專用裝備工程塑料包裝箱的應用研究

于鴻勝 周杰 李立永 王如玉

秦皇島天秦裝備制造股份有限公司 河北 秦皇島 066004

引言

在當今條件下，隨著現(xiàn)代化裝備的發(fā)展，利用塑料包裝來為專用裝備提供防護，已顯示出明顯的優(yōu)勢，且已成為專用裝備中重要的組成部分。長期以來，我國專用裝備包裝一直采用木制包裝，后來又以鋼代木采用了鐵籠包裝、鐵皮包裝等。但由于種種原因，木質(zhì)包裝和鐵質(zhì)包裝的發(fā)展受到很大的限制，專用裝備包裝箱急需尋求一種替代木材的新型包裝材料。由此，工程塑料作為一種性能優(yōu)異，綠色環(huán)保的新型包裝材料開始在各種專用裝備包裝上進行嘗試，并且在隨后的裝備使用中獲得大量應用。

1 國外專用裝備包裝的現(xiàn)狀

在國外強國中，航空高價值裝備包裝主要使用鋁合金包裝箱。工程塑料和復合材料包裝箱主要用于常規(guī)裝備、器材、工具類產(chǎn)品包裝。國外專用裝備包裝在研制上采用了先進材料、防潮控濕、托盤集裝化、信息化等技術。在管理上采用了標準化、通用化、系列化的管理模式。

2 國內(nèi)專用裝備包裝的現(xiàn)狀

國內(nèi)早期專用裝備包裝箱延續(xù)了俄制風格，以木箱居多，木材具有質(zhì)輕、彈性好、緩沖性好、易于加工等特點，因此長期以來廣泛應用于專用裝備包裝領域，但木包裝箱也存在著強度低、勤務處理困難、抵御蟲害及潮濕能力差，資源缺乏，環(huán)保性差等明顯的不足，不符合專用裝備包裝的發(fā)展趨勢。金屬箱強度高、結實耐用，其最大缺點是質(zhì)量大，不便于搬運，而且造價高，耐腐蝕性差。因此這兩種包裝箱正逐漸被非金屬包裝箱所代替。

21世紀以來，國內(nèi)專用裝備包裝箱融合了俄制、西方的特點，形成了中國特色，質(zhì)量相對可靠、技術相對先進、生產(chǎn)相對容易、價格相對低廉，綜合性能較好。在這種情況下工程塑料包裝箱應運而生，逐漸代替目前的木質(zhì)或鐵質(zhì)包裝箱。新形式的包裝成為重要的研制課題，工程塑料包裝以質(zhì)輕，易生產(chǎn)，強度高，化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點，開始占據(jù)專用裝備包裝領域。

3 工程塑料包裝箱在專用裝備防護中的設計要求

3.1 基本要求

①專用裝備包裝箱結構應緊湊合理，具有足夠的強度和良好的防護性能。在正常裝卸、運輸、貯存和攜行中，包裝箱不應產(chǎn)生功能性破壞和損傷。確保專用裝備不變形、不損壞、不丟失。②專用裝備包裝箱應能適應各種運輸工具的運輸和人力與機械裝卸的要求，搬運方便，堆碼穩(wěn)定，運輸安全。專用裝備包裝箱的封閉結構應采用易開關式，便于開啟和恢復封閉或密封，裝取裝備應方便。③專用裝備包裝應符合標準化、系列化要求。同型號的裝備應采用相同的包裝容器、包裝方法和包裝材料。④根據(jù)專用裝備的特性，運輸貯存環(huán)境條件和貯存期，按相關標準確定專用裝備防護包裝和裝箱等級，或按合同要求另行規(guī)定等級。⑤專用裝備包裝箱的壽命應不小于內(nèi)裝裝備的貯存壽命，在符合相關標準要求的環(huán)境中，專用裝備包裝的貯存期一般不少于15年。

3.2 材料選擇要求

①合理選擇性能適合的專用裝備包裝材料，有現(xiàn)行標準的包裝材料應直接引用，無現(xiàn)行標準的包裝材料應對包裝材料的品種、規(guī)格、各項性能指標作出規(guī)定。②專用裝備包裝材料與專用裝備之間應有良好的相容性。③專用裝備包裝材料應有良好的經(jīng)濟性。

3.3 包裝箱環(huán)境適應性要求

①專用裝備包裝箱應具有良好的耐候性，應能滿足交變濕溫試驗的要求，高低溫貯存的要求。②專用裝備防潮包裝的軟包裝或硬包裝的透濕度應滿足以下要求：一級不大于3g/m2·30d，二級不大于9g/m2·30d，對結構上容易受潮、變質(zhì)、失效的裝備，其防潮包裝容器的透濕度應滿足一級要求。③專用裝備包裝箱應有良好的防銹能力，應能滿足48h鹽霧試驗而漆層不起泡、不生銹的要求。

