張書彬+楊祖彬+譚帆

【摘 要】針對某型號筆記本電腦，采用植物纖維發(fā)泡材料作為緩沖包裝材料，進(jìn)行緩沖方案研究，設(shè)計(jì)了左右緩沖襯墊結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了筆記本電腦銷售包裝。研究結(jié)果表明，只要緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，植物纖維發(fā)泡材料完全能夠滿足筆記本電腦等電子產(chǎn)品的緩沖包裝要求，且其緩沖成本比紙漿模塑成本低得多。

【關(guān)鍵詞】植物纖維發(fā)泡材料；筆記本電腦；緩沖設(shè)計(jì)

筆記本電腦質(zhì)量輕、體積小，屬于易損商品，其包裝重在緩沖防護(hù)設(shè)計(jì)。近年來，重慶成為世界上最大的筆記本電腦成產(chǎn)基地，2014年，生產(chǎn)電腦6400萬臺，占全球筆記本電腦產(chǎn)量的40%左右[1]。大量的筆記本電腦需要出口國外，而國外對電子產(chǎn)品的包裝要求非常嚴(yán)格，對環(huán)境有污染、難以降解的緩沖包裝，如EPS緩沖材料禁止進(jìn)入國外發(fā)達(dá)國家。因此，對筆記本電腦的緩沖包裝設(shè)計(jì)的研究顯得十分重要。本文針對某型號筆記本電腦，采用植物纖維發(fā)泡材料作為緩沖包裝材料，進(jìn)行緩沖方案研究與設(shè)計(jì)，為筆記本電腦的出口包裝提供了一種低成本的包裝設(shè)計(jì)解決方案。

1 筆記本電腦常見緩沖包裝

筆記本電腦常用緩沖材料有發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）、發(fā)泡聚乙烯（EPE）、瓦楞紙板、紙漿模塑等。發(fā)泡聚苯乙烯是目前緩沖包裝上使用最多的一種材料，質(zhì)量輕、防潮、緩沖減振性能優(yōu)異，易于加工成型，有良好的溫度適應(yīng)性，常用于精密儀表、電子產(chǎn)品等物品的緩沖防震包裝。但是，EPS難降解，回收處理污染大，很多國家禁止使用。發(fā)泡聚乙烯即珍珠棉，質(zhì)量輕、韌性好、緩沖性能優(yōu)良，可通過彎曲分散或者吸收沖擊力，易于成型，價格合適，常被用作陶瓷、家用電器等產(chǎn)品的包裝，圖1（a）為筆記本電腦EPE緩沖包裝。EPE和EPS一樣，對環(huán)境不友好，難降解。圖1（b）是筆記本電腦全瓦楞紙板包裝結(jié)構(gòu)，瓦楞紙板通過折疊組裝成某種結(jié)構(gòu)來固定包裝電腦，它利用的是瓦楞紙板成型結(jié)構(gòu)的緩沖性能達(dá)到保護(hù)產(chǎn)品的目的，該緩沖包裝滿足了出口環(huán)保的要求。紙漿模塑能夠緊緊的貼合被包裝物，具有較大強(qiáng)度和良好的可加工性，緩沖性能良好。紙漿模塑的原材料是廢紙和廢紙板，其成本低，可回收利用，在自然環(huán)境中可降解，相對于EPE、EPS等泡沫材料，紙漿模塑的處理更為綠色環(huán)保，它在自然環(huán)境中可以自動腐爛，不會產(chǎn)生“白色污染”，降解之后的紙漿模塑還可以成為肥料，使土地肥沃。紙漿模塑常用于機(jī)電產(chǎn)品和電子產(chǎn)品的緩沖包裝，圖1（c）為紙漿模塑筆記本電腦緩沖包裝。

2 植物纖維發(fā)泡材料緩沖包裝方案及設(shè)計(jì)

