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1、1,第十一章 物理防护包装工艺,2,第十一章 物理防护包装工艺,本章主要介绍产品的物理防护包装工芝，包括冲击与振动防护包装工艺、集合包装工艺和危险品包装工艺等内容。,3,第一节 冲击与振动防护包装工艺,一. 冲击与振动防护包装 冲击与振动防护包装是指以防止或减少冲击振动等机械性因素对产品造成的危害为目的的包装，也称为缓冲包装。它包括冲击防护包装和振动防护包装，冲击防护包装主要是将缓冲包装材料合理布置包装容器和产品之间，吸收冲击能量，延长冲击作用时间，降低冲击加速度值，其目的是缓和冲击。振动防护包装主要是调节包装产品的固有频率和阻尼系数，把包装产品的振动传递率控制在预定的范围内，其目的是抑制低频
2、谐振、衰减高频振动。,4,缓冲包装材料的作用，一方面是延长外部激励作用时间，降低包装产品的动态响应；另一方面是消耗外界激励缓冲系数、复原性、抗蠕变性、耐疲劳性、最佳使用温度、腐蚀性、耐候性、传递给包装产品的冲击与振动能量。 表11-1列出了常用的缓冲包装材料的性能指标，如,5,6,冲击与振动防护包装设计也称为缓冲包装设计，它包括冲击防护包装设计和振动防护包装设计。冲击防护包装设计以流通环境条件和缓冲材料的动力特性曲线为依据，合理选用缓冲特性曲线，计算缓冲衬垫尺寸，优化缓冲包装结构形式。振动防护包装设计以流通环境条件和缓冲材料的阻尼特性为依据，合理选择缓冲材料，把包装产品的振动传递率控制在预定的
3、范围内。,7,二、冲击与振动防护包装工艺,在冲击与振动防护包装中，规则产品和不规则产品的区别主要是从产品质量、结构尺寸、外形、重心等方面进行考虑。规则产品适合于采用标准的冲击与振动防护包装工艺。而对于质量大、体积小，带凸起物，有突出部分，体积大、质量大、挠度大，底面四棱的受力面积很窄，重心与几何中心不重合等不规则产品，在确定防护包装工艺时应考虑产品自身的特殊包装要求。,8,1. 常用防护包装工艺,对于形状规则的产品，其包装结构和工艺可按照产品特性，选用全面缓冲包装、局部缓冲包装或悬浮式缓冲包装。 （1）全面缓冲包装。它是指在产品与包装容器之间的所有间隙填充、固定缓冲包装材料，对产品周围进行全面
4、保护的技术方法，如图11-1所示。这种包装方法一般采用丝状、薄片状及粒状材料，对于形状复杂的产品能够很好的填充，承受冲击振动时可有效地吸收能量，分散外力。它适用于小批量、不规则的产品包装，缓冲材料与产品接触面积大，承受应力较小，可选择厚度较小的缓冲材料，节约用料，降低包装和运输费用。,9,（2）局部缓冲包装。它是只采用缓冲衬垫（角衬垫、侧衬垫、棱衬垫）对产品拐角、棱角或侧面等易损部位进行保护的技术方法，如图11-2所示。这种包装方法一般采用泡沫塑料、瓦楞纸板、蜂窝纸板或充气塑料薄膜袋等缓冲材料或结构，依据产品的结构特点对易损部位、受力集中部位等进行。它适用于形状规则产品的大批量包装，用料最少，
5、可大幅度减少缓冲包装材料使用量，降低包装和运输费用，应用非常广泛。,10,（3）悬浮式缓冲包装。它是指采用弹簧将被包装物悬吊在外包装容器周围，产品受到外力作用时各个方向都能得到充分缓冲保护的技术方法，如图11-3所示。这种包装方法适用于精密、脆弱产品包装，如大型电子计算机、电子管和制导装置等。悬浮式缓冲包装在军用包装中使用较多，要求包装容器有较高强度，如木箱、集装箱。,11,2. 特殊防护包装工艺,（1）受压面积调整法。缓冲材料的使用要根据产品或内包装的尺寸，在保证产品不触底的情况下，能吸收被压缩时的变形能量，以减少产品所承受的加速度影响。因此，要根据产的形状调整缓冲材料或结构的受力面积。对于
