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0769-85842789所屬欄目：測試標準作者：越聯(lián)儀器點(diǎn)擊率：發(fā)布時(shí)間：2015-01-13 14:33:37
ISTA（國際安全運輸協(xié)會(huì )）是一個(gè)致力于包裝測試技術(shù)研究及相關(guān)標準制訂的組織。ISTA目前已頒布ISTA 1系至7系的標準，在業(yè)界得到廣泛應用，其中ISTA 3A：2008是應用最多的標準之一。ISTA標準的設計，基于豐富的經(jīng)驗和大量的測試數據，具有很強的實(shí)用性和針對性，并且根據實(shí)際情況的變化而不斷完善。本文根據實(shí)際應用中的一些體會(huì )和ISTA組織的解釋?zhuān)瑢υ摌藴蔬M(jìn)行了較詳細的解讀。文章概述了現行國家包裝類(lèi)標準和ISTA標準的區別，分析了ISTA 3A標準的試驗應力和試驗裝置，闡述了各類(lèi)型包裝件角、棱、面的標識方法，并將各試驗項目模塊化，再以模塊組合的形式，歸納出各類(lèi)型包裝件的測試程式。
隨著(zhù)我國研發(fā)、制造能力的不斷提升，我國主要家電產(chǎn)品的制造能力和生產(chǎn)規模在全球家電行業(yè)中的比重越來(lái)越大。據統計，我國各類(lèi)家電產(chǎn)品的產(chǎn)量占到全球總量近四分之一，像微波爐、空調器這樣的產(chǎn)品已占過(guò)半。當前，一些跨國家電企業(yè)，如惠而浦、PHILIPS、西門(mén)子等公司，也加快了在我國的戰略布局調整，涉及研發(fā)、產(chǎn)能投資、并購、核心零部件本地化采購等。家電行業(yè)的快速發(fā)展及國內消費能力和出口貿易量的提升，促進(jìn)了包裝運輸行業(yè)的發(fā)展。物流環(huán)節中，包裝件遭受的環(huán)境應力多樣復雜，如何評價(jià)包裝對家電產(chǎn)品的防護能力？如何避免“過(guò)包裝”或“欠包裝”？這就對包裝環(huán)境應力試驗提出了考驗。
目前，關(guān)于包裝件環(huán)境應力試驗的國家標準，主要有GB/T 4857系列標準。此系列標準，基本上都是使用單一環(huán)境應力進(jìn)行試驗，例如：GB/T 4857.10，是關(guān)于運輸包裝件正弦變頻振動(dòng)的試驗方法；GB/T 4857.14，則是包裝件傾翻試驗方法的標準。現行國標中，尚無(wú)關(guān)于運輸包裝件多種應力組合試驗的標準。國際上一些標準化組織，已經(jīng)發(fā)布多種應力組合試驗的標準，對運輸包裝件進(jìn)行考核和評價(jià)，如ISTA 3A、 ASTM D4169。一些影響力大的物流公司，如FedEx，也制訂了此類(lèi)測試規范。雖然GB/T 4857系列標準中，發(fā)布了編制包裝件性能試驗大綱的指導性標準，如GB/T 4857.17 《包裝 運輸包裝件編制性能試驗大綱的一般原理》和GB/T 4857.18 《包裝 運輸包裝件編制性能試驗大綱的定量數據》。作為標準應用人員，可能缺乏足夠的經(jīng)驗和數據支持，難以編制出合適的試驗大綱。ISTA系列標準，是依據充分的數據和實(shí)際經(jīng)驗而編制的，針對性、操作性較強，具有較高的應用價(jià)值。而且，ISTA組織根據實(shí)際情況的變化而不斷完善標準。
標準ISTA 3A：2008，適用于70kg及以下的獨立包裝件的測試。本標準的思路，是以各種環(huán)境應力試驗項目，以一定的順序和方式組合，有針對性地模擬各類(lèi)型包裝件在儲存、搬卸及運輸過(guò)程中可能遇到的危險應力，從而考核包裝及內部產(chǎn)品抵御這些應力的能力。標準充分考慮了運輸過(guò)程的應力構成，及破壞應力發(fā)生的時(shí)序，著(zhù)重于機械環(huán)境應力，當然也考慮了氣候環(huán)境因素。標準密切結合實(shí)際，如頂部載荷、撞擊箱、墊塊、撞擊板等輔助裝置的設計。又如，為了考核液體、氣體、火藥等物品的包裝容器在高海拔大氣環(huán)境中的影響，標準設計了“隨機振動(dòng)與低氣壓復合試驗”項目。
