EPE缓冲包装的优化设计.docx

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EPE缓冲包装的优化设计

摘要

本文介绍了EPE的相关物理性能、相关标准和EPE的深加工以及EPE设计过程中所需注意的跌落高度、脆值、缓冲力学特性等，EPE的结构优化设计过程中应注意厚度选定，刚度，轧模等一系列问题的优化，并论述了优化设计对生产成本等的重要性，对目前用EPE做缓冲包装的公司有着重要的经济意义。

目前国外已经基本限制了EPs的生产，而国内环保的呼声也在逐渐的升高，因此EPE在将来一段时间内的市场占有量是相当可观的。

做好EPE的优化设计也就等于降低了产品的成本，将会极大地提高自身产品在市场中的竞争力，这对利用EPE作缓冲包装设计的公司经济效益的好坏有着极为重要的作用。

EPE（ExpandedPolyethylene发泡聚乙烯）不但具有回弹性好、密度低、耐候性好、耐腐蚀、阻水和易回收等优点，而且缓冲理论较为成熟，因此它将在今后一段时期内的出口产品缓冲包装领域仍会占有很大市场比率。

所以，如何对EPE做优化设计，即降低生产成本，成了众EPE商家关注的问题。

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。

关键词：

EPE；优化设计；缓冲包装；

Abstract

ThispaperintroducestherelevanceofthephysicalpropertiesofEPE,EPE-relatedstandardsandprocessing,aswellasthedesignprocessEPErequiredahighdegreeofattentiontothefall,crispvaluesofmechanicalproperties,suchasbuffer,EPEstructuraloptimizationofthedesignprocessshouldbeselectedthickness,stiffness,rollingmode,suchastheoptimizationofarangeofissues,anddiscussestheoptimaldesignoftheproductioncosts,suchastheimportanceofthecurrentbufferEPEpackagingcompaniesdohaveanimportanteconomicsignificance.Atpresent,foreigncountrieshavebasicallylimitedtheproductionofEPs,andthevoicesofdomesticenvironmentalprotectionhasalsoincreasedgradually,soEPEperiodoftimeinthefuturemarketshareisconsiderable.DoagoodjobofoptimizingthedesignofEPEisequivalenttoreducingthecostoftheproductwillgreatlyimprovetheirownproductsinthemarketcompetitiveness,whichisabufferfortheuseofEPEpackagingdesigncompanywithanextremelycost-effectivequalityofanimportantrole.EPE（ExpandedPolyethyleneFoamPolyethylene）notonlyhasgoodelasticity,lowdensityandgoodweatherresistance,corrosionresistance,waterblockingtheadvantagesofeasyrecovery,butalsomorematuretheoryofthebuffer,soitwilloveraperiodoftimeinthefutureexportspackagingareaofthebufferwillstillaccountforalargemarketshare.Therefore,howtooptimizethedesignofEPEtodo,thatis,lowerproductioncosts,EPEpublicbusinesshasbecomeaconcern.EPEenvironmentalcharacteristics,havebeenrecognizedintheworld.EPEintheproductionprocessdoesnotproduceotherchemicalcomposition,EPEwastere-useofrecyclablebuildingmaterials,non-pollutingtotheenvironment,complywithenvironmentalstandards.EPSfoamandtheenvironmentalconditionsbecomemoreandmoreofthestatusquoofEPEadvantagesinenvironmentalprotection.

Keywords：

EPE；Optimizedesign;CushionPackaging

EPE缓冲包装的优化设计

前言

随着环保要求的逐渐提高,无法自然分解，体积大且不易回收的缓冲材料EPS（ExpandedPolystyrene发泡聚苯乙烯）作为缓冲材料的市场将越来越小；瓦楞纸板虽有环保、易裁切、成本低、使用范围宽等优点，但由于其表面较硬，对某些产品表面会有磨损，难形成三维曲面，湿度影响较大，过载复原性较差，有关瓦楞纸板的缓冲理论尚未建立等原因，因此短期内还不能完全替代EPs；而EPE（ExpandedPolyethylene发泡聚乙烯）不但具有回弹性好、密度低、耐候性好、耐腐蚀、阻水和易回收等优点，而且缓冲理论较为成熟，因此它将在今后一段时期内的出口产品缓冲包装领域仍会占有很大市场比率。

