落地式柜机空调包装用蜂窝纸板的结构与性能研究

熊立贵

（广东理工职业学院）

随着中国产品出口量不断增大，美国、欧盟等国家对中国原木包装提出了严格的熏蒸检疫要求，应用木质包装不仅出口程序繁琐，还大大的增加产品成本。中国空调产品出口量大，80%空调生产制造商在中国，如:TCL空调、美的空调、格力空调、志高空调等公司，为了与国际要求接轨，产品内包装结构都采用蜂窝纸板替代泡沫、木架等包装材料，这样不仅降低了包装成本，提高了公司的产品形象，更有利于保护环境[1]。

目前市面上的家电产品大都处于用泡沫作为内缓冲包装材料，泡沫材料（EPS）不容易降解，现在小河及垃圾堆里随处可见，形成大自然的白色污染。然而采用蜂窝纸等纸品作为内缓冲材料为包装内结构，有利于保护环境，给子孙后代留一片绿洲。因此在全球提出保护环境的条件下，包装作为保护产品在销售运输过程后，产品到达用户手中后就失去意义的丢弃物，首先考虑应用环保包装材料，是每个优秀的包装设计师都应思考的问题。在包装内缓冲结构中，设计师要有一个包装设计理念，就是在包装保护好产品的前提下，选好包装材料、用好包装材料，不能出现过渡用村料的包装设计[2]。

1. 蜂窝纸板材料

蜂窝纸板由面纸、芯纸并通过胶粘而形成的正六边形，外形像蜂窝状，是一种具有缓冲性能较好的环保材料。落地式柜机空调包装用蜂窝纸板作为内缓冲结构，其规格：蜂窝纸芯的蜂窝边长8 mm，蜂窝纸板厚度30 mm，蜂窝面纸克重250 g/m²,蜂窝芯纸克重140 g/m²，蜂窝纸板容重0.0378 g/cm3，蜂窝纸板的含水率为12±3%，平压强度180-200 kpa,静态弯曲强度95 mN.m。蜂窝纸板作为缓冲材料主要是蜂窝状的芯纸结构，支撑受力、缓冲形变、抗弯曲等因素有关，芯纸材料要考虑其克重及孔径以及蜂窝状的高度。芯纸蜂窝状的高度及孔径大小直接影响平压强度和缓冲吸收能量[3]，其影响见图1。

图2. 蜂窝纸板生产工艺流程Fig 2. Honeycomb production process

蜂窝纸板外形结构就是类似自然界蜂做成的窝巢结构原理加工而成的，其制作工艺也是通过八角设备把瓦楞原纸采用被糊化的胶粘住，且此胶不易发霉，粘接性能好，最后形成正六边立体形状，其制作工艺见图2。

2. 蜂窝纸板平压强度测试

依据QT-TK-01.03《蜂窝纸板技术标准》，取140×140 mm蜂窝纸板样件，平放在压力试验机两块工装板中间，垂直样品表面加压直至蜂窝芯破坏，读取蜂窝纸板样所能承受的最大压力。每个样件取3处样品进行测试，取平均值。

计算公式：P=Fmax/S

式中：P——平压强度，kPa；Fmax——最大施压力，N；S——受力面积，mm2。

注：样件需在温度70±2℃的烘箱中烘4 h，样件由烘箱中取出后应马上放入塑料袋中，避免重新吸潮，要实验中应尽量避免样件直接暴露空气中。

蜂窝纸板厚度不等，其平压强度值不同，下表1是蜂窝纸板平压强度参考值。

表1 蜂窝纸板平压强度 单位：kpaTab1 Honeycomb flat crush strength Unit：kpa

3. 蜂窝纸板静态弯曲强度测试

依据ISO 5628《纸和纸板 弯曲强度静态测定法 一般原则》进行测定，采用三点加荷法，试样长度为250 mm，试样宽度为50 mm，加载速度为15 mm/ min，两点之间距离为180 mm。

计算公式：S=FL³/（48bd）

式中：S——弯曲强度，mN.m；F——弯曲力，N；L——试验弯曲长度，mm；b——试验宽度，mm；d——挠度值，mm。

注：样件需在温度70±2℃的烘箱中烘4 h，样件由烘箱中取出后应马上放入塑料袋中，避免重新吸潮，在试验中应尽量避免样件直接暴露空气中[4]。

表2 蜂窝纸板静态弯曲强度 单位：mN.mTab2. Honeycomb static bending strength Unit：mN.m

4. 柜式空调包装用蜂窝纸板的结构设计

落地式柜机空调的重量比较重，市面上销售型号一般为2P、3P、5P，其面板是由塑料或钢化玻璃结构组成，容易损坏或破碎。设计此包装结构时要考虑：外形为长方体且底脚会偏大，立式放置才能平稳。无论是立式包装结构还是卧式包装结构，都要考虑运输搬运情况，特别是卧式包装还分为平放和侧放两种情况。在搬运堆放时，工人都会平的堆码形式入仓，这样就应优先考虑卧式包装结构设计。但是卧式放置包装有两种情况：a. 侧放时柜机的钣金容易出现变形；b. 卧式平放时面板的宽度较大需要克服堆码及在搬运过程中脚踩受力情况。

