纸浆模塑包装衬垫结构设计规范

紙漿模塑包裝襯墊結構設計規範

針對紙漿模塑工業包裝製品設計的現狀，初步提出了基於紙漿模塑製品單元結構的設計規範。該設計規範有助於紙漿模塑製品設計的規範化、標準化，並提高紙漿模塑製品設計的效率。

範圍

為規範紙漿模塑包裝襯墊設計，優化產品的設計並簡化現有的設計過程，提高我國出口產品包裝品質，制定本規範。

本規範適用於工業品的紙漿模塑包裝襯墊設計。

本規範基於紙漿模塑製品典型結構單元資料庫。

規範性引用檔

GB/T453紙和紙板抗張強度的測定法（恒速拉伸法）

GB/T453.1紙和紙板厚度的測定法

GB/T462紙和紙板水分的測定法

GB/T4857.1包裝運輸包裝件試驗時各部位的標示方法

GB/T4857.5包裝運輸包裝件跌落試驗方法

GB/T4857.7包裝運輸包裝件正弦定頻振動試驗方法

GB/T4857.11包裝運輸包裝件水準衝擊試驗方法

GB8168包裝用緩衝材料靜態壓縮試驗方法

GB/T10739紙漿、紙和紙板試樣處理和試驗的標準大氣條件

術語和定義

壁厚：紙漿模塑製品側壁和支撐面的平均厚度。

拔模斜度：紙漿模塑製品的結構單元側壁與其脫模方向之間的夾角。 緩衝高度：承受載荷的結構單元兩個承載面之間的最小距離。

圓角：紙漿模塑製品結構單元壁與壁相交處及角隅處的圓角。

上下襯墊式：被包裝產品正常放置時，採用上、下底面襯墊進行包裝的方式。 前後襯墊式：被包裝產品正常放置時，採用前、後底面襯墊進行包裝的方式。 角襯墊式：採用角襯墊進行包裝的方式。

重疊襯墊式：採用兩個或以上的紙漿模塑緩衝襯墊重疊為一體進行包裝的方式。

定位尺寸：緩衝襯墊定位模組尺寸。

支撐面積：緩衝襯墊中起承載和緩衝作用部分的表面積。

設計要求

緩衝襯墊設計要求

1.有良好的衝擊能量和振動能量吸收性，減小傳遞到產品上的衝擊、振動。

2.分散作用在產品上的應力，保護產品的表面及凸起部分。3.防止產品在包裝容器內移動以及產品之間的相互接觸。4.有良好的耐破損性、環境穩定性（溫濕度的穩定性）和物理相容性（防靜電等）。5.可回收利用，廢棄物易處理。

製品要求

製品尺寸：設計的紙漿模塑製品在生產過程中不能存在較大的尺寸偏差，其尺寸允許範圍見表1。

表1紙漿模塑製品尺寸偏差範圍

外形尺寸（mm）偏差範圍

長度和寬度±2

高度±1

厚度±0.2

製品外觀：

1.製品表面應潔淨、乾燥、無雜質、無孔洞、破損、裂紋、斷邊、汙損等損傷。

2.熱整形製品的正面不允許有裂紋。

3.紙品正面允許有網紋，背面允許有輕度波紋。

4.同批製品應色澤均勻，不應有明顯的色差。

5.製品無異味，不得有黴變。

製品的物理及機械性能：製品的物理性能指密度、含水率、厚度等；機械性能指構成紙塑製品的材料性能和製品的性能。二者應符合表2的要求，其測試方法可參照《紙漿模塑包裝結構性能測試方法》。

表2製品的物理及機械性能要求

類別單位性能要求

物理性能品質偏差%≤±5%

含水率%≤14%

抗張強度kN/m抗張強度≥7kN/m，伸長率≥7%

伸長率%

機械性能防潮試驗%≥50%

振動試驗被包裝物無功能損傷，表面無刮痕。

跌落試驗包裝電子產品時，製品不能掉纖維。

抗壓試驗抗壓強度大於堆碼強度，變形量≤20mm

設計規範

明確包裝件的流通環境

包裝件在流通環節中接觸到的一切外部因素即為流通環境因素。流通環境因素是導致包裝件損壞的主要外部因素。影響紙漿模塑緩衝襯墊設計的環境因素主要有以下三類：

1.物理機械因素，主要指運輸環節中的衝擊、振動，以及倉儲環節的堆碼等外部因素。設計紙漿模塑緩衝襯墊前，宜充分瞭解在運輸環節中的裝卸設備、裝卸高度、運輸方式和手段等，以及倉儲環節的堆碼層數等。振動會導致紙漿模塑緩衝襯墊表面纖維脫落以及刮傷被包裝產品的表面，針對不同產品特性做出相對調整。