植物纖維發(fā)泡材料是以稻草、麥稈等農(nóng)作物秸稈，或者草類植物纖維為主要原料，配以一定比例的廢紙、淀粉和助劑，經(jīng)過發(fā)泡技術(shù)制成的[2-4]。農(nóng)作物秸稈來源廣泛，成本低廉，但我國農(nóng)作物秸稈利用率還不到70%[5]，大部分用于焚燒、作肥還田、動物飼料，用作工業(yè)原料使用比例很低[6]，用在產(chǎn)品包裝上的比例更低。植物纖維發(fā)泡材料是可降解材料，研究使用植物纖維發(fā)泡材料替代難降解的包裝材料意義重大，不僅可以保護(hù)我們的生存環(huán)境免受污染，還可以通過利用農(nóng)作物秸稈增加農(nóng)民的收入。本文設(shè)計(jì)了一種使用植物纖維發(fā)泡材料作為筆記本電腦緩沖包裝的方案。該結(jié)構(gòu)和圖1（c）所示結(jié)構(gòu)類似，植物纖維發(fā)泡材料有兩個，左右結(jié)構(gòu)，分別套裝在筆記本電腦兩端。

2.1 產(chǎn)品特性分析

本次設(shè)計(jì)所針對的是13.3英寸的SONY筆記本電腦，型號為SVF143A1RT，具體參數(shù)見表1，屬于商務(wù)型筆記本電腦，粉色外殼，外觀靚麗，質(zhì)量適中，便于攜帶和運(yùn)輸。

產(chǎn)品脆值又稱產(chǎn)品易損度，是衡量產(chǎn)品沖擊強(qiáng)度的定量指標(biāo)。定義為產(chǎn)品不發(fā)生物理損壞或功能損傷所能承受的最大加速度[7]。根據(jù)類比法，確定筆記本電腦脆值為60g。

等效跌落高度代表包裝件在流通過程中跌落沖擊能量的大小。一般有兩種確定其大小的方法，一種是標(biāo)準(zhǔn)量值法，一種是經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法。根據(jù)筆記本電腦的質(zhì)量，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定其在運(yùn)輸過程中的跌落高度h=80cm[8]。

2.2 緩沖襯墊最小緩沖尺寸設(shè)計(jì)

緩沖襯墊設(shè)計(jì)常根據(jù)材料的緩沖系數(shù)-最大靜應(yīng)力曲線，采用最小緩沖系數(shù)來設(shè)計(jì)[7]。由植物纖維發(fā)泡材料的緩沖系數(shù)-最大靜應(yīng)力曲線（密度為0.265g/cm3）可知[9]，曲線最低點(diǎn)，緩沖系數(shù)Cmin=6，應(yīng)力σm=8kg/cm2。理論上可知襯墊的厚度T=Ch/G=8cm，襯墊的承載面積Amin=WG/σm=11.25cm2。由于植物纖維緩沖材料的緩沖性能除了和材料本身彈性有關(guān)外，和結(jié)構(gòu)形式有很大的關(guān)系，和紙漿模塑相似，緩沖性能主要通過結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定，因此，植物纖維緩沖襯墊的承載面積和厚度可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同再調(diào)整設(shè)計(jì)。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

襯墊采用左右結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，兩側(cè)對稱，組裝后立放裝箱，裝配如圖2（a）（效果圖為平放）。襯墊具體結(jié)構(gòu)如圖2（b）所示，每個襯墊的兩個端面內(nèi)側(cè)都有一個凸臺，立放時，端面凸臺承載，該凸臺設(shè)計(jì)尺寸6cm×2cm，凸臺高度取1.5cm，和筆記本電腦組裝后，兩個端面凸臺承載，所以承載面積為24cm2。每個襯墊的兩個側(cè)面內(nèi)側(cè)各設(shè)計(jì)4個凸臺，對稱分布， 凸臺設(shè)計(jì)尺寸和端面凸臺尺寸相同。為了保持壁厚均勻，襯墊內(nèi)側(cè)有凸臺的外側(cè)向內(nèi)凹，反之，外側(cè)有凸臺的對應(yīng)的襯墊內(nèi)側(cè)向內(nèi)凹，外側(cè)凸起的高度，凸臺高度設(shè)計(jì)為1.5cm。所以，緩沖襯墊整體長為40cm，寬為8.5cm，高度為6.5cm。

