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蜂窝纸板在空调包装的应用与挑战

发布日期:2017-06-12

蜂窝纸板在空调包装的应用与挑战

本文对蜂窝纸板在空调包装上的应用情况进行了简单的阐述,详细探讨了蜂窝纸板包装在空调产品上存在的问题与不足,并对空调用蜂窝纸板包装的改进、创新进行了分析。

   蜂窝纸板在空调包装的应用

    格力电器早在1999年底已经开始立项引进蜂窝纸板作为空调包装的酝酿设计,经过充分的实验评估及对比分析,2000年初格力空调率先把蜂窝纸板应用在空调柜机产品包装上,以蜂窝包装替代EPS发泡塑料+木板的原始包装方式。随后,国内空调行业纷纷效仿设计,一时掀起了蜂窝包装的热潮。我国十几年来的实践证明,蜂窝纸板包装材料将是我国经济发展中一种不可或缺的重要资源,它以廉价的再生纸为原料,仿照蜜蜂所建筑的蜂巢结构制成,是一种质轻、强度高、用料省的纸基结构复合材料,可作为木质材料、EPS发泡塑料等的主要优选替代材料。

    经过十来年的设计改进、探讨,格力柜式空调产品包装逐步形成了以蜂窝纸板为主要材料与纸护角、EPE等材料有机组合的包装设计解决方案。采用蜂窝纸板包装结构提高了生产效率,还收到了显著的社会效益和经济效益,据不完全统计,格力空调包装通过采用蜂窝纸板替代EPS发泡塑料+木板,包装成本可降低约30%左右,2013年格力空调的全年蜂窝纸板需求量就超过一亿平方米。

    自2000年之后,随着蜂窝纸板包装技术在内包装上应用的推广,蜂窝纸板有取代发泡塑料泡沫之势。蜂窝纸板制品优点多多,重量轻、生产成本低、价格低廉、适用性广、节省资源、保护生态环境、不需要耗时制作模具、打样快捷、操作轻便,于是越来越多的空调企业的采用了蜂窝纸板来制作产品的包装,蜂窝纸板风头一时无两。

    蜂窝纸板在空调包装面临的挑战

    蜂窝包装的应用初衷是用来替代EPS白色泡沫包装,逐步减少EPS白色污染的。世界禁止白色污染的运动,我国是13个发起国之一,消除白色污染已成为我国保护环境的重要目标。但是,就目前社会现实情况来说,EPS白色泡沫还在广泛使用。而且还呈现出EPS泡沫越来越普遍使用的趋势,甚至出现原本已采用蜂窝纸包装的生产企业,重新拾起了发泡塑料来替代蜂窝纸板的现象。蜂窝纸板包装在国内已发展多年,为什么到目前还没有达到贯穿全包装行业?蜂窝纸板包装在空调产品包装上也逐步呈现出力不从心的趋势。这是什么原因呢?笔者认为主要是以下几方面的因素:

    1、蜂窝纸板烘干不理想,容易受潮。

    含水量高低对纸制品的性能影响很大。纸的水分含量一般是指在110℃左右烘干至恒重时前后重量差值与原重量的百分比,纸制品的含水量在8%~12%时最能发挥其性能特点。含量低,纸变脆易断,弯折压痕易爆裂,失去韧性;含量高,纸板变软,戳穿强度和抗压强度急速下降。一般同等工艺情况下纸定量越高,紧密度越好,防渗透性防水性越好。蜂窝芯纸与瓦楞原纸一样采用很多回收纸成分,比较容易吸水受潮。蜂窝芯纸采用多层芯纸间隔上胶错位粘合方式,与面纸结合多采用芯纸上胶,生产过程中胶的用量非常大。胶水中水份不少,芯纸粘贴面纸后形成封闭空间,其内过多水份不易散发出去。同时在后加工蜂窝纸板切块拼接成制品过程也加入大量的胶水粘贴。在蜂窝纸板生产工序,生产厂商为减少能耗往往会缩短烘干时间,在制品成型阶段采用自然晾干。当天气条件不好或出货紧急的时候,成品往往达不到要求的含水量要求,从而性能达不到要求。

    曾经到过一些国内空调企业和全国各空调物流仓库参观,蜂窝纸板包装受潮后其性能减弱甚至丧失了基本的承载作用,整个空调包装溃烂不堪。所以,蜂窝纸板蜂窝易受潮、防水性能差是影响蜂窝包装性能的一大缺点,也是制约蜂窝纸板在空调产品包装上推广应用的原因之一。