3.4 性能

①專用裝備包裝應能滿足在預期的運輸和使用環(huán)境中的抗振能力。②專用裝備包裝應能滿足在模擬裝卸及搬運過程中偶然跌落時承受沖擊的能力及對內(nèi)裝裝備的保護能力的要求。

3.5 尺寸

專用裝備包裝的外形尺寸應與搬運、裝卸、運輸工具及貯存等因素相匹配，直方體專用裝備運輸包裝尺寸應優(yōu)選相關標準中規(guī)定的尺寸系列。

3.6 重量

①單人攜行的裝備，包裝全重一般不大于30kg。②中小型號裝備，包裝全重一般不大于50kg。③單件重量大于35kg的專用裝備，包裝一件。④專用裝備集裝貯運時，集裝單元的最大重量應符合相關標準的規(guī)定。

3.7 顏色

專用裝備包裝箱外表面顏色應符合有關標準的規(guī)定。

4 一種專用裝備包裝箱常規(guī)設計的介紹

4.1 材料的選擇

以某公司研制的一種改性工程塑料為例，可以滿足包裝箱的技術指標要求。該材料經(jīng)國家化學材料測試中心按照GB1040、GB1043，進行高溫熱老化性能測試、低溫性能測試，能夠滿足極限高低溫條件下的貯存性能要求；進行了相容性試驗，該材料與蟲膠漆、防銹漆、硅鋼、銅類均相容。

該工程塑料材質(zhì)均勻，質(zhì)量輕、易成型、綜合力學性能優(yōu)于木材、鋼材，耐腐蝕、耐老化、抗沖擊、不怕蟲蛀、抗酸堿性能優(yōu)良。

該工程塑料具有良好的二次加工性，重復使用率高，可回收利用，減少了環(huán)境污染。作為替代木質(zhì)材料節(jié)約了大量木材，保護了森林資源，具有很高的環(huán)保價值。

4.2 結構設計

按照專用裝備包裝通用技術要求中運輸、裝卸、堆碼強度等基本要求，并結合專用裝備外形尺寸、外形特點及防護要求，進行設計。在包裝箱的結構設計方面充分考慮抗沖擊、抗壓、長貯性等方面的防護。

①包裝箱整體為上下開蓋的方箱結構。包裝箱由箱體、箱蓋、提手、鎖扣、密封膠圈和內(nèi)置定位塊等零部件組成。箱體底部設置了網(wǎng)格狀的加強筋，提高了箱體的抗彎、抗壓能力。②箱蓋縱向設計成凸凹結構，橫向增設加強筋。這種結構可提高箱蓋的抗壓強度，也能大大提高箱蓋抗扭強度。③在箱底、箱蓋分別設計長條形定位穴和定位凸起，提高包裝箱堆碼穩(wěn)固性。④箱蓋邊緣與箱體配合部位制作成插槽型，內(nèi)外雙重定位。槽口增加箱蓋的抗壓能力（可直接將力傳遞給箱體），防止箱蓋在重壓下滑移變形。箱蓋外檐同樣具有防止滑移變形的能力，并且具有防雨淋、防灰塵的功能。⑤包裝箱內(nèi)襯塊根據(jù)靜態(tài)壓縮性能和動態(tài)緩沖性能設計，采用EVA發(fā)泡材料，分為上襯塊、下襯塊。上、下襯塊設計為與箱體內(nèi)腔相配合的仿形形狀，這樣可以在堆碼時起到有效承托，防止長貯后變形，并具有良好的抗沖擊性能。這種殼體箱+發(fā)泡件的結構成熟可靠，模具一次性投入，對于類似裝備，只需改變發(fā)泡件的形狀，即解決了成本問題，又節(jié)約了研制時間，容易形成標準化、通用化、系列化的管理模式。⑥包裝箱通過金屬鎖扣扣合成一體，金屬鎖扣沖壓成型，電泳漆后形成防腐層。

