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0769-85842789所属栏目：测试标准作者：越联仪器点击率：发布时间：2015-01-13 14:33:37
ISTA（国际安全运输协会）是一个致力于包装测试技术研究及相关标准制订的组织。ISTA目前已颁布ISTA 1系至7系的标准，在业界得到广泛应用，其中ISTA 3A：2008是应用最多的标准之一。ISTA标准的设计，基于丰富的经验和大量的测试数据，具有很强的实用性和针对性，并且根据实际情况的变化而不断完善。本文根据实际应用中的一些体会和ISTA组织的解释，对该标准进行了较详细的解读。文章概述了现行国家包装类标准和ISTA标准的区别，分析了ISTA 3A标准的试验应力和试验装置，阐述了各类型包装件角、棱、面的标识方法，并将各试验项目模块化，再以模块组合的形式，归纳出各类型包装件的测试程式。
随着我国研发、制造能力的不断提升，我国主要家电产品的制造能力和生产规模在全球家电行业中的比重越来越大。据统计，我国各类家电产品的产量占到全球总量近四分之一，像微波炉、空调器这样的产品已占过半。当前，一些跨国家电企业，如惠而浦、PHILIPS、西门子等公司，也加快了在我国的战略布局调整，涉及研发、产能投资、并购、核心零部件本地化采购等。家电行业的快速发展及国内消费能力和出口贸易量的提升，促进了包装运输行业的发展。物流环节中，包装件遭受的环境应力多样复杂，如何评价包装对家电产品的防护能力？如何避免“过包装”或“欠包装”？这就对包装环境应力试验提出了考验。
目前，关于包装件环境应力试验的国家标准，主要有GB/T 4857系列标准。此系列标准，基本上都是使用单一环境应力进行试验，例如：GB/T 4857.10，是关于运输包装件正弦变频振动的试验方法；GB/T 4857.14，则是包装件倾翻试验方法的标准。现行国标中，尚无关于运输包装件多种应力组合试验的标准。国际上一些标准化组织，已经发布多种应力组合试验的标准，对运输包装件进行考核和评价，如ISTA 3A、 ASTM D4169。一些影响力大的物流公司，如FedEx，也制订了此类测试规范。虽然GB/T 4857系列标准中，发布了编制包装件性能试验大纲的指导性标准，如GB/T 4857.17 《包装 运输包装件编制性能试验大纲的一般原理》和GB/T 4857.18 《包装 运输包装件编制性能试验大纲的定量数据》。作为标准应用人员，可能缺乏足够的经验和数据支持，难以编制出合适的试验大纲。ISTA系列标准，是依据充分的数据和实际经验而编制的，针对性、操作性较强，具有较高的应用价值。而且，ISTA组织根据实际情况的变化而不断完善标准。
标准ISTA 3A：2008，适用于70kg及以下的独立包装件的测试。本标准的思路，是以各种环境应力试验项目，以一定的顺序和方式组合，有针对性地模拟各类型包装件在储存、搬卸及运输过程中可能遇到的危险应力，从而考核包装及内部产品抵御这些应力的能力。标准充分考虑了运输过程的应力构成，及破坏应力发生的时序，着重于机械环境应力，当然也考虑了气候环境因素。标准密切结合实际，如顶部载荷、撞击箱、垫块、撞击板等辅助装置的设计。又如，为了考核液体、气体、火药等物品的包装容器在高海拔大气环境中的影响，标准设计了“随机振动与低气压复合试验”项目。
ISTA 3A标准中，不同形状类型的包装件，采用不同的试验方法，试验步骤与包装件的角、棱、面的代号密切相关。因此，正确区分包装件的类型和标识包装件的角、棱、面，是准确进行试验的前提。标准规定了包装类型和角、棱、面代号的标识方法。
1.1 包装件形状类型
适用于70kg及以下的四种类型的包装：标准型、扁平型、小型、长条型。
1.1.1 小型包装件须同时满足以下三个条件：
* 体积小于13000cm3 ；
* 最长棱尺寸不大于350mm；
* 质量不大于4.5kg。
1.1.2 扁平型包装件须同时满足以下三个条件：
* 最短棱尺寸不超过200mm；
* 次短棱尺寸不小于最短棱尺寸的4倍；
* 体积不小于13000 cm3。
1.1.3 长条型包装件须同时满足以下两个条件：
* 最长棱尺寸不小于900mm；
* 其余两个轴向的棱长均不大于最长棱的20％。