所以，如何对EPE做优化设计，即降低生产成本，成了众EPE商家关注的问题。

一、EPE物理性能

EPE（Expandaplepolyephylene）即可发性聚乙烯，又称珍珠棉，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，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珍珠棉还被大量用于手袋箱包的弹性衬里，工业生产的隔音、隔热材料、农用保温材料、水产养殖的漂浮设备、体育用品的防护垫，水上作业救生器材，家庭、宾馆的地板装修、衬垫等等。

其管材大量用于空调、童车、儿童玩具、家私等行业。

EPE和各种织物的粘合制品是各种车辆和居室的良好内装修材料。

EPE和铝箔或镀铝薄膜的复合制品具有优异的反红外线紫外线能力，是一些化工设备冷藏库和野营器材汽车遮阳的代用品。

EPE（electronicproductengineering）电子产品工程是一项在电子行业中，负责新产品的新型职业.

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。

二、EPE的相关标准

密度G/cm30.03

泡孔结构-非交联封密

抗拉强度KG/CM23.40

撕裂强度KG/CM22.60

延伸度％125

吸水率MG/CM20.01

收缩率（70-C）%0.75

导热率KCAL/M.H.C0.02

使用温度-C-60到+80

柔软性-好

剪切强度KG/CM1.8-3

表面电阻欧姆普通：

无

抗静电：

10的9-11次方

三、EPE的深加工

EPE珍珠棉加工成各类结构的缓冲包装制品，需要相应的加工设备，其特点表现在自动化、智能化程度还不够，手工操作量大。

杭州路遥包装材料有限公司是一家生产EPE珍珠棉深加工设备的专业厂，经过几年不懈的努力，根据客户反馈的信息，应客户之所需，其生产的设备在自动化、智能化程度上已有很大的提高，并且能在珍珠棉深加工过程中，给客户提供相应的技术咨询。

在EPE珍珠棉深加工过程中，常用的设备及模具如下：

1、分切设备：

把EPE珍珠棉板料或卷料进行分切，为后续工序作准备。

2、冲压设备：

许多EPE零件需要加工成各种特异的形状，按要求设计好的刀模在该设备上经冲压加工后完全能得到所需的EPE零件。

3、冲压模具：

制造成本低廉的冲压刀模，克以方便地设计制造出各种特异的形状和尺寸。

4、贴合设备：

把加工好的EPE零件按图纸要求进行装配贴合，形成完整的包装制品。

其贴合设备如下：

a.热溶胶涂胶机：

滚筒长度16〞（400mm）、24〞（600mm）

 b.变频涂胶机：

滚筒长度24〞（600mm）、32〞（800mm）等

 c.热溶胶自动涂胶机：

滚筒长度16〞（400mm）24〞（600mm）和32〞（800mm）

 d.热溶胶省胶涂胶机：

滚筒长度16〞（400mm）24〞（600mm）和32〞（800mm）

5、补胶设备：

对检验出的EPE产成品贴合缺陷进行修补的设备，可根据生产实际状况配置。

6、风粘装置：

一种运用热风贴合的装置，缺点是使用时易出故障，设备维修工作量大，且产品贴合效果差，报废率高。

四、EPE的设计

EPE珍珠棉材料与其它材料一样都具有阻尼，因而也具有隔振防震的作用，因此，EPE珍珠棉包装设计基本原则仍是先按缓冲要求进行设计，然后校核其防震能力。

1、EPE珍珠棉包装的初步设计

EPE包装设计的基本要求是在保护产品免遭破损的前提下，选择适当的EPE材料，确定出合理的结构形式和尺寸。

初步设计时的基本参数除重量外，还应包括⑴代表流通环境条件的等效跌落高度；⑵代表产品特性的脆值；⑶代表产品性能的缓冲特性曲线。

2、EPE等效跌落高度

等效跌落高度仪表包装物在流通过程中跌落冲击能量的大小，主要是在装卸过程中由人、机械作业造成，其能量大小要根据产品重量、体积、大小、人员高度、搬运难易程度、方式等因素确定。

在实际使用EPE包装过程中，因国内总体流通环境条件的闭差异和技术手段的落后，大多时候使用的等效跌落高度在800MM-1000MM范围内确定。

若采用集合包装运输（托盘或集装箱），等效跌落高度取值要小得多。

3、EPE包装的产品脆值确定

通过脆值试验，根据价值大小、强度偏差、重要程度，考虑产品在运输中破损的风险度，最后确定出产品的许用脆值，这是确定产品脆值的主要方法。

另外，还可以通过脆值量值标准法和理论估算法确定产品脆值。

4、最具实用价值的EPE动态缓冲力学特性曲线的运用

EPE珍珠棉材料的最大加速度-静应力曲线（G-6S）曲线是较准确、真实地反映运输包装实际的设计方法曲线，也是最常用的方法。

实际使用中，可以采用全面缓冲法或局部缓冲法。

常用的局部缓冲法设计，首先根据等效跌落高度确定对应的力学曲线，然后在曲线上找出对应的许用脆值，并作一条水平直线交与曲线并有多个交点。

为节省材料，一般取与之相交的厚度较小的珍珠棉进行设计，在即定厚度下脆值与该厚度EPE珍珠棉曲线两个交点间小于许用脆值的点都可以选来作设计使用，且最右点是用料最省的。

5、EPE包装的校核

按基本设计做出的设计，在实际上还必须对其进行多方面的性能校核，作某些补充调整：

⑴强度的校核，使作用在产品上的力要低与产品的许用强度；⑵挠度校核，EPE包装尺寸面积与厚度之比应符合克斯特那经验公式，即最小面积要大于厚度1.33倍的2次方。

综上所述，EPE包装设计在充分保护包装物的前提下，仍然要考虑用最省的材料和方式，最大限度地发挥EPE的力学特性。

五、EPE结构的优化设计

1、厚度选定

由于EPE无法进行模塑，且厚度是规格固定的片材，因此其结构的优化设计变得较为复杂。

EPE是由固定厚度的片材粘贴而成的，因此其面向的缓；中性能与其横向的缓冲性能是有一定差异的。

因此在用EPE设计缓冲衬垫前，须先用材料试验机测定其性能后，方可进行量化的设计及相应的优化设计。

缓冲垫厚度的依据公式：

t=CH/G（5-1）

式中：

t为缓冲垫厚度，c为EPE的静态缓冲系数，H和G分别为产品的跌落高度和产品的脆值。

目前实用而比较实际的缓冲垫厚度设计方法，主要是根据EPE生产厂家提供的所选EPE的动态缓冲性能曲线，经过优化设计后，绘制缓冲垫结构图，打样，按有关标准或企业包装规范进行跌落等试验，特别是要检验缓；中系统的冲击脉冲的最大加速度、速度变化、脉冲宽度，冲击响应谱的峰值及其对应频率等关键性参数等。

假如由上述设计过程得出的EPE缓冲垫厚度t=3．8cm，则在设计中可将该厚度设定为4cm，而不是3．8cm。

其原因主要如下：

（1）诸如3．8cm等厚度属于特殊厚度，须向供应商专门订货；

（2）特殊厚度的EPE材料应用范围小，一般只能用于专项设计的缓；中垫。

因此，无论进货多或进货少都会引起相应的后遗症。

进货多，导致仓库占用量加大，导致无法周转；进货量少，会使每个订单都须订购特殊厚度EPE，会使生产周期加大，增加成本，甚至贻误交期等；虽然将EPE厚度设定为4cm会增加成本，但相对进购特殊厚度EPE来讲，却无疑是最好的办法。

2、EPE结构设计

2．1刚度

（1）在结构设计过程中，难免会遇到这样的情况，即根据理论推导出的EPE缓冲垫某处的厚度（t=o或者）是一个很小的数值，那么如果按照该值则无法进行计算或者会引起：

（1）缓冲垫整体结构刚度不够，易弯曲变形；

（2）无法堆码，因此也无法存放和运输。

因此，在遇到此类情况时，则应根据相应结构的特点来确定该处EPE的厚度，或者用其他方法来解决，如粘～层瓦楞纸板等等。

2．2轧模

轧模问题，即在结构设计过程中要考虑到所设计样品轧模时的排版问题。

也就是说，在EPE的设计过程中，为了尽量减少废料以节省包装成本，就必须考虑到自己公司所购EPE的幅宽以及轧模机的尺寸规格。

2．3量产

由于EPE不能够模塑，因此在EPE的结构设计过程中，必须考虑到所设计产品能否量产的问题。

如在包装过程中出现半圆球结构，多次曲线结构等等。

简单来讲，假设设计人员所在公司无加热丝（EPE斜切设备）的话，即便—个长度较大的、横截面为梯形的六面体也是无法量产的。

2．4撕裂

在角跌落和楞跌落时，常常会出现EPE缓冲垫局部撕裂现象。

除了要注意选用撕裂强度较高的EPE板材外，缓冲垫尖角部位应尽量设计带圆角，模切时要杜绝微裂纹的产生。

六、工艺的优化设计

由于EPE是片材，因此如果要想使其成为立体的缓冲包装垫，就必须将片材粘合在一起。

因此工艺的优化设计主要就是粘合问题。

目前粘合的方法有3种：

嵌合、电烫板粘合和热熔胶粘合。

通过以下例子可以看出不同方法的优劣。

假设1立方米的EPE价格为800元，1千克热熔胶的价格为20元，粘合一平方米EPE所用的热熔胶为0．3kg，而电烫板所融EPE厚度为0．005m，那么，用热熔胶粘合EPE的费用为6元／m2，而用电烫板粘合的费用则为4元／m2。

另外，由于粘合的难易性及粘合的次数会影响到粘合的速度，也就是说2者会影响到包装的成本。

据此可得几种方法的优劣对比：

热熔胶粘合，成本较高，精度控制较好；电烫板粘合，成本较低，精度控制较差；嵌合设计较难，不是任何缓冲结构都能实现。

具体用哪种方法（粘合）要根据实际情况来定，但根据上述例子可知，无论用哪种方法（粘合），在EPE的设计过程中都必须考虑一个问题，即粘合面积的大小以及粘合的易操作性，或嵌合结构的可用性。

七、相对客户的优化

在设计过程中，经常会出现这样的问题：

一个设计的某个地方在理论上属于废料区，那么该部分的删减就要根据不同的客户来确定了。

如果客户对缓冲包装性能要求较高，喜欢保守的设计，则可以将该废料区删除，增大缓冲面积，提高缓冲性能；如果客户对缓；中包装性能要求不高，对报价比较苛刻，则可按原设计进行。

八、具体实例优化设计

公司EPE产品主要规格为：

幅宽1000mm—3000mm。

片材厚度0.5mm—1mm，板厚度3—100mm。

公司拥有丰富的生产经验和雄厚的技术力量，可生产各类EPE片材、管材、木材、发泡板材及发泡网。

致力于向广大用户提供质量优良的产品，并根据用户的要求设计和定做各类EPE包装材料。

1、摩托FC0276产品的制作过程及相关图片

下面介绍一种公司经常做得一种摩托的产品:

FC0276它的生产过程是：

1）先开领料单从原料库领料，例如今天要做100套的产品我们就要根据尺寸表来算要领多少料，然后用直切机切出规则尺寸。

这也需要认真要把料切对要保证它表面的平滑。

2）切好的板材被工作人员带到模切机旁，要进行模切。

3）利用FC0276的模板可以砸出各种形状来达到客户的要求。

4）用热风枪及热贴板进行粘合成型完成FC0276的产品：

图8-1-1EPE

图8-1-2为直切机

能直切各种规格的板材（除10mm以下的），一般直切为10-100mm的板材，切进口400时推速要平缓，在高密度的板材，需用锯齿型锯条来裁切。

图8-1-3模切机（模切各种形状）

目前车间共有150吨和30吨两台模切机，150吨模切机规格：

1515x880mm（注意切进口400时面积不超0.5M2），30吨模切机规格：

1240X500mm

图8-1-4FC0276修改前图纸

上图为FC0276修改前的图纸，根据该图纸制作的模版砸出的余料不规格，而且尺寸过大不能丢掉，利用起来费时费力，制作出的产品也不美观。

图8-1-5FC0276修改后图纸

上图为FC0276修改后的图纸，该图纸砸出的余料可以直接用于其它产品而不需要进行再次加工，这样则降低了产品的制作成本。

图8-1-6FC0276模版

图8-1-7热贴机图8-1-8热风机

热贴机规格：

700X280mm

（1）500X280mm（2台）用于规则形状且尺寸大小在热帖板范围之内的部件贴合成型，它的温度达到200多度，在工作中一定要注意安全。

刚开始我接触时不敢用，它温度太高工作时要看好工艺卡片要粘合在适当的位置。

热风机用于异型或大面积的热贴合

图8-1-9FC0276成品

该产品是模切后通过热贴机与热风枪成型。

它尺寸很严格，两个一套这只是EPE的产品，完成后还要装到纸箱然后出货。

2、车间部分废料的利用

EPE在生产过程中还很废料，整张板材的长度、宽度所以在生产中还需要动脑怎样最节省料。

还需要把余下来的料运用到其它产品上。

这又回到摩托的产品上来。

用模板砸下来的小尺寸不可用的就扔掉了。

还有尺寸为440*110的尺寸它正好了一用在FC0220的产品上。

FC0220的产品尺寸为330*110它直接放在模板上进行模切的，模切出来的形状根据工艺卡片进行成型的。

其中剩下的尺寸可以直切成55*110两个为一套，所以100套的FC0276的余料可以做成50套的FC0220这样可以为公司节省好多。

图8-2-1FC0220成品

上图的产品都可以用余料就可以完成的，这种小尺寸的产品在生产过程中还很简单。

就是用余料比较费时间，这种产品是由三个不同尺寸粘合在一起的。

它可通过热贴机或热风枪进行粘合。

这种产品做好之后直接转到组装车间进行组装。

图8-2-2FC0006J0000D半成品

这种产品是聚乙烯泡沫防静电珍珠棉。

这就是利用车间余料经直切与打薄后的尺寸。

这种海绵和白色海绵的板材厚度基本一样。

静电的产生是共价分子链的塑料在摩擦时,得失电子很难传导消失引起的,EPE经抗静电处理后,材质表面电阻可从1014-1016Ω可降至108-1010Ω。

一般常用防静电系数在109-1011Ω。

九、结语

目前国外已经基本限制了EPs的生产，而国内环保的呼声也在逐渐的升高，因此EPE在将来一段时间内的市场占有量是相当可观的。

做好EPE的优化设计也就等于降低了产品的成本，将会极大地提高自身产品在市场中的竞争力，这对利用EPE作缓冲包装设计的公司经济效益的好坏有着极为重要的作用。

参考文献

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[7]梅林玉.缓冲包装结构设计浅析[J].中国包装,2007,27（6）

Greenplasticpackagingindustrydevelopmenttrendoftheninekindsof

Industryexpertspointoutthatgreenplasticpackagingindustrydevelopmenttrendoftheexistenceofninekinds:

1.Researchanddevelopmentofgreenrecyclablepackagingmaterial.

Packagingwasteregulationsvaryfromplacetoplace,butthereisacommonprinciple:

toencouragetheuseofrawmaterials.Inthepackagingdesignshouldmakefulluseofthesamematerial,separatedfromthematerialcancoexistand