Research on a Paper Cushion Packaging Liner and Its Forming Process

为防止产品在流通过程中受到外界冲击和振动等机械载荷作用而发生机械损伤，需要对产品进行缓冲保护。包装箱中的缓冲材料能够吸收冲击和振动的能量，保证包装件在可能的恶劣物流环境中不发生破损。  

缓冲材料主要有塑料缓冲材料和纸制缓冲材料两大类。塑料缓冲材料一般为经过发泡处理的合成树脂，主要包括发泡聚乙烯(EPE)、发泡聚苯乙烯(EPS)、聚氨酯(PU)等发泡塑料和气垫塑料薄膜，这些材料对环境有相当程度的影响，不易回收利用，不利于可持续发展和我国所倡导的和谐社会理念。纸质缓冲材料是近来国际上发展非常迅速的新一代绿色环保类材料，其生产原料主要为纸浆以及相关的加工助剂，是一种轻质、高缓冲性的弹性材料。这种材料相对于泡沫材料，能够全部降解，环保性能优良，是一种广为关注的代木代塑新材料，在家电包装中得到了广泛关注。

  

家电产品中洗衣机的传统缓冲包装由发泡塑料制成的顶盖、底衬垫和镶条组成。洗衣机主体通过底部金属固定圈固定于泡沫底衬垫上，泡沫顶盖放置在洗衣机主体的上面，泡沫底衬垫和顶盖之间使用塑料缓冲材料连接。塑料缓冲包装衬垫根据洗衣机底部金属固定圈以及底部外壳形状制成，用于固定洗衣机主体，确保洗衣机在运输过程中不发生移动，同时还具有一定的缓冲作用。

  

目前，洗衣机包装多采用塑料缓冲材料，不能再生，也不转化降解，而且体积较大，给回收运输造成了困难。随着人们环保意识的不断增强，发泡塑料缓冲包装衬垫已不能适应低碳环保的包装要求。目前市场上采用的纸质缓冲包装衬垫，大多数是将蜂窝纸板经特殊的冲压设备和模具冲压而成。但是单的蜂窝纸板产品的侧压强度随着孔径的增大而减小，不能可靠地固定洗衣机产品，而且此种纸质缓冲包装衬垫既不美观，防水性能也差，长时间堆码存放容易倾斜。

  

针对纸质缓冲包装衬垫的应用现状，并根据洗衣机产品的包装要求，通过将瓦楞纸板和蜂窝纸板组合，并以实现工业化生产为目标，设计了一种新型纸质缓冲包装衬垫，并提出了它的机械化生产线方案。

  

1衬垫的总体结构及性能要求1.1总体结构针对目前市场上纸质缓冲包装衬垫的不足，采取瓦楞纸板和蜂窝纸板联用的形式，纸质缓冲包装衬垫包括衬垫骨架和粘结在衬垫骨架上的缓冲体，塑料件粘结嵌入在衬垫底板上，其中的衬垫骨架由瓦楞纸板折叠而成，缓冲体由蜂窝纸板粘结而成。本产品以瓦楞纸板作为底托、定位板和插板，以块状及条状蜂窝组件作为缓冲材料，中间通过塑料件嵌入粘合在块状蜂板上，大大提高了纸质缓冲包装衬垫的缓冲强度和抗震性能。并采用了有利于机械化生产的架构设计，便于机械化生产。纸质缓冲包装衬垫见。

  

1.瓦楞底托;2.定位瓦楞纸板;3.蜂窝底板左板;4.蜂窝底板;5.蜂窝底板前板;6.蜂窝底板右板;7.塑料件;8.蜂窝底板后板纸质缓冲包装衬垫由可看出，该缓冲包装衬垫主要由瓦楞纸板、蜂窝板和塑料件组成，主要成型方式为粘胶固定、嵌入和折叠等。裁切好的瓦楞纸板和蜂窝纸板之间为白乳胶粘合固定，塑料件与蜂窝底板之间为嵌入和胶结固定，蜂窝纸板块和条之间为白乳胶粘合固定。

  

瓦楞底托的外侧则采用辊涂的方式涂覆一层防水剂。

  

纸板防水剂能明显改善纸板的耐水性，当水长时间落于纸板时，不会因沾湿而成水滴，能防止水分浸透纸板，起到超防水、超疏水效果。

  

1.2性能要求为了保证纸质缓冲包装衬垫在物流运输过程中能够起到良好的保护作用，需要测试带有洗衣机的纸质缓冲包装衬垫的机械性能(跌落和振动)和防潮性能。本纸质缓冲包装衬垫经过杭州松下家用电器公司检测检验，可以达到以下规定的项目。

