王森 侯艷 李偉 劉玉磊

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司 山東青島 266000

1 引言

伴隨著近年來電商平臺壯大、居民消費觀念更新以及年輕消費者逐漸成為消費中堅力量，家電企業(yè)電商渠道的重要性愈發(fā)突出。家電企業(yè)電商渠道的快速崛起，隨之帶來的是各品類家電產(chǎn)品消費需求的提升。但現(xiàn)有家電產(chǎn)品包裝方案已經(jīng)無法滿足電商渠道產(chǎn)品對儲運環(huán)境的要求，基于此，一種性能比聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene簡稱EPS）材料更堅固、耐久、有韌性的發(fā)泡聚乙烯、聚苯乙烯聚合物（30%的Polyethylene和70%的Polystyrene組成的“共聚物”簡稱EPO）材料得到了更多企業(yè)的青睞。

目前，EPO主要用于高端家電和緩沖性能要求苛刻的家電緩沖包裝（圖1），相比EPS包裝，EPO緩沖性能更加優(yōu)良，可減少運輸環(huán)節(jié)對家電產(chǎn)品的破壞，有效地減小包裝尺寸，降低物流運輸成本，減少對環(huán)境的影響。

2 EPO材料特性

EPO是特殊聚合工藝生產(chǎn)的一種特殊的“共聚物”（圖2），其主要成分為70%的聚苯乙烯（Polystyrene簡稱PS）和30%的聚乙烯（Polyethylene簡稱PE）。EPO材料融合聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）的優(yōu)點，使材料的綜合性能比單純的聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）大幅度提高，使用其加工而成的包裝襯墊將會對產(chǎn)品起到更良好的保護(hù)作用。[1]

EPO材料的性能優(yōu)點：

（1）使用EPO材料加工的墊層，墊層的回彈性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過EPS墊層，具有出色的多次跌落緩沖性能，滿足惡劣運輸環(huán)境的需求。優(yōu)良的保護(hù)性能可以更好地維護(hù)產(chǎn)品形象，降低由于物流損壞造成的產(chǎn)品損失。

（2）EPO墊層在給產(chǎn)品提供有效保護(hù)的同時，縮小了墊層的體積。墊層體積的減少，既降低了材料的使用量，又提高了倉儲和運輸?shù)男?，降低儲運成本。[2]

（3）EPO材料的強度、韌性和撓性強度好，在儲運的過程中自身不易破損，不會產(chǎn)生如EPS顆粒等碎屑，可以提高開箱后產(chǎn)品的外觀檔次。

（4）為達(dá)到同等的緩沖效果所耗用的原材料重量EPO低于EPS，對于出口產(chǎn)品所需付出的回收成本較低，適合出口產(chǎn)品使用。

3 EPO墊層方案設(shè)計及驗證

EPO材料作為一種高性能的緩沖材料，融合了EPS與EPE兩種材料特點，兼具良好的強度、韌性、撓性強度性能，主要用于高端產(chǎn)品的緩沖包裝?，F(xiàn)階段由于EPO材料成本較高，在國內(nèi)熱水器產(chǎn)品的包裝方案設(shè)計中應(yīng)用較少。[3]主要原因還是成本問題，我們通過對熱水器墊層結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化調(diào)整，保證了整體成本的持平甚至降低，便于企業(yè)的批量推廣使用。

3.1 熱水器外損分析

現(xiàn)階段熱水器產(chǎn)品包裝多分為上、中、下三個包裝墊層，材質(zhì)多為EPS，由于EPS材料本身較脆，容易斷裂，在運輸過程中多次轉(zhuǎn)運會導(dǎo)致主承重下墊層破損，進(jìn)而失效造成產(chǎn)品損壞。

3.2 方案設(shè)計思路

考慮到EPO材料具有良好的斷裂彎曲性能，可保障產(chǎn)品多次周轉(zhuǎn)時底襯完好，從最大限度保障運輸?shù)溥^程中的損壞，故我們考慮將熱水器的主承重下墊層進(jìn)行EPO材質(zhì)的升級，中墊層、上墊層仍使用EPS材料設(shè)計。

