專用裝備工程塑料包裝箱的應(yīng)用研究

于鴻勝 周杰 李立永 王如玉

秦皇島天秦裝備制造股份有限公司 河北 秦皇島 066004

引言

在當(dāng)今條件下，隨著現(xiàn)代化裝備的發(fā)展，利用塑料包裝來為專用裝備提供防護(hù)，已顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，且已成為專用裝備中重要的組成部分。長期以來，我國專用裝備包裝一直采用木制包裝，后來又以鋼代木采用了鐵籠包裝、鐵皮包裝等。但由于種種原因，木質(zhì)包裝和鐵質(zhì)包裝的發(fā)展受到很大的限制，專用裝備包裝箱急需尋求一種替代木材的新型包裝材料。由此，工程塑料作為一種性能優(yōu)異，綠色環(huán)保的新型包裝材料開始在各種專用裝備包裝上進(jìn)行嘗試，并且在隨后的裝備使用中獲得大量應(yīng)用。

1 國外專用裝備包裝的現(xiàn)狀

在國外強(qiáng)國中，航空高價(jià)值裝備包裝主要使用鋁合金包裝箱。工程塑料和復(fù)合材料包裝箱主要用于常規(guī)裝備、器材、工具類產(chǎn)品包裝。國外專用裝備包裝在研制上采用了先進(jìn)材料、防潮控濕、托盤集裝化、信息化等技術(shù)。在管理上采用了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的管理模式。

2 國內(nèi)專用裝備包裝的現(xiàn)狀

國內(nèi)早期專用裝備包裝箱延續(xù)了俄制風(fēng)格，以木箱居多，木材具有質(zhì)輕、彈性好、緩沖性好、易于加工等特點(diǎn)，因此長期以來廣泛應(yīng)用于專用裝備包裝領(lǐng)域，但木包裝箱也存在著強(qiáng)度低、勤務(wù)處理困難、抵御蟲害及潮濕能力差，資源缺乏，環(huán)保性差等明顯的不足，不符合專用裝備包裝的發(fā)展趨勢(shì)。金屬箱強(qiáng)度高、結(jié)實(shí)耐用，其最大缺點(diǎn)是質(zhì)量大，不便于搬運(yùn)，而且造價(jià)高，耐腐蝕性差。因此這兩種包裝箱正逐漸被非金屬包裝箱所代替。

21世紀(jì)以來，國內(nèi)專用裝備包裝箱融合了俄制、西方的特點(diǎn)，形成了中國特色，質(zhì)量相對(duì)可靠、技術(shù)相對(duì)先進(jìn)、生產(chǎn)相對(duì)容易、價(jià)格相對(duì)低廉，綜合性能較好。在這種情況下工程塑料包裝箱應(yīng)運(yùn)而生，逐漸代替目前的木質(zhì)或鐵質(zhì)包裝箱。新形式的包裝成為重要的研制課題，工程塑料包裝以質(zhì)輕，易生產(chǎn)，強(qiáng)度高，化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，開始占據(jù)專用裝備包裝領(lǐng)域。

3 工程塑料包裝箱在專用裝備防護(hù)中的設(shè)計(jì)要求

3.1 基本要求

①專用裝備包裝箱結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊合理，具有足夠的強(qiáng)度和良好的防護(hù)性能。在正常裝卸、運(yùn)輸、貯存和攜行中，包裝箱不應(yīng)產(chǎn)生功能性破壞和損傷。確保專用裝備不變形、不損壞、不丟失。②專用裝備包裝箱應(yīng)能適應(yīng)各種運(yùn)輸工具的運(yùn)輸和人力與機(jī)械裝卸的要求，搬運(yùn)方便，堆碼穩(wěn)定，運(yùn)輸安全。專用裝備包裝箱的封閉結(jié)構(gòu)應(yīng)采用易開關(guān)式，便于開啟和恢復(fù)封閉或密封，裝取裝備應(yīng)方便。③專用裝備包裝應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)化、系列化要求。同型號(hào)的裝備應(yīng)采用相同的包裝容器、包裝方法和包裝材料。④根據(jù)專用裝備的特性，運(yùn)輸貯存環(huán)境條件和貯存期，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定專用裝備防護(hù)包裝和裝箱等級(jí)，或按合同要求另行規(guī)定等級(jí)。⑤專用裝備包裝箱的壽命應(yīng)不小于內(nèi)裝裝備的貯存壽命，在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)境中，專用裝備包裝的貯存期一般不少于15年。