  

跌落性能。将洗衣机放置于以上所述的纸质缓冲包装衬垫上，打包包装好，连续经过45mm高度的角跌落，60mm高度的两侧楞跌落，45mm高度的两侧面跌落以及60mm高度的面跌落，洗衣机无变形和破损，洗衣机表面无划痕。

  

振动性能。在100Hz连续振动条件下，连续振动40h，洗衣机均无变形，锁紧件无松动，洗衣机吊杆等易碎部件无破碎，洗衣机底部无划痕。

  

堆码性能。将打包包装好的洗衣机放置于之上所述的纸质缓冲包装衬垫上，在洗衣机包装箱的顶部垂直分散施加60kg压力，洗衣机包装箱高度变化不大于3mm.防潮性能。满足ISZ1537-1995要求，即当水短时间落于其上时，不会因沾湿而成水滴，能防止水浸透纸板。

  

2生产设备的工艺流程及关键机构设计2.1加工工艺流程分析根据上文纸制缓冲包装衬垫结构和性能的分析，可确定纸制缓冲包装衬垫的成型方式为：瓦楞底托经摇翼折叠粘合成型，蜂窝底板胶粘固定在瓦楞底托上，蜂窝左板、右板、后板和定位板胶结固定在蜂窝底板上，塑料件部分嵌入蜂窝底板，并胶结固定在蜂窝底板上。基于其结构形式和成型方式的特点，确定该纸质缓冲包装衬垫的工艺原理。根据纸质缓冲包装撑条的结构设计，其加工过程可以分为瓦楞底托输送、涂胶，蜂窝块条移置、粘合，缓冲包装衬垫自动成型，塑料件移置、粘结等步骤，具体过程见。

  

该纸质缓冲包装衬垫的加工工艺流程大致如下：(1)在衬垫底托盒坯上表面指定位置涂胶;(2)蜂窝底板和蜂窝前板通过各自的物料供送机构和移置纸质缓冲包装衬垫加工工艺原理机构，分别粘合固定在底托盒坯的相应位置;(3)在蜂窝底板上表面的指定位置涂胶;(4)蜂窝后板和蜂窝左右板通过各自的物料供送机构和移置机构，分别粘合固定在蜂窝底板的相应位置;(5)缓冲包装衬垫进入成型工位，通过底托成型机将衬垫底托成型;(6)在蜂窝底板上表面的指定位置涂胶;(7)瓦楞定位板和塑料件通过各自的物料供送机构和移置机构，分别粘合固定在蜂窝底板的相应位置。

  

为了实现上述工艺路线，同时保证各个设计要素的独立性，本设备须要包含如下子系统：物料供送系统、物料移置系统、涂胶系统、底托成型系统、输送链板系统等。

  

由上述工艺路线可以看出，要实现系统功能，整条生产设备设计必须合理，各工位除其机械结构安全可靠外，还必须实现机电一体化，各工位之间在控制子系统的作用下相互配合，协调动作。

  

根据行业现状和生产设备，确定本系统的基本参数如下：适用物料为纸质缓冲包装衬垫;操作工人数量为1名;生产能力为每分钟1015个;工作时间为每天8h;年工作日为300d;年生产量为200万个。

  

2.2关键机构瓦楞底托成型机构的设计根据基本参数，要达到1015个/mm的生产能力，则设计生产能力应该在12个以上，平均每个5s.瓦楞底托成型系统要完成施胶，瓦楞底托的折叠，襟片的粘合、保压几个动作，无疑成为整条生产线的瓶颈工序，故纸质缓冲包装衬垫的瓦楞底托成型系统为本生产线的关键子系统，其每个机构的结构设计以及动作的协调配合尤其重要。

  

2.2.1成型工艺及结构组成纸制缓冲包装衬垫加工到底托成型时，见，蜂窝底板和前板已经粘合在底托上，而蜂窝后板和左右板粘合固定在蜂窝底板上。底托盒坯为一块已经模切压痕好的瓦楞纸板，底托成型即底托盒坯摇翼折起以及其襟片分别粘合成型的过程。

  

根据该类型盒坯的结构形式特点，可确定其成型工艺为：将纸质缓冲包装衬垫置于自动成型机的成型模具上，在瓦楞底板4角的襟片处进行施胶处理，在蜂窝纸板上表面垂直向下加压，其摇翼以及粘贴襟片通过模具在下压过程中先后按顺序折起，粘贴襟片分别粘合，下压到模具最底部时，底托成型完成。

  

经瓦楞底托成型机成型工艺分析可知，成型机主要由涂胶设备、推送机构和成型机构3部分组成。涂胶设备负责在底托盒坯襟片处施加胶水，推送机构负责完成将衬垫送进与送出成型工位的动作，而成型机构负责完成将衬垫底托加工成型的工序。缓冲包装衬垫底托的整个成型时间为5s.