6、质量大、体积小的产品，要求缓冲面积比底面积大，缓冲材料与产品之间要用硬质材料胶合板或纤维板等隔开，如图114（a）所示，使硬质材料一侧承受总的冲击，再由缓冲材料对硬质材料进行缓冲。与此相反，在需要减小受压面积时，可将缓冲材料或结构与产品不接触部分切去，缩小接触面积，以保证合适的缓冲面积、如图11-4（b）所示。,12,（2）产品带有凸起部分的防护包装。对于带有凸起部分的产品进行缓冲包装，必须慎重考虑“触底现象”，避免产品的凸起部分与包装容器四壁发生碰撞。由于缓冲衬垫各部位的厚度不同，变形量也不同，凸起部分先受力。因此，必须认真地选择缓冲材料的厚度、预留出缓冲材料的变形量，如图11-5所示（a）
7、、（ b ）两种产品的情况。,13,（3）整体产品固定防护包装。对于有可动机件产品，且产品的表面不能承受冲击时，要用硬质材料，将其他部分固定住，使产品整体承受冲击，如图11-6所示。不规则形状的产品可以用模制的衬垫进行缓冲，也可将产品固定或支撑在内包装容器中，再用缓冲材料加以保护。,14,（4）长凸筋防护包装。如果产品底面的四棱只有很窄的受压面积，装卸、运输过程中产品在缓冲材料之间就会发生移动，严重时会从受压面跌落。因此需要采用长凸筋进行防护，产品即使发生一些移动，也不会影响受压面积，如图11-7所示。,15,（5）大挠度产品防护包装。对于大挠度产品的防护包装，不能只在产品底面的两端防止缓冲材
8、料。由于产品弯曲可能产生不良后果，因此需要在产品跨度的中央位置也放置受压的缓冲块，如图11-8（a）所示，或使两端的缓冲垫朝中央方向至少延伸1/4以上，如图11-8（b）所示，这时防护包装才会有良好的缓冲效果。,16,（6）形状变异产品防护包装。对于形状变异的产品，缓冲材料的厚度应以变异部分外侧到外包装容器的内测的尺寸为准，如图11-9所示。,17,（7）缓冲座防护包装。如果大型产品中某些部件较为脆弱而可以拆卸，可将该部分拆卸后单独包装。对于体积、质量较大的产品，可将其固定在抗冲击座上，例如放在橡胶缓冲座 上进行防护包装，以防止冲击和振动对产品的影响。这种包装 工艺要求组成产品的部件应尽可能减
9、小，产品在包装箱内自由 运动的空间应加以限制，以满足产品保护为限度。,18,（8）现场发泡包装工艺。它是一种根据实际需要在包装现场直接填充发泡标准件而达到缓冲包装的目的技术方法。也可以直接封装，即将待发泡的塑料原料（液体）注入包装箱或容器内，直接进行发泡，而把要求包装的产品用泡沫塑料全部包裹。现场发泡包装系统由物料传输系统、物料储存系统、液压操纵系统和电子控制系统组成。泡沫形成的过程是，物料储存系统内有两个物料罐，分别储存A种液体物料和B种液体物料，这两种物料在物料传输系统的泵站作用下，通过管道进入喷射枪混合后引起化学反应，然后从喷射枪中喷出，在待填充空间形成固体泡沫塑料。目前聚氨酯泡沫塑料现
10、场发泡包装工艺很成熟，根据具体缓冲包装要求选用软质或硬质泡沫，其包装工艺过程如图11-10所示。应注意，在使用聚氨酯作现场发泡包装时必须有安全保护，通风良好。因为异氰酸酯等有一定的毒性。,19,20,现场发泡包装工艺适用于任何形状的产品，如精密仪器、精密机械及其零部件包装，电子计算机、电子电器产品包装，还可以作为一些产品运输加固材料、衬垫填空材料等，由于包装容器和产品之间填充了泡沫塑料，能保证充分的固定和支撑，使产品得到良好的保护，极大地降低了产品破损率，包装箱可以用一般的纸板箱或瓦楞纸箱，而不需要木质包装箱，因此可以节省包装和运输费用。,21,三、平板显示产品缓冲包装,以液晶显示器（LCD）
11、、等离子显示器（PDP）等典型平板显示器件作显示屏的家电及信息产品，称为平板显示产品。这些产品具有便于数字化驱动、不闪烁、颜色几乎不失真、重量轻、体积小、对人体安全等优点，平板显示产品的基本结构是由两块玻璃板构成，其间由介质均匀间隔开，因此这类产品对缓冲、防振、抗压等包装工艺要求极高，特别是显示屏，若损坏就无法修复，产品几乎完全失效。,22,1. 单一材料的缓冲包装 平板显示产品防护包装方法有两大类，一类是使用单一缓冲材料的缓冲包装，另一类是使用组合缓冲材料的缓冲包装。图11-11、图11-12和图11-13是分别采用聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、聚乙烯泡沫塑料（EPE）、聚丙烯泡沫塑料（EPP
