包装作为一次性使用物资，当产品完整到达消费者手中，并开始使用，包装也就失去了它存在的价值。对于如此短期的生命周期，它的大量废弃也是对资源的极大浪费。因此，如何尽量减少包装的废弃，减少对资源的耗费，也就成为包装设计的一个重要部分。

　　家电产品的缓冲包装普遍使用到EPS、EPE、EPP材料，这三种材料都需要大量地耗费石油这一不可再生资源。随着国际石油价格屡创新高，使用环保材料替代，以及包装的减量化设计愈发显得重要。业界尝试了很多种方法，然而EPS在家电包装领域仍然大行其道。但是我们也欣喜地看到，包装从业者们正在尝试用各种不同办法替代EPS材料，用于电子产品包装物。

　　本文讨论了一种减量化设计的思路：通过借助其他资源耗费较低的材料与其综合发挥效应，实现包装的减量化。

　　材料的选择

　　瓦楞纸板

　　由于瓦楞纸板具有边压强度高，易加工，易折叠，易粘合，具有一定缓冲性能，有多种搭配方式，材料成本较低，大批量供应环境良好等优点，因此选择瓦楞纸板为主要材料构成，适合制作薄壁结构产品。但是纸质材料具有摩擦系数高，缓冲性能不如塑料，回弹性较差等缺点，不适合直接用于缓冲要求高的产品。

　　根据研究测试发现，当瓦楞纸板结构设计成较复杂结构时其缓冲性能更接近于EPS，其结构不同，缓冲性能也不尽相同，因此对于瓦楞纸结构衬垫的缓冲性能设计还缺乏理论依据，仅仅是依赖经验予以完善。对于局部抗压性能，可以参考凯里卡特公式进行初步计算。但是在实际使用过程中发现，凯里卡特公式计算值与笔者公司实际测试存在一定误差。经过长期跟踪和统计，采取修正值的方式，对理论计算数值予以修正，并形成计算软件，可以为瓦楞纸结构部分的设计提供较为粗略的计算基础。[next]

　　EPE

　　国际上不断宣布对于塑料材料的替代及降解研究取得成绩，但是距离工业大批量应用还很遥远。另一方面，塑料材料虽然耗费石油资源，但其性价比高，在包装上的应用也不可能被全盘否定。笔者认为，只要是满足绿色包装3R原则之一，就应该纳入绿色包装范畴。基于这一点，挤塑EPE材料(俗称珍珠棉)因其便利的物理回收方式(可以使用简单的设备，加热还原为PE颗粒原料)，当仁不让可以称为绿色环保材料。

　　电子产品对缓冲性能要求较高，尤其是G值偏低的等离子电视，对包装的缓冲减震提出了更高的要求。分析各种材料的缓冲性能数据，面对EPP、EPO高昂的材料价格与加工成本，EPS减震性能偏低的现实情况，结合周边的配套环境，选择了EPE作为主要缓冲材料。EPE的性能研究已经很成熟，完全可以进行有效可行的计算。

　　纸塑结合

　　常用缓冲包装材料各有优缺点，包装设计时需要对症下药，有针对性的选择材料构成，以实现综合成本最优的目的。对于液晶电视、等离子电视产品，不仅要求包装具有相对低廉的价格，还必须具有良好的缓冲减振功能、抗冲击、防摩擦能力。结合上述分析，笔者认为采用瓦楞纸板形成外层架构，EPE作为缓冲单元，辅以其它纸质材料作为必要的补充，可以实现对产品的保护功能。

　　结构设计

　　基于EPE的结构设计

　　缓冲厚度可以按下列公式计算得到：t=CH/G；其中t为缓冲厚度，C为EPE静态缓冲系数，H为产品跌落高度，G为产品脆值。缓冲面积可以依据A=mg/σ计算得到，其中A为缓冲面积，m为被包装物质量，g为重力加速度，σ为EPE发生10%变形时压缩强度，考虑产品运输过程中的多次压缩特性，σ应为经预压缩后的应力。[next]

　　对缓冲面积和厚度进行校核。EPE在压缩变形超过50%时，由于内部空气室过渡压缩变形，致使部分气室壁破损，而导致缓冲性能的耗损。因此在设计中以50%的压缩强度为边界，核定EPE的冲击应力。要求mga/A≤P50%，式中mg为产品自重，a为受冲击状态加速度。

　　由于EPE材料的特殊性，应尽量使用规范规格的板材厚度，因此EPE非裁切面受力方向缓冲厚度需根据材料供应范围，设计为5或10的倍数，以减少备料规格。经过一年的跟踪测试，EPE非裁切面和裁切面方向在10%和50%变形时的静态压缩强度相近，所以设计时可以取相同的数值计算。

　　EPE板材可以通过模切方式，实现与被包装物相拟合的复杂曲面，从而贴合产品外形特征，实现保护功能。模切刀具、工装的制备相对较为简单，易于实现。

　　由于在实际流通过程中，缓冲材料都是先有一段时间的预压缩，随后才会发生冲击，因此设计时应使用材料经预压缩后的缓冲特性。根据《发泡聚乙烯缓冲材料的静态压缩缓冲曲线研究》，预压后的EPE应力应变、缓冲系数-静应力曲线呈现出屈服特征。在计算时，缓冲系数应取发生屈服后的最低点。[next]

　　基于瓦楞纸板的结构设计

　　瓦楞纸结构单元的抗压强度可以根据凯里卡特公式及其修正系数计算。由于配纸方式变化大，结构各异，国际上关于瓦楞纸板形成各种结构后的缓冲性能的研究还处于起步阶段，只能根据经验开展设计。

　　为了便于组装、生产，对于液晶、等离子电视机瓦楞纸包装设计，主要采用折叠，通过自锁结构方式，形成所需要的形状。通过多年的摸索，将瓦楞纸衬垫设计成矩形空间架构，在瓦楞纸衬垫上设计卡槽、定位线进行EPE的定位与组装。

　　EPE与瓦楞纸板的组合

　　二者的组合大多采用粘合方式，这种方式能很大程度上保证EPE的尺寸稳定性，但回收分离的工作量也会增大。笔者公司结合多年从事纸包装、发泡塑料类包装实践经验，开发出以嵌入式为主的纸塑结合缓冲衬垫成型方式，能较好地解决这一矛盾。

　　前面讲的都是单一材料的设计方法，两种以上材料结合后，其缓冲系数会发生改变。针对这种瓦楞纸结构与EPE的复合缓冲物，就需要在各自材料特性基础上，结合经验数据进行材料与结构的加减，从而减少EPE用量，采用瓦楞纸衬垫的易加工、抗压、结构缓冲性能来予以补足。

　　性能校核

　　在设计过程中，已经就材料的抗压、缓冲性能、结构的稳定性、生产工艺易实施性进行了计算与校核。完成打样后，进行了振动、冲击、跌落、堆码、运输试验，试验合格。根据采集的数据，在冲击过程中传导到产品上的加速度低于产品脆值。鉴于液晶、等离子电视立放时高宽比大，在运输过程中可能发生倾翻现象，因此模拟实际流通情况进行了倾翻试验，经前后各三次倾翻，试验合格。证明这种方式能提供必要的保护功能。

　　结束语

　　没有一种材料是十全十美的。纸塑复合衬垫为减量化设计提供了一种思路，综合应用各种材料的优点，能更好地提高包装性价比。瓦楞纸板因其可折叠，易加工特性，还可以设计出更多更优秀的结构造型，具有广阔的可供探索的空间。

[时间：2008-08-05  作者：张光蓉  来源：纸包装工业/z]