［摘要］采用聚苯泡沫塑料和空氣墊兩種材料對洗碗機進行緩沖包裝，并通過進行振動和跌落沖擊試驗測試比較，總結其優(yōu)缺點，以期在實際應用中選取合理的包裝材料和結構，并試圖獲得更佳的緩沖效果，實現(xiàn)對產(chǎn)品的保護。 

［關鍵詞］空氣緩沖墊 泡沫塑料 緩沖包裝 

    洗碗機屬中小型機電產(chǎn)品，重19kg，外殼單薄，兩側板的固定點均在底面，側面沒有支承固定點，且側板內有筋，筋與側板間無柔性墊。根據(jù)用戶“不改變原外包裝箱的尺寸，不增加更多包裝成本”的要求，只能將包裝的重點放在改變原有緩沖墊的結構，或采用新的緩沖材料上。 

1．原包裝存在的問題及設計方案 

1．1 原包裝存在的問題（如圖1、2所示）

（1）根據(jù)對原包裝緩沖襯墊的估算，聚苯泡沫塑料緩沖墊厚度尚可滿足要求，但安全系數(shù)太小，緩沖面積不足。尤其是底面，由于緩沖面積不足，造成在跌落沖擊時，局部應力過大，其反作用力傳給了產(chǎn)品的兩個側壁，造成了側壁變形。 

（2）由于緩沖面積不足，分配不合理，支承點受力面積太小，特別是薄弱環(huán)節(jié)未做緩沖處理，造成以下的破壞：控制面板與箱體脫開，固定橡膠條脫落；控制面板右上角產(chǎn)生嚴重裂紋；兩側板有微小凹凸變形。 

1．2設計方案 

（1）薄弱環(huán)節(jié)的緩沖與固定，控制面板與拉門之間，由于振動沖擊作用，使其產(chǎn)生較大的垂直位移，與鉸鏈金屬片相互剪切造成裂紋；底部采用間隙緩沖結構，門和控制面板間增加橡膠墊，以避免底面的反作用力。 

（2）為補足底面積的不足，在產(chǎn)品后端底部增加支承面積，但要突出兩后底角，防止將力傳到側板上。 

（3）兩種設計 

a 變原上下緩沖結構為左右緩沖結構（圖3） 

由于洗碗機的外包裝箱尺寸已確定， 盡管在理論上計算泡沫塑料墊的厚度為： =39.1㎜，實際上只能取厚度為30㎜。又因為原包裝的緩沖墊為上下結構形式，底面積不足造成產(chǎn) 品損壞。故改為左右結構形式進行緩沖， 如圖3所示。 

b 采用空氣墊緩沖包裝 

這是一種新的包裝技術，為了更好地進行性能比較，將空氣墊的厚度也定為30㎜?？諝鈮|采用塊狀結構，每一個面有8個小的單體連接而成，各個單體相互獨立。這樣設計的原因是防止其中的某一單體受到損壞時，其它的單體仍能繼續(xù)發(fā)揮作用。

2．緩沖襯墊尺寸的確定 

2．1因為洗碗機的外箱尺寸已確定，即泡沫塑料緩沖墊的厚度只能采用30㎜。為了保證緩沖墊的有效性，在設計過程中依次使用低密度、中密度、高密度的泡沫塑料，經(jīng)過實際試驗，發(fā)現(xiàn)由于產(chǎn)品本身的強度問題，高密度的泡沫塑料緩沖效果比較理想。這是由于中、低密度的泡沫塑料變形大，且產(chǎn)品亦容易變形，故無法有效地保護產(chǎn)品變形。而高密度的泡沫塑料本身強度好，能較好地保護產(chǎn)品發(fā)生變形。 

    應用曲線設計緩沖墊時，根據(jù)相關標準使用密度為0.025的聚苯乙烯泡沫作為襯墊是比較合理的。這種材料的緩沖系數(shù)曲線=8.8時對應的zui小緩沖系數(shù)C=3.4，根據(jù)H=46㎝，G=40（查標準，估算值）則計算的緩沖襯墊尺寸為：=3.4×46/40=3.91㎝ 

2．2由于洗碗機的質量較重，所以選用T=0.3㎜厚的塑料薄膜作為單體氣墊的設計材料。經(jīng)實驗測得該材料的橫向拉伸率為344.8%，縱向拉伸率為296.4%，縱向熱封強度為28.4（N）橫向熱封強度27.6（N），可見，所選用T=0.3㎜厚的塑料薄膜拉伸率十分理想，同時也具有較好的熱封強度，作為單體緩沖材料是*選擇。 

3．泡沫塑料和空氣墊緩沖包裝的測試比較 

3．1泡沫塑料和空氣墊緩沖包裝的振動試驗比較 

    振動是流通環(huán)境引起商品損壞的主要因素之一。通過正弦振動試驗可以找到商品的固有頻率，以期在進行包裝設計時，盡量避開在商品固有頻率下發(fā)生共振。試驗框圖如圖4所示： 

