1、上海理工大学本科生毕业设计（论文）1第一章 绪论11 课题研究的目的及意义本文以对具有运输和展示功能的包装箱的设计为目的，通过对此类包装箱的国内外现状、包装的材料和性能、包装设计原则和方法、成功的包装箱案例的研究与分析，选用性能尺寸合适的瓦楞纸材料，运用相关的软件，以创新为理念，进行包装箱的结构设计、装潢设计、平面设计，以达到突出包装箱运输和展示功能的优点，同时输出制作成品进行相关的抗压等力学性能试验，以满足市场和客户的需求。通过对本课题的研究，提高了对具有展示和运输性能的瓦楞纸材料的性能与特点、设计软件、设计方法和设计要素的认识。其次，通过市场对具有展示和运输性能的包装箱的市场分析，进一步了
2、解他的市场前景、发展走势、行业影响以及新的设计方案探讨。12 研究背景及国内外的研究概况121 瓦楞纸箱行业的现状及其发展瓦楞纸板是一种良好的包装材料，它内部的瓦楞结构呈波浪形，具有缓冲减震的作用，具有良好的力学特性，保护功能良好。瓦楞纸板可以在多种场合下应用，废弃的纸箱也可以回收利用，是一种绿色包装材料，具有良好的发展前景。用瓦楞纸板制成的纸包装容器，广泛应用于家电、食品、医药、日化、纺织、烟酒、轻工等行业，这是因为瓦楞纸箱轻便牢固，既能起到保护商品的作用，又便于运输装卸，同时具有易制造、印刷适性优良、成本低、环保可回收等优点，在运输包装中占有很大优势。近二十年来，我国包装工业迅速发展，目前
3、已跻身包装大国的行列。据2012 年中国工博会论坛“绿色包装与标准化国际研讨会”资料显示，2011 年我国包装工业总产值以 1.3 万亿元人民币位居全球第二，占当年全国 GDP 的 2.67%。要实现瓦楞纸箱业的可持续发展，充分发挥瓦楞纸箱包装的优势，利用瓦楞纸包装的发展空间，瓦楞纸箱行业就应该明确其发展方向，总体来讲主要有以下几个方面：(1)瓦楞纸板向高强度、低定量发展(2)印刷向高质精美方向发展(3)瓦楞产品功能向多样化方向发展(4)生产设备向高档化发展(5)生产模式向专业化分工方向发展122 瓦楞纸版以及纸箱性能研究现状 瓦楞纸板的性能主要是指力学性能。是一种具有粘弹塑性的非金属夹层结构
4、材料，根据材料力学的各向同性假设推论，我们可以知道其力学性能具有显著的各向异性。在瓦楞纸板的力学性能方面，程小琴、高德等对压缩、弯曲、稳定性、压溃、蠕变性能以及力学模型等方面进行了大量的理论与试验研究工作。同时，余本农、王迪功、廖梓延、王俊丽、谢一明对于瓦楞纸箱的承载性能、压缩变形规律、力学模型、抗压强度计算公式等也进行了大量的理论与试验研究。基于运输和展示功能的纸包装设计研究2123 瓦楞纸箱国际箱型标准以及异型瓦楞纸箱为了便于国际间的贸易往来和技术交流，瓦楞纸箱箱型结构表示方法已经标准化。目前国际上通用的表示方法有两种。一种是由欧洲瓦楞纸箱制造商联合会(FEFCO)和瑞上纸板协会(ASSC
5、O)联合制定的国际纸箱箱犁标准，包括九个系列的箱型。这一标准经国际瓦楞纸板协会(LCCA)批准在国际间通用，西欧及我国均采用这一标准。另一种是美、日国家标准。前者比较精细，对结构繁杂又较难描述的各种基本箱型结构作了比较科学而且详尽的分类，制定了一套数字标识系统，共分 9 大类，以下三类是具有展销功能的箱型：表 1-1代号 特点 应用 备注02 开槽型箱一页纸板成型，无独立分离的上下摇盖，连体的上下摇盖可以封闭纸箱一般在纸箱厂通过钉合、粘胶剂或胶带纸来接合的纸箱04 折叠型纸箱托盘一般由一页纸板组成，盒底板延伸成型体板与盖板，即使不用钉合或胶带纸粘合也可成型。其上还可设计锁舌、提手、展示板等结构