3.2 材料選擇要求

①合理選擇性能適合的專用裝備包裝材料，有現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的包裝材料應(yīng)直接引用，無現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的包裝材料應(yīng)對(duì)包裝材料的品種、規(guī)格、各項(xiàng)性能指標(biāo)作出規(guī)定。②專用裝備包裝材料與專用裝備之間應(yīng)有良好的相容性。③專用裝備包裝材料應(yīng)有良好的經(jīng)濟(jì)性。

3.3 包裝箱環(huán)境適應(yīng)性要求

①專用裝備包裝箱應(yīng)具有良好的耐候性，應(yīng)能滿足交變濕溫試驗(yàn)的要求，高低溫貯存的要求。②專用裝備防潮包裝的軟包裝或硬包裝的透濕度應(yīng)滿足以下要求：一級(jí)不大于3g/m2·30d，二級(jí)不大于9g/m2·30d，對(duì)結(jié)構(gòu)上容易受潮、變質(zhì)、失效的裝備，其防潮包裝容器的透濕度應(yīng)滿足一級(jí)要求。③專用裝備包裝箱應(yīng)有良好的防銹能力，應(yīng)能滿足48h鹽霧試驗(yàn)而漆層不起泡、不生銹的要求。

3.4 性能

①專用裝備包裝應(yīng)能滿足在預(yù)期的運(yùn)輸和使用環(huán)境中的抗振能力。②專用裝備包裝應(yīng)能滿足在模擬裝卸及搬運(yùn)過程中偶然跌落時(shí)承受沖擊的能力及對(duì)內(nèi)裝裝備的保護(hù)能力的要求。

3.5 尺寸

專用裝備包裝的外形尺寸應(yīng)與搬運(yùn)、裝卸、運(yùn)輸工具及貯存等因素相匹配，直方體專用裝備運(yùn)輸包裝尺寸應(yīng)優(yōu)選相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的尺寸系列。

3.6 重量

①單人攜行的裝備，包裝全重一般不大于30kg。②中小型號(hào)裝備，包裝全重一般不大于50kg。③單件重量大于35kg的專用裝備，包裝一件。④專用裝備集裝貯運(yùn)時(shí)，集裝單元的最大重量應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

3.7 顏色

專用裝備包裝箱外表面顏色應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

4 一種專用裝備包裝箱常規(guī)設(shè)計(jì)的介紹

4.1 材料的選擇

以某公司研制的一種改性工程塑料為例，可以滿足包裝箱的技術(shù)指標(biāo)要求。該材料經(jīng)國家化學(xué)材料測試中心按照GB1040、GB1043，進(jìn)行高溫?zé)崂匣阅軠y試、低溫性能測試，能夠滿足極限高低溫條件下的貯存性能要求；進(jìn)行了相容性試驗(yàn)，該材料與蟲膠漆、防銹漆、硅鋼、銅類均相容。

該工程塑料材質(zhì)均勻，質(zhì)量輕、易成型、綜合力學(xué)性能優(yōu)于木材、鋼材，耐腐蝕、耐老化、抗沖擊、不怕蟲蛀、抗酸堿性能優(yōu)良。

該工程塑料具有良好的二次加工性，重復(fù)使用率高，可回收利用，減少了環(huán)境污染。作為替代木質(zhì)材料節(jié)約了大量木材，保護(hù)了森林資源，具有很高的環(huán)保價(jià)值。