若一个包装件同时满足扁平型和长条型的条件，则按长条型包装件的要求进行测试。
1.2 棱、角、面的区分和标识
按下述步骤确定并标识棱、角、面：
1.2.1 如相关规范没有明确规定，则将包装件按最平稳的姿态摆放。注意，最平稳的姿态未必就是预期运输时的姿态。
1.2.2 如果包装件是六个面的标准型、长条型或扁平型，则面对包装件的最小面，如果包装件的两个最小面对应的两端不一样重，则面对较重端的最小面。对于装有小型物品的封装袋，则面对小型物品聚集的一端，边缝（如有）朝右。如存在纵向缝（中缝），则该缝朝下并与台面贴合。
1.2.3 包装件按上述要求摆放好后，按下面图1所示标识角、棱、面。
图１ 各类型包装件角、棱、面的代号示意图
结合图1，举例说明各代号的意义，例如：“1”代表编号为“1”的面，即“面1”，“边2-3”代表“面2”和“面3”的相交边，“角2-3-5”代表“面2”、“面3”、“面5”三面相交的夹角。
1.2.4 对于圆筒或桶状的容器，按图2所示，通常顶面标记为“1”，底面标记为“3”；在圆柱表面竖直方向划四条直线，将表面均分成四部分。四部分的标记如图2所示。四条直线的标记符号用相邻两表面的代号表示，例如：“线2-6”，是表面2与表面6两部分的相交线。如果圆柱表面存在接合缝，则取一条接合缝标识为“线2-6”。用顶面或底面及四条直线的代号标识“点”，例如：“点1-2-6”，是指顶面“1”和“线2-6”的交点。
图2 圆筒或桶状容器的点、线、面的代号示意图
2.1 试验应力
标准按运输过程的作业顺序，设计了温湿度处理、跌落、随机振动、撞击试验等项目。试验参数的严酷程度，具有较强的针对性。例如，温湿度应力，考虑到了运输环境的气候特点，有极寒、严寒、湿热、干热、酷热、极热等气候条件，模拟各种气候条件的参数不尽一样。跌落高度、跌落姿态和跌落次数，也因包装类型及重量而异；标准还针对扁平型、长条型包装件，采用了特别的辅助试验装置，设计了特别的撞击试验方法。另针对在高海拔大气环境中的包装件，标准设计了低气压下的随机振动试验项目，但属于试验可选项。标准里的振动试验，是随机振动，而非正弦振动，随机振动更切合运输实际。振动的频谱，因运输方式不同而不同，既有模拟托卡和小型货车运输的频谱，又有空运的频谱。实际运输时，大部分货物顶部叠加有重量，因此，标准要求振动试验时样品顶部需放置模拟负载。总的来说，试验应力的设计，针对性较强，切合实际。
2.2 试验装置
准确把握标准要求的试验装置的技术规格，是非常重要的。特别是撞击试验时所需的辅助装置，是不能忽视的。进行ISTA 3A的试验，主要设备包括温湿度试验箱、低气压试验箱、振动试验机、跌落试验机。选择试验设备时，需考虑到试验参数的严酷度。例如振动台，最大峰-峰位移需达到51mm。当对仅用货车运输的包装件进行低气压下的随机振动试验时，低气压试验箱应能将箱内气压降至70kPa；对于航空运输的包装件，则试验气压应降至60kPa。
试验还需用到一些辅助装置，如顶部载荷、垫块、撞击箱、撞击板。关于顶部载荷，本文第四章专门进行分析。ISTA 3A 里面的冲击试验装置，主要包括我们平常所用的跌落试验机，另加上一些特别的辅助装置，这些辅助装置及相关的试验方法，容易引起混淆。为帮助理解，表1对各类型包装件的冲击试验装置进行归纳说明。
表1 各类型包装件的冲击试验装置
按ISTA 3A标准进行随机振动时，包装件顶部需放置负载，以此更真实地模拟运输实际情况。确定负载的重量及负载容器的尺寸，是准确进行试验的关键。
3.1 标准型、扁平型和长条型被测包装件的负载容器
3.1.1 该负载容器可以是硬纸箱或木箱，或其它合适的容器，须有足够的强度，内放一块3/4〞厚的木板或钢板，尺寸和载重容器的底面相同。
3.1.2 试验时置于被测包装件顶面。负载容器底面边长应大于被测包装件顶面边长50mm至150mm。放置时，被测包装件顶面的中心点应尽量与负载容器底面的中心点重合，目的是保证被测包装件均匀承重。
3.1.3 负载物应均匀填放于容器内，避免试验时局部积聚或移位、弹跳。建议采用具有伸缩性的包装薄膜缠绕负载容器和被测包装件的贴合部位，防止负载容器在被测包装件顶面移位或弹跳。
3.2 圆筒或桶状被测物的负载容器
3.2.1 采用与被测物完全一样的容器；
