蜂窩紙板在空調包裝的應用與挑戰(zhàn)

本文對蜂窩紙板在空調包裝上的應用情況進行了簡單的闡述，詳細探討了蜂窩紙板包裝在空調產品上存在的問題與不足，并對空調用蜂窩紙板包裝的改進、創(chuàng)新進行了分析。

   蜂窩紙板在空調包裝的應用

    格力電器早在1999年底已經開始立項引進蜂窩紙板作為空調包裝的醞釀設計，經過充分的實驗評估及對比分析，2000年初格力空調率先把蜂窩紙板應用在空調柜機產品包裝上，以蜂窩包裝替代EPS發(fā)泡塑料+木板的原始包裝方式。隨后，國內空調行業(yè)紛紛效仿設計，一時掀起了蜂窩包裝的熱潮。我國十幾年來的實踐證明，蜂窩紙板包裝材料將是我國經濟發(fā)展中一種不可或缺的重要資源，它以廉價的再生紙為原料，仿照蜜蜂所建筑的蜂巢結構制成，是一種質輕、強度高、用料省的紙基結構復合材料，可作為木質材料、EPS發(fā)泡塑料等的主要優(yōu)選替代材料。

    經過十來年的設計改進、探討，格力柜式空調產品包裝逐步形成了以蜂窩紙板為主要材料與紙護角、EPE等材料有機組合的包裝設計解決方案。采用蜂窩紙板包裝結構提高了生產效率，還收到了顯著的社會效益和經濟效益，據(jù)不完全統(tǒng)計，格力空調包裝通過采用蜂窩紙板替代EPS發(fā)泡塑料+木板，包裝成本可降低約30%左右，2013年格力空調的全年蜂窩紙板需求量就超過一億平方米。

    自2000年之后，隨著蜂窩紙板包裝技術在內包裝上應用的推廣，蜂窩紙板有取代發(fā)泡塑料泡沫之勢。蜂窩紙板制品優(yōu)點多多，重量輕、生產成本低、價格低廉、適用性廣、節(jié)省資源、保護生態(tài)環(huán)境、不需要耗時制作模具、打樣快捷、操作輕便，于是越來越多的空調企業(yè)的采用了蜂窩紙板來制作產品的包裝，蜂窩紙板風頭一時無兩。

    蜂窩紙板在空調包裝面臨的挑戰(zhàn)

    蜂窩包裝的應用初衷是用來替代EPS白色泡沫包裝，逐步減少EPS白色污染的。世界禁止白色污染的運動，我國是13個發(fā)起國之一，消除白色污染已成為我國保護環(huán)境的重要目標。但是，就目前社會現(xiàn)實情況來說，EPS白色泡沫還在廣泛使用。而且還呈現(xiàn)出EPS泡沫越來越普遍使用的趨勢，甚至出現(xiàn)原本已采用蜂窩紙包裝的生產企業(yè)，重新拾起了發(fā)泡塑料來替代蜂窩紙板的現(xiàn)象。蜂窩紙板包裝在國內已發(fā)展多年，為什么到目前還沒有達到貫穿全包裝行業(yè)？蜂窩紙板包裝在空調產品包裝上也逐步呈現(xiàn)出力不從心的趨勢。這是什么原因呢？筆者認為主要是以下幾方面的因素：

    1、蜂窩紙板烘干不理想，容易受潮。

    含水量高低對紙制品的性能影響很大。紙的水分含量一般是指在110℃左右烘干至恒重時前后重量差值與原重量的百分比，紙制品的含水量在8%~12%時最能發(fā)揮其性能特點。含量低，紙變脆易斷，彎折壓痕易爆裂，失去韌性；含量高，紙板變軟，戳穿強度和抗壓強度急速下降。一般同等工藝情況下紙定量越高，緊密度越好，防滲透性防水性越好。蜂窩芯紙與瓦楞原紙一樣采用很多回收紙成分，比較容易吸水受潮。蜂窩芯紙采用多層芯紙間隔上膠錯位粘合方式，與面紙結合多采用芯紙上膠，生產過程中膠的用量非常大。膠水中水份不少，芯紙粘貼面紙后形成封閉空間，其內過多水份不易散發(fā)出去。同時在后加工蜂窩紙板切塊拼接成制品過程也加入大量的膠水粘貼。在蜂窩紙板生產工序，生產廠商為減少能耗往往會縮短烘干時間，在制品成型階段采用自然晾干。當天氣條件不好或出貨緊急的時候，成品往往達不到要求的含水量要求，從而性能達不到要求。

    曾經到過一些國內空調企業(yè)和全國各空調物流倉庫參觀，蜂窩紙板包裝受潮后其性能減弱甚至喪失了基本的承載作用，整個空調包裝潰爛不堪。所以，蜂窩紙板蜂窩易受潮、防水性能差是影響蜂窩包裝性能的一大缺點，也是制約蜂窩紙板在空調產品包裝上推廣應用的原因之一。