    2、蜂窝纸板后加工效率低下,制作质量、制作尺寸稳定性差。

    与国外发达国家相比国内蜂窝生产线的完整性和自动化程度还有较大的差距。生产过程中手工作业工序较多,尤其在蜂窝制品后加工工序,采用的是人海战术,效率低下,设备工具简陋。

    由于蜂窝纸板还存在如缓冲性能不及EPE,侧压强度差,戳穿强度差,表面粗糙等缺点,蜂窝包装制品往往采取多种材料相结合的方式。格力空调柜机底部蜂窝纸托有采用了EPE、纸护角、纱管纸等材料相组合的方式。国内厂商在后加工工序中,会使用大量人员进行各材料的粘合及组装:蜂窝纸板切割、纱管纸、珍珠棉切割→蜂窝纸板组装成型→纸护角粘贴→各规格EPE粘贴→纱管纸粘贴→转运、烘干、存库等等,每个环节都是手工操作。应用简单的切割工具、辅助工装,制作尺寸精度不高,很多时候定位不准确,整体包装件变形、脱落,甚至结构零件贴错位置,制作质量、制作尺寸稳定性难以保证。

    所以,蜂窝纸板包装件给人的感觉过于粗犷,与产品结构的配合度不够。导致产品在整个物流过程中的保护性能打折扣,影响产品的开箱合格率。

    3、蜂窝纸板包装耐多次冲击能力差。

    众所周知,平压强度是蜂窝纸板的强项。但如果蜂窝纸板包装受到的冲击超过其平压强度时,通过芯纸变形来产生缓冲效果,这种变形是非线性的,是不可逆的。而EPE、EPS等缓冲材料则能通过自身变形来吸收能量,外力撤离可以回弹恢复。蜂窝纸板的耐冲击能力相对差,发生较大变形缓冲时蜂窝芯纸就会压溃,面纸断裂,抵御冲击基本只有一次的承受能力。

    包装既是产品生产过程的终点,也是产品物流的起点,肩负着空调产品从打包下线、仓储、搬运、装卸、运输等等过程一直到消费者手里的安全使命。在整个物流过程当中,往往都会伴随着不同程度的外界环境激励。据检测统计,在目前国内的物流环境中,一台空调产品从出厂到送到消费者手中这一过程约受到至少4次以上的冲击事件(冲击加速度≥10g以上),如何提高蜂窝纸板包装承受多次冲击能力成为包装设计工程师的技术课题。

    4、蜂窝纸板包装的承载力、耐踩踏能力差。

    大型家电包装通常需要承受较大的堆码强度,在装卸货和仓储物流环节普遍存在踩踏包装(产品)现象,容易造成产品破损率高。早期的空调包装是采用了木框架来应对堆码和踩踏的,日本品牌空调柜机在国内销售的也有局部增加木板增强堆码和抗踩踏能力。空调蜂窝纸板包装使用的是U型结构,存在正面、侧面交叉的情况,蜂窝纸板的侧压强度比较差,因此空调蜂窝包装的承载力也不高。目前国内的空调产品均采用在蜂窝纸板包装增加纸护角加强局部的抗压能力。但由于蜂窝纸板跨度上的承载力也是其缺陷,所以在实际使用中,各个企业经常出现蜂窝包装被踩变形、踩坏而导致空调产品破损的情况。

    畅想蜂窝纸板的改进与创新

    1、蜂窝-瓦楞双面复合纸板;

    蜂窝纸板和瓦楞纸板是目前我国包装行业中广泛使用的两种纸质绿色环保包装材料。在实际应用中,蜂窝纸板多以面外承载形式———即受力方向垂直于纸板表面———作为填充材料或缓冲材料使用。然而人们也发现,虽然蜂窝纸板具有良好的面外承载性能,但其在低应力状态下的缓冲性能欠佳,瓦楞纸板与蜂窝纸板的复合则从一定程度上弥补了蜂窝纸板的这个缺陷。在小荷载情况下,瓦楞纸板具有良好的减震性能,对偶尔出现较大的冲击荷载,蜂窝纸板则可以起到一定的缓冲作用。因此将蜂窝纸板和瓦楞纸板组合使用,可结合两者的优点,拓展蜂窝纸板的应用领域。

