【课件】包装结构设计4-1

主讲人 邢浩2015年3月 Designofpackagestructure 包装结构设计 38228220 参考书目 中国轻工业出版社作者 孙诚 化学工业出版社作者 吴波 印刷工业出版社作者 宋宝峰 第四章瓦楞纸箱结构设计 第一节瓦楞纸箱概述 瓦楞纸箱是用瓦楞纸板制成的箱型容器 主要用于运输包装 也直接用于销售包装 特别是小型箱应用更为广泛 一 概述1 瓦楞纸箱 优点 瓦楞纸箱质量轻 有一定的强度和挺度 能够满足许多商品的包装要求 而且 瓦楞纸箱的生产自动化程度高 成本低廉 瓦楞纸板始于18世纪末 19世纪初因其量轻而且价格便宜 用途广泛 制作简易 且能回收甚至重复利用 使它的应用有了显著的增长 到20世纪初 瓦楞纸板已作为各种各样的商品的包装所采用 从而得到全面的普级 推广和应用 由于使用瓦楞纸板制成的包装容器对美化和保护内装商品有其独特的性能和优点 因此 在与多种包装材料的竞争中获得了极大的成功 成为迄今为止长用不衰并呈现迅猛发展的制作包装容器的主要材料之一 2 我国瓦楞纸箱包装现状 包装工业1980年我国包装工业产值72亿元 2002年达到2500多亿元 2008年更是达到8600亿元 已成为世界第二大包装大国 1980年包装工业产值占国民生产总值的0 3 左右 而2008年占国民生产总值2 8 中国2008年度国内生产总值为300670亿元 从以上数据看 通过改革开放二十多年的努力 我国包装工业走完了国际发达工业国家几十年的历程 我国现在已经成为世界包装工业大国 但还不是强国 纸包装2000年 我国包装工业产值2200亿元 其中纸包装1300万吨 占56 5 玻璃包装19 7 塑料包装14 9 金属包装8 9 2005年 包装工业产值3200亿元 其中纸包装2000万吨 占58 9 玻璃包装 17 8 塑料包装14 8 金属包装8 5 即纸包装继续上升 玻璃仍下降 塑料持平 2005年纸包装产值为1492亿元 增长31 4 占总产值的37 1 塑料包装产值为1082亿元 占总产值的26 9 金属包装产值为326亿元 占8 1 玻璃包装产值为108亿元 占2 7 近五年来 中国包装工业总产值每年平均以20 的速度递增 2009年中国包装工业总产值超过了1万亿元 环渤海湾 珠三角 长三角三大经济圈是我国包装行业最发达的地区 工业总产值占到全国包装工业总产值的81 瓦楞纸箱在我国纸包装制品中 纸箱所占比重最大 我国纸包装业发展迅速 特别是在纸包装制品中所占比重达70 以上的纸箱业的发展更是突飞猛进 纸包装容器生产量与一个国家的经济增长有相当密切的关系 纸包装容器产量与需求的增长率高低是一个国家经济的先期指标之一 大致上来说 各国的纸包装容器市场的增长基本符合该国的经济增长率 用最简单的方法去理解 经济发展得越快 生产的东西越多 需要的包装量就越多 而瓦楞纸包装在包装领域里占了相当大的比例 就我国来说 经济的增长与瓦楞纸器容器的产量更是高度关联 尤其是食品 饮料 电器和玩具等轻工业的内需与出口市场的发展状况 对瓦楞纸器需求有相当影响 近年来 由于环保意识的加强 瓦楞纸包装的可回收再生特性 也将促使其市场占有率上升 另外 由于高强度的瓦楞纸板的出现 使瓦楞纸箱在运输包装中的占有率也将提升 附 国际瓦楞纸箱联盟 ICCA 该组织成立于1963年 目前拥有协会会员13家 企业会员20家 