6、。多为中小型包装箱，具有一定的销售包装的功能多用 E 型、B 型或微瓦楞纸板制作07 系列浅托盘箱型兼具运输和展示功能组合型是以上基型的组合，即由两种及以上的基本箱型组成或演变而成。我国国家标准 GB654386(瓦楞纸箱)参考国际箱型标准系列规定了运输包装用瓦楞纸箱的基本箱型，共分四大类。包装的功能概括起来是两大类：一类是功能性，指对商品的保护功能，它体现了包装的本质；另一类是增值性，包括美化商品、节约成本、便于储运、引导消费， 提高附加值等，它展现包装的魅力和效果。总之，瓦楞纸箱不但要起到功能性要求，更要发挥引导消费、提高附加值的增值性作用，展现包装魅力，促进商品销售。124 具有展示功能
7、的新型包装箱的发展现状面对瓦楞行业激烈的竞争，不同的人群有不同的需求。纸箱供应商希望尽最降低生产成本；零售商希望能够节省人力物力，包装可直接上货架，通过一次简单的操作，迅速变成具有较好展示性的纸箱；产品客户方要求包装新颖，能够在零售点很好地展示商品，起到促进销售和展示品牌的作用能够满足这些要求的兼具运输和展示功能的纸包装，是一种具有新型设计概念的瓦楞纸包装结构，属于异型箱的一种重要形式，可以称为易打开瓦楞纸箱、货架易包装、芝麻开门纸箱等，目前国内没有统一的中文名称，国际上称为 ShelfReady Packaging，简称 SRP。它的特点是采用了易于开启的包装结构，在商场或超市里，售货员可以
8、单手不借助任何工具就打开包装，并把整个包装置于货架上，不仅方便上货，方便计数，方便消费者拿取货物，而且可以保持货架整齐美观。在国内来讲，包装行业属于朝阳行业，各种新技术、新设计、新人才层出不穷，而具有展示功能的异形瓦楞箱又是设计人员所追求的，所以，未来不论国际国内，具有展示功能的包装箱将会是行业重点。上海理工大学本科生毕业设计（论文）313 课题研究目标和研究内容131 研究目标针对目前瓦楞纸包装箱由运输包装向销售包装发展的趋势，从标准箱型出发，研究其中具有展示功能的纸包装结构及其性能，进而研究典型展示性结构要素对于纸箱性能的影响，然后进行典型纸包装结构设计，使其既能在运输仓储中既有保护功能，
9、又能在销售过程中可直接上货架，提高商品在超市货架上的堆码有效性，以起到很好的展示作用。商品的展示的同时，也起到了展示企业品牌、促进销售的作用，真正完成具有运输包装和展示包装的双重功能，实现内外包装一体化。132 研究的主要内容针对以上研究目标，本课题研究的主要内容有： (1)现行国际标准箱型纸箱结构研究本文对标准纸箱的结构首先进行理论研究，总结其分类原因及相关类型纸箱结构的特点等。其次对与本课题相关的具有展示功能的纸箱进行抗压强度研究，在一定参数确定的条件下，分析考察其相关结构对抗压强度性能的影响。(2)典型展示性结构对于瓦楞纸箱的力学性能的影响针对展示性纸箱中经常用到的典型结构，分析不同结构
10、的抗压性能。(3)兼具运输和展示功能的包装设计原则分析以及结构设计(4)应用实例基于运输和展示功能的纸包装设计研究4第二章 现行国际标准纸箱结构浅析要研究兼具运输和展示功能的纸包装结构，本课题遵循由简入繁、由易入难的原则， 从现行通用的国际标准箱型开始入手研究。21 国际纸箱箱型标准浅析本章节主要讨论由欧洲瓦楞纸箱制造商联合会(FEFCO)和欧洲同质纸板组织(ESBO)联合制定的“国际纸箱箱型标准”的分类原则，经研究其各个系列的特点分别为： 0l 箱型是指瓦楞纸板，包括单面瓦楞纸板卷(rolls)和双面瓦楞纸板(sheets)。02 箱型是开槽型纸箱(slottedtyPC boxes)，由一
11、页纸板成型，无独立分离的上下摇盖，连体的上下摇盖可以封闭纸箱。一般在纸箱厂通过钉合、粘胶剂或胶带纸来接合的纸箱。由于箱坯可折叠运输，运输成本低；瓦楞楞向沿高度方向，所以抗压强度高。03 箱型是箱盖与箱底分开的套合型纸箱(Telescope-type boxes)，既罩盖型。箱体与箱盖分离，箱盖可以全部或部分盖住箱体，适合包装装卸困难的大型产品与堆码强度要求高的产品。04 箱型为折叠型纸箱与托盘(Folder-type boxes or trays)，一般由一页纸板组成，盒底板延伸成型体板与盖板，即使不用钉合或胶带纸粘合也可折叠成型，其上还可设计锁舌、提手、展示板等结构，能直接看到纸箱内所装的商