    采用蜂窝-瓦楞双面复合纸板结构,既结合了蜂窝纸板和瓦楞纸板各自的优点,弥补了蜂窝纸板低应力下缓冲性能的缺陷,同时提高了蜂窝纸板的边压强度,整体包装的粗糙度也得到了改善,给人感觉整洁、高档。另外,蜂窝-瓦楞复合纸板充分利用了瓦楞纸板优良的折叠成型性,经过折叠后形成环形的包装衬垫,运输储存时可展开成平板状。此种衬垫结构灵活,运输储存占用空间少,易成型加工。

    实际上,蜂窝-瓦楞双面复合纸板已经在空调包装上使用了,接下来我们重点是研究如何优化两种纸板复合工艺及优化复合结构。

    2、双芯蜂窝纸板;

    蜂窝纸板要在更广的范围内得到应用,其平压强度的提高非常必要,蜂窝纸板的平压强度与芯纸定量的关系密切,芯纸定量越高,纸板的平压强度越高,然而芯纸的定量越高,纸芯在生产过程中拉开成型的难度越大。为了保证纸芯能够容易拉开成型,又能具备较高的抗压强度,已经有人提出用高、低不同两种定量的纸板作为芯纸。生产双芯蜂窝板时采用六卷芯纸,五卷为低定量芯纸,一卷为高定量芯纸或多层芯纸。双芯蜂窝纸板的生产工艺如图所示。

双芯蜂窝纸板的制芯工艺

双芯蜂窝纸板的制芯工艺

    通过对双芯蜂窝纸板进行试样试制,并对单芯与双芯蜂窝纸板的抗压性能进行了试验测试和ANSYS仿真分析,实验数据及仿真分析数据的双验证可以看出双芯蜂窝纸板的平压性能有了大幅度的提高。通过成本分析,双芯蜂窝纸板的加工工艺与单芯纸板的加工工艺基本相同,应用的纸芯原纸的成本增加较少,是一种高性价比的材料。

    3、石头纸蜂窝纸板;

    石头纸(Synthetic Paper)是一种集成纸张和塑料特点和性能的新型材料,它主要是由无机天然矿粉、聚乙烯和助剂的组合物经混合挤压混炼,然后经流压延拉伸成型的,属于具有高碳酸钙含量的合成纸。石头纸抗张强度、撕裂强度和抗冲击强度高,耐水、耐油、耐化学品性能突出,尺寸稳定、不易老化,质轻,绝热性好,不怕虫蛀等。且石头纸所含聚乙烯成分远远低于一般塑料,其降解速度也很快,这些特质国内外还未出现任何研究机构对其进行深度研究,造成了石头纸在这方面应用的稀缺。传统蜂窝纸板存在着许多固有缺陷:其防潮能力差,不耐折叠,耐撕裂强度和耐冲击强度低,易被化学品腐蚀,且不利于保存等。

    采用由75%(质量分数)的无机天然矿粉、20%的聚乙烯和助剂(铝酸酯、硬脂酸、改性剂等)原料生产的石头纸制得的定量为202 g/m2厚度为0.16 mm的蜂窝纸板和相同规格的传统蜂窝纸板比较,平压强度是传统蜂窝纸板的2.6倍,耐破度至少是其2.5倍。石头纸是在石头的主要成分碳酸钙中加入高分子化合物(如聚乙烯等),通过挤出工艺加工,再经“纸状化”处理得到的。这种工艺使石头纸不仅在外观上与普通纸张相似,同时还兼具塑料和纸张的功能特征。其蜂窝纸板耐破性能与其抗张强度呈正相关性。抗张强度高的石头纸原纸必定使得石头纸蜂窝纸板的耐破性能高。

    由于目前石头纸蜂窝纸板还停留在研究阶段,各种工艺、配方尚未完全成熟,如研究成熟推广应用相信其性能必然还能大幅度的提升。

    结语

    随着人类对可持续发展的日益重视,蜂窝纸板作为一种新型的环保包装材料具有良好的发展和应用前景。但蜂窝纸板的局限性和质量问题依然阻碍其在国内市场上的应用,因此,纸蜂窝生产企业要切实抓住机遇,在关键设备、关键工艺、创新应用等方面突破,通过自主创新,不断开发新产品,提高产品质量和增强服务意识来推进提高竞争力。为改进、提高我国电子信息工业产品包装和其它工业产品包装、为改善我国生态环境和发展循环经济服务。从而真正实现”以纸代木“、”以纸代塑“的愿景!



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