笔记本电脑的缓冲防震包装设计.docx

摘要随着我国经济的快速增长 ，生活频率的加快，电脑发挥的作用越来越重要。由于笔记本电脑具有体积小、重量轻、携带方便等优点，其便携性和备用电源更使移动办公成为可能，因此越来越受用户推崇，市场需求量迅速增长。但笔记本电脑属于电子类产品在运输及销售环节中可能会受到外界的冲击或震荡，对其质量和外观造成一定的破坏。为了避免这种情况发生，应对笔记本电脑进行系统的缓冲（防震）包装设计，其包括：缓冲包装设计、防震设计、外包装尺寸设计。做好缓冲包装设计应首先确定产品的尺寸等数据，做出产品脆值估计，然后选择合适的缓冲材料。计算出缓冲衬垫的尺寸，最后判断设计的合理性。防震包装设计则应考虑到包装系统(外包装衬垫内装产品)的固有频率，加速度值在产品许用脆值范围内。外包装尺寸设计应先选择合适的包装材料，设计其厚度，再根据被包装的尺寸，计算出其内尺寸、制造尺寸、外尺寸。因此选择适合的缓冲包装材料与结构、计算出准确的尺寸对于缓冲衬垫和外包装箱的设计是非常重要的。本文是在确定设计对象的尺寸、重量和流通环境等一系列的条件的基础上，针对12.1英寸笔记本电脑进行了系统的缓冲包装设计。关键词:笔记本电脑；缓冲包装设计；防震包装设计AbstractAs Chinas rapid economic growth, the acceleration of the frequency of life, the role of the computer more and more important. As the laptop has a small size, light weight and easy to carry, etc., and its portability and standby power mobile office makes it possible, so more and more respected by the users, the rapid growth of market demand. But notebook computers are electronic products and sales in the transport chain may be subject to external shocks or shocks to their quality and appearance of a certain degree of damage caused. To avoid this from happening, the notebook computer system to deal with the buffer (earthquake) packaging design,Include: the design of cushioning packaging, shock-proof design, package design size. Do a good job in the design of cushioning packaging products should first determine the size of such data, the estimated value to product crisp, and then choose a suitable buffer material. To calculate the size of the buffer pad, and finally to determine the reasonableness of the design. Shockproof taken into account should be packaging design packaging system (packaging - liner - containing products) of the natural frequency, acceleration values allowable in the product range of crisp values. Package size should be designed to select the appropriate packaging materials, design of its thickness, and then in accordance with Packaged size, to calculate its size, creating dimensions, outside dimensions. So choose a buffer with the structure of