现TCL空调的柜式空调由于搬运及堆放存在很多问题，见下图3：

图3. 产品包装搬运、堆放问题Fig 3. Product packaging handling, stacking problems

本文研究的落地式柜机空调内包装采用全纸蜂窝板作为衬垫式包装设计方案。落地式柜机产品自身的结构成长方体，需考虑到包装的打包方式、包装成本、蜂窝板结构包装加工工艺以及内包装保护等因素，因此采用左、右蜂窝盒和中U支撑结构、上盖板、下垫板式结构形式（见下图）。

图4. 内包装组装图Fig4. Packaging assembly diagram

图5. 内包装零件图Fig 5. Packaging parts diagram

另外，为增加内蜂窝结构的强度，上盖及下垫结构蜂窝两侧加粘纸护角框架，左右箱、中蜂窝箱增加堆码强度也在箱周边加粘纸护角；另考虑空调产品本身局部的受力强度，其强度较好的地方可以直接接触蜂窝板，比较弱的部位需避开直接接触蜂窝纸板，这样可以降低产品损坏。

5. 侧压和平压性能测试分析

表3 不同厚度的蜂窝纸板侧压载荷和平压载荷测试值Tab3. Honeycomb different thicknesses maximum load pressure side pressure time peace

为了既能保护好柜机产品，又能降低蜂窝纸板用料，现分别取30 mm、25 mm、20 mm厚度及长宽尺寸和蜂窝内径相同样板，分别进行侧压和平压性能测试。

通过上述测试数据可以得出不同厚度的蜂窝纸板受力对比图。从图6可以看出，蜂窝纸厚度越小其平压强度就较强，因此平压强度与厚度有一定的影响关系。厚度对蜂窝板侧压载荷关系影响不大，主要是由于上、下两面所粘的牛卡纸所决定，因此在侧压力有要求时，可以考虑结构设计采用纸护角作为支撑受力。

图6. 不同厚度的蜂窝纸板受力对比图Fig 6. different thickness of honeycomb force comparison chart

落地式柜机的质量较重，为了提高包装结构对其侧压力加大，现在采用双粘式蜂窝结构，即在蜂窝纸板内侧再粘一块蜂窝板（见图5），对此结构进行抗压强度测试，两种材料抗压受力对比结果见图7。

图7. 两种材料抗压受力对比Fig7. the two materials contrast compressive force diagram

通过测试，粘后的复合纸板结构明显载荷增加了近一倍，复合蜂窝纸板载荷力为324N，这样可以弥补单层蜂窝纸板的载荷力。

为了充分验证落地式柜机产品设计的蜂窝包装结构是否合理，采用模拟运输进行测试验证。由于此产品质量较重（约50 kg），体积较大，一个人比较难搬运，需两个人同时搬运，这样操作两人放置时不同步导致一端出现跌落情况，因此进一步跌落测试验证。按照跌落标准，不同质量的产品的面、棱、角跌落的高度要求不同，具体要求见下表。面跌落时，产品的包装跌落面与水平面之间的夹角误差最大不超过2°。

表4 产品质量不同对应跌落高度要求Tab 4. Different product weight corresponding to the drop height

图8. 柜机缓冲包装测试情况Fig 8. product cushioning packaging test case

落地式室内空调产品根据上表格对应质量要求分别进行面、角、棱跌落测试，50 kg的质量的面跌落高度为400 mm，棱跌落高度为350 mm，角跌落高度为300 mm的测试要求。测试它们垂直最大的加速度的破损度状态，结果见上图。下为跌落时的加速度曲线图，从图9可以看出为半正弦波。

图11. 包装平面跌落时加速度的响应Fig11. response package plane fall acceleration

测试验证后得出：跌落时的加速度峰值约50 g，其峰值受跌落加速影响不大，但缓冲跌落出现的破损度不相同，面、角、棱在跌落时的损坏程度相差较大，面受力接触点较大，它的损坏程度就相对偏小，角和棱受力面积较小，损坏程度就偏大。根据这个特点，在柜机包装缓冲结构设计棱及角的保护就需要增加纸护角，增加其冲击力。因此在采用蜂窝纸板作为包装缓冲结构设计时，与纸护角配合使用，设计的内缓冲包装结构有利于保护好产品。

6. 结语

落地柜式空调产品包装结构采用蜂窝材料，不仅可以保护好产品，而且可以替代木质材料包装，减少森林砍伐，有利于保护环境。通过设计、测试验证得出：蜂窝纸板的侧平压力承载力较弱，可以采用纸护角或与瓦楞纸复合、双层蜂窝纸板一起使用，增强其承压的不足，使蜂窝纸板能得到更广泛的推广应用。蜂窝包装结构便于加工成型、省材料，成本低，材料自身质量较轻等特点，更能适合用于体积大、质量大的产品包装结构。但是蜂窝纸板作为内缓冲材料的缺陷是容易受潮变形，生产加工时大都采用人工作业完成。