2.生物化學因素，主要包括溫度、濕度、雨水、輻射、有害氣體、微生物等自然條件影響。其中，運輸、倉儲環節的濕度對紙漿模塑緩衝襯墊的影響最大，可導致緩衝襯墊受潮失效的危險。

3.人為因素，主要指野蠻裝卸等。裝卸過程造成的跌落衝擊對包裝件破壞最嚴重，是主要的考慮因素。

明確被包裝產品性質

被包裝產品是紙漿模塑製品設計的研究物件，在進行結構設計前必須明確其與設計相關的主要性質，主要有被包裝產品的形狀、品質、尺寸、脆值、易損部件、附件及其大小等。此外，還需瞭解客戶的設計要求。

選擇紙漿模塑材料

根據生產原料及其配比的不同，紙漿模塑材料主要有造紙原漿、廢瓦楞紙板、廢報紙、紙質邊角料以及瓦楞紙和報紙混合材料五種。紙漿模塑材料的性能取決於原料配比、生產工藝、生產設備等因素，性能參數企業可通過對自己生產的製品進行測試獲得。

根據被包裝產品的性質和成本等具體設計要求，選擇相適應的紙漿模塑材料。

1.小型輕質電子產品的緩衝性能要求低而外觀要求高，可選擇材料性質偏軟的廢報紙和原漿。

2.中、重型或貴重電子產品對強度和緩衝性能要求較高，根據具體產品的性質，選擇不同配比的瓦楞紙、報紙混合材料。

紙漿模塑緩衝襯墊設計

設計方案的制定：除了充分瞭解包裝件的流通環境、被包裝產品性質、選擇相適應紙漿模塑材料，還需瞭解客戶的設計要求、被包裝產品的外包裝箱尺寸等，在此基礎上制定若干可行方案。

1.上下襯墊式。受外包裝箱的限制，該包裝方式的緩衝面積較小，在結構設計上要求高，但襯墊尺寸小，生產成本低。對於寬度較大的產品，可考慮採用上下底面角襯墊的方式進行包裝。

2.前後襯墊式。相對於上下襯墊式，前後襯墊式的保護面積更大，有更多的結構設計方式，設計難度較低，但襯墊尺寸較小，生產成本高。對於厚度較小的產品，該包裝方式趨近於全面包裝。

3.重疊襯墊式。該包裝形式基於以上兩種形式，除了適用於強度和緩衝要求較高的產品包裝，還是用於產品緩衝支撐面與外包裝箱內表面距離較遠的包裝。

4.組合式襯墊。對於重型或貴重電子產品，單用紙漿模塑材料無法達到緩衝設計要求，可增加瓦楞紙板結構件或蜂窩紙板作為輔助。在被包裝產品外觀保護方面，可考慮給產品套裝塑膠薄膜或者瓦楞紙板結構件；為防止紙漿模塑材料纖維附著在產品上，宜套裝塑膠薄膜。

纸浆模塑包装衬垫结构设计规范 缓冲结构设计：本规范把缓冲衬垫结构划分为两个模块：一个是定位结构模块，另一个是缓冲结构模块，如图1所示。制品外围是椅状单元定位结构，内部是缓冲结构。其中，L是制品的长度尺寸，B是制品的宽尺寸，t是单元结构间距，l

是单元结构长度尺寸，b是单元结构宽度尺寸。

图1 缓冲衬垫结构

结构参数对缓冲性能的影响：1. 壁厚：根据不同产品的包装要求，壁厚的取值也不同。结构单元越厚，其承载性能越强。例如，经热整形的制品厚度变薄，其承载能力较热整形前的低。但受加工工艺和成本的限制，用于工业产品包装的制品壁厚一般取值在1.5mm和2.5mm之间。