packaging materials, calculate the exact size of the buffer pad and outer box design is very important. This article is designed to identify objects in the size, weight and flow of a series of conditions of the environment on the basis of 12.1 inches notebook computer for a systematic design of cushioning packaging.Key words: Notebook computers; cushioning packaging design; packaging design earthquake笔记本电脑的缓冲（防震）包装设计概述第一章 缓冲包装的设计流程一、缓冲包装设计首先确定别包装产品的尺寸及重量等，然后做别包装产品的脆值估计，确定脆值之后是为被包装产品选择适合的缓冲包装材料，再由产品脆值等数据通过式A= WG / rm、T= Cmin H / G计算出缓冲衬垫的尺寸，再根据克斯特那经验公式Amin (1.33T)2判断现有包装结构的合理性和可靠性。二、防震包装设计首先通过公式计算出包装系统(即外包装衬垫内装产品)的固有频率，再根据计算出包装系统最大振动传递率，最后根据振动加速度频率曲线图确定是否设计是否符合防振要求。三、外包装尺寸设计首先选择合适的外包装材料-瓦楞纸板，由公式及表1可以得出纸板的厚度，由公式及表2得出纸箱的内尺寸，由X = X1 + K(8)、F = B1/2 + X1 (9)及表3、4、5得出瓦楞纸箱的制造尺寸，再由X0 = Xmax + K（10）及表6得出瓦楞纸箱的外尺寸第二章 笔记本电脑的缓冲包装设计一、缓冲包装设计1、缓冲包装设计的要求本文选择的设计对象是联想电脑公司生产的12.1寸笔记本电脑，其重量为尺寸2682372lmm，该产品试验脆值为70g(测定一般有两种方法：脆值实验法与经验估算法)。其装卸搬运环节一般以机械为主装卸过程中能满足O9m的高度跌落，采用空运方式运输。2、缓冲防震设计产品流通过程中缓冲防振的目的是为了保证从缓冲衬垫传输到商品上的冲击加速度值小于导致商品破坏的脆值，同时使缓冲衬垫所产生的固有频率不超过导致商品破坏的临界共振频率，并避开运输工具的振动频率。3、缓冲包装材料的种类及性能(1)发泡聚苯乙烯EPS(Expanded Polystyrene)即发泡聚苯乙烯，它是一些特殊的发泡结晶聚苯乙烯珠粒制成，一般由苯乙烯单体、引发剂、分散剂、水、发泡剂及其他助剂经聚合后得到含发泡剂的树脂，它是目前使用最多的一种缓冲材料。聚苯乙烯是质硬、脆、透明、无定形的热塑性塑料。聚苯乙烯没有气味，燃烧时冒黑烟。聚苯乙烯易于染色和加工，吸湿性低，尺寸稳定性、电绝缘性能和热绝缘性能极好。聚苯乙烯的透光率为87%92%，其透光性仅次于有机玻璃。聚苯乙烯毒性极低，属于比较安全的塑料品种。聚苯乙烯大分子主链上带有体积较大的苯环侧链，是的大分子的内旋受阻，故柔顺性较差，且不易结晶，属线性无定形聚合物。它具有闭孔结构，吸水性小，有优良的抗水性；密度小，一般为0.0150.03；机械强度好，缓冲性能优异;加工性好，易于模塑成型；着色性好，温度适应性强，抗放射性优异等优点。但燃烧时会放出污染环境的苯乙烯气体。发泡聚苯乙烯广泛用于各种精密仪器、仪表、家用电器的缓冲包装、食品包装以及鲜鱼的活体包装箱等，还可用于保温及低发泡片材制作一次性使用的快餐盒、盘。聚苯乙烯薄膜经拉伸处理后，耐缓冲强度差的缺点得到改善，可制成热收缩膜，用于食品的收缩包装。(2)可发性聚乙烯EPE（Expand aple poly ephylene）即可发性聚乙烯，又称珍珠棉, 闭孔式微孔热塑性材料。有交联和不交联两种。是一种具有高强缓冲吸震抗震能力的新型环保包装材料。它采用丁烷发泡成形并加入两种辅料，工业或医用级超细滑石料和食品级的抗缩剂-单甘油脂，整个生产过程为物理变化，所以EPE是无毒的。所有的辅料在聚乙烯中形成独立的气泡和细密的气泡结构，使得EPE具有较高的弹性，且富有韧性而不脆，能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，达到缓冲的效果。是目前世界上比较先进的保护性内装材料。 EPE表面柔和，外观洁白、悦目，由于是完全独立气泡体，因此具有质轻、隔热、防水、防潮、防震、隔音、耐腐蚀性；抗老化能力强，具有很好的加工性，加入静电剂的粉红色EPE原料，还具有显著的防静电功能；与PO薄膜、铝膜、编织品等材料贴合，还可以增加其撕裂强度和防紫外线功能。 