    將兩種緩沖設計做出來后，按要求裝箱，利用Y50100-1A/ZF型100㎏機械振動臺，加速度傳感器，YE5850電荷放大器及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)等（均為西北機器廠產(chǎn)品），將包裝件固定在振動臺臺面上，經(jīng)歷3~50的掃頻振動，每5增幅記錄相應頻率下的加速度值，從而確定包裝件的固有頻率和共振頻率。 

振動試驗結果如圖5所示：
 

   從上圖可看出：裸機振動時，洗碗機在35時發(fā)生了共振；泡沫塑料包裝時包裝件的*階共振頻率出現(xiàn)在30，比產(chǎn)品的固有頻率有限降低，且在35處沒有發(fā)生共振，可以在實際流通中使用；采用空氣墊包裝振動時，低頻共振發(fā)生在25和35處。由此可分析得到泡沫塑料包裝在低頻時的保護功能優(yōu)于空氣墊，在高頻時的保護功能不如空氣墊的效果好。 

    空氣墊包裝時在25時產(chǎn)生共振，所以在固有頻率35處的激振頻率不會破壞產(chǎn)品。雖然包裝件仍在35時發(fā)生共振，但此處的峰值加速度明顯小于泡沫塑料的峰值加速度?？蓪b件在共振狀態(tài)下共振15分鐘，如果產(chǎn)品沒有損壞，即可認為包裝合格。另外，如果改變單體的結構或單體內的氣體量均可改善緩沖效果。

3．2 泡沫塑料和空氣墊緩沖包裝的跌落測試比較 

    跌落試驗是一種用來模擬物流過程中產(chǎn)品——包裝系統(tǒng)所經(jīng)歷的沖擊。試驗時，包裝件從一定的高度跌下而不損壞內部的產(chǎn)品，即在不超過脆值的情況下跌落，保證包裝對產(chǎn)品的保護功能不被破壞。 

    利用Y5212Ⅱ/ZF跌落試驗機，加速度傳感器，YE5850型電荷放大器及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，對包裝件的六個面依次進行460㎜高度的跌落測試，采集各面相應的峰值加速度值。 

試驗結果如圖6所示：
 

    由于泡沫塑料包裝采用了左右結構，且實際泡沫的厚度比理論計算出來的要小，沒有足夠的緩沖功能，故導致泡沫塑料比空氣墊的跌落效果差。泡沫塑料在第2、4面跌落時，峰值加速度明顯大于其它各面。造成的原因是：洗碗機跌落時，由于其外殼是易變形的鐵皮，具有一定的緩沖作用，與鐵皮相連的前端開門為厚塑料制品，塑料的變形量很小，可近似認為剛性體，當左右面即洗碗機的兩側面跌落時，正好跌落在剛性體上，加上泡沫塑料因厚度小緩沖效果差，所以峰值加速度比其它面要大。在前端開門處，上部為拉門，下部為控制面板，二者之間有一厘米寬的空隙。此處的塑料較薄，有一定的緩沖作用，所以跌落時峰值加速度反而不是很大。 
    與泡沫塑料相比，空氣墊的峰值加速度明顯要小，這說明空氣墊的抗跌性能優(yōu)于泡沫塑料，對產(chǎn)品起到了很好的保護作用。 

    根據(jù)相關標準還應進性包裝件一個角三條棱的跌落試驗，鑒于客戶未做此項要求，故未進行此項測試。 

4 結論 

4．1 優(yōu)點 

（1）空氣緩沖墊近似于正切型緩沖材料，可以同線性彈性材料相比。

（2）空氣緩沖墊緩沖效果隨單體的面積和充氣量的大小而表現(xiàn)出不同的緩沖效果。 

（3）利用空氣墊進行振動和跌落試驗，與泡沫塑料相比，有自己*的優(yōu)勢，并且有很好的回彈性，有著理想的緩沖效果。 

（4）從整體上講，其價格低，制作簡單，非常適合中小型產(chǎn)品的緩沖包裝，可部分或*替代泡沫塑料。 

（5）空氣墊占用空間小，只有在需要包裝時才充氣，比泡沫塑料節(jié)省許多倉儲空間。 

    目前日本已對空氣墊進入了工業(yè)化生產(chǎn)，中國臺灣也有生產(chǎn)空氣墊的相關設備。不久的將來，空氣緩沖必將成為緩沖包裝技術的一大亮點，應引起我國的重視，迅速應用起來。 

4．2 問題及不足 

（1）應廣泛地對多種相關材料進行試驗，如尼龍等復合材料進行緩沖包裝測試分析，肯定有多種材料的性能優(yōu)于我們進行試驗所用的材料。 

（2）需要進一步進行氣壓與單體K值之間關系的試驗確定。 

（3）要進行工業(yè)化生產(chǎn)的探索。 

（4）由于外包裝箱尺寸給定，緩沖墊的厚度尺寸過小，給設計造成困難。

天津科技大學 劉占勝 宋海燕 李光 劉功