一種筆記本電腦的緩沖包裝方案及設計

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，進行緩沖方案研究，設計了左右緩沖襯墊結構，在此基礎上，設計了筆記本電腦銷售包裝。研究結果表明，只要緩沖結構設計合理，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。

【關鍵詞】植物纖維發(fā)泡材料；筆記本電腦；緩沖設計

筆記本電腦質量輕、體積小，屬于易損商品，其包裝重在緩沖防護設計。近年來，重慶成為世界上最大的筆記本電腦成產基地，2014年，生產電腦6400萬臺，占全球筆記本電腦產量的40%左右[1]。大量的筆記本電腦需要出口國外，而國外對電子產品的包裝要求非常嚴格，對環(huán)境有污染、難以降解的緩沖包裝，如EPS緩沖材料禁止進入國外發(fā)達國家。因此，對筆記本電腦的緩沖包裝設計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，進行緩沖方案研究與設計，為筆記本電腦的出口包裝提供了一種低成本的包裝設計解決方案。

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，有良好的溫度適應性，常用于精密儀表、電子產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構，瓦楞紙板通過折疊組裝成某種結構來固定包裝電腦，它利用的是瓦楞紙板成型結構的緩沖性能達到保護產品的目的，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。紙漿模塑常用于機電產品和電子產品的緩沖包裝，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計

植物纖維發(fā)泡材料是以稻草、麥稈等農作物秸稈，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，經過發(fā)泡技術制成的[2-4]。農作物秸稈來源廣泛，成本低廉，但我國農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，不僅可以保護我們的生存環(huán)境免受污染，還可以通過利用農作物秸稈增加農民的收入。本文設計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。該結構和圖1（c）所示結構類似，植物纖維發(fā)泡材料有兩個，左右結構，分別套裝在筆記本電腦兩端。

2.1 產品特性分析

本次設計所針對的是13.3英寸的SONY筆記本電腦，型號為SVF143A1RT，具體參數見表1，屬于商務型筆記本電腦，粉色外殼，外觀靚麗，質量適中，便于攜帶和運輸。

產品脆值又稱產品易損度，是衡量產品沖擊強度的定量指標。定義為產品不發(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，一種是標準量值法，一種是經驗估計法。根據筆記本電腦的質量，查相關標準，確定其在運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計

緩沖襯墊設計常根據材料的緩沖系數-最大靜應力曲線，采用最小緩沖系數來設計[7]。由植物纖維發(fā)泡材料的緩沖系數-最大靜應力曲線（密度為0.265g/cm3）可知[9]，曲線最低點，緩沖系數Cmin=6，應力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外，和結構形式有很大的關系，和紙漿模塑相似，緩沖性能主要通過結構形式決定，因此，植物纖維緩沖襯墊的承載面積和厚度可以根據其結構形式的不同再調整設計。

2.3 結構設計

襯墊采用左右結構設計，兩側對稱，組裝后立放裝箱，裝配如圖2（a）（效果圖為平放）。襯墊具體結構如圖2（b）所示，每個襯墊的兩個端面內側都有一個凸臺，立放時，端面凸臺承載，該凸臺設計尺寸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。每個襯墊的兩個側面內側各設計4個凸臺，對稱分布， 凸臺設計尺寸和端面凸臺尺寸相同。為了保持壁厚均勻，襯墊內側有凸臺的外側向內凹，反之，外側有凸臺的對應的襯墊內側向內凹，外側凸起的高度，凸臺高度設計為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計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一系列質量缺陷的問題比如凹陷和縮孔。因此在壁厚的設計上，應該在滿足強度的要求下盡量使壁厚降低，一般取3-20mm。（3）過渡圓角：襯墊主體與加強筋之間，以及內外表面的轉角處都要采用圓角，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構相似，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 銷售包裝設計

市場上的筆記本電腦銷售包裝多采用瓦楞紙板，也有少數高檔的產品會采用皮質材料進行包裝。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、保護性能好、綠色環(huán)保無污染等特點。本設計采用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。根據瓦楞紙箱尺寸計算公式，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 結論

將植物纖維發(fā)泡材料通過合理的結構設計，用在筆記本電腦的緩沖包裝上，其緩沖設計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物，并進行實驗室跌落試驗。

【參考文獻】

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

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[責任編輯：朱麗娜]endprint