（机械设计及理论专业论文）平板电视缓冲包装结构的优化设计.pdf

平板电视缓冲包装结构的优化设计 摘要 本文通过对市场调查的结果出发，展望了未来l c w p d pt v 的缓冲包装 结构设计趋势。通过对e p s ，e p e ，蜂窝纸板与瓦楞纸板等几种材料的生产、 环保及缓冲等方面的性能的对比，预判了未来l c w p d pt v 的缓冲包装设计 材料的选择方向。 、 通过对目前市场上包装l c d p d pt v 的e p s 和e p e 的缓冲结构设计举例， 作者延伸了结构设计的用材及组合范围，详细介绍了e p e 与瓦楞纸板箱结合 的缓冲包装结构设计过程、e p e 与蜂窝纸板结合的缓冲包装结构设计过程和 全瓦楞纸板缓冲包装结构设计过程。通过对三种新型l c d p d pt v 的缓冲包 装结构设计过程的介绍，用事实证明了作者的观点：l c d p d pt v 的缓冲包 装市场必将逐渐被更加环保、成本更低的瓦楞纸板、蜂窝纸板以及两者与 e p e 结合结构所取代。 文章的最后介绍了量化l c d p d pt v 缓冲包装优化设计的出路一仿真 技术。通过对仿真分析软件a n s y s 的介绍、l c dt v 简易仿真模型跌落分析 和瓦楞纸板仿真模型的建立及其受力分析验证了该方法的可行性与实用性。 文章的结论为包装企业的发展指明了方向，对我国包装企业的长足发展 有着指导性作用。 关键词：e p e ，瓦楞纸板，蜂窝纸板，仿真，结构设计，缓冲包装 o p t i m l 气ld e s i g no fc u s h i o n i n gl a c k a g i n g s t r u c t u r ef o rl c dt v b a s e do nt h ev i e wo fm a r k e t i n gi n v e s t i g a t i o n ，t h i sa r t i c l ei n d i c a t e st h e f u t u r et r e n di nc u s h i o n p a c k a g i n gs t r u c t u r a ld e s i g n t h r o u g hm a k i n ga c o m p a r i s o n o f p r o d u c t i o n ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n a n d c u s h i o n i n g p e r f o r m a n c e so fe p e , e p s ，h o n e y c o m bb o a r da n dc o r r u g a t e db o a r d ，t h ea u t h o r p o i n t s o u tt h eo r i e n t a t i o ni n c h o o s i n gc u s h i o nm a t e r i a l f o rl c d p d pt v p a c k a g i n g t a k i n gs e v e r a le x a m p l e so ft h et r a d i t i o n a lc u s h i o ns t r u c t u r a ld e s i g n sw h i c h u s ee p sa n de p ei nt h ec u r r e n tm a r k e t ，t h ea u t h o re x p a n d st h em a t e r i a ls e l e c t i o n r a n g ef o rl c d p d p t v sc u s h i o n p a c k a g ea n dg i v e s u sad e t a i l e di n t r o d u c t i o nt o t h ed e s i g np r o c e s s e so fe p e & c o r r u g a t e db o xc o m b i n a t i o na n de p e h o n e y c o m bb o a r dc o m b i n a t i o n ，a n dt o t a lc o r r u g a t e db o a r ds t r u c t u r e t h e s et h r e e e x a m p l e st e s t i f yt h ev i e w p o i n tt h a tt h em a r k e to fc u s h i o np a c k a g ef o rl c d p d p t vw i l lb e s u p e r s e d e db yc o r r u g a t e db o a r d , h o n e y c o m bb