    2、蜂窩紙板后加工效率低下，制作質量、制作尺寸穩(wěn)定性差。

    與國外發(fā)達國家相比國內蜂窩生產線的完整性和自動化程度還有較大的差距。生產過程中手工作業(yè)工序較多，尤其在蜂窩制品后加工工序，采用的是人海戰(zhàn)術，效率低下，設備工具簡陋。

    由于蜂窩紙板還存在如緩沖性能不及EPE，側壓強度差，戳穿強度差，表面粗糙等缺點，蜂窩包裝制品往往采取多種材料相結合的方式。格力空調柜機底部蜂窩紙托有采用了EPE、紙護角、紗管紙等材料相組合的方式。國內廠商在后加工工序中，會使用大量人員進行各材料的粘合及組裝：蜂窩紙板切割、紗管紙、珍珠棉切割→蜂窩紙板組裝成型→紙護角粘貼→各規(guī)格EPE粘貼→紗管紙粘貼→轉運、烘干、存庫等等，每個環(huán)節(jié)都是手工操作。應用簡單的切割工具、輔助工裝，制作尺寸精度不高，很多時候定位不準確，整體包裝件變形、脫落，甚至結構零件貼錯位置，制作質量、制作尺寸穩(wěn)定性難以保證。

    所以，蜂窩紙板包裝件給人的感覺過于粗獷，與產品結構的配合度不夠。導致產品在整個物流過程中的保護性能打折扣，影響產品的開箱合格率。

    3、蜂窩紙板包裝耐多次沖擊能力差。

    眾所周知，平壓強度是蜂窩紙板的強項。但如果蜂窩紙板包裝受到的沖擊超過其平壓強度時，通過芯紙變形來產生緩沖效果，這種變形是非線性的，是不可逆的。而EPE、EPS等緩沖材料則能通過自身變形來吸收能量，外力撤離可以回彈恢復。蜂窩紙板的耐沖擊能力相對差，發(fā)生較大變形緩沖時蜂窩芯紙就會壓潰，面紙斷裂，抵御沖擊基本只有一次的承受能力。

    包裝既是產品生產過程的終點，也是產品物流的起點，肩負著空調產品從打包下線、倉儲、搬運、裝卸、運輸?shù)鹊冗^程一直到消費者手里的安全使命。在整個物流過程當中，往往都會伴隨著不同程度的外界環(huán)境激勵。據(jù)檢測統(tǒng)計，在目前國內的物流環(huán)境中，一臺空調產品從出廠到送到消費者手中這一過程約受到至少4次以上的沖擊事件（沖擊加速度≥10g以上），如何提高蜂窩紙板包裝承受多次沖擊能力成為包裝設計工程師的技術課題。

    4、蜂窩紙板包裝的承載力、耐踩踏能力差。

    大型家電包裝通常需要承受較大的堆碼強度，在裝卸貨和倉儲物流環(huán)節(jié)普遍存在踩踏包裝（產品）現(xiàn)象，容易造成產品破損率高。早期的空調包裝是采用了木框架來應對堆碼和踩踏的，日本品牌空調柜機在國內銷售的也有局部增加木板增強堆碼和抗踩踏能力?？照{蜂窩紙板包裝使用的是U型結構，存在正面、側面交叉的情況，蜂窩紙板的側壓強度比較差，因此空調蜂窩包裝的承載力也不高。目前國內的空調產品均采用在蜂窩紙板包裝增加紙護角加強局部的抗壓能力。但由于蜂窩紙板跨度上的承載力也是其缺陷，所以在實際使用中，各個企業(yè)經常出現(xiàn)蜂窩包裝被踩變形、踩壞而導致空調產品破損的情況。

    暢想蜂窩紙板的改進與創(chuàng)新

    1、蜂窩-瓦楞雙面復合紙板；

    蜂窩紙板和瓦楞紙板是目前我國包裝行業(yè)中廣泛使用的兩種紙質綠色環(huán)保包裝材料。在實際應用中，蜂窩紙板多以面外承載形式———即受力方向垂直于紙板表面———作為填充材料或緩沖材料使用。然而人們也發(fā)現(xiàn)，雖然蜂窩紙板具有良好的面外承載性能，但其在低應力狀態(tài)下的緩沖性能欠佳，瓦楞紙板與蜂窩紙板的復合則從一定程度上彌補了蜂窩紙板的這個缺陷。在小荷載情況下，瓦楞紙板具有良好的減震性能，對偶爾出現(xiàn)較大的沖擊荷載，蜂窩紙板則可以起到一定的緩沖作用。因此將蜂窩紙板和瓦楞紙板組合使用，可結合兩者的優(yōu)點，拓展蜂窩紙板的應用領域。