常设秘书处在美国伊利诺伊洲 ICCA的宗旨是促进国际瓦楞纸箱业的整体发展 加强会员间的交流与合作 其主要职能包括搜集 整理 传播世界瓦楞纸箱业的统计资料 向会员提供行业信息 出版物 为会员的国际业务提供便利 召开协会理事会 实行信息数据的交流与共享 国际瓦楞纸箱联盟网站 www iccanet org 二 瓦楞纸板结构1 瓦楞纸板及其选用瓦楞纸板是制造各类瓦楞纸箱的基材 是由箱板纸 面纸 和波纹状的瓦楞芯纸经胶粘剂粘合而成的多层纸板 瓦楞纸板具有较大的刚性和承载能力 且由于存在着中空的孔隙而富有弹性 具有较好的缓冲防震性能 瓦楞纸板的种类及其表示方法瓦楞芯纸的剖面结构近似于三角形拱形结构 与箱板纸 面纸 结合形成瓦楞纸板 a 瓦楞楞型 标准的楞型 也是常用的楞型 有A 大 B 小 C 中 E 微 四种 此外 还有一种超大K型瓦楞 楞高6 6 7 0mm 楞数75 85个 m 最几年又开发了 G 型楞 F 型楞等小楞型 以及特殊的礼品化 防伪外包装的 S 型楞 瓦楞楞型对瓦楞纸板的性能有很重要的影响 A型瓦楞 楞型最高 在定长内楞数最少 瓦楞最大 具有很好的防震缓冲性能和垂直耐压强度 B型瓦楞 楞型低 在定长内楞数多 楞峰较尖 平面抗压能力强 有良好的装潢印刷性能 C型瓦楞 楞高和定长内的楞数 都介于A型与B型之间 兼有A型 B型瓦楞的特点 具有与A型相近的防震缓冲性能 也具有与B型相近的平面抗压能力 E型瓦楞 楞高最低 只有1 1 2mm 定长内瓦楞数最多 属于最细最薄的瓦楞楞型 因而表面平整 具有刚性 装潢印刷性能好 质量高 现已广泛应用于商品的销售包装 b 瓦楞形状瓦楞波纹的形状是否适当 直接关系到瓦楞纸板的抗压强度 瓦楞形状由两个圆弧及与其相连接的直线所决定 根据圆弧半径的大小不同 瓦楞形状可分为U型 V型和UV型 U型瓦楞 圆弧半径较大 因而弹性较好 受载后在一定限度内产生弹性变形 外载荷消除后 基本可恢复原状 U形瓦楞由于受力点呈圆弧状 不够稳定 故抗压强度较低 其圆弧与面纸接触面较大 故胶粘剂用量大 V型瓦楞 圆弧半径很小 形成的瓦楞状似三角 借助两条斜线的合力作用 抗压强度较高 但如果外加载荷超过其承受极限 则楞形迅速破坏 载荷消除后也不能恢复原状 亦即弹性较差 UV型瓦楞 集中了上述两种楞形的优点 且有较高的抗压强度和弹性 也具有比较合理的原材料使用量 UV型是目前广泛采用的楞形 c 瓦楞纸板的种类瓦楞纸板有单面瓦楞纸板 双面瓦楞纸板 双面双瓦楞纸板和双面三瓦楞纸板 单面瓦楞纸板 亦称两层纸板 是由一层面纸和一层瓦楞芯纸粘合而成 多用于内包装或包装衬板 双面瓦楞纸板 亦称单瓦楞纸板 是由一层瓦楞芯纸和上 下面纸粘合而成 在纸箱中应用最多 双面双瓦楞纸板 亦称双瓦楞纸板 是由面纸 里纸 芯纸及两层瓦楞芯纸 共五层粘合而成 多用于大型 较重商品的包装 双面三瓦楞纸板 亦称三瓦楞纸板 由面纸 里纸 两层芯纸及三层瓦楞芯纸共七层粘合而成 一般应用于重型商品的包装 d 瓦楞纸板的表示方法方法一 面纸等级 面纸定量 瓦楞芯纸等级 瓦楞芯纸定量 里纸等级 里纸定量 瓦楞楞型F 定量 纸或纸板每平方米的质量 以g m2表示 日本习惯采用此种表示方法 例 B 300 C 125 B 300AF表示瓦楞纸板所用面纸 里纸等级为B级 定量为300g m2 瓦楞芯纸等级为C级 定量为125g m2 瓦楞楞型为A型 方法二 面纸定量 里纸定量 