o a r d a n dt h e i r c o m b i n a t i o nw i t he p ei nt h a tt h e ya r em o r ee n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dm u c h c h e a p e r i np r i c e a tl a s tt h ea r t i c l ep r e s e n t ss u c hf a c tt h a tt h eo p t i m a ld e s i g no fc u s h i o n p a c k a g i n gs t r u c t u r ef o rl c d p d pt vq u a n t i t a t i v e l yl i e s i nt h es i m u l a t i o n t e c h n o l o g y b yu s i n gc a e s o f t w a r ea n s y s ，t h ea u t h o rc a r r i e so u tt h ed r o pt e s t a n a l y s i sf o rt h es i m p l i f i e dl c d t vm o d e l a n d m o d e l i n g f o r c i n ga n a l y s i s0 f c o r r u g a t e dp a p e r b o a r d ，w h i c hv e r i f yt h ef e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a l i t yo fs i m u l a t i o n t e c h n o l o g yi np a c k a g i n ga r e a t h ec o n c l u s i o nt h i sa r t i c l em a k e sw i l lh e l pt h ep a c k a g i n ge n t e r p r i s e sa n d h a sap o s i t i v eh e a r i n gu p o nt h e mi nal o n gr u n k e yw o r d s ：e p e ，c o r r u g a t e d p a p e r b o a r d ，h o n e y c o m bp a p e r b o a r d ， s i m u l a t i o n ，s t r u c t u r a ld e s i g n ，c u s h i o n e dp a c k a g e 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创。性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：缎泣连 日期：巡2 生5 旦工6 国 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：螽幽睦殇导师签名：冠丝墨日期：2 q q z 生主旦主6 店 医酉鼓基右堂亟土l 童擅土2 耄位i 金毫 第一章绪论 随着i l d t v ( l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y t e l e v i s i o n , 即液晶平板电视) 和p d p t v ( p l a s m a d i s p l a yp a n e lt e l e v i s i o n ，即等离子电视) 研发及制造技术的逐渐普及，l c dl v 和p d pt v 已经开始逐步替代以c r t 技术为支撑的纯平或球面电视 据市调机构t s r 公布的数据显示，2 0 0 5 年全球液晶电视( l c dt v ) 、等离子电视( p d p t v ) 等薄型电视产量为2 ，9 7 2 万台，较2 0 0 4 年大幅成长1 4 3 ；迈入2 0 0 6 年后，由于 厂商增产动作不断，全球薄型电视产量将攀升至5 ，5 6 7 万台。 l c dt v 和p d pt v 的产量不断攀升，对世界各地的包装厂商来讲，无疑是个巨大的 商机。因此，谁可以在l c dt v 和p d pt v 电视的缓冲包装结构设计上占得先机，谁就可 以取得更大的发展空间。这也迫使各大包装厂商纷纷加入了对l c dt v 和p d p i v 电视缓 冲包装结构设计的研究上来。 目前l c d p d pt v 市场上的缓冲包装材料主要是e p e ，另有少量的e p s 、蜂窝纸板， 也有不少厂家致力于新材料的研发或者试验用成本更为低廉、更为环保的材料，如瓦楞 纸板，气囊等。 