因EPE具有很好的加工性能，只要工艺合理，包装制品生产便于大规模作业；因其质轻使得包装产品运输费用大大降低；因其具有防震回弹性，使得产品包装有很好的抗冲击性，特别是多次冲击缓冲效果几乎保持不变。所以，EPE在产品包装方面得到广泛的运用，如电脑、电器、高档傢俬、皮具、手袋及鞋业等。特别是高档工艺品包装，EPE与其它高档装饰布、绒布结合，具有高贵、豪华的气派，又不失其良好的抗冲击震动保护效果，也是今后包装高档化发展的趋向。 EPE的环保特性，在世界已经得到公认。EPE在生产过程中没有其它化学成份产生，废弃的EPE可回收造料再利用，对环境无污染，符合环保标准。而EPS发泡胶破坏生态环境的现状日益显现出EPE在环保方面的优势。(3)聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料是异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成，按其硬度可分为软质和硬质两类，其中软质为主要品种。一般来说，它具有极佳的弹性、柔软性、伸长率和压缩强度；化学稳定性好，耐许多溶剂和油类；耐磨性优良，较天然海绵大20倍；还有优良的加工性、绝热性、粘合性等性能，是一种性能优良的缓冲材料，但价格较高。聚氨酯泡沫塑料一般只用于高档精密仪器、贵重器械、高档工艺品等的缓冲包装或衬垫缓冲材料，也可制成精致的、保护性极好的包装容器；还可采用现场发泡对物品进行缓冲包装。(4)聚氯乙烯泡沫塑料聚氯乙烯泡沫塑料是以聚氯乙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成，是一种使用较早的泡沫塑料。分硬质和软质两类，而以软质居多。它具有良好的机械性能和冲击吸收性；是一种闭孔型柔软的泡体；其密度在0.050.1gcm3之间；化学性能稳定，耐腐蚀性强；不吸水，不易燃烧，价格便宜。但它的耐候性差，有一定毒性等。聚氯乙烯泡沫塑料是一种较普通的缓冲材料，可制成盒、箱等包装容器，也可制成衬垫、衬板等，用以包装一般物品。 (5)聚丙烯泡沫塑料聚丙烯泡沫塑料是以聚丙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成。它机械强度较好，有优良的抗拉强度、柔韧性和弹性摩擦系数大，耐磨性能好，有助于制止与其相接触的光滑表面的滑动密度小，绝热性优良；无毒、无味等。但它对光的稳定性差。聚丙烯泡沫塑料是一种性能优良的缓冲材料，由于其对光洁表面的优良保护性能，已广泛用于家具、镶板、高档仪器和具有光洁面的金属器具的缓冲包装；也可作为热食品的保温包装；还可制成衬垫、衬板等缓冲材料等。(6)瓦楞纸板瓦楞纸板是先将瓦楞原纸压成瓦楞状，再在两面贴合箱板纸制成。它分单瓦楞和双瓦楞两类，每类分四种，每种又有不同的楞型。单瓦楞纸板由一层压成瓦楞的原纸和两层箱板纸加工而成；双瓦楞纸板则由两层压成瓦楞的原纸、一层芯纸和两层箱板纸加工而成。瓦楞纸板的瓦楞波纹好像一个个连接的拱形门，相互并列成一排，相互支撑，形成三角结构体，具有较好的机械强度，从平面上也能承受一定的压力，并富于弹性，缓冲作用好；它可根据需要制成各种形状大小的衬垫或容器，比塑料缓冲材料要简便、快捷；受温度影响小，遮光性好，受光照不变质，一般受湿度影响也较小，但不宜在湿度较大的环境中长期使用，这会影响其强度。瓦楞纸板是一种价格较低，应用十分广泛的缓冲材料，它可以制成各种特定形状的衬垫、衬板，用于各种物品的缓冲包装，也可制成各种大小的包装箱、盒、匣等。(7)气垫薄膜气垫薄膜是用一种特殊工艺，在两层塑料薄膜之间封入空气，在一面形成一个个突出的均匀连续的气泡，气泡的形状主要有圆筒形、半圆形和钟罩形。气垫薄膜中由于封入了大量空气，因此具有良好的弹性和隔热性；它密度很小，在0.0080.03之间；不吸潮，耐腐蚀，且不腐蚀被包装物；加工性能好，易于制成各种形状，能热封，能吸收冲击能量，有优良的缓冲性能。但它不适于包装重量较大，负荷集中的尖锐物品，以免压破或刺破气泡而使其失去缓冲作用。气垫薄膜可以制成各种形状大小的袋、套、垫、筒等容器，广泛用于药品、工艺品、仪器、仪表等物品的包装。同时它是目前唯一透明的缓冲材料，因此常用于销售包装。(8)散装材料散装材料亦叫无定形材料，其种类较多，主要有塑料丝、纸丝、木丝、泡沫块、草类等。它们来源广泛，价格低廉，且多是就地取材，缓冲效果也不错。在使用时，可将散装材料填充在被包装物品的底部或空隙中，多进行一般的，重量不太大的物品包装。4、缓冲设计缓冲包装设计要解决以下问题：选择适当的缓冲材料并确定其尺寸；判断现有包装结构的合理性和可靠性。