包装功能和包装结构设计原则

包装功能和包装结构设计原则

  一、包装功能

    a保护功能：即保护商品使用价值，这是包装的首要功能。

    b方便功能：主要体现在方便储运，方便使用和方便销售。

    c促销功能：主要表现在包装件的外观方面，造型和装潢是否符合新潮流将起主要作用。

    二、包装结构设计原则

    a科学性

    科学性原则就是应用先进正确的设计方法，应用恰当合适的结构材料及加工工艺，使设计标准化、系列化和通用化，符合有关法规，产品适应批量机械化自动生产。

    b可靠性

    可靠性原则就是包装结构设计应具有足够的强度、刚度和稳定性，在流通过程能承受住外界各种因素作用和影响。

    c美观性

    美观性就是要包装结构设计达到造型和装潢设计中的美学要求，其中包括结构形态六要素和结构形式六法则。

    d经济性

    它是包装结构设计的重要原则，要求合理选择材料、减少原材料成本、降低原材料消耗，要求设计程序合理、提高工作效率、减低成本等。

    包装结构设计基本因素

    一、内装物

    a内装物的物理性质固态、液态、粉状、和气态。

    b内装物的化学性质易损性、变形性、耐水性、耐湿性、防锈性和抗霉性等。

    c内装物应用领域食品、医药、电子、化工等。

    二、包装容器设计的材料

    现代包装工业中重要的包装材料有纸、纸板、塑料、金属、玻璃、陶瓷及各种复合材料等。

    a材料的物理性质:透明、厚度、阻隔性等。

    b材料的化学性质：化学稳定性、安全性、防腐、防锈特性等。

    c材料的机械性质：强度、弹性模量等。

    d材料的成型工艺：流变性、可塑性等。

    e材料的可装饰性：印刷适性、光滑度等。

    三、流通环境条件

    a物理因素：冲击振动和堆码静压等。

    b生物化学因素：温度、湿度、雨水、辐射、有害气体、微生物等。

    c人为因素：野蛮装卸和假冒偷换等在设计时就要考虑包装件在上述流通环境下所采取的措施和所第六节。

    包装结构设计力学原理包装结构设计中包含了许多力学基本原理，如容器的抗压强度、刚度和稳定性计算；应力集中问题；压力容器的强度计算；金属结构的弯曲、冲压成型中的力学问题等等。本节对力学的这些基本理论和应用进行简单的介绍，在今后还应结合具体学习内容进一步学习。

    1、材料拉伸力学性能

    以工程应用最为广泛、力学性能最有代表性的低碳钢为例，其拉伸试验图如下：

    其分为四个主要阶段：

    1)、弹性阶段：oa段，当外力撤除时，变形完全恢复。

    2)、屈服阶段：ac段，此时有晶体滑移现象，暂时失去抵抗变形的能力，并产生塑性变形。

    3)、强化阶段：cd段，产生不可恢复的塑性变形。

    4)、局部变形：de段，颈缩直到断裂。

    当结构设计时，一般要求受力材料在弹性范围内。但当冲压加工等生产过程中则应利用材料塑性变形的特性。

    一、材料的力学性质

    容器的力学性质不仅与结构有关，而且还与材料的力学性能密切相差，所以必须研究材料的力学性能。力学性能是通过试验方法来测定上，一般通过拉伸与压缩试验来进行测试。

    2、材料其它力学性能

    材料的蠕变性能：在一定温度与应力(低于屈服点)下，材料随时间缓慢地发生塑性变形的现象。金属材料在高温下才有蠕变现象，而聚合物在常温下也会发生。应力松驰：在规定温度与初始变形的条件下，材料的应力随时间而逐渐减小的现象称作应力松驰。材料在交变应力作用下的疲劳极限：在运输过程中包装件在振动与冲击的反复作用下，在受到的应力远低于屈服极限时，经过一段时间后会遭到破坏。所以在结构设计时要考虑到疲劳极限，减少应力集中，提高产品表面的光洁度等。材料硬度：硬度有多种度量方法，一般是采用压痕法，即表示材料在一个小的体积范围内抵抗塑性变形的能力。材料的断裂韧度：反映材料抵抗裂纹扩展的能力，由试验测试得出。

    3、材料设计指标与应用

    强度指标：反映材料抵抗塑性变形的能力指标，如屈服极限、强度极限、疲劳极限、蠕变极限等，是强度计算的主要依据。刚度指标：反映材料抵抗弹性变形的能力的指标，如弹性模量、切变模量等，在涉及构件弹性变形的问题时，如刚度、静不定和稳定问题的计算都要用到这些指标。塑性指标：表示材料可产生塑性变形量的程度，如断面收缩率等，这是材料冲压成型设计的基础。韧度指标：反映材料强度和塑性的综合表现，是能量指标。反映材料在变形或断裂过程中吸收能量的能力。是选择材料的一个重要指标。

    二、材料的强度计算

    材料在拉压、扭转、弯曲等基本变形情况下，当所受最大应力超过材料的强度极限时就可能破坏，所以设计时要进行相应的强度校核：

    常用的强度理论有：

    最大拉应力理论：只要构件承受的最大拉应力达到材料的极限应力值时就会引起材料的破坏。

    最大伸长线应变理论：只要材料最大线应变达到某一个极限应变值时，就会引起材料的脆性断裂。

    最大切应力理论：只要构件中最大切应力达到某一个极限切应力值时，就会引起材料的塑性屈服。

    形状改变比能理论：只要构件的形状改变比能达到某一极限值，就会发生塑性屈服。

    薄壁压力容器强度计算在金属容器结构设计中，当具有较大的内压时(如喷雾罐等)，必须进行强度计算，从而选择合适的材料及厚度等参数，计算如下：   

    三、结构的刚度问题

    在包装结构设计中要考虑的一个很重要的问题就是结构的刚度问题，包装容器如纸箱、纸合、金属罐、塑料容器等都必须具有一定的刚度，即结构抵抗变形的能力，这样才能较好的保护好产品和包装结构本身。

    不同的结构有不同的刚度计算方法，在设计时应根据具体情况加以选择。一般来说，提高构件刚度的方法主要有：

    选择弹性模量较大的材料。

    提高材料厚度与抗弯截面模量。

    在结构上增加加强筯(如钢桶、罐、塑料容器等)。

    四、结构的稳定性计算

    当细长杆件或薄壁结构(如木箱结构中的立柱、瓦楞纸箱板等)受到压力作用时，即使受到的应力远低于材料的强度极限，也会由于失去平衡而突然快速变形，甚至破坏，这种现象称作失稳。对细长杆，临界压力可由欧拉公式确定：    

    对中小柔度杆则应采用经验公式，可参考一般的材料力学教材。

    提高结构稳定性的主要措施有：

    减小压杆的长度。

    选择合理的截面形状，尽量增加截面惯性矩的大小。

    增大杆或板端部约束。

    选择弹性模量较大的材料。