对e p e 的缓冲结构设计因受客户等条件的制约，因此其优化空间还很大；对于e p s ， 则将因日益高涨的环保呼声而淡出市场；瓦楞纸板则因其本身的特性至今尚无完善的缓 冲理论；气囊是新材料新方法，其可靠性尚待证实，其理论也尚需完善；蜂窝则因其固 有特性而只能以做结构支撑为主，也就是说它必须与其他缓冲性能较好的材料相结合才 可能有所用途。 这些材料在l c d p d pt v 的缓冲包装市场都将扮演何种角色，哪种材料又将最终统领 该领域，下面我们就根据其各自的特性进行分析。 垩捶皇塑缍迪鱼苤结擅的岱业五让 第二章缓冲包装材料性能介绍n m l 目前国内常用的缓冲包装材料有e p s ( 聚苯乙烯泡沫塑料) 、e p e ( 聚乙烯泡沫塑料) 、 p u ( 聚氨酯泡沫塑料) 、e v a ( 乙烯一醋酸乙烯共聚物橡塑制品) 、x p e i x p e ( 聚乙烯交联 发泡塑料) 、瓦楞纸板、纸浆模和蜂窝纸板，也有少数用塑料薄膜气垫、塑料薄膜悬挂等 作缓冲包装结构。这些材料的基本性能对比如下表所示： 表2 - 1 ：缓冲材料的特性对比 缓使 复尘腐吸含防耐柔成粘 可 冲密用 特性 原埃 蚀水 水 霉候软型合燃 性度范 性度性性量性性性性性性 能围 易 e p e 好优小无无无无良良良良良 宽 燃 稍很稍易 e p s优小无无无良良优良 窄 差小 差燃 易 p u好优小无无无微良良优优良 宽 燃 易 e v a 好优 小有无无无良良优良良 宽 燃 易 x p e i x p e好优 小无无无无良良优良良宽 燃 稍 稍 不 不不易 瓦楞纸板 差无大有良优宽 差般有良良可燃 _ 稍不 不不易 蜂窝纸板 差差无大有良优 窟 般有良 良可燃 稍 不 易 纸浆模差大无大有良差优良宽 般 有良燃 稍 最 不 易 薄膜气垫良无无无无良良优 良宽 差 小 良燃 下面是本课题研究中所用到的缓冲材料的基本性能的简单介绍： 2 1 e p s ( e x p a n d e dp o l y s t ，r r e n e ) 的性能简介 e p s 是发泡聚苯乙烯，俗称宝丽龙，美国于1 9 5 4 年开始采用它作为包装缓冲材料。 这是一种可模塑的、轻质的、半硬质的、闭孔的和低成本的缓冲材料。由悬浮法制得的 p s 珠粒，连同蹦左右的发泡剂( 戊烷) 和5 左右的分散剂( 皂粉) 一起放入反应釜内， 加热到1 0 0 ( 2 左右，在0 4 0 6 m p a 压力下保持5 9 h 后冷却至常温，得到可发性e p s 珠粒。然后通过红外线、蒸气或热空气加热等办法加热到9 5 1 0 0 * c 保持约2 分钟进行 预发泡；随即用冷风吹2 4 h 进行熟化。将已熟化的预发泡粒子放入铝模内用0 1 o 2 m p a 的水蒸气加热l o 3 0 s ，通冷却水冷却，脱模后放入5 0 6 0 的烘房内熟化2 4 h 完成e p s 模塑全过程。常见的缓冲包装用e p s 的密度为0 0 1 6 0 0 2 6 9 c m 3 ，发泡倍率为2 5 5 0 。 利用多层热压机可生产l i p s 板材，尺寸最大为2 0 0 0 x1 0 0 0 x1 0 1 0 0 m m ，主要性能 如下表所示 表2 - 2 ：热压l i p s 板材的性能 t a b l e2 - 2 ：p e r f o r m a n c eo f e p s 项目数据 密度，g c 0o 0 2 lo 0 3 1o 0 40 0 5 压缩强度( 压缩2 5 ) ， o 1 4 40 2 1 6o 2 9 60 3 5 8 b 弯曲强度，却b 0 3 0 2o 3 8 0o 5 1 70 5 2 7 冲击强度，m p a 0 0 4 6 30 0 4 90 0 5 60 0 8 1 6 耐热性， 7 57 57 57 5 耐寒性， - 7 07 0- 7 0- 7 0 吸收性，g c m so 0 1 1 7o 0 1 1 7 介电常数，w w h z1 0 51 0 5 模塑的e p s 是半硬的，抗压强度大；成本低，还可制成带肋的复杂形状以节约用量： 振动阻尼大，即抗振性能好；光滑的略有弹性的模塑表面不会磨损内装物；不吸水；耐 腐蚀、耐油、耐老化；隔热和绝缘性好；可接触食品；热敏感性低，2 秒内便可自熄； 抗蠕变性能极好；重载下的缓冲性能好，如密度为0 0 1 2 9 c m 3 的e p s 的应力一应变曲线 和静态缓冲系数曲线如图2 - 1 ( a ) 、( b ) 所示。 飞 蔓 r 疆 f l l ， 一 。一一 应变s ， u 量 太毫矗一( h h l l d ) 蒙苯己烯泡沫塑料的应力一应变线困示例 b ) 聚苯乙烯泡沫塑料的静态缓冲系数一最 ( 密度：o 0 1 2 9 c m 3 、形式：1 种、等级：l 大应力线图示倒( 密度：o 0 1 2 9 。一形式： 幻s t r e s s - s t r a i na 沁哪o fe p s 11 种、等级： 级) ( d c 咖：0 0 1 2 m 3 ) b ) 触。“s h i 啦础蛐蜘 毫力，m h b _ 么i 。 ， 、 、 、 _ 。 篡鸯洲”一 c ) 聚苯乙烯泡沫塑料的最大加速度与静态表 面负荷的关系曲线( 试样发泡倍数：卜2 0 ；d ) 聚苯乙烯泡沫塑料的最大加速度静虚力 2 3 0 ：3 4 0 ；4 - 5 0 ；5 - 6 0 ；6 - 7 0 ；测试条件：线图示饲( 密度：0 0 1 2 9 c l n 3 ， 温度2 3 ，跌落高度h - 6 0 c m ；试样面积：l k g f c m 2 = 0 1 m a p ) 1 0 x 1 0 c m ：，犀 受= 5 c m )d ) m a x a c c e l e r a t i o n - s t a t i c s t r e s s c u r v e s ( d e n s i t y ： c 1m 缸a c c e l e r a t i o n - s t a t i cl o a d sc u w e so f 0 0 1 2 9 c m 3 ) e p s ( t e s tc o n d i t i o n ：2 3 c ，d r o ph i g h t ：6 0 c m ；a t e a ： 1 0 x 1 0 c m 2 , t h i c k n e s s 妇 图2 一l ：e p s 的应力一应变曲线和静态缓冲系数曲线 f i f r 2 - 1 ：s t r e s s - s t r a i na n ds t a t i cc u s h i o n i n gc o e f f i c i e mc u r v e s 衙e p s 厚度为5 c m 、跌落高度为6 0 c m 的不同发泡倍率的e p s 的动态缓冲系数曲线如图2 1 ( c ) 所示；密度为0 0 1 2 9 c m 3 、跌落高度为6 0 c m 的不同厚度的e p s 的动态缓冲系数曲 -簧警 -一越誓 线如图2 - - 1 ( d ) 所示。 e p s 的缺点是不耐多次冲击；性脆，拉伸强度低。为了改善其复原性，一种办法是将 e p s 制成直径为1 5 6 m m 、长度为5 0 8 0 m m 的丝状材料；这种材料不仅复原性好，蠕变 也小；5 0 ( 2 下尺寸稳定不变，8 0 ( 2 的变化不到1 5 ；它的静态、动态特性如图2 2 所 示。 l 葵 魏 o | ， _ _ 童熏s ， ) 聚苯乙烯泡沫塑料丝的压缩应力一应变图示 啻孳( 表现密度：o o w , c m 3 形式：1 种等级： 2 级 a ) , x , m p r 嘲m 羽嚣昏翻妯c 哪广v o f e p s ( d e n s i t y ： o 0 1 9 c m 3 , g r a d e ：2 ) i _ 鼠i = 5 o e m，叶 一一拖 l 一 一一 多7 _ 应力o a f a u ) c ) 聚苯乙烯泡沫塑料丝的最大加速度 一静应力线图示饲( 表砚密度：0 0 1 9 c m 3 形 式：1 种等级：2 级) c 岫a xa c c e l e r a t i o n - s t a t i cs t r e s sc u r v e s ( d e n s i t y ： o 0 1 9 m 3 , g r a d c ：e ) u 量 废叠，蚺 ) b ) 聚苯乙烯泡沫塑料丝的缓冲系数一最大应力 图示倒( 表现密度：o 0 1 9 c m 3 形式：1 种，等 级：2 级) c u s b i o e d n g c o e f f i c i e n t - m a xs t r e s s c m v e s ( d e n s i l y ：o 0 1 9 c m a , g n a e ：2 ) 、 斟 一 幽 li i i l ii h = o 。0 2 0 j 噜，a l l _ 一 ，- = o 0 1 3 一一 乡 一 6 j f f i o 0 0 6 _ ， 对翔，d d ) 聚苯乙烯泡沫塑料丝的压缩蠕变线图示饲( 表 现密度：0 o l g c m 3 ，形式：1 种、等级：2 级) d ) c o m p r e s s i o nc r e e pc u r v e g d e n s i t y ： o 0 1 9 c m 3 ，g m d c ：2 ) 图2 2 ：e p s 的静态、动态特性 f i g 2 - 2 ：s t a t i ca n dd y n a m i cp e r f o r m a n c e so fe p s 根据“蒙特利尔议定书”规定，2 0 0 5 年要求全面禁止采用氟利昂生产e p s ：e p s 无法 自然分解，体积又大，不易回收；在焚烧炉内燃烧处理时，会因高温烧坏焚烧炉部件， 而且会产生黑烟，一氧化碳等。由于存在这一系列环保处理问题，回收成本高，所以许 多欧洲国家禁止采用e p s 做缓冲包装。寻求性价比与e p s 相当的环保型缓冲材料，是目 前世界各国面临的的一大难题。 