12、品，被超市广泛用于展销产品。这类纸箱多为中小型包装箱，具有一定的销售包装的功能，多用 E 型、B 型或微瓦楞纸板制作 05 箱型为滑盖型纸箱(Slide-type boxes)，由数片楞向不同的内装箱、框架、隔板与外箱等组成，内外箱以相对方式运动而封合。这种箱型的加工复杂、费工时，但比其它箱型省料，被广泛应用于中低档商品的包装，特别是中包装，很少用于运输包装用的外包装。06 箱型是固定型纸箱(Rigid-typc boxes)，由两个以上分离的端板及连接它们的箱体组成，使用前需要通过钉合或类似的工艺将端板与接合好的箱体连接起来，适合包装易碎、大体积物品。07 箱型预粘自动型纸箱(Dytypc
13、boxes)南单页纸板成型，运输呈平板状，节约运输成本；经简单成型其底部能自动锁合，比较牢固，只要打开纸箱便可使用。09 型为内附件，有平板型、平套型、直套型、隔板型、充填型和角型等。内附件可以用于定位、缓冲、分隔纸箱中的商品，也可用于加强纸箱的垂直抗压强度与侧面弯曲强度。组合型足以上基型纸箱箱型的组合，即由两种及以上的基本箱型组成或演变而成。22 标准箱型中瓦楞纸托箱系列的结构浅析纸托箱泛指用于销售场所的敞口的、便于运输的特殊纸箱。国际标准箱型中 04 箱型系列中有一部分即为这种开口型纸托箱。如图 2-1 是 0460 箱型，外长边侧板较高、短边较矮，粘结成型，是一种简单的纸托箱，展示面积较
14、大。上海理工大学本科生毕业设计（论文）5图 2-1 0460 箱型结构图0452 箱型，也是一种较最简单的瓦楞纸托箱，只是其长短边的侧板等高。在长边开槽，接头可在机器上自动钉合或胶合，胶合部分对于纸箱的强度也有一定的补强作用。如图 2-2 是 0455 箱型，其结构比 0452 箱型稍复杂，即在纸箱长边上增加一层侧板， 由于侧板加宽，所以从 4i 浪费材料的角度考虑也增加了接头的长度，使长边几乎为 3 层侧板结构。其它像 0430、0431、0434 箱型也有展示功能。图 2-2 0455 箱型结构23 具有展示功能的标准箱型纸箱性能分析231 现有瓦楞纸箱抗压强度的理论分析为将以上抗压强度试
15、验所得结果与理论结合比较，先研究现有的瓦楞纸箱强度计算方法，并选择合适的公式方便计算。(1)凯里卡特抗压强度计算方法(2)马基抗压强度计算方法(3)沃耳福抗压强度计算方法(4)纸箱内隔板的抗压强度研究232 标准箱型中瓦楞纸托箱系列的抗压强度的分析表 2-1 列出了不同箱型的抗压强度值箱型 0460 型 0452 型 0455 型 0430 型 043 l 型 0434 型抗压强度（KN） 2.46 2.76 3.06 2.92 3.68 3.22基于运输和展示功能的纸包装设计研究60460 型纸托箱较 020 1 型箱抗压强度有明显降低，且在这组瓦楞纸托箱系列中也最低，因为其承压面积受展示面
16、积的影响，只有两条长边和四个角柱承重。0452 型纸托箱结构简单，成型方便，长短边的侧板等高，因此四边均受压，较 0460 型纸箱抗压强度要高：但较后几种纸托箱纸板用量少，抗压强度也低，可适当增加粘结部分的长度，以提高抗压强度。0455 型纸托箱在 0452 型纸托箱的基础上，通过改进长边侧板结构，增加侧板的层数， 有效提高了抗压强度。0430 型纸托箱在 0455 型纸箱的基础上，其短边增加了两个手孔和翻折板，整体抗压强度较 0455 型纸托箱要降低。043 1 型纸托箱结构最复杂，耗费的纸板也最多，不但由长边的翻折板构成不完全封口的箱盖以及短边补强结构，在短边也有翻折板，其整体抗压强度在这
