茶叶防潮包装设计报告.doc

1 茶叶防潮包装设计报告茶叶防潮包装设计报告 学院：学院：包装与印刷工程学院包装与印刷工程学院 专业：专业：包装工程包装工程 学号：学号：0906113209061132 姓名：姓名：王王 盼盼 2 目录目录 1 1、设计目标、设计目标3 2 2、前期工作、前期工作3 2.12.1 茶叶相关性质茶叶相关性质3 2.22.2 防潮性能具体分析防潮性能具体分析3 2.2.12.2.1 温度和适度的影响温度和适度的影响4 2.2.22.2.2 不同包装形式的影响不同包装形式的影响4 2.2.32.2.3 包装膜材料的影响包装膜材料的影响5 3、设计方案、设计方案5 4、设计验证、设计验证 6 4.1 实验目的6 4.2 实验仪器和原料6 4.3 实验步骤6 5、外包装设计、外包装设计7 5、1 装箱的结构装箱的结构7 5、2 输包装容器结构设计图输包装容器结构设计图9 5.3 堆码中的强度设计计算堆码中的强度设计计算9 5、4 茶叶包装设计工艺茶叶包装设计工艺10 6、设计验证、设计验证11 6、1 验证目的验证目的11 6.2 实验仪器和原料实验仪器和原料11 6.3 验证方式验证方式11 6.4 数据处理数据处理12 6.4.1.商品的吸湿性商品的吸湿性12 6.4.2.防潮包装有效期的计算防潮包装有效期的计算12 6.4.3防潮包装有效期（防潮包装有效期（tmax）12 7.结果与讨论结果与讨论15 7.1 不同面积对茶叶货架寿命的影响不同面积对茶叶货架寿命的影响15 8 误差分析误差分析15 参考文献参考文献 3 1 1、设计目标、设计目标 对市场上某品牌茶叶设计防潮包装。根据给定的几种膜材料，以及茶叶本 身得性质，根据厂商的相关要求，设计茶叶的防潮包装。 2 2、前期工作、前期工作 2.12.1 茶叶相关性质茶叶相关性质 茶叶是一种质地疏松和多孔隙的饮料商品，易受周围环境因素影响，具有 很强得吸湿性特点。同时，茶叶从生产到消费，有一个较长的贮藏、流通过程， 如果贮藏和包装不当，在水分、温度、光、氧、等因子综合作用下，会引起不 良的生化反应和微生物的活动，从而导致茶叶质量的变化。 茶叶中的水分是茶叶生化变化得介质，低水分含量有利于茶叶品质的保存。 因此，其包装可选用防潮性能好的薄膜为包装材料进行防潮包装。因此我们主 要通过茶叶含水量的变化，对茶叶进行防潮包装，建立模型，为茶叶的整体设 计提供支持。 2.22.2 防潮性能具体分析防潮性能具体分析 在对茶叶进行防潮包装设计时，首先考虑防潮性能影响因素，见图 1。 图 1 茶叶品质影响因素 4 对相关因素进行具体分析，由于流通环境，通过查找相关文献及借鉴相关 实验数据，分析结果如下： 2.2.12.2.1 温度和适度的影响温度和适度的影响 图 2 不同温度和相对湿度下茶叶的平衡含水量 从此图中我们可以看出随着温度或者相对湿度得相对增加，茶叶的平衡含 水量相对增加，吸湿性能能够提高。因此在设计防潮实验时要关注温度和相对 湿度。 2.2.22.2.2 不同包装形式的影响不同包装形式的影响 表 1 不同包装贮藏茶叶含水量比较 差异显著性包装初始含水量/%20 周后含水 量/% 含水量增量/% 0.050.01 PE 袋 3.647.814.17aA PE 袋+铁听 3.646.592.95bAB 铝塑袋 3.645.822.18bB 铝塑袋+纸盒 3.645.182.04bB 这个表格显示不同的包装，其防潮性不同，致使茶叶在贮藏过程中含水量的 变化也很有大的差异。因此在设计防潮试验时要关注包装形式对于吸湿性能的 5 影响。 2.2.32.2.3 包装膜材料的影响包装膜材料的影响 图 3 不同包装材料阻隔性比较 这个图表示不同的包装材料，其包装材料的阻隔性不同，致使茶叶在贮藏 过程中含水量的变化也有很大差异。因此在设计防潮实验时要关注包装材料对 于吸湿性能的影响。 3、设计方案、设计方案 根据以上分析，结合客观实际，设计方案如下： 形式：袋装 材料：PE 厚度：0.035mm 封口形式：见下图 图 4 包装袋 1 三视图 6 图 5 包装袋 2 三视图 4、设计验证、设计验证 4.1 实验目的 比较不同有效包装面积对茶叶包装的防潮性能的影响。 