前言

使用磁共振成像研究了多层模拟瓦楞纸板结构的水蒸气吸收情况。湿度和其他环境条件极大地影响瓦楞纸板的强度和耐用性，并且在意想不到的低负载水平下，瓦楞纸板结构会发生蠕变、塌陷。

目前，研究水蒸气渗透和吸收的方法并未阐明瓦楞纸板中各个片层的行为。可以在空间上定位和识别由吸水引起的信号强度变化，为评估电路板的内部变化及其与湿度的相互作用提供了一个有前途的工具。

在这项工作中，模拟瓦楞纸板组件由挂面纸板和瓦楞材料的交替直层组成，建造了这些模型，置于一侧高湿度环境下，并定期进行成像，以获得高相对湿度下水积累的时间信息。以获得有关机械吸附蠕变的信息。

纸板在恒定高湿度下的行为

本研究深入了解双壁瓦楞纸板结构中的纸板在恒定高湿度下的行为。本研究深入了解双壁瓦楞纸板结构中的纸板在恒定高湿度下的行为。将来可以在周期性波动的相对湿度和恒定应力下研究实际的瓦楞纸板样品，以获得有关机械吸附蠕变的信息。

将来，可以在周期性波动的相对湿度和恒定应力下研究实际的瓦楞纸板样品，以获得有关机械吸附蠕变的信息。介绍，瓦楞纸板是从工业产品到日常消费品和食品等各种货物的交付、储存和国际运输的主要包装材料之一。

瓦楞纸板的整体普及源于其许多优秀的特性，例如低成本、低重量、高刚度/强度以及易于处理的特性。这些特征在瓦楞纸板的设计中也很明显。据观察一般来说与挂面纸板相比，瓦楞层会更快地表现出更高的信号强度，并且通过扩展，会表现出更高的水积累。

典型的纸板由三层或五层结构组成，其中瓦楞纸板夹在挂面纸板层之间，尽管存在其他结构，例如三层甚至多层结构。此外，简单直观的再制造方案和回收纤维良好的货币价值鼓励回收，从而使其环境可持续。

此外，与任何木质材料一样，如果在环境中无人看管，纸张不会造成永久性浪费。尽管有许多优点但瓦楞纸板的机械性能和结构性能会随着环境相对湿度和温度的变化而降低。因此，在包装设计中必须考虑强度下降。

因此，瓦楞纸板箱的强度=通常比材料对环境条件变化不敏感时所需的强度至少高 3-8 倍。换句话说，安全系数用于补偿瓦楞纸板环境寿命条件中的未知方面。此外，一种被称为机械吸附蠕变的现象阻碍了造纸工业。

在包装方面实现最佳的理论效率。最小包装可能会损坏运输的货物，而过度包装会增加材料和运输成本。因此，除了科学效益外，彻底了解瓦楞纸板及其结构元件在可变环境条件下的行为也具有重大的工业和经济需求。

如果能够更好地预测瓦楞纸板的承载能力，就可以产生更优化的包装设计。可持续包装正在成为家庭和商业用途的必需品，特别是通过全球化和电子商务的日益普及，因此包装设计的改进可以被认为越来越重要。

在纸箱制造中，瓦楞纸板强度传统上通过快速峰值强度测试进行评估，即纸箱压缩测试，BCT或边缘压碎测试，可快速估计最大强度力量。然而，由于蠕变现象，了解盒子的长期承载能力及其在负载下的使用寿命变得越来越重要。

蠕变的重要性及其引起的问题已在许多先前的出版物中进行了研究和讨论，其开创性研究可追溯到远至 1935 年。除了纸张的机械性能之外，由于环境影响，另一个重要且相互交织的特性是水蒸气渗透和吸收。

可以在由两侧湿度不同的纸板材料组成的屏障上评估水分渗透性。在此类实验中，将水分源放置在样品材料的一侧，并在另一侧使用湿度计监测 %RH 随时间的变化。因此，样品材料充当水分源和湿度计之间的密封屏障。

为了研究纸张的水蒸气吸收情况，可以利用烘箱干燥和重量分析。然而，这些方法对于对多层结构中的每个单独的片材中的水积累进行时间研究可能难以实施。当环境条件发生变化时，瓦楞纸箱壁的厚度会产生湿度和温度梯度。

这种瞬态湿度分布会产生异质的机械性能。湿度梯度会导致不均匀的膨胀/收缩，进而会给结构带来内应力。然而，尽管进行了广泛的研究，但关于湿度梯度对湿度加速蠕变的影响的知识并不完全一致。

为了理解纸基材料中的水分变化，并扩展蠕变行为，需要进行各种测试和理论模型已被提出。目前，通常通过构建考虑纸张材料特性的各个方面的理论模型，并通过模拟和监测瓦楞纸板的湿气通量并预测瓦楞纸板的湿气通量来解决该问题。

