[논문]수출용 배 골판지 상자의 강도 및 치수설계

김만수; 정현모; 박종민; 이영희

문제 정의

또한 인쇄압, 제작상 강도저하율 및 원단 Loss율을 범위 내에서 최대치를 입력하였다. 그리고 전면내포장두께 상하면패드두께 및 내포장재점유율의 내포장조건에 대하여 고려하지 않으므로 불필요한 보강재의 사용을 최소화하고자 하였다.
따라서, 본 연구에서는 유통되고 있는 수출용 배 골판지 상자의 강도를 분석하고, 현재 국가 표준규격이며, 해상용 컨테이너에 적합한 T₁₁형 팰리트(1100mmX1100mm)를 기준규격으로 하여 수출용 배의 골판지 상자의 강도 및 치수 설계를 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하고자 하였다.
그런 후에 포장상자의 적정치수 및 원지배합에 따른 강도설계를 하기 위하여 Kellicutt식 및 Wolf식을 이용하여 강도설계를 하였다. 또한 T₁₁형 표준팰리트를 선정하여 골판지 상자를 설계하기 위해서는 팰리트 적재효율이 높으며, 표준팰리트에 적합한 여러 개의 치수(길이 및 폭)를 선정하여 적정 강도설계를 위한 상자의 높이를 추정하고자 하였다.
수출용 배의 골판지 상자의 적정 포장 설계를 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하기 위하여 현재 수출용 배의 골판지 상자의 원지를 조사하여, 식3과 같이 개발된 모형식 및 표1에 나열된 원지의 배합을 통하여 같은 강도설계 수준에서의 원지의 배합, 최적가격 수준 및 골판지 상자의 외치수를 설계하고자 하였다. 그런 후에 포장상자의 적정치수 및 원지배합에 따른 강도설계를 하기 위하여 Kellicutt식 및 Wolf식을 이용하여 강도설계를 하였다.

제안 방법

골판지 상자 강도설계에서 가장 필요한 강도특성은 수송 중의 진동과, 하역시의 낙하에 의한 충격에 견디는 수송하역상의 강도와, 기본적으로 상자의 압축강도로 결정되는 보관저장상의 강도가 고려사항이 된다. 그 중에서도 압축강도가 가장 중요한 인자가 되므로 이에 기준하여 강도 설계를 하였다.
동일한 조건, 즉 상자의 체적이 일정할 때 압축강도를 최대로 하는 외형조건을 분석하기 위하여 표2와 같이 상자의 치수비율에 따른 압축강도를 측정하였다. 분석에 적용된 골판지 상자는 RSC형 이중양면골판지로 원지배합은 KA180/S120/K200/S120/K200이며, 상자의 압축실험은 ASTM DG42를 참고하여, 하중재하속도는 12.
수출용 배의 골판지 포장상자의 강도 치수 및 구조설계를 위한 입력값은 각 포장상자의 중량에 대하여 팰리트 적재시 요구되는 필요압축강도(농산물출하규격집)와 팰리트 적재효율을 극대화하기 위한 길이 및 폭의 값을 입력하였고, 적재효율을 고려하지 않고 단지 압축강도 및 상자가격만을 고려하기 위하여 자유설계값을 입력하였다. 또한 인쇄압, 제작상 강도저하율 및 원단 Loss율을 범위 내에서 최대치를 입력하였다. 그리고 전면내포장두께 상하면패드두께 및 내포장재점유율의 내포장조건에 대하여 고려하지 않으므로 불필요한 보강재의 사용을 최소화하고자 하였다.
수출용 배의 골판지 포장상자의 강도 치수 및 구조설계를 위한 입력값은 각 포장상자의 중량에 대하여 팰리트 적재시 요구되는 필요압축강도(농산물출하규격집)와 팰리트 적재효율을 극대화하기 위한 길이 및 폭의 값을 입력하였고, 적재효율을 고려하지 않고 단지 압축강도 및 상자가격만을 고려하기 위하여 자유설계값을 입력하였다. 또한 인쇄압, 제작상 강도저하율 및 원단 Loss율을 범위 내에서 최대치를 입력하였다.
5m/min으로 하였다. 실험전 상자를 온도 23±1℃, 상대습도 50%로 잘 조성된 대형 항온항습기내에서 48시간 이상 충분히 평형 시켰으며, 상자의 각 형태별로 5반복 실험하여 그 평균값을 취하였다. 표3은 일정한 체적과 높이에서 상자를 압축강도를 최대로 하는 폭/길이 비의 결과값이다.
현재 유통되고 있는 수출용 배 골판지상자에 대한 강도분석과 팰리트에 적재되는 배 포장상자의 합리적인 강도 및 치수설계를 위한 알고리즘과 컴퓨터 프로그램을 개발하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

동일한 조건, 즉 상자의 체적이 일정할 때 압축강도를 최대로 하는 외형조건을 분석하기 위하여 표2와 같이 상자의 치수비율에 따른 압축강도를 측정하였다. 분석에 적용된 골판지 상자는 RSC형 이중양면골판지로 원지배합은 KA180/S120/K200/S120/K200이며, 상자의 압축실험은 ASTM DG42를 참고하여, 하중재하속도는 12.7± 2.5m/min으로 하였다. 실험전 상자를 온도 23±1℃, 상대습도 50%로 잘 조성된 대형 항온항습기내에서 48시간 이상 충분히 평형 시켰으며, 상자의 각 형태별로 5반복 실험하여 그 평균값을 취하였다.