4.2 实验仪器和原料 分析天平、脚踏通过式封口机、恒温恒湿箱（饱和氯化钠溶液） 、PE 袋（厚 度为 0.035mm） 、某品牌茶叶 4.3 实验步骤 1）制袋：分别封两个 100mm80mm、100mm40mm 大小的 PE（厚度为 7 0.035mm）分别编号 A6-1、A6-2、A6-3、A6-4.（只封两个面） ； 2）制取样品：称取四份 5.000g 的茶叶样品； 3）装袋：将称取的样品分别装进制好的包装袋中； 4）封口：将两个面封口； 5）将样品放进恒温恒湿箱（箱内湿度用饱和氯化钠溶液调节，控制湿度在 76%） ； 6）称重：每隔七天称量一次质量。 5 5、的外包装设计、的外包装设计 茶叶的外包装设计采用瓦楞纸箱，瓦楞纸箱是用瓦楞纸板为原料加工而成 的，具有成本低、轻便、易加工、便于存放、可回收等优点，箱面还可按照不 同要求，印刷商品的图案、文字、标志，所以用瓦楞纸箱作为此销售包装的运 输包装。选用 A 型楞的瓦楞纸箱，A 型楞的特点是单位长度内的瓦楞最少，而 瓦楞最高，由于瓦楞之间有较大的空隙，因而具有良好的减震性能适用于制造 包装易碎的产品以及对冲击、碰撞高要求的瓦楞纸箱。 5 5、1 1 装箱的结构装箱的结构 纸箱的尺寸由茶叶纸筒容积的大小决定，本设计采用 72 盒入装 0201 型瓦楞纸箱。由 计算可得内装物净重 m=300gx72=2.26kg，根据销售包装尺寸和内装物数量，选用结构为 B-210A-125B-210CF 的单瓦楞纸板制造纸箱，如图表示内外面纸定量均为 210 g/m2的 B 等箱纸板，瓦楞芯纸定量为 125 g/ m2的 A 等楞纸板 图 6 单瓦楞纸板结构示意图 纸箱尺寸设计： (1) 内包装排列方式：nLnBnH=643（72 件） （0201 纸箱的长宽高最佳尺寸比为 1.5:1:1，其抗压强度接近理想比例，堆码强度与稳定性 均较理性，离黄金分割比例不远，纸板用量比理想比例增加不多） (2) 内尺寸设计 表 2 瓦楞纸箱内尺寸修正系数 单位：mm LBH 小型箱中型箱大型箱3-73-7 1-33-45-7 根据图表得：kL=5 kB=5 kH=4 d=1 T=0 根据公式：X=Xmaxnx+d(nx-1)+T+k 面纸瓦楞芯纸 8 L= 166+(6-1)1+5=106mm B=164+(4-1)1+5=73mm H=203+(3-1)1+4=66mm (3) 制造尺寸设计 表 3 02 型瓦楞纸箱制造尺寸修正系数 k 单位：mm 名称L1L2B1B2H A 楞64639 根据图表得 kL1=6 kL2=4 kB1=6 kB2=3 kH=9 根据公式 X=Xi+k L1=106+6=112mm L2=106+4=110mm B1=73+6=79mm B2=73+3=76mm H=66+9=75mm 表 4 瓦楞纸箱接头制造尺寸 单位：mm 纸板种类单瓦楞双瓦楞 J35-4045-50 根据图表得 J=35mm 表 5 0201 型纸箱摇盖伸长系数 单位：mm j x 箱型0201020302040204*02050205*0206 A 楞2-30-22-30-20-22-30-2 根据图表得 =3 j x 根据公式 F= + 1 2B j x 摇盖尺寸 F=79/2+3=42.5mm (4 ) 外尺寸设计 表 6 瓦楞纸箱外尺寸修正系数 K 单位：mm 楞型ABCEAABBCCABACBC K5-73-54-62-410-146-108-128-129-137-11 根据图表得 K=6 根据公式 X0=Xmax+K L0=112+6=118mm B0=79+6=85 mm H0=75+6=81 mm 9 5、2 输包装容器结构设计图输包装容器结构设计图 图 7 0201 型瓦楞纸箱尺寸展开图 5.3 堆码中的强度设计计算堆码中的强度设计计算。 表 7 凯里卡特公式中的常数值 楞型 常数 A 型B 型C 型AB 型BC 型AC 型 aXZ8.36506.113.3611.114.46 J0.590.680.680.6350.680.635 C1.5321.3611.4772.8932.8383.009 1）瓦楞纸箱抗压强度计算 瓦楞纸箱的抗压强度可以通过实际测试获得，但也可以通过瓦楞纸板或所用原纸的环 压强度采用计算公式得到。