4.3 包裝箱的強度校核

包裝箱的箱蓋、箱體、內(nèi)部支撐件共同構成了包裝箱的受力框架，對這些零部件進行靜載、沖擊等強度計算，根據(jù)計算結果進行修正或優(yōu)化。

4.4 生產(chǎn)工藝過程

根據(jù)專用工程塑料材料的特點，選擇注射成型工藝，選用適宜的注射成機，利用MoldFlow技術可以在模具加工前，使用計算機對整合注射成型過程進行模擬分析[1]，工藝參數(shù)依照MoldFlow模流分析軟件進行分析設定[2]，通過熔接痕疵病成型機理及原因分析，采取在注塑模具上增加排氣裝置、改進分流道分布、增加冷卻水流道組數(shù)等工藝改進措施，改進后進一步優(yōu)化注塑工藝參數(shù)[3]。工藝路線：

圖1 工藝路線示意圖

4.5 試驗驗證情況

專用裝備包裝箱的基礎性試驗要求：運輸試驗、堆碼貯存、振動試驗、跌落試驗、環(huán)境適應性試驗等項目。

4.5.1 運輸試驗。考核在運輸條件下包裝箱的防護性能。將專用裝備裝入包裝箱，再將包裝箱置于汽車的中部和后部位置，裝載重量為汽車額定載重量的1/2～1/3，并以25～40km/h的速度行駛500km，其中二、三級路面不少于全程的3/5。

4.5.2 堆碼試驗。考核包裝箱的碼放穩(wěn)定性和承載強度。將裝入模擬專用裝備的包裝箱放置在堅硬平整的水泥地面上進行堆碼穩(wěn)定試驗，單垛堆碼4m高，持續(xù)48h后檢查。

4.5.3 振動試驗。考核包裝箱在運輸和使用環(huán)境中的抗振能力。將包裝箱用夾具固定在剛性試驗臺上，載荷應盡可能均勻分布，質(zhì)量中心盡量接近臺面中心，按曲線要求的載荷量值對包裝箱三軸向分別進行振動考核，每軸向40min。

4.5.4 跌落試驗?？己税b箱的抗沖擊性能。將專用裝備裝入包裝箱內(nèi)，以1.5m高度使其自由跌落在堅硬平整的水泥地面上，每箱跌落兩次，跌落方法為：每箱在面、角、棱中任選兩項，（每組選項不允許重復）。

4.5.5 環(huán)境適應性試驗?？己税b箱是否能夠適應高溫、低溫、溫度沖擊及濕熱的環(huán)境變化需求；包裝箱的設計是否滿足防潮、鹽霧、防腐等防護性能的要求。

高溫貯存試驗方法：將包裝箱放置在高溫試驗箱中，然后升到高溫貯存試驗溫度，并在相對濕度不大于15%的試驗條件下，保溫48h。試驗結束后恢復到正常大氣條件下，直至包裝箱達到溫度穩(wěn)定。

低溫貯存試驗方法：將包裝箱放置在低溫試驗箱中，然后降至低溫貯存試驗溫度，并在相對濕度不大于15%的試驗條件下，保溫24h。試驗結束后恢復到正常大氣條件下，直至包裝箱達到溫度穩(wěn)定。

溫度沖擊試驗方法：包裝箱從高溫開始，試驗過程中，高溫為高溫貯存溫度、低溫為低溫貯存溫度，低溫段和高溫段持續(xù)時間2h，高、低溫間的轉(zhuǎn)換時間不大于1min，共進行3個循環(huán)。

濕熱試驗方法：按要求將包裝箱放置在試驗箱內(nèi)擱物架上，并處于試驗箱的有效容積內(nèi)；啟動試驗箱，將試驗箱內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)為23℃，相對濕度為50%，并保持24h；調(diào)節(jié)試驗箱內(nèi)的溫度為30℃，相對濕度為95%，在2h內(nèi)，將試驗箱溫度由30℃升到60℃，相對濕度保持95%；在60℃及相對濕度95%的條件下保持6h；在8h內(nèi)將試驗箱溫度降到30℃，降溫過程中，保持箱內(nèi)相對濕度在85%上；在30℃及相對濕度95%條件下保持8h，共進行10個周期試驗。

通過驗證試驗表明：該公司研制的工程塑料包裝箱試驗后，無功能性損壞、結構完整，內(nèi)裝專用裝備能順利從包裝箱中取出，其各項指標正常情況。

5 結束語

專用裝備工程塑料包裝箱的研制，應充分考慮專用裝備的貯存性，材料選用及結構設計合理性，體現(xiàn)現(xiàn)代工程塑料包裝箱高質(zhì)量、易制作、環(huán)境適應能力強、無污染、能回收的特點。隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，工程塑料包裝箱將代替?zhèn)鹘y(tǒng)不變的包裝形式，以其質(zhì)輕、美觀、易成型，強度高等優(yōu)點，在專用裝備包裝箱領域顯示出極其重要的作用。