2 2 e p e ( e x p a n d e dp o l y e t h y r l e n e ) 的性能简介 e p e 是发泡聚乙烯，俗称珍珠棉，是一种低密度的、半硬质的、闭孔结构的、耐候 性好的、无毒的、耐腐蚀、阻水的和易回收的聚乙烯聚合物。上世纪6 0 年代才发展起来。 p e 是一种结晶型聚合物，熔体粘度小，不易留住气体；而且p e 热容量大，固化时间长， 透气性大，发泡剂分解的气体易逃逸，所以要采用过氧化二异丙苯过氧化二苯甲酰、过 氧化二叔丁烷等交联剂进行交联反应，以提高熔体粘度和制品强度。偶氮二甲酰胺( a c ) 作发泡剂，三碱式硫酸铅作活化剂，在7 0 1 0 0 辊温下混炼5 l o m i n ，然后挤出或模 压成型。 它的柔软性和韧性介于e p s 和开孔结构的p u 之间，拉伸强度高，不会像e p s 那样易 掉渣；缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小；布氏硬度4 9 2 m p a ；抗静电性能好， 体积电阻率6 1 0 “q f i l m ；介电强度3 9 2 k v c m ：常用国产e p e 板材的其它性能如表2 3 所示。 表2 3 ：常用e p e 板材的部分性能 t a b l e2 - 3 ：p e r f o r m a n c e so fs h e e te p e 性能 l - - 4 0 0 0 l 一4 0 0 0 nl 一4 0 0 0 n n c 一4 0 0 0 密度，g c m s 0 0 2 4 0 0 2 4 0 1 5 o 1 5 o 1 2 压缩强度( 压缩2 5 时的) ，m p a 0 0 2 8 0 0 2 8 0 0 2 8 0 0 1 8 撕裂强度，m p a 0 0 2 6 0 0 2 6 0 0 2 6 0 0 0 8 热变形率， 一3 1 一3 1 一3 1 一3 1 吸水率，g c m 3 0 0 0 5 0 0 0 5 1 0 0 1 0 0 1 0 0 美国e p e 板材的典型性能如表2 4 所示。轻型产品可选密度1 2 1 b i n 3 的e p e 板材 做缓冲垫，通常选1 7 和2 2l b i n 3 的e p e 板材做缓冲垫，重型产品和托盘支撑则可选 密度4 1 b i n 3 以上的e p e 板材做缓冲垫。 表2 4 ：美国e p e 板材的典型性能 标标标密颜 压缩值 拉 撕气 吸 热静表面 准准准 度色 垂直强度永久蠕变 伸裂泡水稳电 电阻 犀宽长l b p s l 变形强度尺l b 定衰 塞x 度度度i 2 5 i5 0 度l b 寸 f t 2 减 1 0 i ni ni n 一 p s i i n_so h l s 1 2 i n 厚 纵 横 篮 l 2 41 01 本81 6 1 0 l o 3 39o ( o (1 一 层 28 5色，- 5 542 0 0 2 p s i 一1 55 8615 2 1 0 0 0 _ 34 8- 9 黑，o- ( 2 6- i吨 8 兰，衢3 p s2 s22 糟 1 5 0 多l 4 8l o l 本 5 51 3 2 0 1 0 3 22 01 o (1 - 层 282 色 - 8 5一衢 i p s i - 4 4- 4 4 o1521 0 0 0 6- 2 黑，5- 1- ( 1 0 2 0 - 1 4 兰， 7 8 2 p s i 3 23 粉， 绿， 带 薄 膜 表中的英制单位与公制单位换算为：1 i n = 2 5 4 c m ，l i b i n = 1 6 0 2 k g m 3 ，i p s i = o 7 3 k p a ， l l b i n = o 1 7 8 6 k g c m 。 密度为0 0 3 7 9 c m 3 的e p e 的静态缓冲系数、动态缓冲系数和压缩蠕变曲线如图2 3 ( a ) 、( b ) 、( c ) 所示。与图2 2 比较可见，缓冲性能优于e p s 。 8 ) 聚乙烯泡沫塑料 的缓冲系数一应力线图示 倒( 表观密度：o 0 3 7 9 c m 3 形式：1 种、等级：2 级) 丑1c u s h i o n i n g c o e f f i c i e n t - s t r e s sc t l i v t 镕o f e p e ( d e n s i t y ： 0 0 3 7 9 c m 3 , g r a d e ：2 ) 庶力，k f ( b ) 聚乙烯泡沫塑料的最 大加速度一静应力线图示 倒( 密度：o 0 1 2 9 c m 3 ，形式：1 种、等级：l 级) b 、m a xa c c e l e r a t i o n - s t a t i cs t r e s s c u r v e so f e p e ( d e n s i t y ： 0 0 1 2 9 c m a , g r a d c ： ) l i i i i _ - 0 i 叫妒 7 山左号： o 时埘，d ( c ) 聚乙烯泡沫塑料的压 缩蠕变特性示例( 表观密 度：0 0 3 7 9 c = 3 、形式：1 种、等级：1 级) c ) c o m p r e s s i o nc r e e pc l g l l e so f e p e ( d e n s i t y ： o 0 3 7 9 c r a 3 ，g n d e ：2 ) 图2 3 ：e p e 的缓冲系数与蠕变特性曲线 f i g 2 - 3 ：c u s h i o n i n gc o e f f i c i e n ta n dc r e e pc 1 h v c so f e p e e p e 厚板一般是由若干块厚l o m 的薄板热合而成，最近国外也开发出了单层厚板。 