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段ボール箱の特性:段ボールの基礎知識5

段ボールの基礎知識

更新日:2020年7月8日(初回投稿)
著者:レンゴー株式会社 包装技術部 担当部長代理 東山 哲

前回は、段ボールの包装設計を説明しました。段ボールに対する含水率、荷重が加わる期間、積み方は、段ボール箱の特性、とりわけ圧縮強さに大きく影響を及ぼします。今回は、これらの段ボール箱の特性に関する影響について解説します。

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1. 含水率の影響

・環境条件と含水率

段ボール箱の含水率は、環境条件によって異なります。例えば、高湿度状態で段積み保管していると、吸湿して相対湿度が上昇し、含水率は高くなります。相対湿度ごとの温度と含水率の関係を、図1に示します。温度上昇に伴って、含水率はやや右下がりのグラフとなります。同じ温度の場合、例えば50%RHに対し、80%RH、90%RHのときでは、それぞれ約4%、約7%の含水率差があります。一方、同じ相対湿度の場合、10℃と40℃のときの含水率差は約1%です。このように、段ボールの含水率はほぼ相対湿度によって決まり、温度に比べて相対湿度の影響を受けやすいといえます。

図1:環境条件と含水率

図1:環境条件と含水率

JIS P 8111に紙、板紙、パルプにおける標準状態が記載されており、これに合わせて、段ボールの標準状態も23℃±1℃、(50±2%)RHとしています。なお、標準状態において、段ボールの含水率は約7%です。

・含水率の測定方法

乾燥器による含水率の測定方法がJIS P 8203に記載されており、一般的に段ボールもこの方法で含水率を求めます。その場合、105℃±2℃で加熱乾燥したときの質量減少分を水分と見なし、乾燥前の段ボールの質量に対するその比率を含水率(%)としています。105℃±2℃で恒量(乾燥による変化がなくなった時の質量)が得られるまでの乾燥処理を「絶乾」、絶乾して求めた含水率を「絶乾率」、また、絶乾して含水率を求める方法を「絶乾法」と呼んでいます。絶乾法では、段ボール箱そのもの、あるいは段ボール箱から切り出した試験片を絶乾する必要があります(図2)。この他に、含水率で電気抵抗値が変わることを利用した、水分計による測定方法があります(図3)。この方法で把握できるのは、段ボール表面の含水率に限られます。しかし、試験片を切り取る必要もなくすぐに測定値が得られるため、簡易的な測定方法として便利に活用されています。

図2:絶乾のための切り出し

図2:絶乾のための切り出し

図3:水分計による測定

図3:水分計による測定

・段ボール箱の含水率と圧縮強さ

含水率が高くなると、段ボール箱の圧縮強さが低下します。段ボール箱の含水率と圧縮強さの関係の例を、図4に示します。

図4:含水率と圧縮強さの関係

図4:含水率と圧縮強さの関係

グラフから、含水率が1%上昇すると、圧縮強さが約10%低下することが分かります。例えば、23℃、50%RH(含水率7%)における圧縮強さ5,000Nに対し、30℃、80%RH(含水率11%)においては約3,300Nとなるので、圧縮強さがおよそ1/3に低下することが分かります。元の圧縮強さは違ってもこの関係は同様であり、含水率と圧縮強さは式1で示されることが知られています(参照:五十嵐清一、段ボール包装技術入門、日報出版、1985年、P.108)。

P=a×0.9x   …式1

 P:含水率x%のときの圧縮強さ(N)
 a:含水率0%のときの圧縮強さ(N)
 x:段ボール箱の含水率(%)

【計算例】

圧縮強さが3,500N、含水率が8.5%の段ボール箱があったとします。そこで含水率12%のときの圧縮強さを推定するとします。式1より、3,500=a×0.98.5→a=8,570

ゆえに、含水率12%のときの圧縮強さは、P=8,570×0.912=2,420(N)となります。

段ボール箱の圧縮強さの含水率補正は、式2でも求めることができます(参照:JA全農段ボール資材品質管理要領、2005年、P.9)。これは、式1と全く同じ考え方によるものです。

PY=PX×0.9(Y-X)   …式2

 PY:含水率Y%のときの圧縮強さ(N)
 PX:含水率X%のときの圧縮強さ(N)
 Y:圧縮強さPYのときの含水率(%)
 X:圧縮強さPXのときの含水率(%)

【計算例】

含水率7%のときの段ボール箱の圧縮強さがP7%=3,000Nだとして、含水率が11%に上昇したときの圧縮強さの低下率(%)を求めるとします。式2より、P11%=3,000×0.9(11-7)=3,000×0.656≒1,970(N)、ゆえに、低下率は、(3,000-1,970)/3,000=0.343→34.3(%)となります。

2. 保管期間の影響

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

3. 積み方の影響

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

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