3.2.2 在该负载容器底部放一块3/4〞厚的木板或钢板，形状与负载容器底面一致。
3.2.3 负载物均匀分布于容器底部；采用适当的填充物，限制负载物在试验时移位或弹跳。
3.2.4 采用伸缩性的包装薄膜，防止试验时负载容器和被测物之间作相对运动。
3.3 小型被测包装件的负载袋
3.3.1 采用尺寸近似为1.0m×0.7m的帆布袋，或由聚烯烃薄膜或其它类似的强韧的纤维物制成的口袋，需装配拉链或其它密封方式。负载袋应有足够的容积或强度盛装36kg的沙子或用小包装适当包装的流体性的、稠密的物质；
3.3.2 需准备两个这样的口袋，一个作为负载袋，另一个作为小型包装件（被测物）的外包装袋。
3.4 顶部载荷重量
被测物顶部承受的载荷重量（TL），是负载容器、负载物质和填充物的重量总和。应注意的是，同一试验程式中，当被测包装件的放置姿态改变时，顶部载荷重量也相应改变。TL按表2的说明计算确定。
表2中载重因子“100”和“0.0035”是ISTA根据实验室和户外测试结果和经验而确定的。另外，若计算所得TL小于11kg (25lb)，则振动试验时不需采用载荷；若TL为11kg(25lb)～140kg(lb)，则取最接近计算值且比计算值大的整数值，该整数值须是2kg或5lb的倍数，例如：如果TL计算值是21kg，则载荷取为22kg；若计算值是32lb，则取为35lb。若TL计算值大于140kg(300lb)，则载荷重量取为140kg(300lb)。对于测试物是标准型、扁平型、长条型包装件或圆筒或桶状容器，实际载荷的重量偏差为±3%；对于小型包装件，载荷重量为36kg±5%。
| 被测包装件的放置姿态 | TL 计算公式 | ||
| （米制单位：米，kg） | （英制单位：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 | 代表意义 | ||
| TL | 顶部载荷总重量 | kg | lb |
| 2.7 和108 | 拖卡集装箱高度 | m | in |
| H | 被测包装件高度 | m | in |
| L | 被测包装件长度 | m | in |
| W | 被测包装件宽度 | m | in |
| 100 和0.0035 | 载重因子 | 100kg/m3 | 0.0035lb/in3 |
表2 顶部载荷重量（TL）
为了准确、连贯地进行ISTA 3A的试验，试验前需明确或准备一些事项。如：
①包装件样品：须送样到ISTA 认可实验室进行测试；外面另加防护包装后再进行递送，到达实验室后去除外包装，或到达实验室后更换包装。目的是保证测试前包装件是完好的。一般一个包装件进行所有项目的试验。
② 确定包装及内部样品接收规范；明确能接受的损伤程度。
③确定计量单位，可采用的计量单位制包括米制和英制。在同一测试中，不得混用单位制。两个单位制之间可以换算，换算时取两位有效数字。
④了解运输信息，如目的地、运输方式，选择和确定试验应力参数。
⑤确定包装件的类型和角、棱、面编号。
⑥准备好试验用的模拟负载、试验设备和辅助装置。
⑦确定试验项目模块及试验程式。
可将标准里的每个试验项目视为一个独立的试验模块，由这些模块组成试验程式。按ISTA 3A标准进行测试时，按包装件的类型，选择相应的试验程式。表3对各试验项目模块进行简要说明。
| 代号 | 试验项目名称 | 适用包装件类型 | 简述 |
| 模块1 | 环境预处理 | 所有 | 在实验室大气条件下存放12h。 |
| 模块2 | 温湿度试验 | 所有 | 本项为试验可选项。根据预期的运输路线及目的地，按标准要求选择 温湿度试验参数。也可自行确定温湿度参数。 |
| 模块3 | 跌落试验A | 标准型、小型( 未置于布袋内)、 扁平型、长条型 |
进行9 次跌落试验，按标准的要求确定跌落顺序、跌落部位、跌落高度。 |
| 模块4 | 振动试验A | 标准型、扁平型、长条型 | 模拟拖卡运输，带模拟负载，总Grms 为0.53g，试验频谱见图3。 |
| 模块5 | 振动试验B | 无外层包装的圆筒或桶状容器 | 模拟拖卡运输，带模拟负载，总Grms 为0.53g，试验频谱见图3。 |