17、组瓦楞纸托箱系列中最高。0434 型纸托箱的抗压强度较 043 l 型纸托箱有所降低，因为其结构为在043 l 箱型的基础上，长边不是通过开槽，而是通过压痕线折叠粘合成型，而且短边和长边的侧板开孔， 共同形成手孔。上海理工大学本科生毕业设计（论文）7第三章 典型展示性因素对于瓦楞纸箱性能的影响31 影响纸箱性能的因素研究(1)瓦楞纸板瓦楞纸板层数增加时，强度随之明显提高。(2)箱型表 3-1 三种箱型抗压强度比较箱型结构 规格尺寸mm 抗压强度指数%0201 型开槽式 360*300*250 1000320 开槽套合式 360*300*250 2000510 型滑入式 360*300*250
18、70同等的瓦楞纸板和同样的规格尺寸制成的瓦楞纸箱，如果箱形结构不同，纸箱的抗压强度也不同，这主要是因为承受抗压载荷的侧壁长度和瓦楞方向发生变化所致。表 3-1 体现了部分箱型抗压强度的明显区别，有的纸箱箱体为双层瓦楞纸板构成，抗压强度较同种规格的单层纸箱有明显提高。(3)纸箱长宽比在其它因素都相同的情况下，如果纸箱长宽比不同，其抗压强度也会随之发生一定的变化。如图 3-2 是 10 种不同长宽比的纸箱抗压强度的变化情况，纵坐标表示抗压强度，横坐标表示长宽比。图 3-2 不同长宽比的纸箱抗压强度变化情况(4)纸箱高度:一般箱体越高，稳定性就越差，抗压强度降低。 (5)压痕线:压痕宽度越大，纸箱的
19、抗压强度越低。(6)结合方式(7)开孔(8)印刷瓦楞纸箱在印刷过程中，印刷版的压力会使瓦楞遭到一定的破坏，纸板厚度也有一定的损失，因而纸箱的抗压强度会降低。降低的程度与印刷版的材质硬度、印刷面积、套色印刷次数、印刷部位等诸多因素有关。纸箱印刷使抗压强度降低 10，严重者可达 20以上，满版印刷降低率达到 40050，横向条状印刷的降低率比竖向条状印刷高出 400。(9)环境的温湿度基于运输和展示功能的纸包装设计研究8纸箱在高温高湿的梅雨季节里，容易发生变软等问题，造成纸箱受潮，纸箱膨胀， 容易引起包装压损。也就是说，当纸箱的抗压强度没有充分考虑到水分的影响时，实际使用中容易引起包装在堆码时塌垛
20、。(10)堆码的方式瓦楞制箱的四周侧壁承受来自纸箱上方的压力负荷的能力并不均一。在平齐堆码中，抗压强度大的纸箱箱角排在一条直线上，而强度小的箱面位于一个面上，这样就使每一个箱水平面楞边挠度变化一致，这种堆码方式的受力情况最好，强度最大， 但堆码的稳定性最差；而交错堆码由于上下层纸箱 l、开 J箱而强度大的棱角位于另一个箱而强度小的棱边中部，导致各箱面水平棱边挠度不一致，从而使纸箱在较小载荷下的各箱面水平棱边中部首先发生破坏，使整个纸箱的抗压强度降低，但这种方式的堆码稳定性却是最好的。(11)瓦楞纸箱的疲劳纸箱的抗压强度会随着储存堆垛时间的增加而降低，即出现疲劳现象。(12)纸箱的老化纸箱受潮或
21、受淋湿后抗压强度会剧烈下降，即使立即做干燥处理也不会恢复原来的强度。这种现象成为纸箱的老化。忽湿忽干的次数越多，老化现象就越快越严重。(13)运输在物流过程中，纸箱包装件会因车船运输颠簸而受到一定的动态振动冲击，导致纸箱抗压强度疲劳和衰减。在一般的振幅冲击和 1000-2000kin 的运距情况下，纸箱的抗压强度降低率不会超过 10。以上是在实际生产运用中影响纸箱抗压强度的各个因素。在用抗压试验机测定纸箱-的抗压强度时，要选用一定的加载速度对纸箱进行加压，从而得出压力关系图。按照国际的 ISO 标准，纸箱的抗雎强度测定的压缩速度为1030mmmin。按日本标准的 JISZ0401 纸箱的抗压强
22、度试验方法，压缩速度是 12730mmmin。抗压强度的测定值是根据固定重量不断加载试验而得到的，一定程度上是一种代用数据。加载速度越快，测得的抗压强度越大；相反，加载速度越慢，测得的抗压强度越小。3 2 不同形式切割压痕线对纸箱抗压强度的影响3 2 1 水平间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响图 3-3 间隙切割压痕线的长度分别为 13L、23L 、L（L 表示纸箱的长度，H 表示纸箱高度，S 表示压痕线的长度，纵坐标为纸箱的抗压强度值，下同）长的水平间隙切割压痕线在不同位置(依次距离中心线 0、l 6H 、13H)的抗压强度值。从图中可见当定长的间隙切割压痕线离中心越远时，纸箱抗压强度越低；
