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可折疊中空板周轉箱應用于水產運輸的結構設計
發布時間:2016-4-10      瀏覽:1088

我國的水產品總產量連續十二年居世界首位,水產品包裝及保鮮技術在當今水產品業的發展中具有十分重要的地位。由于水產品是溫度敏感性產品,其易腐敗、變質等特性對冷鏈物流過程中的相應設備及溫度控制等具有很高要求。根據易腐食品國際運輸公約,除了冷凍產品外,魚的溫度需要盡可能地控制在0 ℃左右,但是在實際冷鏈物流過程中,溫度變化仍會影響水產品的品質,同時我國現階段的冷鏈系統還不能解決產品的“最后1公里”問題,水產品也有可能由于這段時間內溫度過高而出現變質,從而造成損耗。由此,水產品運輸保溫包裝箱在對控制包裝箱內溫度變化、延緩水產品品質下降中起到了重要作用。
目前市場上常用的水產品運輸保溫包裝箱是塑料泡沫箱,材質為發泡聚苯乙烯(EPS),具有良好的保溫效果,但是箱體為整體式結構,不可折疊,在空箱的運輸、倉儲過程中只能逐個堆疊,需占用大量的倉儲、運輸空間,物流成本高。同時箱子為一次性包裝,且外箱面容易磕碰受損,廢棄后易給環境造成污染,不利于環保,因此開發一種可折疊的中空板周轉箱,實現空箱儲運時的可折疊,降低其物流成本,具有很好的實際應用價值和市場前景。
東莞潤鵬中空板制造有限公司針對市場上常用的水產品運輸保溫包裝箱不可折疊的缺點,以塑料中空板為箱體材料,結合不同保溫材料,得到可折疊水產品運輸保溫包裝箱結構設計方案,并對其物流成本及力學性能進行測試分析,為后續深入研究及其在水產品運輸包裝中的應用提供基礎。
1 可折疊水產品運輸保溫包裝箱結構設計
1.1 可折疊包裝結構分析
包裝結構是指包裝設計產品的各個有形部分之間的互相聯系、互相作用的技術方式,利用材料屬性和結構設計,解決產品的使用方式和空間利用問題。塑料泡沫箱是采用浸有發泡劑的可發性聚苯乙烯珠粒,通過紅外線、蒸汽或熱空氣等辦法加熱預發泡后,在鋁模內再次加熱發泡后制備得到聚苯乙烯塑料泡沫箱,其模具尺寸大小決定了箱子的大小,該成形工藝決定了塑料泡沫箱為整體式結構。要實現包裝箱的可折疊設計,需采用或增加新的材料,來改變包裝容器的成形方式。只有符合產品自身特性的折疊包裝結構,才能使有限的空間得到最大限度的合理利用。
在常見的包裝容器或其他產品設計中,有許多可折疊的方案設計值得借鑒思考,圖1列舉了幾種類型的包裝容器和產品可折疊設計。最為常見的是紙包裝結構設計,見圖1a。圖1b所示的《手風琴式杯面包裝》,包裝時杯子處于折疊壓縮狀態,體積較小,便于物流運輸,打開包裝使用時可將折疊結構拉伸增加杯子的存儲體積。圖1c和圖1d分別為塑料箱、木托盤圍板箱,應用于產品的物流運輸包裝,通過可折疊設計,降低儲運體積,方便回收循環使用。圖1e為折疊小圓桌設計,通過可折疊設計,方便儲藏攜帶。
 
1.2 市場上常用的保溫包裝材料
目前市場上常用的保溫包裝材料主要有泡沫塑料、塑料中空板以及真空絕熱板等。泡沫塑料品種主要包括聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯等。由于泡沫塑料是通過將高分子聚合物浸入發泡劑中多次加熱發泡得到的復合塑料,利用氣體的熱導率非常低的特點對塑料進行改性,使其具有質輕、隔熱、減震的特點,是目前市場上最常用的保溫包裝材料。塑料中空板,又叫塑料瓦楞板,結構與瓦楞紙板相似,是在聚乙烯樹脂中加入填料和各種助劑后,經壓延熱黏成的塑料雙面單瓦楞板。真空絕熱板采用真空絕熱原理,由填充芯材與真空保護表層復合而成,導熱系數低,被廣泛應用于冷藏車、航天航空、冰箱等領域,具有替代聚苯乙烯泡沫板成為冷鏈物流行業制作保溫包裝的主要材料的潛力。聚乙烯泡沫塑料(EPE)、聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)、聚酯泡沫、酚醛泡沫塑料、塑料中空板制品、泡沫玻璃、空氣、真空、真空絕熱板、瓦楞紙板的導熱系數分別為0.076,0.046,0.030,0.029~0.035,0.047~0.07,0.048,0.026,0,0.008~0.03,0.078 W(/m·℃)。
1.3 可折疊水產品運輸保溫包裝箱結構設計方案
綜合上述分析,結合水產品包裝箱防水、防潮的要求,外箱體宜采用塑料,而塑料中空板與瓦楞紙板結構相似,可以經過分切、壓線、開槽等操作后,完成箱體的可折疊設計?烧郫B水產品運輸保溫包裝箱箱體和箱蓋的展開結構見圖2,箱型設計參考盤式折疊紙盒的特點,利用旋轉、折疊性完成箱子的成形。圖2中帶“ ”標記區域粘合保溫材料,通過箱體成形可使頂面、底面、側面均有保溫材料層,保溫材料被夾于2張塑料中空板中間,可以更好地起到蓄冷隔熱的保溫作用。該結構設計可以使用不同的保溫材料層來滿足不同的保溫需求,可實現其他保溫材料在水產品保溫包裝箱中的應用,打破塑料泡沫箱獨占市場的局面?烧郫B水產品運輸保溫包裝箱的樣品折疊成形過程簡單易操作,見圖3。在采用該包裝箱進行水產品包裝時,若水產品直接放入箱內(無塑料袋包裝),由于箱體的旋轉、折疊成形特點,該箱體結構設計不能滿足水產品物流運輸中防水滲漏的要求,需在內包裝中增加塑料袋以防止水的滲漏。
 
1.4 物流成本對比分析
以市場上某一普通塑料泡沫箱(外尺寸為 520mm×360 mm×220 mm)為參照,按照圖紙制作與其內尺寸(460 mm×335 mm×180 mm)相同的可折疊水產品運輸保溫包裝箱,其內部保溫材料厚度與塑料泡沫箱壁厚相同。2種箱子的外尺寸有細微差別,可折疊水產品箱的外尺寸為534 mm×374 mm×210 mm,略大于普通塑料泡沫箱,主要是由于內部保溫材料的厚度與塑料泡沫箱壁厚相同,但可折疊水產品箱需加上外箱體塑料中空板厚度?烧郫B水產品箱折疊后的體積為0.014 m3,約為未折疊前的三分之一?障溥\輸及倉儲成本與體積成正比例關系,因此使用可折疊水產品箱可大幅度降低其物流成本。
 
2 可折疊水產品運輸保溫包裝箱力學性能分析
2.1 材料與方法
普通塑料泡沫箱(EPS材質),箱子外尺寸為520mm×360 mm×220 mm,內尺寸為460 mm×335 mm×180 mm,不同密度的塑料泡沫板(EPS和EPE材質),購買自浙江省金華銀波泡沫廠。
可折疊水產品運輸保溫包裝箱的外箱體和箱蓋,由寧波陸辰包裝科技有限公司按照圖紙加工生產,采用塑料中空板(700 g/m2)。外箱體、箱蓋加工完成后,再根據圖紙設計要求將不同保溫材料通過粘合劑粘合到塑料中空板上,最后折疊成形,完成箱子制作,箱子外尺寸為534 mm×374 mm×210 mm,內尺寸與普通塑料泡沫箱相同。試驗用箱子樣品的外箱體材料相同,內保溫材料不同,并進行編號:0#為普通泡沫塑料箱,其中EPS板密度為11.9 kg/m3;1#為可折疊箱,箱體未粘貼保溫材料;2#—4#為可折疊箱,保溫材料為EPS,EPS板的密度分別為6.5,11.9,14.6 kg/m3;5#—6#為可折疊箱,保溫材料為EPE,EPE板的密度分別為18.0,23.0 kg/m3。
參考GBT 4857.4—2008《包裝運輸包裝件基本試驗第4部分:采用壓力試驗機進行的抗壓和堆碼試驗方法》,采用GBN2000壓力試驗機測試包裝箱的抗壓強度,每種類型箱子樣品測試3次,取平均值。
2.2 結果與討論
由圖4可知,普通泡沫塑料箱的抗壓強度為2732N,可折疊水產品運輸保溫包裝箱的抗壓強度為8036~8784 N,約為普通泡沫塑料箱的3倍。在6種可折疊水產品運輸保溫包裝箱之間,抗壓強度差異性不大。內部含保溫材料層的可折疊水產品運輸保溫包裝箱的抗壓強度略高于不含保溫材料層的箱子,而內部含EPS保溫材料層的可折疊水產品運輸保溫包裝箱的抗壓強度略高于內部含 EPE 保溫材料層的箱子。結果表明,內部保溫材料層對可折疊水產品運輸保溫包裝箱的抗壓強度影響不大,其承壓性能主要依靠外箱體塑料中空板,但是對整個箱體的承壓性能略有增強作用。EPS保溫材料層對箱子抗壓強度的增強效果優于EPE保溫材料層,因為EPS較EPE硬,機械強度稍好。同時也表明通過改變外箱體塑料中空板強度可以調整包裝箱的抗壓強度來滿足不同強度的需求。若選用較好的箱體材料,包裝箱可以回收循環使用,綠色環保。
 
3 結語
針對市場上常用的水產品運輸保溫包裝箱不可折疊的缺點,借鑒紙包裝結構設計中的可折疊設計思想,以PP中空板為箱體材料,結合保溫材料,得到可折疊水產品運輸保溫包裝箱結構設計方案,可實現空箱儲運時可折疊,極大地降低了物流成本。箱子抗壓強度較好,優于市場上常用的水產品塑料泡沫箱,同時可通過調整外箱體材料及保溫材料來優化包裝箱的各方面性能,可以實現其他保溫材料在水產品保溫包裝箱中的應用,打破塑料泡沫箱獨占市場的局面。在采用該包裝箱進行水產品包裝時,需在內包裝中增加塑料袋包裝來滿足水產品物流運輸過程中防水滲漏的要求,為后續箱體結構優化、保溫試驗研究及其在水產品運輸包裝中的應用提供基礎。

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