不能确保整体试验的高性能；再者，吊带和基布根据不同的缝纫型式和缝纫方法，强度损失也在10－30％之间。因此，整袋提吊试验要求挂上3倍的满负荷，重复提升，而在确定吊带性能时忽略了产品的具体结构型式。《集装袋》2000版标准在修订时，为了保证袋子的安全装卸，取消了原来标准中的顶吊式袋和侧吊式袋，这种方法似乎不妥。保证质量，主要应当依靠得到验证的制作技术和可靠的材料质量来保障。顶吊形式袋和侧吊形式袋在加工过程中和成本方面还是有其可取之处的，特别是在轻型袋产品中更是如此。标准的原则应当是指出方向，不应规定条条框框限制设计人员聪明才智的有效发挥。

另外，集装袋整体提吊试验时的“速度”、集装袋跌落试验时的“填充物”，应该有明确规定。实验证明样品中填充物是块状、粒状或粉状对试验结果有重要影响，内容物的物理密度和松散程度对整体试验结果也有明显的不同。我们认为试验速度应模仿船港码头吊车的实际吊装速度，填装物的性能尽可能的接近客户所要装载的产品。为了防止争议，标准中应描述一种试验专用的“标准填充料”，作为集装袋性能判定的依据，尽可能地使技术标准理好地去迎接市场经济带来的挑战。

“安全系数”作为产品安全使用性能的保障，由它决定了袋体各部件在不同结构形式下，应该具有的力学性能。它反映了产品的综合性能，简单明了，因此说它是产品设计中的重要依据，主要受力结构都和它有重要关系，设计中先确定它，然后围绕它分配给各部件的强度，确定根据自己公司拉丝能力所能保证的最低单位重量。其他具体设计应当围绕此项指标来具体安排。同时针对产成品，“安全系数”试验如果能够合格，对其它试验应有涵盖作用。

二、关于整体测试方法

《国标》GB10454－2000中5.5条款“整体试验方法”规定除周期性提吊以外，还有5项试验，既跌落试验、加压试验、正位试验和撕裂传播试验，从笔者多年亲自动手的产品实验认识到，满足5倍安全系数的整体提吊试验，也能够满足其它的试验。

在提吊试验中，因为受5倍的载荷是集体所有部件同时受力，单位面积上受力为额定载荷时的5倍，如果能够通过此项试验，那么在跌落试验和倾倒试验中高度分别为0.8M和3M时，以额定载荷在它的自由落体中，其自重和重力加速度的总和要比5倍载荷时受力小得多。分配给整袋各部件上的力，也要比5倍载荷时并且由内向外时小得多，对产品构不成威胁。

试验的意义在于模仿产品实际在我国建筑门窗产品市场中工作状态，国际远洋货轮的船弦比码头不止高0.8M或0.3M，这种试验的意义不大。如果港口吊装时，袋子真的掉下来，只有2种可能：一是港口操作有误，二是产品未能通过提吊试验。

能够达到5倍的安全系数，则4吊环中的两个或2吊环中的一个也必然有额定载荷2.5倍以上的拉力性能。在正位试验时，袋体横卧于地，用吊钩挂住靠近地面一侧的2个或1个吊环向上提起，直至将袋体扶正吊离地面，袋体不会有问题。当袋体离地以后，由于单耳提吊的倾斜作用，会产生一个非垂直的分力破坏吊环根部的结构，这个分力的大小与袋体的斜度有关，也和内填料平面与吊环根部缝纫处的相对位置高低有关。一般这个撕裂力相当于重力的20－25％，不会对经受住5倍安全系数考验的吊带构成威胁。

在撕裂传播中，如果5倍以上的载荷分配在载体某部位10CM上的力为F，则额定载荷提起作撕裂传播时分配在该处的力为1/5F。袋体内容物的重力方向主要向下，对侧壁织物有一定压力但比较小，这个压力的大小与内容物料面高低有关，与袋体裁面大小有关，也与内容物料的粉状、粒状、块状及密度有关装备自动化程度高、操作方便。同时，这个压力受经纬纱纵横方向的影响，与袋体垂直中轴线成45度的刀口末端分别将产生两个分力传到袋体经纬方向的扁丝中。通过比较复杂的计算，可以得出这两个分力的大小，撕裂传播作为集装袋总体受力分析的一部分，讨论起来比较“复杂”，但实践证明，在额定载荷时，刀口不会延长。

综上所述，《国际》中整体试验方法项目较多，功能上相互有所涵盖，检验复杂，还都是依据标准检验中的重要否决项。整袋试验多、试验周期长、试验成本也高，这已经不适合当今社会的快节奏和低成本的时代特征。在合同环境中具有简单、明确、迅速对产品进行品质判定的功能，是当前标准发展的方向。

三、关于基布强度、扁丝性能、编织布老化的一般规律

首先，为满足安全系数，基布应当有较高的强度，但不是基布强度越高越好。以特定的基布重量为前提，在拉力和伸长率成反比的一般规律下。编织用的扁丝应当在追求绝对拉力的同时保持较好的伸长率，没有好的伸长率，过分追求拉力会适得其反，产品的老化性能将大幅度降低。在不加助剂的时候，伸长率是判断织物性能的主要指标之一。基布强度一经设计确定，在预定的宽度上，每根单丝拉力之和实际不能等于基布实测强度，会有5％－15％的编织损耗。这与设备结构差别、新旧程度有关、也与扁丝的原料融体指数（料的软硬）、配比、工艺方式有关。另外纬向比经向强度损失要相对大一些。

其次，生产集装袋要坚决杜绝添加再生料，因为这涉及安全问题。我们知道，聚丙烯材料虽然有较好的机械性能，但是其抗自然老化的能力本身是很差的。若想保持相对长期的使用性能，科学合理地加入助剂是必然的选择。如果使用再生料，一是成分难以控制，成品性能不易把握。二是分子链被二次塑化甚至多次塑化，即便是添加了“抗老化剂”效果也是不可控的。

第三，抗自然老化是一门牵涉多种理论，机理复杂的冷门学科。本人涉足不深，但是就是关于塑编产品的抗老化，略有认识，在《中国塑料》1998年第7期，曾经有《聚丙烯织物抗自然老化初探》一文讨论了有关机理和效果问题。主要观点是：1.织物中添加抗老化剂与不添加抗老化剂，使用效为挤出机企业带来了信心果有明显差别；2.国内有几个著名品牌的原料在都不添加助剂的情况下，比一般原料性能要相对强一些；3.在原料中添加助剂的手段很重要，既要搅拌均匀，又要保证它能进入料筒；4.助剂比例要适当，少了作用不明显，多了是浪费；5.稳定剂牌号要恰当。助剂要防止的波长应当是所有原料的敏感波长；6.确定恰当的拉伸比，在满足强度要求的前提下，保持足够的伸长率，并使之趋于一致；7.成品织物相对较厚时，性能相对损失较小；8.复膜材料抗老化要好于不复膜材料，PE膜好于PP膜；9.产品表面平整的好于产品表面有皱褶的；10.伸长率（适当）大的好于伸长率小的；11.纤化扁丝强度低于不纤化的；12.产品抗老化性能要依据使用地区气候特点确定。

四、关于检验结果的判定

国标中对集装袋批量合格与否的判定条款有4.2.1、基布物