植物纖維緩沖襯墊在設(shè)計(jì)和制造中需注意脫模斜度、壁厚和圓角。（1）脫模斜度：在制作過程中，為了便于脫模，必須有一定的脫模斜度。斜度過大或者過小都不好，斜度過小使得脫模難度增大，斜度過大會使精度降低。合理的脫模斜度一般在3°～6°。（2）制品壁厚：壁厚對制品強(qiáng)度的影響是非常大的，制品壁厚的增加需要的不僅是原料的增加還需要烘干能耗的增加，在這個過程中可能還會出現(xiàn)一系列質(zhì)量缺陷的問題比如凹陷和縮孔。因此在壁厚的設(shè)計(jì)上，應(yīng)該在滿足強(qiáng)度的要求下盡量使壁厚降低，一般取3-20mm。（3）過渡圓角：襯墊主體與加強(qiáng)筋之間，以及內(nèi)外表面的轉(zhuǎn)角處都要采用圓角，避免直楞直角。endprint

2.4 成本分析

該筆記本電腦植物纖維緩沖襯墊和紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)相似，與紙漿模塑襯墊相比，單個植物纖維襯墊的外形尺寸，與筆記本組裝后的外形尺寸均相差無幾，故筆記本電腦緩沖包裝成本取決于原材料的成本。紙漿模塑是由廢舊瓦楞紙板制作而成，其成本受瓦楞紙板的價格的波動而波動。而植物纖維制品原材料是稻草、麥秸稈等，成本低廉，價格穩(wěn)定。根據(jù)2017年4月的市場價格，該一套（兩個襯墊）筆記本電腦紙漿模塑襯墊的價格大約為0.6元。而同樣大小的一套（兩個襯墊）筆記本電腦植物纖維襯墊的成本約為0.35元。與紙漿模塑襯墊相比，植物纖維襯墊成本節(jié)約大致40%。

2.5 銷售包裝設(shè)計(jì)

市場上的筆記本電腦銷售包裝多采用瓦楞紙板，也有少數(shù)高檔的產(chǎn)品會采用皮質(zhì)材料進(jìn)行包裝。瓦楞紙板作為目前市場上使用較多的銷售包裝材料，具有價格便宜、加工性能好、保護(hù)性能好、綠色環(huán)保無污染等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用B楞瓦楞紙板作為筆記本電腦銷售包裝材料，面紙定量取250g/m2，芯紙的定量取150g/m2。由筆記本電腦組裝上襯墊后的尺寸為長360mm，寬為280mm，高為65mm。根據(jù)瓦楞紙箱尺寸計(jì)算公式，可求得筆記本電腦銷售包裝制造尺寸，筆記本電腦銷售包裝尺寸如圖3所示。

3 結(jié)論

將植物纖維發(fā)泡材料通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用在筆記本電腦的緩沖包裝上，其緩沖設(shè)計(jì)成本較紙漿模塑緩沖包裝低40%。限于研究條件所限，未能加工制造出植物纖維緩沖襯墊實(shí)物，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室跌落試驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]重慶成為全球最大筆記本電腦生產(chǎn)基地[EB/OL].http：//china.huanqiu.com/hot/2015-01/5361355.html.

[2]王瑜，張萍，高德，等.植物纖維含量對聚乳酸/玉米秸稈纖維發(fā)泡材料（PFFM）性能的影響研究[J].化工新型材料，2012，40（6）：79-81.

[3]曾廣勝，林瑞珍，徐成等.發(fā)泡廢紙板纖維/LDPE復(fù)合材料的加工流變性及泡孔形態(tài)[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2013，30（2）：89-93.

[4]未友國，敖寧建，張淵明.植物纖維/蒙脫土/橡膠發(fā)泡復(fù)合材料微孔結(jié)構(gòu)的研究[J].電子顯微學(xué)報(bào)，2008，27（5）：379-383.

[5]解恒參，趙曉倩.農(nóng)作物秸稈綜合利用的研究進(jìn)展綜述[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2015，40（1）：86-90.

[6]韓魯佳，閆巧娟，劉向陽，等.中國農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（3）：87-91.

[7]彭國勛.物流運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)[M].北京：印刷工業(yè)出版社，2006.

[8]邢月卿，陳滿儒，孫德強(qiáng).筆記本電腦的紙質(zhì)緩沖包裝設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2014，35（9）：61-65.

[9]張書彬，唐全波，杜力.一種植物纖維制品靜態(tài)緩沖特性試驗(yàn)研究[J].包裝工程，2013，34（9）：33-35.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint