儿童口服药纸盒结构设计.doc

目录

一、儿童口服药纸盒结构设计 1
1.根据包装要求确定材料及规格 1
2.根据包装物的的形状、尺寸确定盒型及容积 2
3.确定盒盖、盒底结构形式、设计计算校核 3
3.1纸盒盒盖采用插锁式结构 3
3.2纸盒盒底采用快锁底结构 4
3.3纸盒盒体结构采用开窗结构 4
4.尺寸设计 4
4.1纸盒的内尺寸计算 5
4.2纸盒外尺寸计算 5
4.3纸盒制造尺寸计算 6
二、儿童口服药塑料容器结构设计 8
1.根据包装要求，确定材料及规格 8
1.1瓶身材料的选择 8
1.2瓶盖材料的选择 9
2.容积和总体尺寸的确定 10
3.造型方案论证和造型设计 10
4.结构设计 12
4.1瓶颈与瓶肩结构 12
4.2瓶盖结构 12
参考文献 13

一、儿童口服药纸盒结构设计
1.根据包装要求确定材料及规格
包装设计工作人员通常直接在样品上度量尺寸进行结构设计，但这种方法存在一些误差，达不到理想的要求。下面就以插入式/插卡式管式折叠纸盒结构设计为例，来分析如何进行结构设计。
　　首先必须获得尺寸大小，在此之前我们对管式折叠纸盒各部件尺寸大小进行标注，获得相关的字母代号，如图1所示（盒盖为插入式，盒底为插卡式）。
　　根据欧洲标准，参照管式折叠纸盒结构设计计算方法，进行相关的设计计算，可以避免在日常设计中出现的用尺进行测量的繁琐工作。所以在开始设计前，只需要知道内装物的尺寸大小及质量，通过简单的几步计算之后，就可以进行结构图的设计、绘制及成型。

图1 折叠纸盒
根据要求儿童口服药纸盒包装采折叠纸盒，折叠纸盒选用耐折纸板或细瓦楞纸板作原材料。这些原材料的适印性能好，可以进行彩色印刷。
1.1 优点
a.成本低，强度较好，具有良好的展示效果，适宜大中批量的生产。
b.与粘贴纸盒和塑料盒相比，占用空间小，运输、仓储等流通成本低廉。
c.在包装机械上的生产效率高，可以实现自动张盒、装填、折盖、封口、集装、堆码等。
d.结构变化多，能进行盒内间壁，摇盖延伸、曲线压痕、开窗、POP广告版、展销台等多种新颖处理。
1.2 缺点
a.强度较粘贴纸盒及塑料盒等多种刚性容器低。
b.外观质地不够高雅，不宜作贵重礼品的包装。
耐折纸板纸页两面均有足够的长纤维以产生必要的耐折性能和足够的弯曲强度，使其折叠后不会沿压痕线处开裂。除了低定量纸板用单长网或双长网生产外，耐折纸板一般用多圆网或叠网纸机制造。这种层合成形的方式，使得压痕时破坏纸板层间结合力。当纸板沿压痕线折叠90°或180°时，纸板内层形成凸状，降低外层的拉伸压力，避免外层纸页或涂层沿压痕线产生裂纹。
2.根据包装物的的形状、尺寸确定盒型及容积
表1
纸盒容积
（㎝2）
内装物质量
（㎏）
纸板厚度
㎜）
纸盒容积
（㎝2）
内装物质量
（㎏）
纸板厚度
（㎜）
0~300
300~650
650~1000
1000~1300
1300~1800
0~0.11
0.11~0.23
0.23~0.34
0.34~0.45
0.45~0.57
0.46
0.51
0.56
0.61
0.66

1800~2500
2500~3300
3300~4100
4100~4900
4900~6150

0.57~0.68
0.68~0.91
0.91~1.13
1.13~1.70
1.70~2.27
0.71
0.76
0.81
0.91
1.02
管式折叠盒要求：从造型 即B＜L＜H的折叠纸盒。从结构：纸盒成型过程中，盒体通过一个接头接合，盒盖与盒底都需要和襟片通过折叠组装、锁合、粘贴等方式固定或封合的纸盒。
管式折叠纸盒的旋转性：管式折叠纸盒的成型过程是相邻体板以其交线为轴，顺次旋转一定角度而成型。管式折叠纸盒盒体这种连续旋转成型的特性称为旋转性。
根据内装物的体积为125ml以及对照表格可以确定内装物质量在0.11kg以下，所以纸板的厚度确定为0.46mm，考虑到液体物品设计为长方体，以及管式折叠盒的三个尺寸要求，即可以设计内尺寸为40mm×60mm×80mm,所以纸盒容积为V=Li×Bi×Hi=60×40×80=160ml。
3.确定盒盖、盒底结构形式、设计计算校核
3.1纸盒盒盖采用插锁式结构
插锁式结构即为插入与锁口相结合：插入式盒盖有三部分组成，一个盖板和两个防尘襟片，封盖时盖板插入襟片插入盒体，通过纸板之间的摩擦力进行封合，一便于消费者开启观察，二便于多次取用，但是有自开的缺陷；锁口式是主盖板的锁舌或锁舌群插入插入相对盖板的锁孔内，特点是封口牢固可靠，开启不易；所以将两者结合起来即便于开盖又便于锁口。
插锁式结构如下：

图2 插锁式折叠纸盒
特征结构指最能表现纸盒特点的结构，一般多为局部结构。折叠纸盒通常根据特征结构命名。例如自锁底纸盒，主体结构为管式而特征结构为局部结构即自锁式盒底，故有其名。再如盘式自动折叠纸盒，其特征结构有二，一是局部结构为盒侧板或端板可以自动平折而撑开后可自动成型，另一是主体结构为盘式，这样命名就可以与具有同样功能的其他类盒型分开。还有开窗式纸盒，局部盒体开窗为特征结构，但按主体结构分别隶属于管式或盘式。
3.2纸盒盒底采用快锁底结构
如图二是最常用的锁底式结构，合体成型时要组装，成型过程分三个步骤，又称1.2.3.底，又因为组装成型速度比较快，也称快锁底。

图3 快锁底结构
3.3纸盒盒体结构采用开窗结构
开窗结构可以展示部分内装商品，吸引消费者的视线，增强其使用信心，从而具有促销功能。改药品包装采用开窗结构除了吸引购买者外，还可以增加儿童对包装药物的喜爱，消除儿童对药物的厌恶感。
开窗位置基本有如图3：a：一面（前板）开窗，b：两面（前板和一个端板）开窗，c：三面（前板和两个端板）开窗。
该包装盒采用开一面窗

图4 开窗位置
4.尺寸设计
折叠纸盒的尺寸设计，可以根据运输空间由外向内进行设计，即根据外包装瓦楞纸箱内尺寸来依次计算折叠纸盒外尺寸、制造尺寸与内尺寸。也可以根据内装物最大外形尺寸，由内向外逐级计算折叠纸盒内尺寸、制造尺寸与外尺寸。在中国进入WTO以后的国际间贸易迅速发展时期，前者的尺寸设计方法是今后发展的方向，因为它可以充分地利用运输空间从而降低流通成本。
4.1纸盒的内尺寸计算
内尺寸指纸包装的容积尺寸。它是测量值包装容器装量大小的一个重要数据，是计算纸盒或纸箱容积及其和商品内装物或内包装配合的重要设计依据。

其中：
Xi——折叠纸盒的内尺寸，mm
xmax——内装物最大外尺寸,mm
nx——内装物沿某一方向的排列数目，mm
d——内装物公差系,mm
k′——内尺寸的修正系数,mm
对于折叠纸盒，在长度和宽度方向上，k′一般取3～5mm，在高度方向上，则取1～3mm。取长度方向上k′=3.5mm，高度方向上k′=1.5mm。
如果是单件内装物，则上式取nx=1,T=0得：

根据上述公式，得：
Ln=Li=60mm；
Bn=Bi=40mm；
Hn=Hi=80mm。
4.2纸盒外尺寸计算
外尺寸指纸包装的体积尺寸。它是测纸值包装容器占用空间大小的一个重要数据，是计算纸盒或纸箱体积及其与外包装或运输仓储工具如卡车与火车车厢、集装箱、托盘等配合的重要设计依据。

其中：
X——折叠纸盒外尺寸，mm
Xi——折叠纸盒制造尺寸，mm
t——折叠纸盒纸板的厚度，mm
K——制造尺寸修正系数，一般为0--2mm；K取0
L1=80+（8-1）×1=87mm；
L2=80+（4-1）×1=83mm；
L3=80mm；
L0=80+8×1=88mm；
由以上公式求得：
H4=40+1×1=41mm；
H0=40+2=42mm；
D1=（2+1）×1=3mm；
B1=60+（4-1）×1=63mm；
B4=60+（2-1）×1=61mm；
B0=50+4×1=64mm；
D2=（0+1）×1=1mm；
所以外尺寸为88mm×64mm×42mm。
4.3纸盒制造尺寸计算
制造尺寸指生产尺寸，即在结构设计图上标注的尺寸，它是生产制造纸包装及模切板的重要依据，与内尺寸、外尺寸、纸板厚度和纸板纸板包装结构有密切关系。
制造尺3寸指生产尺寸，即在结构设计图上标注的尺寸，它是生产制造纸包装及模切板的重要依据，与内尺寸、外尺寸、纸板厚度和纸板纸板包装结构有密切关系。
将纸板从左往右排列偏号
由“复L”型制造尺寸计算公式：
由X=Xi+(n2-0.5)t+k得X=Xi+1.5t+k
其中：
X——折叠纸盒X方向上的制造尺寸，mm
Xi——折叠纸盒内尺寸，mm
t——折叠纸盒纸板的厚度，mm
n2——由内向外的纸板
k——制造尺寸修正系数，一般为0--2mm；k取0；体版1为“复L”型
由以上公式求得：
B1=Bi+(n-1)t+k=40+1.5×0.5=40.75mm；
由 “复U”型制造尺寸计算公式：
X=Xi+(n2-1)t+k
其中：纸板2)3）4）5）皆为此型；
X——折叠纸盒X方向上的制造尺寸，mm
Xi——折叠纸盒内尺寸，mm
t——折叠纸盒纸板的厚度，mm
k——制造尺寸修正系数，一般为0--2mm；k取0；
由以上公式求得：
L2=Li+k=50+0=63mm
B3=Bi+k=40+0=40mm
L4=Li+k=50+0=53mm
B5=Bi+t=k=40+0.5=40.5mm
二、儿童口服药塑料容器结构设计
1.根据包装要求，确定材料及规格
1.1瓶身材料的选择
因为包装物为药品，且为固体片状，所以对塑料包装材料的要求首先就是要安全、无毒，同时要具有一定的强度，然后是塑料材料要容易加工成型。基于以上几点要求我们可以通过对比所料材料的各项性能来做出合适的选择，常用的塑料种类有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚偏二氯乙烯及聚碳酸酯。
聚乙烯（PE）聚乙烯是世界上产量最大的合成树脂，也是消耗量最大的塑料包装材料，约占塑料包装材料的30％，低密度聚乙烯（LDPE）透明度较好，柔软、伸长率大，抗冲击性与耐低温性较HDPE为优，在各类包装中用量仍较大，但作为食品包装材料其缺点较明显。
高密度聚乙烯（HDPE）具有较高的结晶度，允许较高的使用温度，其硬度、气密性、机械程度、耐化学药品性能都较好，所以大量采用吹塑成型制成瓶子等中空容器。由于它具有较高的耐油脂性能，广泛用于盛装牛奶、牛奶制品，包装天然果汁和果酱之类的食品。不过HDPE的保香性差，装食品饮料不宜久藏。但可利用它具有热封性能好的特点，将其作为复合薄膜的内层材料。如二层、三层复合材料，已大量应用于饮料包装，美国采用玻璃纸／粘合剂／PE的复合瓶专盛柠檬汁。
聚氯乙烯（PVC）PVC塑料大致可分为硬制品、软制品和糊状制品三类。硬制品增塑剂一般少于5％，软制品中增塑剂多达20％以上。
    硬质PVC因不含或很少含有增塑剂，其成品无增塑剂的异味，而且机械强度优良，质轻，化学性质稳定，所以制成的PVC容器广泛用于饮料包装。用注拉吹法生产的PVC瓶子无缝线，瓶壁厚薄均匀，可用于盛装碳酸饮料如可口可乐等。
PVC材料的安全性一直是人们关注的问题。用于包装的PVC树脂中的氯乙烯含量不能高于1×10－6，即1千克PVC树脂只允许含1毫克氯乙烯单体，用这种PVC树脂生产的瓶子包装饮料，在食品中测不出氯乙烯单体。
聚丙烯（PP）聚丙烯薄膜是高结晶结构，透明度高，光洁，加工性能高，广泛用于制备纤维、成型制品，但主要是塑料薄膜。
PET 是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET具有良好的光学透明性。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，尺寸稳定性都很好。
PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等因而受到了广泛的应用。PBT与PET分子链结构相似，大部分性质也是一样的，只是分子主链由两个亚甲基变成了四个，所以分子更加柔顺，加工性能更加优良。作为包装材料PET优点：
a.有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。
b.耐油、耐脂肪、耐稀酸、稀碱，耐大多数溶剂。
c.具有优良的耐高、低温性能，可在120℃温度范围内长期使用，短期使用可耐150℃高温，可耐-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。
d.气体和水蒸气渗透率低，既有优良的阻气、水、油及异味性能。
e.透明度高，可阻挡紫外线，光泽性好。
f.无毒、无味，卫生安全性好，可直接用于食品包装。
1.2瓶盖材料的选择
通过以上比较我们可以得出PET材料是制作塑料瓶的最佳选择。但是对于用于制作瓶盖的材料有更高的要求，所以制作瓶盖材料的选择上除了以上要求合格外，做重要的是要有相对的强度要求，高密度聚乙烯为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，相对密度为0.941~0.960。它具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途，故我们选择高密度聚乙烯为瓶盖制作的材料。
2.容积和总体尺寸的确定
2.1容积的确定
该药瓶主要是针对儿童药物的装载，所以在设计时不仅要考虑到药品的安全，更要注意药瓶本身对儿童的安全，不能够有尖锐的棱角，所以药瓶瓶身设计为常规的圆柱体，由于包装物的体态和所装物的数量为药片50片，该药片为扁形圆柱体；
药片高度H=3mm，药片直径D=8mm；
由公式得一片药的体积为：V1=π×R×R×H=π×4×4×3=150.7；
所以总体积为：V2=150.7×50=7.5ml。
2.2总体尺寸的确定
内装物药片的总体积V2=150.7×50=7.5ml，又因为药物实际所占体积一般为药瓶总体积的七分之一左右，故药瓶体积为V=7.5×7/1=52.5ml。同时在制作时塑料瓶的左右、上下厚度由表2可知为0.9×2=1.8m左右，但是在制药容器上通常采用壁厚为2~4mm，所以由以上大体设计药瓶高为8cm，直径为5cm左右。
表2 热塑性制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值 单位：mm
塑件材料
最小壁厚
小型塑件推荐壁厚
中型塑件推荐壁厚
大型塑件推荐壁厚
尼龙
聚乙烯
聚苯乙烯
硬聚氯乙烯
聚丙烯
丙烯酸类
0.45
0.6
0.75
1.2
0.85
0.7
0.76
1.25
1.25
1.60
1.45
0.9
1.5
1.6
1.6
1.8
1.75
2.4
2.4~3.2
2.4~3.2
3.2~5.4
3.2~5.8
2.4~3.2
3.0~6.0

3.造型方案论证和造型设计
3.1瓶口结构特点
　　盛装片剂、胶囊用的塑料瓶，其瓶口直径的设计主要考虑欲盛装药品单个体积加上适当空间，既要满足机械装药的需要，也要考虑患者用药时的方便。塑料瓶颈部处的螺纹形状的横截面多数呈半圆形，从外部看为两头细螺纹。也有呈梯形的螺纹，称单头螺纹。瓶口颈部螺纹形式的设计主要取决于要与瓶盖具有良好的互配性，因为药品包装的阻湿性能很大程度上取决于瓶口与瓶盖的配合经施加扭力后的紧密度，此处是反映瓶口密封性能是否优良的主要部位。塑料瓶在装药后应采用可调节扭力大小的旋盖机来旋盖，扭力可按有关标准，视瓶盖的直径选定。瓶与盖的尺寸配合是阻湿的重要前提，而旋盖是否紧密则是阻湿效果优劣的关键。为保证药品的安全性，首先要提高瓶口部位的密封性，增加阻湿效果。目前，塑料瓶口均采用铝箔垫片电磁感应封口，而瓶盖多采用防盗盖。这种防盗盖可对密封破坏提供可见痕迹，其结构主要是瓶盖周围沿侧裙底有小孔，以形成断开线。当扭转瓶盖时，由于波形翻边的棘爪紧锁于瓶口下端的凸环下，反旋转盖即可沿断开线与锁圈断裂，以此鉴别药品包装后是否已被打开过，而作为患者用药开启与再盖也十分方便。
3.2瓶颈与瓶肩结构特点
　　药用塑料瓶的外形采用圆形瓶体较多，纵向解剖看瓶体剖面，其瓶颈与瓶肩部由两个相切的圆弧半径组成，并从切点分成两段的圆台旋转体。设计时需要计算出瓶颈与中心线的距离（半径）、肩部半径、颈部圆弧半径，并相应得出瓶颈与瓶肩总的高度。影响瓶肩强度的主要因素是瓶肩部位的倾斜角，当肩部过于平坦时，瓶体容易发生瘪陷，因此当瓶肩长为10毫米时，肩部倾斜角应超过15度，此部位厚度不应小于1毫米，以保证在盛装和贮存药品及使用过程中瓶体不发生肩破裂现象。
3.3瓶身结构特点
　　瓶身是呈圆柱形的圆形回转体，对瓶身的要求是壁厚均匀，瓶壁过厚会增大瓶体的重量，原材料消耗增大，同时瓶体内应力增大，收缩量也将增加；瓶壁过薄难以吹塑成型且强度低。一般要求是除瓶口处加强筋和螺纹部位较瓶体厚度大以外，其他部位壁厚应均匀一致。为提高塑料瓶的阻隔性及强度，瓶身厚度取值一般在1．2—1．5毫米，并有增厚的趋向。

图5
3.4瓶底结构特点
　　目前药用塑料瓶底部的设计均采用凸底或平底，双圆角结构居多。凸底即瓶底中央向瓶内凸起，形成拱穴，可增强瓶体的抗内压能力，并保证了瓶体的稳定性。吹塑成型时还可以避免塑料塌陷并可使瓶底厚度均匀。而平底双圆角的瓶底结构多数适用于大容积的瓶体，它能更好地承受内压力。
由以上瓶的五个部位结构特点可以知道药瓶设计为圆柱体是合理的。
4.结构设计
4.1瓶颈与瓶肩结构
塑料瓶必须有足够的垂直负荷强度才能承受加料嘴和压盖机构的垂直压力，而瓶体支持力还可以增加外包装的抗压强度。瓶颈与瓶肩是形成瓶体垂直负荷强度的关键部位。
瓶颈与瓶肩在垂直负荷作用下容易发生变形，瓶肩倾斜角α、瓶肩长度L或瓶肩高度H是重要的影响因素。合理的瓶肩倾斜角可使瓶口所受瓶口负荷部分分解到直立瓶身上。不同造型的瓶肩，如果没有足够的设计资料，可以通过实验确定垂直负荷强度。另外瓶肩与瓶身接合部位，只要允许，应采用较大的过渡半径R，以降低该处应力。由此药瓶设计是瓶颈与瓶肩就采用了过渡半径。
4.2瓶盖结构
根据设计要求，为了防止儿童误开药瓶，我们设计了一种新型的拉拔盖，如下图：

图7 拉拔盖
a. 外盖下部的凸舌要对准瓶颈凸缘的缺口；
b. 随后，用力拉拔外盖使内塞退出瓶口，否则难以打开。
参考文献
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