이론/모형

Kellicutt 및 Wolf식에서의 장(L), 폭(W), 고(D)는 상자의 외치수를 의미하고 있으며, 우리나라의 경우에는 한국 공업규격(KS)상 상자치수는 안치수 표시로 규정하고 있어 외치수 환산 표준공식을 이용하였다.
수출용 배의 골판지 상자의 적정 포장 설계를 위한 컴퓨터 프로그램을 개발하기 위하여 현재 수출용 배의 골판지 상자의 원지를 조사하여, 식3과 같이 개발된 모형식 및 표1에 나열된 원지의 배합을 통하여 같은 강도설계 수준에서의 원지의 배합, 최적가격 수준 및 골판지 상자의 외치수를 설계하고자 하였다. 그런 후에 포장상자의 적정치수 및 원지배합에 따른 강도설계를 하기 위하여 Kellicutt식 및 Wolf식을 이용하여 강도설계를 하였다. 또한 T₁₁형 표준팰리트를 선정하여 골판지 상자를 설계하기 위해서는 팰리트 적재효율이 높으며, 표준팰리트에 적합한 여러 개의 치수(길이 및 폭)를 선정하여 적정 강도설계를 위한 상자의 높이를 추정하고자 하였다.

성능/효과

여기서 원지의 배합은 골판지의 가격을 최소화 할 수 있는 원지배합이다. 또한 상자의 길이와 폭을 제한한 외형설계의 경우 팰리트의 적재효율이 90%이상으로 유니트로드 시스템의 적용에 적합한 것으로 사료되었다. 하지만 길이, 폭 및 높이에 대한 자유설계시 적재효율이 낮음을 알 수가 있었다.
이처럼 포장중량에 관계없이 일률적으로 이중양면골판지를 사용하는 점, 포장중량이 큰 15kg에서 C-3형의 골판지를 적용하는 점, 또한 상자의 내부에 측면 골판지 패드(pad)를 대는 점은 모두 컨테이너내의 저온ㆍ다습한 조건에서의 상자의 압축강도 열화로 인한 압상과를 방지하기 위한 방법들인 것으로 분석되었다. 또한 조사된 수출용 배의 경우에는 팰리트에 적재되어 운송되지 않기 때문에 조사된 외포장재 치수의 경우에는 T₁₁형 표준팰리트에 적재할 경우 팰리트의 적재효율은 약 65~85% 정도로 낮음을 알 수가 있었다.
표8은 현재 사용되고 있는 수출용 골판지 포장상자의 강도 및 치수에 대한 결과 값을 나타내었다. 설계된 골판지 포장상자에 비하여 소요면적, 상자중량 및 상자의 가격이 높게 나타났으며, 설계된 상자를 사용함으로써 과대포장의 방지 및 상자가격의 하락에 의한 경제성에 대한 기여가 매우 클 것으로 사료되었다.
조사된 수출용 배의 포장중량은 5kg과 10kg이 대부분을 차지하고 있으나 151kg, 51b 포장중량도 전체수출량의 약 20%을 차지하고 있으며, 사용되는 외포장재는 골판지 상자이었으며, 포장중량 10kg 이하에서는 A-1형인 RSC(Regular Slotted Container)형 상자, 포장중량이 15kg에서는 한쪽면 날개가 없는 A-1형 상자 2개를 서로 덮어씌운 C-3형의 상자가 대부분 사용되고 있었다. 이처럼 포장중량에 관계없이 일률적으로 이중양면골판지를 사용하는 점, 포장중량이 큰 15kg에서 C-3형의 골판지를 적용하는 점, 또한 상자의 내부에 측면 골판지 패드(pad)를 대는 점은 모두 컨테이너내의 저온ㆍ다습한 조건에서의 상자의 압축강도 열화로 인한 압상과를 방지하기 위한 방법들인 것으로 분석되었다. 또한 조사된 수출용 배의 경우에는 팰리트에 적재되어 운송되지 않기 때문에 조사된 외포장재 치수의 경우에는 T₁₁형 표준팰리트에 적재할 경우 팰리트의 적재효율은 약 65~85% 정도로 낮음을 알 수가 있었다.
조사된 수출용 배의 포장중량은 5kg과 10kg이 대부분을 차지하고 있으나 151kg, 51b 포장중량도 전체수출량의 약 20%을 차지하고 있으며, 사용되는 외포장재는 골판지 상자이었으며, 포장중량 10kg 이하에서는 A-1형인 RSC(Regular Slotted Container)형 상자, 포장중량이 15kg에서는 한쪽면 날개가 없는 A-1형 상자 2개를 서로 덮어씌운 C-3형의 상자가 대부분 사용되고 있었다. 이처럼 포장중량에 관계없이 일률적으로 이중양면골판지를 사용하는 점, 포장중량이 큰 15kg에서 C-3형의 골판지를 적용하는 점, 또한 상자의 내부에 측면 골판지 패드(pad)를 대는 점은 모두 컨테이너내의 저온ㆍ다습한 조건에서의 상자의 압축강도 열화로 인한 압상과를 방지하기 위한 방법들인 것으로 분석되었다.
표6은 수출용 배의 골판지 포장상자의 원지배합 및 강도설계 결과 값을 나타내었다. 표5의 설계된 결과 값과 비교하였을 때, T₁₁형 표준팰리트의 적재효율이 매우 낮음을 알 수가 있었으며, 5 및 10kg 포장중량의 경우에는 과대포장에 의해서 필요압축강도의 값이 강도설계 된 포장상자보다 높은 것을 알 수가 있었다.

후속연구

그러므로, 이 연구에서 강도 및 치수설계 된 상자의 경우에는 농산물표준출하규격의 압축강도하에서 최저의 가격과 표준팰리트의 적재효율을 최대화함으로써 배 수출시 유통비를 절김에 의한 경제성에 크게 기여할 것으로 사료된다.

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