专用装备工程塑料包装箱的应用研究

于鸿胜 周杰 李立永 王如玉

秦皇岛天秦装备制造股份有限公司 河北 秦皇岛 066004

引言

在当今条件下，随着现代化装备的发展，利用塑料包装来为专用装备提供防护，已显示出明显的优势，且已成为专用装备中重要的组成部分。长期以来，我国专用装备包装一直采用木制包装，后来又以钢代木采用了铁笼包装、铁皮包装等。但由于种种原因，木质包装和铁质包装的发展受到很大的限制，专用装备包装箱急需寻求一种替代木材的新型包装材料。由此，工程塑料作为一种性能优异，绿色环保的新型包装材料开始在各种专用装备包装上进行尝试，并且在随后的装备使用中获得大量应用。

1 国外专用装备包装的现状

在国外强国中，航空高价值装备包装主要使用铝合金包装箱。工程塑料和复合材料包装箱主要用于常规装备、器材、工具类产品包装。国外专用装备包装在研制上采用了先进材料、防潮控湿、托盘集装化、信息化等技术。在管理上采用了标准化、通用化、系列化的管理模式。

2 国内专用装备包装的现状

国内早期专用装备包装箱延续了俄制风格，以木箱居多，木材具有质轻、弹性好、缓冲性好、易于加工等特点，因此长期以来广泛应用于专用装备包装领域，但木包装箱也存在着强度低、勤务处理困难、抵御虫害及潮湿能力差，资源缺乏，环保性差等明显的不足，不符合专用装备包装的发展趋势。金属箱强度高、结实耐用，其最大缺点是质量大，不便于搬运，而且造价高，耐腐蚀性差。因此这两种包装箱正逐渐被非金属包装箱所代替。

21世纪以来，国内专用装备包装箱融合了俄制、西方的特点，形成了中国特色，质量相对可靠、技术相对先进、生产相对容易、价格相对低廉，综合性能较好。在这种情况下工程塑料包装箱应运而生，逐渐代替目前的木质或铁质包装箱。新形式的包装成为重要的研制课题，工程塑料包装以质轻，易生产，强度高，化学性能稳定等优点，开始占据专用装备包装领域。

3 工程塑料包装箱在专用装备防护中的设计要求

3.1 基本要求

①专用装备包装箱结构应紧凑合理，具有足够的强度和良好的防护性能。在正常装卸、运输、贮存和携行中，包装箱不应产生功能性破坏和损伤。确保专用装备不变形、不损坏、不丢失。②专用装备包装箱应能适应各种运输工具的运输和人力与机械装卸的要求，搬运方便，堆码稳定，运输安全。专用装备包装箱的封闭结构应采用易开关式，便于开启和恢复封闭或密封，装取装备应方便。③专用装备包装应符合标准化、系列化要求。同型号的装备应采用相同的包装容器、包装方法和包装材料。④根据专用装备的特性，运输贮存环境条件和贮存期，按相关标准确定专用装备防护包装和装箱等级，或按合同要求另行规定等级。⑤专用装备包装箱的寿命应不小于内装装备的贮存寿命，在符合相关标准要求的环境中，专用装备包装的贮存期一般不少于15年。

3.2 材料选择要求

①合理选择性能适合的专用装备包装材料，有现行标准的包装材料应直接引用，无现行标准的包装材料应对包装材料的品种、规格、各项性能指标作出规定。②专用装备包装材料与专用装备之间应有良好的相容性。③专用装备包装材料应有良好的经济性。

3.3 包装箱环境适应性要求

①专用装备包装箱应具有良好的耐候性，应能满足交变湿温试验的要求，高低温贮存的要求。②专用装备防潮包装的软包装或硬包装的透湿度应满足以下要求：一级不大于3g/m2·30d，二级不大于9g/m2·30d，对结构上容易受潮、变质、失效的装备，其防潮包装容器的透湿度应满足一级要求。③专用装备包装箱应有良好的防锈能力，应能满足48h盐雾试验而漆层不起泡、不生锈的要求。

3.4 性能

①专用装备包装应能满足在预期的运输和使用环境中的抗振能力。②专用装备包装应能满足在模拟装卸及搬运过程中偶然跌落时承受冲击的能力及对内装装备的保护能力的要求。

3.5 尺寸

专用装备包装的外形尺寸应与搬运、装卸、运输工具及贮存等因素相匹配，直方体专用装备运输包装尺寸应优选相关标准中规定的尺寸系列。

3.6 重量

①单人携行的装备，包装全重一般不大于30kg。②中小型号装备，包装全重一般不大于50kg。③单件重量大于35kg的专用装备，包装一件。④专用装备集装贮运时，集装单元的最大重量应符合相关标准的规定。

3.7 颜色

专用装备包装箱外表面颜色应符合有关标准的规定。

4 一种专用装备包装箱常规设计的介绍

4.1 材料的选择

以某公司研制的一种改性工程塑料为例，可以满足包装箱的技术指标要求。该材料经国家化学材料测试中心按照GB1040、GB1043，进行高温热老化性能测试、低温性能测试，能够满足极限高低温条件下的贮存性能要求；进行了相容性试验，该材料与虫胶漆、防锈漆、硅钢、铜类均相容。

该工程塑料材质均匀，质量轻、易成型、综合力学性能优于木材、钢材，耐腐蚀、耐老化、抗冲击、不怕虫蛀、抗酸碱性能优良。

该工程塑料具有良好的二次加工性，重复使用率高，可回收利用，减少了环境污染。作为替代木质材料节约了大量木材，保护了森林资源，具有很高的环保价值。

4.2 结构设计

按照专用装备包装通用技术要求中运输、装卸、堆码强度等基本要求，并结合专用装备外形尺寸、外形特点及防护要求，进行设计。在包装箱的结构设计方面充分考虑抗冲击、抗压、长贮性等方面的防护。

①包装箱整体为上下开盖的方箱结构。包装箱由箱体、箱盖、提手、锁扣、密封胶圈和内置定位块等零部件组成。箱体底部设置了网格状的加强筋，提高了箱体的抗弯、抗压能力。②箱盖纵向设计成凸凹结构，横向增设加强筋。这种结构可提高箱盖的抗压强度，也能大大提高箱盖抗扭强度。③在箱底、箱盖分别设计长条形定位穴和定位凸起，提高包装箱堆码稳固性。④箱盖边缘与箱体配合部位制作成插槽型，内外双重定位。槽口增加箱盖的抗压能力（可直接将力传递给箱体），防止箱盖在重压下滑移变形。箱盖外檐同样具有防止滑移变形的能力，并且具有防雨淋、防灰尘的功能。⑤包装箱内衬块根据静态压缩性能和动态缓冲性能设计，采用EVA发泡材料，分为上衬块、下衬块。上、下衬块设计为与箱体内腔相配合的仿形形状，这样可以在堆码时起到有效承托，防止长贮后变形，并具有良好的抗冲击性能。这种壳体箱+发泡件的结构成熟可靠，模具一次性投入，对于类似装备，只需改变发泡件的形状，即解决了成本问题，又节约了研制时间，容易形成标准化、通用化、系列化的管理模式。⑥包装箱通过金属锁扣扣合成一体，金属锁扣冲压成型，电泳漆后形成防腐层。

4.3 包装箱的强度校核

包装箱的箱盖、箱体、内部支撑件共同构成了包装箱的受力框架，对这些零部件进行静载、冲击等强度计算，根据计算结果进行修正或优化。

4.4 生产工艺过程

根据专用工程塑料材料的特点，选择注射成型工艺，选用适宜的注射成机，利用MoldFlow技术可以在模具加工前，使用计算机对整合注射成型过程进行模拟分析[1]，工艺参数依照MoldFlow模流分析软件进行分析设定[2]，通过熔接痕疵病成型机理及原因分析，采取在注塑模具上增加排气装置、改进分流道分布、增加冷却水流道组数等工艺改进措施，改进后进一步优化注塑工艺参数[3]。工艺路线：

图1 工艺路线示意图

4.5 试验验证情况

专用装备包装箱的基础性试验要求：运输试验、堆码贮存、振动试验、跌落试验、环境适应性试验等项目。

4.5.1 运输试验。考核在运输条件下包装箱的防护性能。将专用装备装入包装箱，再将包装箱置于汽车的中部和后部位置，装载重量为汽车额定载重量的1/2～1/3，并以25～40km/h的速度行驶500km，其中二、三级路面不少于全程的3/5。

4.5.2 堆码试验。考核包装箱的码放稳定性和承载强度。将装入模拟专用装备的包装箱放置在坚硬平整的水泥地面上进行堆码稳定试验，单垛堆码4m高，持续48h后检查。

4.5.3 振动试验。考核包装箱在运输和使用环境中的抗振能力。将包装箱用夹具固定在刚性试验台上，载荷应尽可能均匀分布，质量中心尽量接近台面中心，按曲线要求的载荷量值对包装箱三轴向分别进行振动考核，每轴向40min。

4.5.4 跌落试验。考核包装箱的抗冲击性能。将专用装备装入包装箱内，以1.5m高度使其自由跌落在坚硬平整的水泥地面上，每箱跌落两次，跌落方法为：每箱在面、角、棱中任选两项，（每组选项不允许重复）。

4.5.5 环境适应性试验。考核包装箱是否能够适应高温、低温、温度冲击及湿热的环境变化需求；包装箱的设计是否满足防潮、盐雾、防腐等防护性能的要求。

高温贮存试验方法：将包装箱放置在高温试验箱中，然后升到高温贮存试验温度，并在相对湿度不大于15%的试验条件下，保温48h。试验结束后恢复到正常大气条件下，直至包装箱达到温度稳定。

低温贮存试验方法：将包装箱放置在低温试验箱中，然后降至低温贮存试验温度，并在相对湿度不大于15%的试验条件下，保温24h。试验结束后恢复到正常大气条件下，直至包装箱达到温度稳定。

温度冲击试验方法：包装箱从高温开始，试验过程中，高温为高温贮存温度、低温为低温贮存温度，低温段和高温段持续时间2h，高、低温间的转换时间不大于1min，共进行3个循环。

湿热试验方法：按要求将包装箱放置在试验箱内搁物架上，并处于试验箱的有效容积内；启动试验箱，将试验箱内的温度调节为23℃，相对湿度为50%，并保持24h；调节试验箱内的温度为30℃，相对湿度为95%，在2h内，将试验箱温度由30℃升到60℃，相对湿度保持95%；在60℃及相对湿度95%的条件下保持6h；在8h内将试验箱温度降到30℃，降温过程中，保持箱内相对湿度在85%上；在30℃及相对湿度95%条件下保持8h，共进行10个周期试验。

通过验证试验表明：该公司研制的工程塑料包装箱试验后，无功能性损坏、结构完整，内装专用装备能顺利从包装箱中取出，其各项指标正常情况。

5 结束语

专用装备工程塑料包装箱的研制，应充分考虑专用装备的贮存性，材料选用及结构设计合理性，体现现代工程塑料包装箱高质量、易制作、环境适应能力强、无污染、能回收的特点。随着现代科学技术的不断发展，工程塑料包装箱将代替传统不变的包装形式，以其质轻、美观、易成型，强度高等优点，在专用装备包装箱领域显示出极其重要的作用。