瓦楞芯纸定量 瓦楞层数 瓦楞楞型澳大利亚习惯采用此种表示方法 例 293 240 151 1C表示瓦楞纸板所用面纸定量为293g m2 里纸定量为240g m2 瓦楞芯纸定量为151g m2 瓦楞为1层C楞型 方法三 纸板代号 纸板类号 同类纸板序号 这是我国国家标准表示方法 国家标准按照强度的不同将单瓦楞纸板和双瓦楞纸板各分为五种 根据材料 用途的不同 每种又分为三类 例 S 2 1S代表单瓦楞 整体代号表示纸板为2类1号瓦楞纸板 例 D 1 2D代表双瓦楞 整体代号表示纸板为1类2号瓦楞纸板 2 瓦楞纸板的强度指标瓦楞纸板属于各向异性材料 不同方向性质不尽相同 尤其对来自不同方向的压力 承受能力是各不相同的 瓦楞纸板各向承压示意图 不同楞型瓦楞各向承压能力比较 GB6544 1999 包装材料瓦楞纸板 规定的单瓦楞纸板和双瓦楞纸板的强度指标 供设计时参考使用 a 单瓦楞纸板强度指标 附 1千帕 kPa 10 3兆帕 MPa 0 0102千克力 厘米2 kgf cm2 0 0098大气压 atm b 双瓦楞纸板强度指标 3 瓦楞纸板的厚度瓦楞纸板的厚度直接影响瓦楞纸箱的强度和尺寸 是一个非常重要的设计参数 瓦楞纸板的厚度可以使用瓦楞纸板测厚仪测得 可以通过公式计算求出 一般是原纸厚度与瓦楞高度之和 双面单瓦楞纸板厚度计算公式t t1 t2 tX tG d 3 1 式中t 瓦楞纸板厚度 mm t1 面纸厚度 mm t2 里纸厚度 mm tX 瓦楞芯纸厚度 mm tG 瓦楞辊高度 mm d 瓦楞纸板制造过程中的厚度损失 mm 在公式中具有重要意义的是厚度损失d值 d值越小 制作的瓦楞纸板也就越厚 因而瓦楞纸板的质量也越好 影响d值的主要因素有 a 双面粘贴时出现的楞高损失 b 瓦楞不正 塌楞 歪楞 高低不齐等 瓦楞纸板厚度计算的一般式 表达如下 t t1 t2 ti tX tG d 3 2 式中ti 夹芯纸厚度 mm 实用方法在设计纸箱时 瓦楞纸板厚度不必要求精确计算 一般按下表中数据即可 4 瓦楞纸板的选用 对基材瓦楞纸板的选用 要根据 内装物质量 箱体尺寸 使用次数 堆码负荷 可能的冲击负荷等因素 综合考虑确定纸板层数和种类 查表选用在内装物质量及箱体尺寸确定的情况下 可查表选定 表中最大综合尺寸是指瓦楞纸箱内尺寸长 宽 高之和 用1类瓦楞纸板制作的纸箱主要用于出口及贵重物品的运输包装 2类瓦楞纸板主要用于内销产品的运输包装 3类瓦楞纸板则主要用于短途 低价商品的包装 按强度计算选用将在 瓦楞纸箱强度 一节来学习 三 瓦楞纸箱箱坯构造瓦楞纸板只有经过分切 压痕 开槽开角以后 才能制成瓦楞纸箱箱坯 箱坯结构主要包括 纵压 痕 线横压 痕 线开槽和接头 1 压痕 压痕的种类制造瓦楞纸箱的常用压痕形式 轮转 有以下几种 a 一点式即单V形槽 凹模为平面 凸模有一个凸缘 用于箱体纸板的纵向压线 b 三点式这种压痕工艺凹模有两个凸缘 凸模有一个凸缘 用于三层瓦楞纸板摇盖折叠的横向压线 c 五点式基本同三点式 但凹模有三个凸缘 凸模有两个凸缘 用于五层瓦楞纸板摇盖折叠的横向压线 以上均为轮转压痕工艺 它们是成对压模呈圆盘状旋转 纸板通过成对压模之间 即可留下压痕 通过调整凹模和凸模之间的间隙 即可改变压痕的深度 平压痕工艺在模切机上进行 纸板在两个平面模具之间压痕 平压痕加工的压痕精确度取决于凹模与凸模的尺寸以及凸模压入凹模的深度 