12、 Expanded polyproplene ）等单一缓冲材料的缓冲包装，图11-11（a）是采用模压成型技术将EPS原料加工成衬垫，然后将其与整机产品配合形成相应的缓冲包装，图11-11（b）是外筋结构。EPS缓冲包装仅适用于小屏幕平板产品包装，优点是采用最常用的包装材料，加工技术很成熟，成本较低；缺点是环境保护性能差、缓冲保护性能有一定的局限性，特别是包装产品受到冲击后衬垫容易开裂、移位，缺乏多次保护功能。,23,由于平板显示产品整机外观一般为异型和复杂曲面结构，而EPE衬垫采用平面板材加工制成，要保证两者之间良好配合难度较大，若配合不良，将严重影响被包装产品性能。因此EPE衬垫的结构必须
13、巧妙，可以采用小面多点、缓冲筋条等结构简化与整机的配合难度，优化衬垫各部件空间架构，使零件的数量少，加工简单，便于组装，图11-12（a）所示的缓冲衬垫首先根据EPE衬垫的结构将其拆分成平板形状，利用EPE板材冲裁或手工加工成相应形状的结构部件，然后通过热合或黏合剂将各结构部件组合成完整的EPE缓冲衬垫。,24,图11-12（b）是EPE衬垫与整机产品配合形成相应的缓冲包装，EPE缓冲包装适用于各种尺寸的平板显示产品的包装，优点是柔韧、富有弹性，不会开裂或断裂，典有良好的缓冲保护性能和多次保护能力；缺点是加工难度大、特别是衬垫与异型及复杂曲面的配合处，EPE缓冲衬垫柔软，压缩强度低，故包装产品
14、的承载能力受到一定的限制。对于大屏幕平板产品（如PDP电视机）的缓冲包装，EPE缓冲衬垫的压缩强度低，包装产品的抗压强度受到一定的限制，因此必须采取合理的包装方案，如在纸箱的外部增加木框架、在纸箱的外部再增加一个纸箱，或在纸箱内的底部和顶部增加纸角撑框架、在四个竖棱增加纸角撑支撑柱。,25,图11-13所示EPP，缓冲包装由于成本较高。常应用于大屏幕产品包装，优点是富有弹性，不会开裂或断裂，具有良好的缓冲性能和多次保护能力，并且EPP缓冲衬垫压缩强度较高，包装产品的抗压能力较好，EPP缓冲包装的缺点是，加工工艺复杂，相对于EPS成型工艺需要增加预压和成品烘干过程；成本高，其原料价格是EPS原料
15、的45倍，而且原料需要在原料供应商工厂完成首次预发泡过程，而预发后的原料体积大幅增加，因此储运成本较高，最终导致EPP缓冲衬垫制品价格非常高。另外，EPP制品需使用专用成型设备，并且由于采用高压成型，需要特别的模具锁紧装置、能源管道系统以及烘房等设备，设备投资巨大。该类缓冲包装的关键是EPP衬垫结构设计等，其设计方法类似于EPS衬垫，但在具体的结构设计时可以充分利用其富有弹性、不易开裂的特点，设计“U”、“Z”型等弹性结构以及十字筋条结构，以提高缓冲性能，有效降低EPP材料用量和包装材料成本。,26,2. 组合材料的缓冲包装,平板显示产品使用单一缓冲材料的缓冲包装都存在不足之处。给生产和使用带
16、来了较大困难。通过对多种包装材料的缓冲防振性能的试验研究证明，运用多种材料组合缓冲包装更实用有效，组合分级缓冲包装适用于中、大屏幕平板产品，其优点是所有缓冲包装结构都采用常用的材料，不需要增加大量的设备投资。另外，除EPS缓冲衬垫外，其余缓冲结构都采用平板结构，避免了采用过多或者复杂的深加工，使生产简单，而且使加工后的缓冲制品便于运输、储存和使用。,27,组和分级缓冲包装的缺点是零件偏多，包装装配较为复杂。根据内包装产品可以选用常用的两种方案，第一种是EPS和纸蜂窝板组合包装方案，该方案包装具备优良的缓冲、防振、抗压性能，满足中、小屏幕平板显示产品对包装的要求，成本比使用EPE、EPP缓冲衬垫低，适合于大批量生产。第二种是EPS与EPE、纸蜂窝板组合包装方案，该方案包装具备优异的缓冲、防振、抗压性能，满足中、大屏幕平板显示产品对包装的要求，成本比使用EPE、EPP缓冲衬垫低，适合于大批量生产。,28,图11-14是采用EPS和纸蜂窝板组合分级缓冲包装。首先设计EPS缓冲衬垫与异型复杂的裸机组合成一个新的包装产品，使包装产品有复杂结构和异型曲面简化为规则形状，同时将组合使用的纸