ISTA 3A標準中，不同形狀類(lèi)型的包裝件，采用不同的試驗方法，試驗步驟與包裝件的角、棱、面的代號密切相關(guān)。因此，正確區分包裝件的類(lèi)型和標識包裝件的角、棱、面，是準確進(jìn)行試驗的前提。標準規定了包裝類(lèi)型和角、棱、面代號的標識方法。
1.1 包裝件形狀類(lèi)型
適用于70kg及以下的四種類(lèi)型的包裝：標準型、扁平型、小型、長(cháng)條型。
1.1.1 小型包裝件須同時(shí)滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：
* 體積小于13000cm3 ；
* 最長(cháng)棱尺寸不大于350mm；
* 質(zhì)量不大于4.5kg。
1.1.2 扁平型包裝件須同時(shí)滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：
* 最短棱尺寸不超過(guò)200mm；
* 次短棱尺寸不小于最短棱尺寸的4倍；
* 體積不小于13000 cm3。
1.1.3 長(cháng)條型包裝件須同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：
* 最長(cháng)棱尺寸不小于900mm；
* 其余兩個(gè)軸向的棱長(cháng)均不大于最長(cháng)棱的20％。
若一個(gè)包裝件同時(shí)滿(mǎn)足扁平型和長(cháng)條型的條件，則按長(cháng)條型包裝件的要求進(jìn)行測試。
1.2 棱、角、面的區分和標識
按下述步驟確定并標識棱、角、面：
1.2.1 如相關(guān)規范沒(méi)有明確規定，則將包裝件按最平穩的姿態(tài)擺放。注意，最平穩的姿態(tài)未必就是預期運輸時(shí)的姿態(tài)。
1.2.2 如果包裝件是六個(gè)面的標準型、長(cháng)條型或扁平型，則面對包裝件的最小面，如果包裝件的兩個(gè)最小面對應的兩端不一樣重，則面對較重端的最小面。對于裝有小型物品的封裝袋，則面對小型物品聚集的一端，邊縫（如有）朝右。如存在縱向縫（中縫），則該縫朝下并與臺面貼合。
1.2.3 包裝件按上述要求擺放好后，按下面圖1所示標識角、棱、面。
圖１ 各類(lèi)型包裝件角、棱、面的代號示意圖
結合圖1，舉例說(shuō)明各代號的意義，例如：“1”代表編號為“1”的面，即“面1”，“邊2-3”代表“面2”和“面3”的相交邊，“角2-3-5”代表“面2”、“面3”、“面5”三面相交的夾角。
1.2.4 對于圓筒或桶狀的容器，按圖2所示，通常頂面標記為“1”，底面標記為“3”；在圓柱表面豎直方向劃四條直線(xiàn)，將表面均分成四部分。四部分的標記如圖2所示。四條直線(xiàn)的標記符號用相鄰兩表面的代號表示，例如：“線(xiàn)2-6”，是表面2與表面6兩部分的相交線(xiàn)。如果圓柱表面存在接合縫，則取一條接合縫標識為“線(xiàn)2-6”。用頂面或底面及四條直線(xiàn)的代號標識“點(diǎn)”，例如：“點(diǎn)1-2-6”，是指頂面“1”和“線(xiàn)2-6”的交點(diǎn)。
圖2 圓筒或桶狀容器的點(diǎn)、線(xiàn)、面的代號示意圖
2.1 試驗應力
標準按運輸過(guò)程的作業(yè)順序，設計了溫濕度處理、跌落、隨機振動(dòng)、撞擊試驗等項目。試驗參數的嚴酷程度，具有較強的針對性。例如，溫濕度應力，考慮到了運輸環(huán)境的氣候特點(diǎn)，有極寒、嚴寒、濕熱、干熱、酷熱、極熱等氣候條件，模擬各種氣候條件的參數不盡一樣。跌落高度、跌落姿態(tài)和跌落次數，也因包裝類(lèi)型及重量而異；標準還針對扁平型、長(cháng)條型包裝件，采用了特別的輔助試驗裝置，設計了特別的撞擊試驗方法。另針對在高海拔大氣環(huán)境中的包裝件，標準設計了低氣壓下的隨機振動(dòng)試驗項目，但屬于試驗可選項。標準里的振動(dòng)試驗，是隨機振動(dòng)，而非正弦振動(dòng)，隨機振動(dòng)更切合運輸實(shí)際。振動(dòng)的頻譜，因運輸方式不同而不同，既有模擬托卡和小型貨車(chē)運輸的頻譜，又有空運的頻譜。實(shí)際運輸時(shí)，大部分貨物頂部疊加有重量，因此，標準要求振動(dòng)試驗時(shí)樣品頂部需放置模擬負載。總的來(lái)說(shuō)，試驗應力的設計，針對性較強，切合實(shí)際。
