正在走红的纸浆模塑，如何做衬垫结构设计？

近年来，包装纸价格的飞涨，和3D模具打印技术的成熟，纸浆模塑获得了又一轮发展良机。

本文针对纸浆模塑工业包装制品设计的现状，初步提出了基于纸浆模塑制品单元结构的设计规范。该设计规范有助于纸浆模塑制品设计的规范化、标准化，并提高纸浆模塑制品设计的效率。

为规范纸浆模塑包装衬垫设计，优化产品的设计并简化现有的设计过程，提高我国出口产品包装质量，制定本规范。

本规范适用于工业品的纸浆模塑包装衬垫设计。

本规范基于纸浆模塑制品典型结构单元数据库。

规范性引用文件

GB/T453纸和纸板抗张强度的测定法（恒速拉伸法）

GB/T453.1纸和纸板厚度的测定法

GB/T462纸和纸板水分的测定法

GB/T4857.1包装运输包装件试验时各部位的标示方法

GB/T4857.5包装运输包装件跌落试验方法

GB/T4857.7包装运输包装件正弦定频振动试验方法

GB/T4857.11包装运输包装件水平冲击试验方法

GB8168包装用缓冲材料静态压缩试验方法

GB/T10739纸浆、纸和纸板试样处理和试验的标准大气条件

壁厚：纸浆模塑制品侧壁和支撑面的平均厚度。

拔模斜度：纸浆模塑制品的结构单元侧壁与其脱模方向之间的夹角。

缓冲高度：承受载荷的结构单元两个承载面之间的最小距离。

圆角：纸浆模塑制品结构单元壁与壁相交处及角隅处的圆角。

上下衬垫式：被包装产品正常放置时，采用上、下底面衬垫进行包装的方式。

前后衬垫式：被包装产品正常放置时，采用前、后底面衬垫进行包装的方式。

角衬垫式：采用角衬垫进行包装的方式。

重叠衬垫式：采用两个或以上的纸浆模塑缓冲衬垫重叠为一体进行包装的方式。

定位尺寸：缓冲衬垫定位模块尺寸。

支撑面积：缓冲衬垫中起承载和缓冲作用部分的表面积。

缓冲衬垫设计要求

1.有良好的冲击能量和振动能量吸收性，减小传递到产品上的冲击、振动。

2.分散作用在产品上的应力，保护产品的表面及凸起部分。

3.防止产品在包装容器内移动以及产品之间的相互接触。

4.有良好的耐破损性、环境稳定性（温湿度的稳定性）和物理相容性（防静电等）。

5.可回收利用，废弃物易处理。

制品要求

制品尺寸：

设计的纸浆模塑制品在生产过程中不能存在较大的尺寸偏差，其尺寸允许范围见表1。

表1纸浆模塑制品尺寸偏差范围

外形尺寸（mm）偏差范围

长度和宽度±2

高度±1

厚度±0.2    

制品外观：

1.制品表面应洁净、干燥、无杂质、无孔洞、破损、裂纹、断边、污损等损伤。

2.热整形制品的正面不允许有裂纹。

3.纸品正面允许有网纹，背面允许有轻度波纹。

4.同批制品应色泽均匀，不应有明显的色差。

5.制品无异味，不得有霉变。

制品的物理及机械性能：

制品的物理性能指密度、含水率、厚度等；机械性能指构成纸塑制品的材料性能和制品的性能。二者应符合表2的要求，其测试方法可参照《纸浆模塑包装结构性能测试方法》。

表2制品的物理及机械性能要求

类别单位性能要求

物理性能质量偏差%≤±5%

含水率%≤14%

抗张强度kN/m抗张强度≥7kN/m，伸长率≥7%

伸长率%

机械性能防潮试验%≥50%

振动试验被包装物无功能损伤，表面无刮痕。

跌落试验包装电子产品时，制品不能掉纤维。

抗压试验抗压强度大于堆码强度，变形量≤20mm    

明确包装件的流通环境

包装件在流通环节中接触到的一切外部因素即为流通环境因素。流通环境因素是导致包装件损坏的主要外部因素。影响纸浆模塑缓冲衬垫设计的环境因素主要有以下三类：

1.物理机械因素，主要指运输环节中的冲击、振动，以及仓储环节的堆码等外部因素。设计纸浆模塑缓冲衬垫前，宜充分了解在运输环节中的装卸设备、装卸高度、运输方式和手段等，以及仓储环节的堆码层数等。振动会导致纸浆模塑缓冲衬垫表面纤维脱落以及刮伤被包装产品的表面，针对不同产品特性做出相对调整。

2.生物化学因素，主要包括温度、湿度、雨水、辐射、有害气体、微生物等自然条件影响。其中，运输、仓储环节的湿度对纸浆模塑缓冲衬垫的影响最大，可导致缓冲衬垫受潮失效的危险。

3.人为因素，主要指野蛮装卸等。装卸过程造成的跌落冲击对包装件破坏最严重，是主要的考虑因素。

明确被包装产品性质

被包装产品是纸浆模塑制品设计的研究对象，在进行结构设计前必须明确其与设计相关的主要性质，主要有被包装产品的形状、质量、尺寸、脆值、易损部件、附件及其大小等。此外，还需了解客户的设计要求。

选择纸浆模塑材料

根据生产原料及其配比的不同，纸浆模塑材料主要有造纸原浆、废瓦楞纸板、废报纸、纸质边角料以及瓦楞纸和报纸混合材料五种。纸浆模塑材料的性能取决于原料配比、生产工艺、生产设备等因素，性能参数企业可通过对自己生产的制品进行测试获得。

根据被包装产品的性质和成本等具体设计要求，选择相适应的纸浆模塑材料。

1.小型轻质电子产品的缓冲性能要求低而外观要求高，可选择材料性质偏软的废报纸和原浆。

2.中、重型或贵重电子产品对强度和缓冲性能要求较高，根据具体产品的性质，选择不同配比的瓦楞纸、报纸混合材料。

纸浆模塑缓冲衬垫设计

设计方案的制定：除了充分了解包装件的流通环境、被包装产品性质、选择相适应纸浆模塑材料，还需了解客户的设计要求、被包装产品的外包装箱尺寸等，在此基础上制定若干可行方案。

1.上下衬垫式。受外包装箱的限制，该包装方式的缓冲面积较小，在结构设计上要求高，但衬垫尺寸小，生产成本低。对于宽度较大的产品，可考虑采用上下底面角衬垫的方式进行包装。

2.前后衬垫式。相对于上下衬垫式，前后衬垫式的保护面积更大，有更多的结构设计方式，设计难度较低，但衬垫尺寸较小，生产成本高。对于厚度较小的产品，该包装方式趋近于全面包装。

3.重叠衬垫式。该包装形式基于以上两种形式，除了适用于强度和缓冲要求较高的产品包装，还是用于产品缓冲支撑面与外包装箱内表面距离较远的包装。

4.组合式衬垫。对于重型或贵重电子产品，单用纸浆模塑材料无法达到缓冲设计要求，可增加瓦楞纸板结构件或蜂窝纸板作为辅助。在被包装产品外观保护方面，可考虑给产品套装塑料薄膜或者瓦楞纸板结构件；为防止纸浆模塑材料纤维附着在产品上，宜套装塑料薄膜。