缓冲材料确定，目前普遍用于电脑缓冲包装的是发泡聚苯乙烯(EPS)与发泡聚乙烯(EPE)， 由上述可见发泡聚乙烯的性能好于发泡聚苯乙烯故综合考虑决定使用聚乙烯泡沫塑料(比重为O.032g/cm3)作为设计的缓冲材料。缓冲材料的尺寸计算:A= WG / rm （1）T= Cmin H / G （2）式中：A一缓冲衬垫面积；W一产品重量；G一产品脆值或冲击加速度；rm材料最大应力；T一缓冲衬垫厚度；Cmin一缓冲系数；H一等效跌落高度；如图l所示，为发泡聚乙烯的缓冲系数一最大应力曲线。在本次设计中，已知参数W为23 kg，G为70g，H为90cm。在曲线图中作一条水平线，那么切点的纵坐标对应最小缓冲系数值Cmin为56，而横坐标就对应最大应力值rm为017x105Pa 图1由公式（1）（2）得缓冲气垫的厚度面积为：T= Cmin H / GT= Cmin H / G = 5.690/70 = 7.2 (cm)A= WG / rm = 1239.870104/0.17105 = 496.3 (cm2 )由于缓冲衬垫是由两块相同的缓冲垫组成每块衬垫的承载面积为s = 2485cm2挠度校核：衬垫尺寸的面积与厚度之比小于一时，衬垫容易挠曲或变弯。大大降低衬垫的负重能力。为了避免挠曲。其中最小承载面积Amin。与厚度之比应符合以下规定(克斯特那经验公式)：Amin (1.33T)2式中T厚度，cm ；Amin 面积，cm2 ；则S最小承载 =248.5 cm2 (1.337.2)2=91.7 cm2由公式（3）可判定，衬垫不会弯曲。跌落姿势的校核：在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据都是以假定的理想姿态(试验平直，底面着地)为前提的，但衬垫的实际工况远非标准姿态。实际的流通过程中。包装件跌落姿态千变万化有角着地的面着地还有棱着地的。受力情况变化较大因而有必要对基本设计尺寸作相应的调整。由于角着地时其对产品的冲击能力最大，因此需对角着地进行校核。当角着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积计算此面积可通过以下公式： 图2发泡聚乙烯的动态缓冲特性曲线式中Ae等效投影面积；L产品的长；b产品的宽；d产品的高；k系数；这里取k值为1；由公式（4）得纸箱在进角跌落时的承载；A=182.2cm2 此时静应力：r=W/Ae=0.06(kg/cm2),结合图2得，静应力为0.06kg/cm2对应的最大加速度定小于产品的脆值70g，因此基于面跌落设计的缓冲垫满足角跌落的要求，只要通过了角冲击校核，就一定能满足棱冲击的要求，所以整个设计过程中没有进行缓冲击校核。二、防震包装设计 防振设计的目的在于调节包装件的固有频率，并且通过选择恰当的阻尼材料，把包装系统(即外包装衬垫内装产品)对振动的传递率控制在预定的范围内。图3振动加速度频率曲线式中：fn产品的固有频率；k为缓冲材料的弹性系数：m为产品质量。聚乙烯的k值。为：3.34105kg/cm2故由系统的固有频率：fn=26Hz。单自由度包装系统在受迫振动条件下振动的相应传递率公式：式中：Tr传递率；f激振频率，Hz；k包装系统固有频率，Hz；阻尼比；c为阻尼系数该包装材料的阻尼系数为8.03，则由公式(5)得系统最大振动传递率为Tr=509。根据图3空运飞机的振动频谱图频率为26Hz时对应的加速度ar=2.5g，所以产品的相应加速度a=Trar=12.7g小于产品的许用脆值70g。因而符合防振要求。三、外包装尺寸设计1、包装材料的选择瓦楞纸板因无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点在运输包装中得到广泛应用，本设计也采用此材料设计外包装。对于笔记本电脑的包装一般是用单体包装的本设计选标准箱型020l型为了保持侧面的印刷面不被破坏接头设计与侧面连接由于笔记本电脑重量轻。故实际中可使用胶黏剂粘合接头。按照GBT65441999标准规定UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。A楞型的纸箱承受平面压力性能比B和C楞型差，但其承受垂直压力性能较高：B楞型的瓦楞低又密故耐垂直压力性能较差但平面耐压性能较高；c楞型性能，介于A和B楞型之间既具有良好的缓冲保护性能，又具有一定的刚性：E楞型的纸板具有重虽轻、缓冲性能好、平面抗压强度好等特点，利于直接进行印刷，综合考虑，由于本设计对象笔记本电脑再流通过程中是堆码运输，因此对其纸箱要求要有较强的平面耐压性能；此外，电脑是高精密产品，所以对缓冲垫的要求较高一般不承担了电脑的缓冲要求。即外包装无须承担缓冲功能所以综合考虑选择B单瓦楞纸板设计。2、瓦楞纸板的厚度设计瓦楞纸板的厚度是瓦楞设计中一个非常重要的因素，不仅决定着瓦楞纸箱的尺寸。