2.2 試驗裝置
準確把握標準要求的試驗裝置的技術(shù)規格，是非常重要的。特別是撞擊試驗時(shí)所需的輔助裝置，是不能忽視的。進(jìn)行ISTA 3A的試驗，主要設備包括溫濕度試驗箱、低氣壓試驗箱、振動(dòng)試驗機、跌落試驗機。選擇試驗設備時(shí)，需考慮到試驗參數的嚴酷度。例如振動(dòng)臺，最大峰-峰位移需達到51mm。當對僅用貨車(chē)運輸的包裝件進(jìn)行低氣壓下的隨機振動(dòng)試驗時(shí)，低氣壓試驗箱應能將箱內氣壓降至70kPa；對于航空運輸的包裝件，則試驗氣壓應降至60kPa。
試驗還需用到一些輔助裝置，如頂部載荷、墊塊、撞擊箱、撞擊板。關(guān)于頂部載荷，本文第四章專(zhuān)門(mén)進(jìn)行分析。ISTA 3A 里面的沖擊試驗裝置，主要包括我們平常所用的跌落試驗機，另加上一些特別的輔助裝置，這些輔助裝置及相關(guān)的試驗方法，容易引起混淆。為幫助理解，表1對各類(lèi)型包裝件的沖擊試驗裝置進(jìn)行歸納說(shuō)明。
表1 各類(lèi)型包裝件的沖擊試驗裝置
按ISTA 3A標準進(jìn)行隨機振動(dòng)時(shí)，包裝件頂部需放置負載，以此更真實(shí)地模擬運輸實(shí)際情況。確定負載的重量及負載容器的尺寸，是準確進(jìn)行試驗的關(guān)鍵。
3.1 標準型、扁平型和長(cháng)條型被測包裝件的負載容器
3.1.1 該負載容器可以是硬紙箱或木箱，或其它合適的容器，須有足夠的強度，內放一塊3/4〞厚的木板或鋼板，尺寸和載重容器的底面相同。
3.1.2 試驗時(shí)置于被測包裝件頂面。負載容器底面邊長(cháng)應大于被測包裝件頂面邊長(cháng)50mm至150mm。放置時(shí)，被測包裝件頂面的中心點(diǎn)應盡量與負載容器底面的中心點(diǎn)重合，目的是保證被測包裝件均勻承重。
3.1.3 負載物應均勻填放于容器內，避免試驗時(shí)局部積聚或移位、彈跳。建議采用具有伸縮性的包裝薄膜纏繞負載容器和被測包裝件的貼合部位，防止負載容器在被測包裝件頂面移位或彈跳。
3.2 圓筒或桶狀被測物的負載容器
3.2.1 采用與被測物完全一樣的容器；
3.2.2 在該負載容器底部放一塊3/4〞厚的木板或鋼板，形狀與負載容器底面一致。
3.2.3 負載物均勻分布于容器底部；采用適當的填充物，限制負載物在試驗時(shí)移位或彈跳。
3.2.4 采用伸縮性的包裝薄膜，防止試驗時(shí)負載容器和被測物之間作相對運動(dòng)。
3.3 小型被測包裝件的負載袋
3.3.1 采用尺寸近似為1.0m×0.7m的帆布袋，或由聚烯烴薄膜或其它類(lèi)似的強韌的纖維物制成的口袋，需裝配拉鏈或其它密封方式。負載袋應有足夠的容積或強度盛裝36kg的沙子或用小包裝適當包裝的流體性的、稠密的物質(zhì)；
3.3.2 需準備兩個(gè)這樣的口袋，一個(gè)作為負載袋，另一個(gè)作為小型包裝件（被測物）的外包裝袋。
3.4 頂部載荷重量
被測物頂部承受的載荷重量（TL），是負載容器、負載物質(zhì)和填充物的重量總和。應注意的是，同一試驗程式中，當被測包裝件的放置姿態(tài)改變時(shí)，頂部載荷重量也相應改變。TL按表2的說(shuō)明計算確定。
表2中載重因子“100”和“0.0035”是ISTA根據實(shí)驗室和戶(hù)外測試結果和經(jīng)驗而確定的。另外，若計算所得TL小于11kg (25lb)，則振動(dòng)試驗時(shí)不需采用載荷；若TL為11kg(25lb)～140kg(lb)，則取最接近計算值且比計算值大的整數值，該整數值須是2kg或5lb的倍數，例如：如果TL計算值是21kg，則載荷取為22kg；若計算值是32lb，則取為35lb。若TL計算值大于140kg(300lb)，則載荷重量取為140kg(300lb)。對于測試物是標準型、扁平型、長(cháng)條型包裝件或圓筒或桶狀容器，實(shí)際載荷的重量偏差為±3%；對于小型包裝件，載荷重量為36kg±5%。