平压痕工艺的最大特点是可以在压痕的同时进行开槽开角等操作 纵压线与横压线 按压痕线方向与瓦楞楞向的不同关系 压痕又可分为 a 纵压线 与瓦楞楞向平行的压痕线 b 横压线 与瓦楞楞向垂直的压痕线 压痕的作用压痕的主要作用 是使瓦楞纸板按预定位置准确地弯折 以实现精确的纸箱内尺寸 或外尺寸 由于压痕的深浅和位置准确度不同 往往会导致纸箱内尺寸 或外尺寸 发生某些偏差 因而有时会出现内装物难以进入箱中或过紧的现象 特别是纵压线 因瓦楞纸板的结构特点 往往难以保证达到预定的尺寸 下图为纵压线的几个典型位置 在楞峰和楞谷处压痕时 尺寸的精确度易于保证 而在楞腰部分压痕时 精确度往往较差 压痕与纸箱外观和结构性能有关 在大量使用自动包装机的情况下 随着包装生产速度的提高 压痕变得更为重要 所以必须注意防止因压痕问题造成生产和使用的麻烦 尽量使压痕明显 准确 这样对各个方面大有益处 2 开槽所谓开槽 是指在瓦楞纸板上切出便于折叠的缺口 其宽度一般为纸板厚度再加1mm 有时也可考虑为纸板厚度的两倍 开槽与压痕有密切的关系 而且对纸箱尺寸精度以及外观均有直接影响 开槽标准a 开槽中心线要尽量与压痕中心线对齐 前后左右的偏差要越小越好 b 最简单的开槽为矩形 其纵深接近横压线的中心位置 开槽的形式a 如果在开槽机上开槽 则只能做成较为粗糙的矩形 b 如果采用模切机开槽 槽的形状可以多种多样 例如 为防止产生毛边 有损于外观并会卡着设备 可采用倒圆的形状 再如 在摇盖折叠操作中 摇盖易于卡住的问题可以采用钟口形开槽予以解决 3 接头接头对于瓦楞纸箱是必不可少的部分 当把接头接合起来制成纸箱时 接头的位置往往会使纸箱内尺寸产生一些误差 所以在进行包装设计时必须高度重视 接头的接合方式与封箱方式一样 都有三种形式 胶带粘合粘合剂粘合金属钉钉合 胶带粘合这里所用的胶纸带与封箱胶纸带不同 是用大定量纸张双层重叠 中间夹有沥青或防水材料 沥青内横铺麻纤维等增强材料 特点 这种接合方式的最大特点是纸箱内外壁无凸出部分 但接合强度不大 而且胶带同时遮盖两个箱面的边缘 影响该处箱面的印刷效果 粘合剂粘合使用各种粘合剂 如淀粉粘合剂 聚醋酸乙烯乳胶 浓度为50 等 特点 是接合最牢固的一种方式 但是 在纸箱的接合角会造成箱面的部分重叠 如果接头在箱内 会造成内装物的过多磨损 如果在箱外 有可能卡在运输机导板或汽车 火车车厢上 金属钉接合各种规格的镀锌或镀铜铁丝 特点 接合比较牢固 但箱钉易于生锈 而且也存在接合角箱面重叠的问题 四 瓦楞纸箱的类型与规格 GB6543 1986 1 按纸箱加工成型方式分类瓦楞纸箱按加工成型方式分为 开槽型套合型折叠型三种基本类型 开槽型纸箱由一页瓦楞纸板经切裁 压痕和折叠成型 侧面折片要钉合或粘合 纸箱不使用时可折成平板状 存放 运输方便 如02类箱型 套合型纸箱一般由两件以上构成 箱体 箱盖 箱底分开 使用时需要套接成型 如03类纸箱 折叠型纸箱由一页瓦楞纸板加工 折叠成型 不需要任何钉合或粘合 如04类纸箱 2 按瓦楞纸板分类国家标准规定 单瓦楞纸板 双瓦楞纸板各有三类15种 每种瓦楞纸板对应一种纸箱 共有30种瓦楞纸箱 表示方法是在瓦楞纸板代号前加一个字母 B 如BS 1 2 BD 2 3 3 纸箱规格用纸箱的内尺寸长 宽 高表示纸箱的规格 并按下列顺序和代号给出尺寸 单位用毫米 a 长度 L 箱内底面积长边尺寸 b 