4.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照專用裝備包裝通用技術(shù)要求中運(yùn)輸、裝卸、堆碼強(qiáng)度等基本要求，并結(jié)合專用裝備外形尺寸、外形特點(diǎn)及防護(hù)要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)。在包裝箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面充分考慮抗沖擊、抗壓、長貯性等方面的防護(hù)。

①包裝箱整體為上下開蓋的方箱結(jié)構(gòu)。包裝箱由箱體、箱蓋、提手、鎖扣、密封膠圈和內(nèi)置定位塊等零部件組成。箱體底部設(shè)置了網(wǎng)格狀的加強(qiáng)筋，提高了箱體的抗彎、抗壓能力。②箱蓋縱向設(shè)計(jì)成凸凹結(jié)構(gòu)，橫向增設(shè)加強(qiáng)筋。這種結(jié)構(gòu)可提高箱蓋的抗壓強(qiáng)度，也能大大提高箱蓋抗扭強(qiáng)度。③在箱底、箱蓋分別設(shè)計(jì)長條形定位穴和定位凸起，提高包裝箱堆碼穩(wěn)固性。④箱蓋邊緣與箱體配合部位制作成插槽型，內(nèi)外雙重定位。槽口增加箱蓋的抗壓能力（可直接將力傳遞給箱體），防止箱蓋在重壓下滑移變形。箱蓋外檐同樣具有防止滑移變形的能力，并且具有防雨淋、防灰塵的功能。⑤包裝箱內(nèi)襯塊根據(jù)靜態(tài)壓縮性能和動(dòng)態(tài)緩沖性能設(shè)計(jì)，采用EVA發(fā)泡材料，分為上襯塊、下襯塊。上、下襯塊設(shè)計(jì)為與箱體內(nèi)腔相配合的仿形形狀，這樣可以在堆碼時(shí)起到有效承托，防止長貯后變形，并具有良好的抗沖擊性能。這種殼體箱+發(fā)泡件的結(jié)構(gòu)成熟可靠，模具一次性投入，對(duì)于類似裝備，只需改變發(fā)泡件的形狀，即解決了成本問題，又節(jié)約了研制時(shí)間，容易形成標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的管理模式。⑥包裝箱通過金屬鎖扣扣合成一體，金屬鎖扣沖壓成型，電泳漆后形成防腐層。

4.3 包裝箱的強(qiáng)度校核

包裝箱的箱蓋、箱體、內(nèi)部支撐件共同構(gòu)成了包裝箱的受力框架，對(duì)這些零部件進(jìn)行靜載、沖擊等強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正或優(yōu)化。

4.4 生產(chǎn)工藝過程

根據(jù)專用工程塑料材料的特點(diǎn)，選擇注射成型工藝，選用適宜的注射成機(jī)，利用MoldFlow技術(shù)可以在模具加工前，使用計(jì)算機(jī)對(duì)整合注射成型過程進(jìn)行模擬分析[1]，工藝參數(shù)依照MoldFlow模流分析軟件進(jìn)行分析設(shè)定[2]，通過熔接痕疵病成型機(jī)理及原因分析，采取在注塑模具上增加排氣裝置、改進(jìn)分流道分布、增加冷卻水流道組數(shù)等工藝改進(jìn)措施，改進(jìn)后進(jìn)一步優(yōu)化注塑工藝參數(shù)[3]。工藝路線：

圖1 工藝路線示意圖

4.5 試驗(yàn)驗(yàn)證情況

專用裝備包裝箱的基礎(chǔ)性試驗(yàn)要求：運(yùn)輸試驗(yàn)、堆碼貯存、振動(dòng)試驗(yàn)、跌落試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)等項(xiàng)目。

4.5.1 運(yùn)輸試驗(yàn)。考核在運(yùn)輸條件下包裝箱的防護(hù)性能。將專用裝備裝入包裝箱，再將包裝箱置于汽車的中部和后部位置，裝載重量為汽車額定載重量的1/2～1/3，并以25～40km/h的速度行駛500km，其中二、三級(jí)路面不少于全程的3/5。