而且影响到瓦楞纸箱的强度。一般是原纸厚度与瓦楞高度之和。瓦楞纸板厚度计算公式如下：式中：t瓦楞纸半实际厚度；tn内、外面纸与夹心纸的厚度；tmax瓦楞纸芯的厚度；thn瓦楞辊的高度；d瓦楞纸板制造过程中的厚度损失。在通常设计时参考表1，得出本次纸板厚度为3.3mm。 表1 瓦楞纸板计算厚度楞型纸板厚度楞型纸板厚度楞型纸板厚度A5.3AA10.4AB8.1B3.3BB6.1AC9.4C4.3CC8.4BC7.1E2.33、外包装尺寸设计由于是单体包装，就无须考虑排列方式了，所以其尺寸计算公式为：Xi纸箱的内尺寸；T缓冲件的厚度；k内尺寸修正系数。表2 瓦楞纸箱内尺寸修正系数L1B1H1小型箱中型箱大型箱3-73-71-33-45-7取KL=5mm；KB=5mm；KH=4mm；又已知Lmax=268mm；Bmax=237mm；Hmax=21mm；T=72mm；故由公式（7）得纸箱的内尺寸为：417mm386mm169mm，再由以下公式可以得到其制造尺寸：X = X1 + K (8)F = B1/2 + X1 (9)式中：X瓦楞纸箱长、宽、高制造尺寸；X1纸箱内尺寸；K制造尺寸修正系数；F纸箱对接摇盖宽度；B1纸箱非结合端面制造尺寸；X1摇盖拉长系数。表3 02类单瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm）名称楞型L1L2B1B2HA64639B32326C53538E21213表4 瓦楞纸箱接头尺寸J纸板结构单瓦楞双瓦楞J35-4045-50表5 02类单瓦楞纸箱摇盖伸长系数X1名称楞型02010203020402050206A2-30-22-30-20-2B1.5-20-11.5-20-10-1C1.5-2.50-1.51.5-2.50-1.50-1.5E000-100由表3、4、5得出K11=3；K12=2；Kb1=3；Kb2=2；K=6；J=38；X1=2；所以由公式（8）（9），得瓦楞纸箱的制造尺寸；L1 = Li + K11 =420（mm），L2 = Li + K12 =419（mm）；B1 = Bi+ Kb1 =389（mm），B2 = Bi + Kb2 =388（mm）;H = Hi +K =175（mm），F = B1/2+X1=197（mm）；再由以下公式可以得出其外尺寸：X0 = Xmax + K （10）；式中：X0 瓦楞纸箱外尺寸；Xmax 纸箱最大制造尺寸；K纸箱外尺寸修正系数。表6 瓦楞纸箱外尺寸修正系数（mm）；楞型ABCEAABBCCABACBCK5-73-54-62-410-146-108-128-129-137-11表6为纸箱外尺寸修正系数值，由此得出K=4。所以由公式（10）得；瓦楞纸箱的外尺寸为：424mm393mm179mm；4、相关图片图4 缓冲衬垫结图5 立体示意图图5 纸箱尺寸结构图结论和建议随着我国笔记本电脑市场的逐年扩大。我们必须高度重视笔记本电脑的运输包装时可能出现的问题。在考虑环境保护的前提下使用尽量少的包装材料采用有效的包装方法，保证笔记本电脑安全到达世界各地的用户手中。虽然本文只是针对121英寸设计的但其设计思路却可以应用到所有尺寸的笔记本电脑。当然，设计本身还存在一些问题：其一是本文按单自由度处理问题但理论上讲。任何种产品都可以看作具有无限个自由度，即使仅考虑有限的几个脆弱元件很多物品包装也必须按两个或多个自由度处理才能提供合理的包装设计。如果强行简化成单自由度系统。就可能引起较大的误差。其二是包装箱的设计只考虑对货物的容纳而未考虑包装箱制成后在集装箱内的装载。因此，笔记本电脑的运输包装设计还需等待进一步研究。感谢感谢我的导师尹兴，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢蒙玉超同学对我的帮助和指点。没有她的帮助和提供资料我不可能在短短三个月之内完成我的毕业论文。参考文献1彭国勋运输包装M北京：印刷工业出版社。19992马庭，王一临常用缓冲包装材料静态压缩特性试验研究J包装工程2002，23(2)：3-63范文高运输包装设计手册M北京：机械t业出版社19904周明砚，张峻岭缓冲包装设计理论的发展厦趋势J包装工程，2005，2l(2)：25285金海军，张志勇缓冲包装设计及其动态仿真模拟6徐炜峰,舒童.汽车配件的缓冲包装设计J.包装工程,2007,28(11)7张波涛,叶梁玉,刘朝阳等.EPE缓冲包装优化设计J.包装工程,2006,27(6)8路冰琳.发泡聚乙烯缓冲材料的缓冲性能研究A.第十届全国包装工程学术会议交流论文集5.2006.9路冰琳.发泡聚乙烯缓冲材料的静态压缩缓冲曲线研究J.包装工程,2007,28(2)10梅林玉.缓冲包装结构设计浅析J.中国包装,2007,27(6)