宽度 B 箱内底面积短边尺寸 c 高度 H 箱内顶面到底面尺寸 纸箱的综合尺寸 是指其内尺寸长 宽 高之和 五 瓦楞纸箱箱型 1 国际与国家标准箱型 国际纸箱箱型标准瓦楞纸箱箱型结构 在国际上通用由欧洲瓦楞纸箱制造商联合会 FEFCO 和瑞士纸板协会 ASSCO 联合制定的国际纸箱箱型标准 这一标准经国际瓦楞纸板协会 InternationalCorrugatedCaseAssociation 批准在国际间通用 国际通用箱型及代号 不同的箱型有不同的结构 使用不同的代号 箱型代号由四位数字组成 前两位代表箱型类别 后两位代表该类别中的不同式样 如0201 0906 箱型类别有02到07共6种 09型为箱内附件 国家标准箱型及代号国家标准GB6543 1986 瓦楞纸箱 规定了我国纸箱标准箱型 使常用的纸箱包装实现了标准化 考虑与国际通用箱型代号统一 标准规定02 03 04三种箱型9种式样作为基本箱型 09类型为纸箱附件 02 开槽型纸箱这是 页纸板连体成型 无独立分离的上下摇盖 连体的上下摇盖可以封闭纸箱 一般在纸箱生产厂通过钉合 粘合剂或胶纸带粘合来接合接头 运输时呈平板状 使用时必须封合上下摇盖 GB6543 1986规定有0201 0202 0203 0204 0205及0206共6种式样 每种式样上 下均以摇盖封口 不同式样摇盖尺寸不同 a 0201型为平口纸箱 封口的两摇盖对齐 不搭接也不留缝 b 0202型为搭口纸箱 上 下两对摇盖 各自互相搭接5 11cm c 0203型摇盖为大盖全搭叠 d 0204型摇盖为内外平口 e 0205型摇盖为内平口外搭接 f 0206型摇盖则为内平口外大盖全搭接 03 套合型纸箱即罩盖型 具有两个以上独立部分组成 即箱体与箱盖 有时也包括箱底 分离 纸箱正放时 箱盖或箱底可以全部或部分盖住箱体 GB6543 1986规定有0310和0325两种式样 均为箱盖 箱底与敞口箱体套合组装结构 a 0310型 b 0325型 04 折叠型纸箱通常由一页纸板组成不需钉合或胶纸带粘合 甚至一部分箱型不需粘合剂粘合 只要折叠即能成型 还可设计锁口 提手和展示牌等结构 GB6543 1986只规定了0402一种式样 由一片瓦楞纸板加工 折叠成型 不需要任何的钉合与粘合 0402 05 滑盖型纸箱 非国标 由数个内装箱或框架及外箱组成 内箱与外箱以相对方向运动套入 这一类型的部分箱型可以作为其它类型纸箱的外箱 GB6543 1986中没有此类纸箱规定 0511 06 固定型纸箱 非国标 这类纸箱俗称布利斯 Bliss 箱 由两个分离的端面及连接这两个端面的箱体组成 使用前通过钉合 粘合剂或胶纸带粘合将端面及箱体连接起来 没有分离的上下盖 0605 07 自动型纸箱 非国标 仅有少量粘合 主要是一页纸板成型 运输呈平板状 使用时只要打开箱体即可自动固定成型 实际上它与管式折叠纸盒中的自动锁底式和盘式自动折叠纸盒的结构相同 0712 03类也包括有盘式自动折叠纸箱 不过它是箱体箱盖独立平叠的 套合后即不能平叠 0303 09 内衬件包括衬垫 隔板 垫板等 在包装中起分隔 固定 定位 防震等作用 GB6543 1986规定纸箱附件45个品种 a 平板型 0900 0903 主要用于将内装物分隔为上下两层 左右两部分或前后两部分 090109020903 0900 b 平套型 0904 0910 