图2 4 ( a ) 给出了密度为1 7l b i n s ( 2 7 k g m 3 ) 的进口单层e p e 的缓冲性能曲线。动 态缓冲曲线有1 2 、1 8 、2 4 、3 6 英寸等4 种跌落高度，i 、2 、3 、4 英寸等四种厚度；给 出了第一次、第二次、第三次跌落的结果、以及第二到第五次跌落的平均结果。显见， 缓冲性能随跌落次数增加而明显下降。图2 - - 4 ( b ) 给出了由1 2 英寸e p e 薄板热合成 多层的、相同密度的、不同厚度的e p e 缓冲性能曲线。一般情况下，多层复合板材的缓 冲性能比单层的略好些。 、斟馨出 q ，“n 田r m _ kk 嚣 = = ； 3l _ 口 嚣 暑 - 9 - i r - t - h 兰 蠢 。毫 ”萋 ：i t e10le 冈li l j f | l l 膨 一 l缎 io_i 聋 2 ： = _ 罐；l l 3 ，? 一骅 已 ioti g i l |i 嘲 l浮 |l j2 攫 丝一驸 |_ f | | l 腰一 七珊 |i 睁 ；| j盯 。 ll f 耵 n胤i 阢茹移1 ia口 l j 封1 卞、 j j n， l ；t i - - i 7 l | 崩 | lp 华盱 tl 。n 。、 n ：。! 一一：荔戮尊 一 悖m随。一0， 陀院r。， 羔薯ahia号点葛 惶蚋* 日r “i ，湃，v 斟 嚣 嚣 n 垂 一l 喜l 吒 o a ) 单层e p e a ) s i n g l el a y e re p e b ) 多层e p e b ) m u l t i - l a y e re p e 1 0 - 枷m m n l 斟，州 kk t q 日3 群喇 kk0 嚣 = 。善 一妻 ：l 吧 孽zi#*i 嚣 3 = 宝 吧 。 = 暑 | l 皇 o 、 | 1 i - i j ， 多7 ，f 、 l |i i 1 ， 多 一一名 l；-；# 嚣 = ： 宝 畸 。 卜 y 、 、 ：i l k 1y 料 | 、 、 、 一# ”l ) i | 、 。 一 |秘 8#e4。3-l# 嚣 毫 ： 塞 、 毳 、 i jj| | j j | | j j | | j | | j j | | ， 龙 y | | j j| | | | j j jjj j j | | | | j o j | | 、 | 、 、 舯 lz l 1 j l l r ! l j l ll j j j j j | | | | | | | | | | jj j h 日 ，。，饼 图2 4 ：进口e p e 板材的缓冲性能曲线 f 螗2 - 4 ：c u s h i o n i n g c a r v e s o f i m p o r t e d e p e e p e 的缺点是比e p s 贵一些，不能模塑。目前主要用于较贵重的和易碎的产品作缓冲 包装。由于综合性能好，易于回收利用，目前应用十分广泛。 2 3 瓦楞纸板的性能简介 瓦楞纸板具有环保，易裁切、模切、粘合，成本低，与瓦楞纸箱好协调，使用范围比 泡沫塑料宽等优点；缺点是表面较硬，对某些产品表面有磨损，难形成三维曲面，湿度 影响较大，过载复原性较差，多次跌落后缓冲性能会下降1 3 左右。目前，对于机电产 品，常常采用瓦楞纸板来代替不环保的e p s 作为缓冲包装材料。 瓦楞缓冲所用瓦楞纸板可以完全回收再生，符合环保要求；运用巧妙设计和试验验证， 可使用最少的材料发挥最大的缓冲保护效果，满足产品缓冲要求 模切成型，便于批量 生产，成本低廉；有的缓冲结构具有增加纸箱的抗压强度作用，因而可以减少瓦楞纸箱 的成本；瓦楞缓冲所用纸板可以展开运输，运输体积远远小于一般的泡沫塑料，有利于 降低物流成本；有的瓦楞结构可以同时兼有缓冲和支撑或容纳附件的功能，节省包装空 间。 图2 5 ：瓦楞纸板缓冲衬垫结构 f i g 2 - 5 ：c u s h i o n i n gp a dm a d eb yc o r r u g a t e db o a r d 表2 5 给出了楞配比为3 0 0 1 8 0 a 1 8 0 1 8 0 b 3 0 0g m z 的a b 瓦楞纸板的动态缓冲性 能测试结果。可见，瓦楞纸板的缓冲性能不如泡沫塑料。 