| 模块6 | 振动试验C | 小型 ( 置于口袋内) | 模拟拖卡运输，带模拟负载，总Grms 为0.53g，试验频谱见图3。 |
| 模块7 | 振动试验D | 标准型、扁平型、长条型及小 型 ( 未置于口袋内) |
模拟快递配送车辆，不带模拟负载，总Grms 为0.46g，试验频谱见图4。 |
| 模块8 | 随机振动与低气压 复合试验 |
标准型、扁平型、长条型及小 型 ( 未置于口袋内) |
本项目为可选项，试验时不带模拟负载。 1) 首先进行温湿度试验：23℃、50%RH，8h 2) 接着进行复合试验。若仅陆路运输，则进行70kPa 下的随机振动 试验；若采用空运，则增加进行60kPa 下的随机振动试验。 随机振动总Grms 为1.0g，试验频谱见图5。 |
| 模块9 | 跌落试验B | 标准型、扁平型、长条型、小型( 置于口袋内)。 | 小型包装件跌落7 次，其余类型8 次。按标准的要求确定跌落顺序、 跌落部位、跌落高度。第8 次跌落时，标准型包装件以面3 冲击撞击板， 扁平型、长条型包装件则以面2 冲击撞击板，须接触撞击板的中心点。 撞击板最长边应平行于包装件面3 或面2 的短边。 |
| 模块10 | 滚动棱向跌落 | 扁平型、长条型 | 进行3 次试验；跌落高度、跌落顺序及跌落部位按标准规定。需使用 支承块。 |
| 模块11 | 倾翻试验 | 扁平型、长条型 | 共倾翻2 次。如下： 1) 以最小面接触地面，在面1 上部施加水平推力，使包装件倾倒并 以面3 撞击地面。 2）以次小面接触地面，在面1 上部施加水平推力，使包装件倾倒并 以面3 撞击地面。 |
| 模块12 | 中心点撞击 | 扁平型 | 撞击箱从400mm 高度跌落，以裹有角铁的棱边撞击包装件面1 的中心部位。撞击1 次。 |
| 模块13 | 桥形撞击 | 长条型 | 撞击箱置于400mm 高度，裹有角铁的棱边平行于包装件面1 的最短边， 然后自由跌落，撞击面1 的中心部位。撞击1 次。 |
表3 试验项目模块
图3 模拟拖卡运输频谱
图4 模拟快递配送频谱
图5 低气压与随机振动复合试验时的振动频谱
前面已将试验项目模块化，依据标准，将各类型包装件的试验程式表述如下：
6.1 标准型包装件，如图6
6.2 小型包装件，如图7
6.3 扁平型包装件，如图8
6.4 长条型包装件，如图9
6.5 圆筒或桶状容器，如图10
以上对ISTA 3A标准进行了具体的分析，并归纳出各种类型包装件的试验程式。一些细节要求，例如：负载重量的确定、负载容器的尺寸、载重箱和测试包装件的在振动台面上的放置措施、试验项目顺序、辅助装置的型式尺寸等，直接影响到测试的准确度。准确理解标准、正确掌握试验方法，是测试工作的基本要求。ISTA 3A标准的试验严酷度，是基于一般统计数据，并不代表所有的运输或配送方式。运输过程中的一些条件，可能未覆盖，如压力、非正常搬运等。
随着出口贸易的增长，市场竞争越来越激烈，一些大型家电产品（如电冰箱、空调、洗衣机）生产企业的品质意识不断增强，成本控制要求不断提高。据了解，这些企业基本具备了ISTA 3A的试验手段，用于评价包装对产品的防护能力和包装成本控制。从实际效果来看，标准和测试的应用，具有积极的意义。
[1] ASTM D4169-09 Standard Practice for Performance Testing of Shipping Containers and Systems
[2] 国际安全运输组织. 标准ISTA 3A:2008
[3] FedEx Package Testing Procedures Procedure for Testing Packaged Products 150lb(68kg) or Less
[4] GB/T 4857系列标准
[5] GB/T 4822.1-2008 包装术语 第1部分：基础
[6] GB/T 4822.4-2008 包装术语 第4部分：材料与容器
[7] GB/T 4822.5-2008 包装术语 第4部分：检验与试验
[8] GB/T 25159-2010 包装术语 非危险货物用中型散装容器
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