主要起加强作用 使箱底不致于因载重而下沉 并增加瓦楞纸箱抗压强度 c 平托型 0911 0912 起分隔作用 也可以保护底部不下沉 d 直套型 0913 0929 起分隔作用及加强瓦楞纸箱的抗压强度 尤其是在堆码时保护最下一层纸箱不会压塌 0929 e 隔板型 0930 0935 分隔内装物 使其不相互碰撞 f 填充型 0940 0967 填充瓦楞纸箱上端空间 不使内装物在箱内跳动 g 角型 0970 0976 填充瓦楞纸箱四角 以固定内装物 2 组合型组合型是基型的组合 即由两种以上的基本箱型所组成 用多组四位数字或代号来表示 例4 1瓦楞纸箱上摇盖用0204型 下摇盖用0215型图 表示方法 上摇盖 下摇盖即0204 0215 例4 2纸箱采用0303型 但箱盖部分的斜折线 即对折线 改在BH面 而箱体部分的斜折线仍在LH面上 表示方法 0303BH LH 例4 3瓦楞纸箱仍用0303箱型 但箱盖箱体斜折线均位于BH面 表示方法 0303BH BH 例4 4纸箱箱体为0320型 封口订合 采用P型提手 但上摇盖采用0209型 非国标 下摇盖采用0204型 箱内有0933型6 4衬格 表示方法 0320 上盖0209 下盖0204 SJ PC 衬格0933 6 4或0320 0209 0204 SJ PC 0933 6 4 3 非标准瓦楞纸箱为了满足变化了的商品市场的需求 瓦楞纸箱箱型结构的改进势在必行 各种具有时代特点 结构新颖的非标准瓦楞纸箱应运而生 同时 伴随着每一种新结构的诞生 都有一套与之对应的新的全自动包装系统或包装设备问世 可以说 各种新型非标准瓦楞纸箱箱型的出现将带来瓦楞纸箱工业的一场变革 包卷式纸箱包卷式纸箱结构 包卷式瓦楞纸箱乍一看是一只平放的0201箱 但实际上两者的结构有很大不同 包卷式纸箱与0201型纸箱的区别 a 0201箱楞向平行于箱坯纸板宽 而包卷式纸箱楞向平行于纸板长 b 0201箱接头连接在主箱面 而包卷式纸箱却连接在侧箱面 c 0201箱内外摇盖压痕线在一条直线上 而包卷式箱则不同 d 0201型纸箱带有制造商接头 是在瓦楞纸箱厂完成制箱的整个过程 到用户厂后再将内装物装填到成型箱中 而包卷式纸箱则是把模切好的纸箱箱坯送交包装用户 由用户使用自动包装机在放上内装物后再将其包卷制作成箱 包卷式纸箱特点 由于包卷式纸箱的成型方式不同于标准箱型 所以它具有以下特点 a 包装同样的内装物 瓦楞纸板用量少于0201型纸箱 b 采用包裹方式卷包内装物 纸箱与内装物紧紧相贴 c 可以实现高速自动包装 d 有两个垂直箱面是水平瓦楞且开口位置在此 所以抗压强度比0201型箱约低20 因而内装物品种受到一定限制 仅适合包装瓶罐及中包装箱等可以承重的内装物 也就是只适合包装刚性内装物 e 若高度 相当于0201箱宽度 加大 则瓦楞纸板用量增大 不利于降低成本 f 只适合大批量生产 包卷式纸箱结构类型 a 普通包卷式纸箱 b N型包卷式纸箱 N型包卷式纸箱 c F型包卷式纸箱 F型包卷式纸箱 F型包卷式纸箱 d DP包卷式纸箱 分离式纸箱分离式纸箱在流通过程中 批发或销售 可以一分为二或更多个 主要解决大批量生产和小批量销售的矛盾 分离式纸箱的结构可分为两类 一类是在传统标准箱型的基础上采用各种辅助材料 粘合剂 胶带 打包带等 对小型箱加以组合 改进型分离式纸箱a 顶面连接方式用一块顶面板将两个敞口箱封合 顶面板