| 被測包裝件的放置姿態(tài) | TL 計算公式 | ||
| （米制單位：米，kg） | （英制單位：in，lb） | ||
| 面3 朝下 | （2.7-H）×L×W×100 | （108-H）×L×W×0.0035 | |
| 面4 朝下 | （2.7-W）×L×W×100 | （108-W）×L×H×0.0035 | |
| 面6 朝下 | （2.7-L）×W×H×100 | （108-L）×W×H×0.0035 | |
| 公式中 | 代表意義 | ||
| TL | 頂部載荷總重量 | kg | lb |
| 2.7 和108 | 拖卡集裝箱高度 | m | in |
| H | 被測包裝件高度 | m | in |
| L | 被測包裝件長(cháng)度 | m | in |
| W | 被測包裝件寬度 | m | in |
| 100 和0.0035 | 載重因子 | 100kg/m3 | 0.0035lb/in3 |
表2 頂部載荷重量（TL）
為了準確、連貫地進(jìn)行ISTA 3A的試驗，試驗前需明確或準備一些事項。如：
①包裝件樣品：須送樣到ISTA 認可實(shí)驗室進(jìn)行測試；外面另加防護包裝后再進(jìn)行遞送，到達實(shí)驗室后去除外包裝，或到達實(shí)驗室后更換包裝。目的是保證測試前包裝件是完好的。一般一個(gè)包裝件進(jìn)行所有項目的試驗。
② 確定包裝及內部樣品接收規范；明確能接受的損傷程度。
③確定計量單位，可采用的計量單位制包括米制和英制。在同一測試中，不得混用單位制。兩個(gè)單位制之間可以換算，換算時(shí)取兩位有效數字。
④了解運輸信息，如目的地、運輸方式，選擇和確定試驗應力參數。
⑤確定包裝件的類(lèi)型和角、棱、面編號。
⑥準備好試驗用的模擬負載、試驗設備和輔助裝置。
⑦確定試驗項目模塊及試驗程式。
可將標準里的每個(gè)試驗項目視為一個(gè)獨立的試驗模塊，由這些模塊組成試驗程式。按ISTA 3A標準進(jìn)行測試時(shí)，按包裝件的類(lèi)型，選擇相應的試驗程式。表3對各試驗項目模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。
| 代號 | 試驗項目名稱(chēng) | 適用包裝件類(lèi)型 | 簡(jiǎn)述 |
| 模塊1 | 環(huán)境預處理 | 所有 | 在實(shí)驗室大氣條件下存放12h。 |
| 模塊2 | 溫濕度試驗 | 所有 | 本項為試驗可選項。根據預期的運輸路線(xiàn)及目的地，按標準要求選擇 溫濕度試驗參數。也可自行確定溫濕度參數。 |
| 模塊3 | 跌落試驗A | 標準型、小型( 未置于布袋內)、 扁平型、長(cháng)條型 |
進(jìn)行9 次跌落試驗，按標準的要求確定跌落順序、跌落部位、跌落高度。 |
| 模塊4 | 振動(dòng)試驗A | 標準型、扁平型、長(cháng)條型 | 模擬拖卡運輸，帶模擬負載，總Grms 為0.53g，試驗頻譜見(jiàn)圖3。 |
| 模塊5 | 振動(dòng)試驗B | 無(wú)外層包裝的圓筒或桶狀容器 | 模擬拖卡運輸，帶模擬負載，總Grms 為0.53g，試驗頻譜見(jiàn)圖3。 |
| 模塊6 | 振動(dòng)試驗C | 小型 ( 置于口袋內) | 模擬拖卡運輸，帶模擬負載，總Grms 為0.53g，試驗頻譜見(jiàn)圖3。 |
| 模塊7 | 振動(dòng)試驗D | 標準型、扁平型、長(cháng)條型及小 型 ( 未置于口袋內) |
模擬快遞配送車(chē)輛，不帶模擬負載，總Grms 為0.46g，試驗頻譜見(jiàn)圖4。 |
| 模塊8 | 隨機振動(dòng)與低氣壓 復合試驗 |
標準型、扁平型、長(cháng)條型及小 型 ( 未置于口袋內) |