23、当水平问隙剀割压痕线距离顶面仅 16H 时，影响较显著。另一方面，随着间隙切割压痕线长度的增加，纸箱抗压强度逐渐降低这是因为间隙切割压痕线越长则纸箱受损的瓦楞数越多，且间隙切割压痕线越靠近竖直纸箱楞柱。上海理工大学本科生毕业设计（论文）9图 3-3 水平间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响（纵坐标为纸箱的抗压强度）322 斜向间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响图 3-4 是距离中心线依次为 0、16H、13H 的斜向间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响。由图可见，纸箱的抗压强度对于未切割的纸箱有明显下降，这是因为纸箱的两条竖直楞已被损坏，且间隙切割压痕线触及纸箱两个顶角，使相关的六条楞均有一定程度
24、的破损。当斜向间隙切割压痕线离中心越远时，纸箱强度越低。图 3-4 斜向间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响323 竖直间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响图 3-5 依次是距离竖直中心线 0，16H，13H 的竖直间隙切割压痕线对于纸箱抗压强度的影响。由图可见，竖直间隙切割压痕线对纸箱强度亦有一定的影响，但较水平间隙切割线影响为不显著。图 3-5 不同位置的竖直间隙切割压痕线对于纸箱抗压强度的影响324 四周型间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响由图 3-6 为 4L 长的间隙切割压痕线依次距离水平中心线 0，16H，13H时的抗压强度。由图可见当箱体四周均开有间隙切割压痕线时，纸箱抗压强度有明显
25、下降，这是因为箱体四周的楞柱均受损。其中距离顶面仅 16H 的四周开口型纸箱的抗压强度下降非常显著。基于运输和展示功能的纸包装设计研究10图 3-6 四周型间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响325 不同形式的间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响图 3-7 为不同形状的间隙切割压痕线(依次为圆弧形、斜折线形、折线形、直线形) 的间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响。由图可见，不同形状的间隙切割压痕线对纸箱强度的影响不等，其中圆弧线的影响最小，直线的影响较比弧线和折线要显著。图 3-7 不同形式间隙切割压痕线对纸箱抗压强度的影响326 顶面的展示结构对纸箱抗压强度的影响图 3-8 依次为标准 0420 型纸箱、项面添加了压痕线的 0420 型纸箱、顶面添加了间隙切割压痕线的 0420 行纸箱。由图可见，瓦楞纸箱项面的压痕线和间隙切割压痕线对其抗压强度的影响小，基本可以忽略不计。图 3-8 顶面的展示结构对纸箱抗压强度的影响327 开窗结构对纸箱抗压强度的影响图 39 依次为为未开窗、单面开窗面积分别为 116S、14S、916S 的纸箱抗压强度试验结果。由图可见，随着开口面积的增加，纸箱抗压强度逐渐降低，当开窗面积达到纸箱面积的 916 时，纸箱的抗压强度下降明显。