不同纸层的行为。此外，尽管已经开发了更精确的模型，例如 提出的模型，但为了简单起见，通常将瓦楞纸板视为一块同质材料。多层结构的建模为预测瓦楞纸板厚度方向的蠕变和水分分布提供了合理的结果。

在循环湿度下，瓦楞纸箱的实际负载水平小于纸板或瓦楞纸板峰值强度的 30%。尽管如此，模型的验证仍然需要测量和直接证据。基于整个板样品的数学模型或重量分析的有关水分通过板材传输的信息并不能提供有关内部水分分布的经过验证的信息。

此外，材料成分也会影响蠕变和水分积累，瓦楞纸板可以由不同的成分和不同含量的原始纤维和再生纤维生产。因此，材料的吸湿性以及其各自的刚度和抗蠕变性可能会有所不同。在变化的环境湿度条件下，蠕变会增加，并可能导致包装在意外低的负载水平下突然塌陷。

了解实际内部水分分布和平面扩散率可以提供有关瓦楞纸板成分和最佳包装设计的宝贵信息。因此，需要能够检测和定位瓦楞纸板结构内部水分布的新方法来估计纸板上的实际水分积累和渗透。

一种成熟的成像方式，以其非侵入性、精致且可变的软组织对比度、众多的脉冲序列和大量不同的图像权重而闻名。这些使得核磁成像适用于检测各种解剖结构。在核磁共振和核磁成像中，将样品置于外部磁场中，即质子被测量。

然而，由于它能够检测材料中的自由水和结合水，因此它的用途不仅限于生物的研究。在这项工作中，我们提出了模拟瓦楞板结构中积水的核磁成像并阐明了此类研究的有用性。MRI 是核磁共振 现象的空间编码延伸。

因此，MRI 可以提供各种图像权重以及有关成像样本中水和质子分布的信息。先前的磁共振研究包括纸浆和纸板的干燥实验以及纸张中的水分积累。然而，缺少对瓦楞纸板中水分积累的调查。

材料和方法

图像中给定像素的信号强度取决于质子分布和密度以及原子核的电子环境以及所使用的成像参数。在这项工作中，利用核磁成像研究了层状结构中不同纸板材料的水蒸气吸收差异。测量装置的设计与之前的核磁成像纸板水分渗透研究类似，由水分源、空气腔和纸张样本组成。

尽管在这项工作中，测量装置包含一个堆栈每层之间具有固定距离的纸板。这种多层组件的构造是为了模拟双壁瓦楞纸板的结构。模拟瓦楞纸板组装，这项工作中研究的纸板是由欧洲一家主要纸板生产商制造的200 g/m瓦楞纸。

总共两个瓦楞纸板和三个衬纸纸板被放置在该配置中。本工作中使用的每种纸板的命名约定和信息，全尺寸桌子，实验设置。圆柱形核磁共振管内测量装置的垂直 和水平横截面示意图。

将纸板盘垂直堆叠在管的一端内，并用 3D 打印的空心圆柱体 垫片隔开，高度约为 2 毫米。PVC管的另一端被密封以避免水蒸气渗透。将容纳在 管内的纸板盘和垫片放置在底部有水的核磁共振样品管内。

为了避免水从核磁共振管中蒸发，核磁共振管的开口端也单独密封，全尺寸图像，为了进行预处理，将容纳在管内的纸板样品堆放入相对湿度分别为约35%或75%的容器中，该相对湿度分别用饱和溶液获得。

在 成像前约两周，使用基于 的系统和数字相对湿度和温度传感器监测温度和 %RH，以确保充分纸板中的湿度达到平衡的时间。所有预处理的纸板组件均由交替的衬纸-槽纹结构组成，该结构由三个衬纸和两个槽纹组成。

此外，使用核磁成像研究了仅由凹槽作为五层结构组成的初步的、未经预处理的纸板组件。研究的模拟双壁瓦楞纸板配置及其预处理条件以平均值±标准差表示。所有组件均由衬板以及槽纹组成。

笔者认为

磁共振成像可用于检测模拟瓦楞纸板结构各层上的水分积累。尽管其他机制可能至少在一定程度上影响信号形成，但质子密度可以与水积累相关。需要使用核磁成像进行进一步研究，以获得与机械吸附蠕变有关的衬里和槽纹材料的湿度信息。

将来所提供的数据可用于模拟多层纸板结构中的吸水率，并且可以在交替的环境条件下使用核磁成像研究瓦楞纸板。

参考文献

王召霞《浅析瓦楞纸板的压缩变形及吸能特性》中国科技期刊数据库

付云岗《纸瓦楞夹层板的压缩变形与塑性吸能特性研究》包装工程

吴莎《能量吸收法在结构类缓冲垫设计中的应用研究》 陕西科技大学