2. 拔模斜度：拔模斜度的存在，方便制品与生产模具分离。拔模斜度影响制品的脱模质量，同时影响结构单元的力学性能，其取值一般在3度到8度之间。

3. 缓冲高度：高度决定了制品的最大变形范围、缓冲能力，也影响到承载能力。缓冲高度的增加，结构单元的承载能力会逐渐降低。在设计过程中，缓冲高度取值取决于包装外箱、产品保护性及加工工艺等。为方便产品脱模，缓冲高度应小于250mm

4. 圆角：缓冲衬垫受冲击时，圆角部位是最容易破裂的，从而导致结构的破坏，缓冲性能下降。此外，圆角的设计还与缓冲结构脱模质量有关，其大小根据不同产品而定。

定位结构设计：结构设计时，为了使被包装产品能够良好地固定，以防止在运输过程中发生晃动，纸塑制品应设计足够的支撑，而且定位面的面积还应与被包装产品的尺寸和重量相适应。此外，定位结构主要承受侧面的冲击。所以，定位结构的设计尤为重要。定位设计主要采用椅状结构。下面从跌落试验的加速度时程曲线（如图2所示出发，确定椅状结构的数量及尺寸。

图2 加速度曲线

图2中的时程曲线可近似为三角形，并且根据冲量定理得出下式：

（1）

其中，m是被包装产品质量；a是冲击加速度；H是跌落高度；1是初速度，其值为0；2是末速度，其值为；T1为初始时间，T2为结束时间。所以得出：

（2）

由图2可以看出，。其中，k是加速度时程曲线左半部分的斜率。代入（2）中消去

T2-T1，得到：

（3）

又有式。其中，x1为L方向上的单元个数，f1是椅状单元侧面最大承载载荷。代入

（3）可得到：

（4）

外包装箱和被包装产品的尺寸决定了椅状单元的高度。从建立的典型结构单元数据库中查找，就可以得到符合f1要求的椅状单元结构及尺寸。

由图1可以分别得出长度和宽度方向的单元结构个数与间距关系式：

（5）

其中，y1为B方向上的单元个数。

从而得到长度和宽度方向椅状单元间距t为：

（6）

加速度时程曲线形状不同可得出不同的a表达式，代入式（4）中即可。 缓冲结构设计：

1. 采用同种规格单元的制品缓冲系数：

根据运输包装相关理论有：

（7）

其中，C为缓冲模块缓冲系数，F为缓冲模块所受载荷，E为缓冲模块吸收的外部能量，Fi、Ei分别为各缓冲单元结构最大承受载荷及对应吸收的能量。由于采用的缓冲结构单元类型和规格相同，所以：

（8）

其中，E2为缓冲单元结构吸收的能量，C2为缓冲单元的缓冲系数。

2. 单元个数及间距：缓冲结构是缓冲衬垫的主要部分，其强度和缓冲性能均须达到设计要求。在制品中，除了定位作用的椅状结构承载部分载荷，剩余载荷由缓冲结构承载。所以，缓冲结构承载强度为：

（9）

其中，n1、n2分别为定位结构单元、缓冲结构单元个数；F1、F2分别为定位结构单

元、缓冲结构单元承受的最大载荷；W为外部载荷。

由缓冲结构模块的尺寸可得到：

（10）

其中，L、、B、分别为缓冲结构模块尺寸；x2、y2为L、、B、方向上的单元个数l、、b、分别为结构单元的底部长度、宽度，圆台状单元l、和b、均指底部直径；为单元间距。

3. 缓冲结构设计：由（1）可知，对于采用同种规格单元的纸浆模塑制品的缓冲系数可近似为结构单元的缓冲系数。由于缓冲结构单元的高度取决于外包装箱和被包装产品的尺寸，所以从建立的典型结构单元数据库中查找符合最小缓冲系数的结构单元再把相应的最大承载代入式（9）、（10）中校核承载和间距是否符合设计要求，从而就可以得到符合要求的缓冲结构单元结构及尺寸