2.2.2涂胶机构纸质缓冲包装衬垫瓦楞底托成型时间短，所使用的胶水须要具有粘结强度高、固化速度快的特性。综合其工艺要求、企业利益和人性化设计原则等因素，成型机采用包装用热溶胶，配以相对应的热熔胶胶机。

  

热熔胶机的结构通常包括熔缸、齿轮泵、分岐座、输胶喉管、枪体、电控制系统和外罩壳等部件。热熔胶放入熔缸进行加温预热，当熔缸预热到135°C(可自由设定)便接通自动跟踪箱电源。当所有的温控点达到预设定温度后便开始工作。启动或自动马达，热熔胶经过齿轮泵作用泵出熔缸，经过滤网通过回流阀输出，再经过保温管进入枪体，达到喷胶涂胶的目的。

  

根据纸质缓冲包装衬垫的成型工艺以及热熔胶机的结构特点，可选择无锡冉信热熔胶机械设备有限公司生产的喷胶机设备，在纸质缓冲包装衬垫4个襟1.机架;2.复位弹簧;3.升降底座;4.皮带;5.辊轮;6.襟片挡块;7.导槽成型机构的成型组件Fig.片处分别配备有4个枪体，独立喷胶。

  

2.2.3成型机构基于衬垫底托的成型工艺分析，成型机的成型机构由提供压力的压板组件和使衬垫底托的摇翼及襟片按顺序折起和粘合的成型组件组成。

  

压板组件的功能主要是提供底托成型压力，并且使折起的襟片下压至正确位置。按要求设计的成型机构压板组件见。

  

1.压板;2.支座;3.导杆;4.升降气缸;5.保压气缸;6.保压推板;7.气缸;8.推板成型机构压板组件Fig.升降气缸3上端固定在成型机机架上，下端连接支座2，导杆3在压板组件升降时起到导向的作用。压板组件的工作原理为：升降气缸4驱动支座2下降，通过固定在支座2上的5个压板1下压衬垫，使其在成型组件上逐渐成型，同时支座2上的气缸7驱动推板8将折起的襟片下压至正确位置，同时保压气缸5驱动保压推板6将襟片与底托瓦楞纸板压实保压，保压3s后压板组件复位，取出缓冲包装衬垫。

  

成型组件的功能主要是借助压板组件的下压力，并通过成型组件各个部件，将衬垫底托的各个摇翼和襟片按顺序分别折起和粘合，最后使衬垫底托完全成型。按要求设计的成型机构成型组件见。

  

升降底座3通过其底部6根导杆和复位弹簧2与成型机机架1连接，升降底座3上的2个皮带4为工作平面，且其四周分别布置着一组辊轮5和一个襟片挡块6，图中7为衬垫的导槽。成型组件的工作原理为：置于工作平面皮带4上的衬垫底托在压力组件的压力作用下，随着升降底座3逐渐下降并压缩复位弹簧2，底托的襟片首先被挡块6逐渐折弯，同时其摇翼分别随辊轮的转动而折起，当升降底座3下降至最底部时，底托的摇翼和襟片都完全折起并且分别粘合，压力组件复位，升降底座3在复位弹簧2的作用下上升至初始位置。

  

2.2.4底托成型机构工作循环该系统的执行机构由襟片推板、压板和保压推板组成，所述的执行结构均由单行程气缸进行驱动。

  

为了减少不必要的等待时间，提高生产效率，合理安排各执行机构的动作顺序也很重要。根据各动作的配合要求，绘制出系统各执行机构的工作循环图，见。

  

3结语研究的新型纸质缓冲包装衬垫由瓦楞纸板、蜂窝纸板和塑胶件组成，具有良好的缓冲性能。通过对纸质缓冲包装衬垫加工工艺的分析，确定了加工过程所涉及到的子系统，并对其中纸质缓冲包装衬垫底托成型系统进行了机构设计。该底托成型样品机的实际生产能力为每分钟1015个，可基本满足缓冲包装衬垫的实际生产需要。

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