4.5.2 堆碼試驗(yàn)。考核包裝箱的碼放穩(wěn)定性和承載強(qiáng)度。將裝入模擬專用裝備的包裝箱放置在堅(jiān)硬平整的水泥地面上進(jìn)行堆碼穩(wěn)定試驗(yàn)，單垛堆碼4m高，持續(xù)48h后檢查。

4.5.3 振動(dòng)試驗(yàn)。考核包裝箱在運(yùn)輸和使用環(huán)境中的抗振能力。將包裝箱用夾具固定在剛性試驗(yàn)臺(tái)上，載荷應(yīng)盡可能均勻分布，質(zhì)量中心盡量接近臺(tái)面中心，按曲線要求的載荷量值對(duì)包裝箱三軸向分別進(jìn)行振動(dòng)考核，每軸向40min。

4.5.4 跌落試驗(yàn)。考核包裝箱的抗沖擊性能。將專用裝備裝入包裝箱內(nèi)，以1.5m高度使其自由跌落在堅(jiān)硬平整的水泥地面上，每箱跌落兩次，跌落方法為：每箱在面、角、棱中任選兩項(xiàng)，（每組選項(xiàng)不允許重復(fù)）。

4.5.5 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。考核包裝箱是否能夠適應(yīng)高溫、低溫、溫度沖擊及濕熱的環(huán)境變化需求；包裝箱的設(shè)計(jì)是否滿足防潮、鹽霧、防腐等防護(hù)性能的要求。

高溫貯存試驗(yàn)方法：將包裝箱放置在高溫試驗(yàn)箱中，然后升到高溫貯存試驗(yàn)溫度，并在相對(duì)濕度不大于15%的試驗(yàn)條件下，保溫48h。試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)到正常大氣條件下，直至包裝箱達(dá)到溫度穩(wěn)定。

低溫貯存試驗(yàn)方法：將包裝箱放置在低溫試驗(yàn)箱中，然后降至低溫貯存試驗(yàn)溫度，并在相對(duì)濕度不大于15%的試驗(yàn)條件下，保溫24h。試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)到正常大氣條件下，直至包裝箱達(dá)到溫度穩(wěn)定。

溫度沖擊試驗(yàn)方法：包裝箱從高溫開始，試驗(yàn)過程中，高溫為高溫貯存溫度、低溫為低溫貯存溫度，低溫段和高溫段持續(xù)時(shí)間2h，高、低溫間的轉(zhuǎn)換時(shí)間不大于1min，共進(jìn)行3個(gè)循環(huán)。

濕熱試驗(yàn)方法：按要求將包裝箱放置在試驗(yàn)箱內(nèi)擱物架上，并處于試驗(yàn)箱的有效容積內(nèi)；啟動(dòng)試驗(yàn)箱，將試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)為23℃，相對(duì)濕度為50%，并保持24h；調(diào)節(jié)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度為30℃，相對(duì)濕度為95%，在2h內(nèi)，將試驗(yàn)箱溫度由30℃升到60℃，相對(duì)濕度保持95%；在60℃及相對(duì)濕度95%的條件下保持6h；在8h內(nèi)將試驗(yàn)箱溫度降到30℃，降溫過程中，保持箱內(nèi)相對(duì)濕度在85%上；在30℃及相對(duì)濕度95%條件下保持8h，共進(jìn)行10個(gè)周期試驗(yàn)。

通過驗(yàn)證試驗(yàn)表明：該公司研制的工程塑料包裝箱試驗(yàn)后，無功能性損壞、結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)裝專用裝備能順利從包裝箱中取出，其各項(xiàng)指標(biāo)正常情況。

5 結(jié)束語

專用裝備工程塑料包裝箱的研制，應(yīng)充分考慮專用裝備的貯存性，材料選用及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，體現(xiàn)現(xiàn)代工程塑料包裝箱高質(zhì)量、易制作、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、無污染、能回收的特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工程塑料包裝箱將代替?zhèn)鹘y(tǒng)不變的包裝形式，以其質(zhì)輕、美觀、易成型，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在專用裝備包裝箱領(lǐng)域顯示出極其重要的作用。