3.3 下墊層結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于EPO材料的特性，給予了下墊層結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可能。對EPO材料下墊層的方案設(shè)計中，對主承重面及儲運過程中易受力的部位進(jìn)行加強，對非承重部位盡量減少材料使用量，最大程度的縮小墊層體積。具體設(shè)計分析如下（如圖3、圖4）：

（1）A部位對應(yīng)熱水器產(chǎn)品強度最高部分，此部位是產(chǎn)品儲運過程中的主承重面，把此面做為熱水器下墊層的受力基礎(chǔ)面，中間端蓋部位進(jìn)行避空設(shè)計；

（2）B部位的拉筋式結(jié)構(gòu)，在保證產(chǎn)品儲運過程中的角跌落安全性能的前提前，減少原材料的使用量；

（3）C部位的筋位結(jié)構(gòu)設(shè)計，一方面可將夾抱力進(jìn)行分散，另一方面可以保證下墊層的整體穩(wěn)定性；

（4）D部位為A部分的剖面，主承重底面全部使用環(huán)形拉筋結(jié)構(gòu)，增強下墊層的緩沖防護(hù)性能，保障產(chǎn)品不受損；

（5）E部位在下墊層中心采用十字筋結(jié)構(gòu)形式，增強了墊層的整體強度；十字筋進(jìn)行了避空設(shè)計，保障了跌落發(fā)生時熱水器端蓋不受力。

原下墊層方案與EPO下墊層方案對比如圖5所示。

圖1 EPO緩沖墊

圖2 EPO粒子的結(jié)構(gòu)

圖3 EPO下墊層

圖4 EPO下墊層剖面

圖5 下墊層對比

經(jīng)過對下墊層結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的升級，雖然EPO克重低于原EPS方案，但EPO材料單價成本較高，單從下墊層價格對比，EPO墊層價格高于EPS墊層。但基于EPO墊層尺寸的縮減，我們可以同步對儲運過程中受力較少的EPS上墊層、EPS中墊層的過度包裝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化（表1）。2種墊層結(jié)構(gòu)方案均可通過運輸試驗驗證，EPO墊層方案既提升了對產(chǎn)品的保護(hù)性能，又保證了墊層的整體成本基本不變。

表1 墊層對比

經(jīng)過對包裝箱的對比（表2），由于墊層體積縮小，包裝箱用材減少，采購費用降低0.8元左右；產(chǎn)品外形體積縮小10%左右，按物流運費150元/m3計算運輸費用降低4.5元左右。

綜上，熱水器下墊層使用EPO材料后，經(jīng)過對上墊層、中墊層的優(yōu)化設(shè)計，墊層材料成本基本持平；包裝箱材料成本，產(chǎn)品的運輸成本均有降低，單臺成本節(jié)省5元左右。

表2 整機(jī)體積對比

表3 實驗數(shù)據(jù)

4 實驗測試

為驗證此替代方案的可靠性，對熱水器進(jìn)行模擬運輸實驗（包裝、運輸包裝件常規(guī)的檢測標(biāo)準(zhǔn)參照中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4857），驗證結(jié)果如表3[4]。

5 結(jié)論

EPO材料由于本身粒子的結(jié)構(gòu)特點，使其融合了EPS和EPE材料的優(yōu)點。EPO材料出色的韌性和回彈性，可更好的解決熱水器在儲運過程中的多次跌落導(dǎo)致失效的問題。針對熱水器下墊層的方案設(shè)計中，除了EPO材料的使用，還兼顧了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。對熱水器整體包裝進(jìn)行了輕量化設(shè)計，減少了材料用量、縮小了產(chǎn)品體積，有效地降低了整機(jī)成本，提高了產(chǎn)品競爭力。[5]

此次方案設(shè)計驗證合格，充分證明針對儲運過程中可能發(fā)生多次跌落的家電產(chǎn)品，可以使用EPO材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，這樣可以滿足家電在農(nóng)村市場渠道的儲運要求。合理可行的優(yōu)化設(shè)計方案可以有效的提升性能、降低成本，此設(shè)計方法可在其他家電產(chǎn)品上面推廣使用。