在此介绍一种常用的凯里卡特（K.Q.Kellicutt）瓦楞纸箱抗压强 度计算公式。 凯里卡特瓦楞纸箱抗压强度计算公式，是以原纸环压强度值，结合瓦楞纸箱的外周长 和瓦楞种类综合计算出瓦楞纸箱的抗压强度。其计算公式如下： 式中，p 是瓦楞纸箱的抗压强度（N） ；px是瓦楞纸板的 综合环压强度（N/cm） ；Z 是瓦楞纸箱外周长（cm） ；aXZ是楞型常数；J 是瓦楞纸箱常数； 其中，瓦楞纸板的综合环压强度 px的计算公式为： 式中，Rn是面纸环压强度测试值 ZJ Z a pp XZ x 3 1 2 4/ )( L CRR p mnn x 10 （N） ；Rmn是瓦楞芯纸环压强度测试值（N） ；L 是测试试样长度（cm） ；C 是瓦楞收缩率。 对上式有： 对单瓦楞纸板 L CRRR p m x 21 对双瓦楞纸板 L CRCRRRR p mm x 2211321 纸箱的外周长计算公式为： )(2 00 LBZ 式中，B0是瓦楞纸箱外宽（cm） ；L0是瓦楞纸箱的外长（cm） ； Z 是瓦楞纸箱的外周 长（cm） ； 凯里卡特公式中的常数 aXZ、J、C 见表 7。 由于凯里卡特公式中没有考虑到瓦楞纸箱的长宽比以及高度的影响。在计算中存在约5% 的误差，属于工程经验计算公式 根据图表得 Cn=1.532 aXz=8.36 J=0.59 面纸和里纸环压强度 360N/0.152m 芯纸环压强度 150N/0.152m 根据公式 Z=2(L0+B0) =2(118+85)=406mm Px=(R1+R2+RmCn)/15.2 即 Px=（3602+1501.532）/15.2=62.5N/cm 2).瓦楞纸箱抗压强度校 核 瓦楞纸箱的抗压强度应大于瓦楞纸箱在实际堆码贮存中所承受的最大负荷，即： s pp 式中，p 是瓦楞纸箱的抗压强度（N） ； ps是瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷（N） 。 ps的计算公式为： 0 0 h hH Gkp ps 式中，ps是瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷（N） ；kp是瓦楞纸箱抗压强度安全系数； G 是瓦楞纸箱所装物品的质量（N） ；H 是瓦楞纸箱堆码高度（cm） ，一般为 300cm；h0是 瓦楞纸箱的高度（cm） 。 抗压强度安全系数 kp根据瓦楞纸箱所装物品的贮存期和贮存条件决定： a 贮存期小于 30 天，kp=1.60；b 贮存期 30100 天，kp=1.65； c 贮存期 100 天以上， kp=2.00。 综上，取 kp=2.00 ，G=0.3x72x9.8N=211.68N ,H=300cm ， h0 = 8.1cm ，则 , 抗压强度比堆码载 s pp 荷大，所以这个瓦楞纸箱具有足够的堆码强度 2 3 /4 z x aX ppZJ Z 2 2 3 3 8.36 62.540.6 0.591315.5 /440.6 4 z x aX ppZJN Z 0 0 3008.1 2 211.681225.6 8.1 sp Hh pkGN h 11 5 5、4 4 茶叶包装设计工艺茶叶包装设计工艺 图 8 茶叶包装工艺设计 6、设计验证、设计验证 6 6、1 1 验证目的验证目的 比较不同有效面积对茶叶包装的防潮性能的影响 6.26.2 实验仪器和原料实验仪器和原料 分析天平 PB 203-N(精度：0.001g) 制袋封口机 恒温恒湿箱（饱和氯化钠溶液） 温度计 干燥器 水活性测定仪 Hygrolab2 PE 袋（厚度为 0.035mm） 茶叶 6.36.3 验证方式验证方式 选择防潮包装材料：PE(0.035mm) 制袋:分别制两个 4cm*10cm、8cm*10cm 大小的 PE 袋（厚度为 12 0.035mm）分别 A9(1)、A9(2)、A9(3)、A9(4).(只封两个面) 称取样本:称取四份 5.000g 的茶叶样本。 充填：将称取的样本分别装进制的包装袋中 封口：将最后的面封口（选取两边封口方式） 将样品放进恒温恒湿箱（箱内湿度用饱和氯化钠溶液调节，控制湿度 在 76%） 称重：每隔七天按编号称重 6.46.4 数据处理数据处理 6.4.1.6.4.1.商品的吸湿性商品的吸湿性 在环境温度（T） 、相对湿度（RH）一定的条件下，吸湿性商品进行吸湿， ，经过 一段时间（tmax）后达到商品允许的最大含水量（me） 。防潮包装材料具有减慢。 水蒸气进入包装内部速度的功能，延长达到商品的最大含水量（me）的时间， tmax 被称为“防潮包装有效期” 。 6.4.2.6.4.2.防潮包装有效期的计算防潮包装有效期的计算 防潮包装有效期的测定和计算方法有传统计算方法和动力学计算方法等。 动力学原理：在环境温度一定的条件下，透过包装材料的水蒸气的重量（m）在 单位时间内是一个恒定值，这个恒定值与包装内、外水蒸气的压差成正比。所 以，在水分变化甚微的情况下，商品的吸湿速度为（dm/dt）为环境相对湿度 （h）的函数，因此，商品的吸湿速度与水分含量（m）的关系符合一级动力学 方程，即 dm/dt=-k(me-m),经过推导： In(me-m)=kt+b 式中：mo-为商品的初始含水量（g） me-为商品在贮存环境相对湿度（he）条件下达到吸湿平衡时的平衡含水量 （g） m-为测定时间（t）时商品的含水量（g） 6.4.36.4.3防潮包装有效期（防潮包装有效期（tmaxtmax） (1) 测定 m M 为测定时间（t）时的商品的平衡含水量。使用电子天平称重。 （2）作图 以 ln(me-m)对观测时间（t）作图。其中，me 为商品在贮存环境相对湿度 （he）条件下达到吸湿平衡时的平衡含水量：k 为斜率。 （3）建立动力学方程 将实验测的的数据转化为下列形式：xi=ti;yi=ln(me-m)I,使用一元线 性回归分析方法建立方程，并就相关性质进行分析，经推导得回归方程： 13 Ln(me-m)=kt+b 将商品最大允许含水量（me）代入上述回归方程中，得到防潮包装有效期 （tmax） 茶叶质量(g)含水量/% 测量 时间 A6(1)A6(2)A6(3)A6(4) 温度 （） 湿度 （RH% ） A6(1)A6(2)A6(3)A(4)A9(4) 3.204.9784.9825.0064.9771553 3.205.7026.2195.8636.0081553 3.275.7386.2195.8636.29818660.0360.0520.0310.0320.41 4.105.7386.2925.9786.3761967.60.1090.1130.0670.0601.33 4.175.8216.4096.0126.4092162.50.1590.1980.1010.145 1.50 4.245.8536.4376.0586.46220760.1880.2760.1340.1592.72 表 8 茶叶含水量数据表 其中，A6(1)与 A6(3)为厚度 0.085mm 面积为 40mm*100mm 的 PE, A6(2)与 A9(4) 为厚度是 0.085mm 面积为 80mm*100mm 的 PE。 茶叶吸湿曲线： 茶叶的吸湿曲线 y = 0.0079x - 0.014 R2 = 0.973 y = 0.0056x - 0.0033 R2 = 0.9944 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 010203040 时间（天） 茶叶含水量（%） 含水量% A6(1) 含水量% A6(2) 线性 (含水量% A6(2) 线性 (含水量% A6(1) 14 茶叶的吸湿曲线 y = 0.0044x - 0.0113 R2 = 0.9029 y = 0.0037x + 0.0001 R2 = 0.9723 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 010203040 时间（天） 茶叶含水量（%） 含水量% A6(3) 含水量% A6(4) 线性 (含水量% A6(4) 线性 (含水量% A6(3) 图 9 茶叶吸湿曲线图 7.结果与讨论结果与讨论 利用这个图和表中数据，可以看出茶叶临界含水量