表2 5 ： b 瓦楞纸板的动态缓冲性能测试结果 静应力， h ，c m 6 9 91 3 6 11 6 3 51 8 7 52 4 7 4 3 1 6 9 4 0 5 5 p a 4 0 1 1 4 0 51 0 9 7 0 7 7 4 01 3 3 3 3 1 3 9 0 32 2 1 7 72 0 7 1 0 品。g 6 01 0 5 7 0 1 0 9 9 81 2 5 6 02 1 5 4 02 3 7 4 03 3 2 0 02 9 4 6 0 图2 6 ( a ) 给出了某典型瓦楞纸板不同楞型的动态缓冲曲线，表明a 型的缓冲性能 优于b 型。如果做成多层结构，缓冲性能将更接近常规的e p s ，图2 6 ( b ) 给出了1 0 层典型a 型瓦楞纸板的动态缓冲性能曲线。 “ ，毫= ： y i 。 弋 “划lj r 融， - 树 i , i t 疆 羹 捆 量 截 毽力，k “一 b ) 1 0 张 型瓦楞纸板重叠的动态缓 a ) 不同楞型瓦楞纸缓冲性能比较 冲特性( h 一跌落高度) 曲。叫n p a r i 啪o f c u s l 缸o n i n gp e r f o r m a n c e so f 一一 b 、d y n a m i cc u s h i o n i n gp e r f o r m a n c e so f1 0 d i f f e r e n tf l u t e sc o r r u g a t e db o a r d 一layersaflutec o r r a g a t e db o a r d ( h - d r o ph i g h 0 图2 6 ：瓦楞纸板的动态缓冲性能曲线 f i g 2 - 6 ：d y n a m i cc u s h i o n i n ga o f c o r r u g a t e db o a r d 2 4 蜂窝纸板的性能简介 蜂窝纸板与瓦楞纸板的特点相似，具有环保，易粘合，与蜂窝纸箱好协调，使用范围 比泡沫塑料宽等优点；缺点是对某些产品表面有磨损，难形成三维曲面，湿度影响较大， 过载复原性较差，加工较难，不好模切，无法制作三维曲面轮廓，垂直方向缓冲性能差， -量x 比瓦楞纸板贵。一般都是用一层或几层蜂窝纸板叠起来，在上面加工出与内装物轮廓相 同的轮廓，如图2 7 ( a ) 所示。缓冲性能如图( b ) 所示，厚度t 越厚，缓冲效果越好，三 个方向的缓冲系数c 差异很大。 - ) 蜂窝纸板 a ) h o - y c o m b b o a r d b ) 纵坐标为6 ，横坐标为s 。l 【g c n l 2 ，厚度t 单住为m ，跌落高度为6 0 c m b ) y “删i n a t e ：g ；x 伽哪d i 坳把3 一k 咖时) ；l h i c ：k 醛u n i t ：r a m ；d r o ph i g h t ：6 0 c m ) 图2 7 蜂窝纸板缓冲结构与缓冲性能 f i g 2 - 7 ：s t n l c t u r ea n dc u s h i o m gp e r f o r m a n c eo f h o n e y c o m bb o a r d 对于面纸定量为3 0 0 9 m ：、芯纸( 再生纸) 定量为1 2 0g m 2 ，内切直径为1 0 4 m m 、孔 径比为1 的、厚度为2 0 、3 0 、4 0 、5 0 m m 的蜂窝纸板进行正弦变频振动试验，发现共振频 率为3 1 3 、2 5 6 、2 5 0 、2 1 0 h z ，衰减系数0 0 5 4 4 0 、0 4 8 7 0 、0 4 5 1 0 、0 5 8 2 。 = l 时最大 振动传递率t r = 8 - - 1 1 ； o 3 ( 8 0 h z ) 时，t r = 1 ，不防振； 1 5 ( 3 8 0 h z ) 时， t r l ，具备减振功能。蜂窝纸板固有频率与静应力有关例如，面纸定量为2 5 0 9 m 2 、芯 纸( 再生纸) 定量为1 4 0g m 2 、内切直径为1 5 m m 的蜂窝纸板的固有频率随静应力变化先 缓降，随后上升，在7k p a 附近最低，与硬橡胶及聚氨酯相近；轻载荷时固有频率低于 硬橡胶，高于聚氨酯和e p e 。 2 5 气囊的性能简介 小型气垫塑料薄膜是在两块塑料薄膜中间夹入空气热合而得，一层为平面，另一层成 型出圆柱形( 0 9 5 4 8 m ) 、半球( 睨5 6 m ) 、钟形( 粥1 5 1 3 m m ) 等气泡，如 图2 - 8 ( a ) 所示。薄膜多采用隔阻性好的p e 与聚偏二氯乙烯的复合薄膜。每平米的气泡 数在1 0 0 0 1 0 0 0 0 之间，表观密度极小，仅0 0 0 8 0 0 3 0 9 c m s 。具有耐腐蚀、耐霉变、 化学稳定性好、不易破碎、无尘、防潮、不吸水、透明、柔软而不磨损内装物、缓冲性 能优良等优点，特别适合轻型复杂形状易碎产品的缓冲包装。 图2 - 8 ( b ) 、( c ) 、( d ) 、( e ) 给出了密度为0 0 2 9 9 c m 3 的小型气垫塑料薄膜的应力一 应变曲线、静态缓冲系数、动态缓冲系数和蠕变曲线。 