本項目為可選項，試驗時(shí)不帶模擬負載。 1) 首先進(jìn)行溫濕度試驗：23℃、50%RH，8h 2) 接著(zhù)進(jìn)行復合試驗。若僅陸路運輸，則進(jìn)行70kPa 下的隨機振動(dòng) 試驗；若采用空運，則增加進(jìn)行60kPa 下的隨機振動(dòng)試驗。 隨機振動(dòng)總Grms 為1.0g，試驗頻譜見(jiàn)圖5。 |
| 模塊9 | 跌落試驗B | 標準型、扁平型、長(cháng)條型、小型( 置于口袋內)。 | 小型包裝件跌落7 次，其余類(lèi)型8 次。按標準的要求確定跌落順序、 跌落部位、跌落高度。第8 次跌落時(shí)，標準型包裝件以面3 沖擊撞擊板， 扁平型、長(cháng)條型包裝件則以面2 沖擊撞擊板，須接觸撞擊板的中心點(diǎn)。 撞擊板最長(cháng)邊應平行于包裝件面3 或面2 的短邊。 |
| 模塊10 | 滾動(dòng)棱向跌落 | 扁平型、長(cháng)條型 | 進(jìn)行3 次試驗；跌落高度、跌落順序及跌落部位按標準規定。需使用 支承塊。 |
| 模塊11 | 傾翻試驗 | 扁平型、長(cháng)條型 | 共傾翻2 次。如下： 1) 以最小面接觸地面，在面1 上部施加水平推力，使包裝件傾倒并 以面3 撞擊地面。 2）以次小面接觸地面，在面1 上部施加水平推力，使包裝件傾倒并 以面3 撞擊地面。 |
| 模塊12 | 中心點(diǎn)撞擊 | 扁平型 | 撞擊箱從400mm 高度跌落，以裹有角鐵的棱邊撞擊包裝件面1 的中心部位。撞擊1 次。 |
| 模塊13 | 橋形撞擊 | 長(cháng)條型 | 撞擊箱置于400mm 高度，裹有角鐵的棱邊平行于包裝件面1 的最短邊， 然后自由跌落，撞擊面1 的中心部位。撞擊1 次。 |
表3 試驗項目模塊
圖3 模擬拖卡運輸頻譜
圖4 模擬快遞配送頻譜
圖5 低氣壓與隨機振動(dòng)復合試驗時(shí)的振動(dòng)頻譜
前面已將試驗項目模塊化，依據標準，將各類(lèi)型包裝件的試驗程式表述如下：
6.1 標準型包裝件，如圖6
6.2 小型包裝件，如圖7
6.3 扁平型包裝件，如圖8
6.4 長(cháng)條型包裝件，如圖9
6.5 圓筒或桶狀容器，如圖10
以上對ISTA 3A標準進(jìn)行了具體的分析，并歸納出各種類(lèi)型包裝件的試驗程式。一些細節要求，例如：負載重量的確定、負載容器的尺寸、載重箱和測試包裝件的在振動(dòng)臺面上的放置措施、試驗項目順序、輔助裝置的型式尺寸等，直接影響到測試的準確度。準確理解標準、正確掌握試驗方法，是測試工作的基本要求。ISTA 3A標準的試驗嚴酷度，是基于一般統計數據，并不代表所有的運輸或配送方式。運輸過(guò)程中的一些條件，可能未覆蓋，如壓力、非正常搬運等。
隨著(zhù)出口貿易的增長(cháng)，市場(chǎng)競爭越來(lái)越激烈，一些大型家電產(chǎn)品（如電冰箱、空調、洗衣機）生產(chǎn)企業(yè)的品質(zhì)意識不斷增強，成本控制要求不斷提高。據了解，這些企業(yè)基本具備了ISTA 3A的試驗手段，用于評價(jià)包裝對產(chǎn)品的防護能力和包裝成本控制。從實(shí)際效果來(lái)看，標準和測試的應用，具有積極的意義。
[1] ASTM D4169-09 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Containers and Systems
[2] 國際安全運輸組織. 標準ISTA 3A:2008
[3] FedEx Package Testing Procedures Procedure for Testing Packaged Products 150lb(68kg) or Less
[4] GB/T 4857系列標準
[5] GB/T 4822.1-2008 包裝術(shù)語(yǔ) 第1部分：基礎
[6] GB/T 4822.4-2008 包裝術(shù)語(yǔ) 第4部分：材料與容器
[7] GB/T 4822.5-2008 包裝術(shù)語(yǔ) 第4部分：檢驗與試驗
[8] GB/T 25159-2010 包裝術(shù)語(yǔ) 非危險貨物用中型散裝容器
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