    采用蜂窩-瓦楞雙面復合紙板結構，既結合了蜂窩紙板和瓦楞紙板各自的優(yōu)點，彌補了蜂窩紙板低應力下緩沖性能的缺陷，同時提高了蜂窩紙板的邊壓強度，整體包裝的粗糙度也得到了改善，給人感覺整潔、高檔。另外，蜂窩-瓦楞復合紙板充分利用了瓦楞紙板優(yōu)良的折疊成型性，經過折疊后形成環(huán)形的包裝襯墊，運輸儲存時可展開成平板狀。此種襯墊結構靈活，運輸儲存占用空間少，易成型加工。

    實際上，蜂窩-瓦楞雙面復合紙板已經在空調包裝上使用了，接下來我們重點是研究如何優(yōu)化兩種紙板復合工藝及優(yōu)化復合結構。

    2、雙芯蜂窩紙板；

    蜂窩紙板要在更廣的范圍內得到應用，其平壓強度的提高非常必要，蜂窩紙板的平壓強度與芯紙定量的關系密切，芯紙定量越高，紙板的平壓強度越高，然而芯紙的定量越高，紙芯在生產過程中拉開成型的難度越大。為了保證紙芯能夠容易拉開成型，又能具備較高的抗壓強度，已經有人提出用高、低不同兩種定量的紙板作為芯紙。生產雙芯蜂窩板時采用六卷芯紙，五卷為低定量芯紙，一卷為高定量芯紙或多層芯紙。雙芯蜂窩紙板的生產工藝如圖所示。

雙芯蜂窩紙板的制芯工藝

    通過對雙芯蜂窩紙板進行試樣試制，并對單芯與雙芯蜂窩紙板的抗壓性能進行了試驗測試和ANSYS仿真分析，實驗數(shù)據(jù)及仿真分析數(shù)據(jù)的雙驗證可以看出雙芯蜂窩紙板的平壓性能有了大幅度的提高。通過成本分析，雙芯蜂窩紙板的加工工藝與單芯紙板的加工工藝基本相同，應用的紙芯原紙的成本增加較少，是一種高性價比的材料。

    3、石頭紙蜂窩紙板；

    石頭紙(Synthetic Paper)是一種集成紙張和塑料特點和性能的新型材料，它主要是由無機天然礦粉、聚乙烯和助劑的組合物經混合擠壓混煉，然后經流壓延拉伸成型的，屬于具有高碳酸鈣含量的合成紙。石頭紙抗張強度、撕裂強度和抗沖擊強度高，耐水、耐油、耐化學品性能突出，尺寸穩(wěn)定、不易老化，質輕，絕熱性好，不怕蟲蛀等。且石頭紙所含聚乙烯成分遠遠低于一般塑料，其降解速度也很快，這些特質國內外還未出現(xiàn)任何研究機構對其進行深度研究，造成了石頭紙在這方面應用的稀缺。傳統(tǒng)蜂窩紙板存在著許多固有缺陷：其防潮能力差，不耐折疊，耐撕裂強度和耐沖擊強度低，易被化學品腐蝕，且不利于保存等。

    采用由75%（質量分數(shù)）的無機天然礦粉、20%的聚乙烯和助劑（鋁酸酯、硬脂酸、改性劑等）原料生產的石頭紙制得的定量為202 g/m2厚度為0.16 mm的蜂窩紙板和相同規(guī)格的傳統(tǒng)蜂窩紙板比較，平壓強度是傳統(tǒng)蜂窩紙板的2.6倍，耐破度至少是其2.5倍。石頭紙是在石頭的主要成分碳酸鈣中加入高分子化合物（如聚乙烯等），通過擠出工藝加工，再經“紙狀化”處理得到的。這種工藝使石頭紙不僅在外觀上與普通紙張相似，同時還兼具塑料和紙張的功能特征。其蜂窩紙板耐破性能與其抗張強度呈正相關性?？箯垙姸雀叩氖^紙原紙必定使得石頭紙蜂窩紙板的耐破性能高。

    由于目前石頭紙蜂窩紙板還停留在研究階段，各種工藝、配方尚未完全成熟，如研究成熟推廣應用相信其性能必然還能大幅度的提升。

    結語

    隨著人類對可持續(xù)發(fā)展的日益重視，蜂窩紙板作為一種新型的環(huán)保包裝材料具有良好的發(fā)展和應用前景。但蜂窩紙板的局限性和質量問題依然阻礙其在國內市場上的應用，因此，紙蜂窩生產企業(yè)要切實抓住機遇，在關鍵設備、關鍵工藝、創(chuàng)新應用等方面突破，通過自主創(chuàng)新，不斷開發(fā)新產品，提高產品質量和增強服務意識來推進提高競爭力。為改進、提高我國電子信息工業(yè)產品包裝和其它工業(yè)產品包裝、為改善我國生態(tài)環(huán)境和發(fā)展循環(huán)經濟服務。從而真正實現(xiàn)”以紙代木“、”以紙代塑“的愿景！

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