液晶电视包装 扫描仪包装 笔记本电脑包装 a ) 气囊包装实例图 幻p a c k a g i n gs a m p l e so f a j rc h a m b e r 光驱包装 3 薹毛 翻1 l 7 应壹s ， u 簟 鼍 量 量太宾力_ _ 一k 附 0 c ) 气泡塑料薄膜的缓冲系数一最大 b ) 气泡塑料薄膜的应力应变线图示( 密度： 应力线图示( 密度：o 0 2 9 9 c m 3 。形式：1 种 o 0 2 9 9 锄，形式：1 种，等级：2 级)等级：2 级) b ) p i 减i c f i l m o f a i r c e l r s s u e s s - s t r a i n d p l a s t i c f i l m o f a i r c e l l s c u s h i o n i n g 铷删d c i t y ：o 0 2 9 9 c m 3 , g t e ：2 ) c o e f f i c i e n t - m a xs t r e s sc m r v e s ( d e n s i t y ： o 0 2 9 9 c m 3 ，g r e e k ：2 ) 力，t f _ ， l = ： 多 1 多， ， ， 碱曩城 d ) 气泡塑料薄膜的最大加速度一静 应力线图示饲( 密度：删砣9 1 9 妇n 3 ，形式：1 种 。) 气泡塑料薄膜的压缩蠕变线图示倒 一 ( 密度：o 0 2 9 9 c m 3 ，形式：1 种等级：2 缓) 等级：2 级) e ) p l a s t i c f i l m o f a i r c e l l s a 唧p e r f o r m a n c e d l p l a s t i c f i l m o f a i r c e l l s m a x a c c e l e r a i o n - s t a t i c 。 一 c u r v e s ( d e n s i t y ：o 0 2 9 9 c m 3 , g r a d e ：2 1 $ 1 i e $ c u r v e s ( d e n s i t y ：o 0 2 9 9 c m 3 ，g r a d e ：2 ) 一 一 图2 - 8 ：小型气垫塑料薄膜缓冲包装及其性能 f i g 2 - 8 ：s m a l la i rc e l lp a c k a g m ga n di t sp e r f o r m a n c e s 中型气垫塑料薄膜呈袋形，规格有2 0 1 3 、2 0 x 2 0 、2 0 x 3 0 、2 5 x1 3 、2 5 x 3 0 c m 等。 这种缓冲材料，具有小型气垫塑料薄膜相同的优点，只是气泡尺寸较大，表观密度更小， u 一隶擞 鼍暮栽 特别适合快速充填各种异形内装物与纸箱之间的空挡，操作方便，达到缓冲的目的。p e 有热胀冷缩缺点，现在采用具有柔性和弹性的聚氨酯或尼龙与p v c 复合制造气垫缓冲材 料，可克服上述缺点。 睦耍型毽太堂壅土i 蕉缝土2 堂位论塞 第三章传统的l c d p d pt v 缓冲包装设计 经过大量的工程实践，美国m t s 公司与密歇根州立大学包装学院合作，予2 0 世纪7 0 年代率先提出了缓冲包装设计的五步法。1 9 8 6 年，美国l a n s m o n t 公司f c b r e s k 等人 建议在五步法基础上增加一步“重新设计产品”，于是形成了目前流行的缓冲包装设计 六步法： l 、确定产品的流通环境条件； 2 、确定产品的脆值； 3 ，根据标准数据及积累实验经验判定产品脆值的高低； 产品脆值是缓冲设计的依据，科学的缓冲包装设计必须从产品脆值着手伽，脆值也是 实现缓冲包装量化设计和优化设计的必要条件。 4 ，根据产品的脆值等参数和缓冲材料的特性按相关方法设计缓冲结构并确定最佳尺 寸； 5 、设计并制作原型包装结构； 6 、按照国家标准或者客户的要求对原型包装件进行评估测试。如不符合要求，则重 复上述步骤，直到达到标准为止。 传统的l c d p d pt v 的缓冲包装设计材料主要为e p s 和e p e 。这两种材料在目前国内 及国际市场上用途最为广泛。其中e p s 主要市场在国内，而e p e 的市场则以国外为主。 3 1 用e p s 进行缓冲包装设计 e p s 因可模塑成型，因此其生产效率高，成本低，而且制成多种复杂结构；但由于 本身难于分解、回收，因此它将逐渐被淘汰出环保要求呼声日高的包装市场。鉴于此点， 下面对其设计只做简单的介绍。 3 1 1 获取e p s 缓冲数据 做为缓冲包装量化设计的基础，e p s 的各种缓冲性能数据是缓冲包装设计的基础。 由于e p s 的量一般较大，且磨具费用相当昂贵，因此，e p s 各项缓冲性能数据的测定必 须非常精确。 对于e p s 的设计，按照使用经验及工厂常规生产所需性能来讲，一般需获得以下数 据： ( 1 ) 应力一应变曲线 ( 2