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包装结构
时间:2015-06-11 10:47:40 作者: 点击数:

包装结构居于包装工程的主导地位,包装结构处于包装设计的基础地位。 将包装结构设计置于“人——包装——产品——环境”这一大系统下进行研究,坚持“以人为本”、“与环境友好”的设计原则。

包装结构设计

研究内容:

结构优化设计

根据设计要求,在全部可行的结构方案中,对包装结构的设计问题建立数学、力学模型,设定“目标函数”(强度最高、重量最轻、造价最小等等),考虑以变量形式参与结构优化设计的“设计变量”和设计时应遵守的几何、强度、刚度及稳定性等的“约束条件”,利用数学手段和计算机技术计算、分析若干个设计方案,从中选择一个满足设计标准的最佳方案。

结构加固方法

对可靠性不足或要求提高可靠度的包装结构及其相关部分采取增强、局部更换或调整其内力等措施,使其具有设计所要求的安全性、耐久性和适用性。

研究点:

• 基于CAD/CAE的共用木托盘优化设计

• 蜂窝纸板托盘设计

• 瓦楞纸箱成型理论与设计

• 外包装箱结构加固理论与方法

• 有限元法在包装结构优化设计中的应用

缓冲包装

缓冲包装的设计受到流通环境条件、缓冲材料性能、缓冲衬垫几何参数、产品脆值等许多具有随机变化特性的因素的影响,难以确切表征产品缓冲包装的适合程度。而可靠性理论与方法能够更客观准确地反映外界激励和结构性能的变化特性对于设计结构的影响。

研究内容:

缓冲结构分析与仿真

用包装产品的失效概率或可靠度指标来表征缓冲包装保护产品的能力和缓冲包装的合适程度,应用概率方法来设计缓冲包装,必将使缓冲包装产品具有更好的经济性和适用性。采用有限元法、边界元法等更精细的动力学分析方法,结合模态分析与参数识别技术,可精确地分析产品任意部位的加速度响应,优化设计缓冲衬垫的局部尺寸,从而可以进一步提高包装件对流通环境的适应性,减少缓冲材料用量。

防振包装标准化

现有包装设计太注重于缓冲而忽视了防振包装。缓冲包装设计六步法提出了应考虑冲击和振动相协调的问题,然而只有缓冲设计部分才有标准可参照。

研究点:

• 叠合纸板的缓冲机理

• 蜂窝、瓦楞纸板缓冲性能

• 新型缓冲包装结构

• 包装件跌落有限元分析与优化设计

• 防振包装标准化

研究案例:共有木质托盘有限元分析

在初步确实共用木质平托盘的结构、材料、总体尺寸及每个构件尺寸基础上,进行参数化建模与设计;按照有关标准进行试验,找到初步定托盘的缺陷所在;运用有限元仿真和模型参数识别技术,基于CAD/CAE软件和试验数据,解决木包装设计系统的CAE分析出的结果与实际不相符的问题;对共用木质平托盘的构件尺寸与材料选择进行不同方案的优化设计,保证能够在使用安全与预期寿命的前提下,达到使用的木材材料为最小的目标,实现最大程度节约宝贵木材资源的目的。

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高阻隔包装

随着社会的发展和人们生活水平的提高,对于产品的包装并不仅仅局限在视觉效果上,而是要根据产品的特点和市场的需求,朝功能化方向纵深发展。近年来,技术的进步使塑料包装薄膜的功能化发展趋势日渐明显,高要求、高技术含量的塑料包装薄膜正成为许多企业的支柱产业和研发目标。高阻隔包装材料就是其中最重要的研发目标之一。

国际上包装学者认为,所谓高阻隔,可以定义为一种材料具有很强的阻止另一种材料进入的能力,不论另一种材料是气体还是水汽。高阻隔包装材料的研发和生产已引起了世界各国的重视。

据英国Pira国际集团公司近期发布的一份《未来5年欧洲8个高利润包装市场发展趋势》的研究报告,该报告提供了欧洲300家相关包装跨国企业关于高利润包装市场发展趋势展望的第一手资料,精确量化了高利润市场在今后2年和5年的增长情况。研究表明,高阻隔性材料位于高附加值产品的第4位。

美国巴顿菲尔格罗斯特的市场部主管, 德国人 Laverde 认为,北美市场的高阻隔性薄膜需求量将有年均超过5%的增长率。柯达公司在成功收购了美国NuPro技术公司后全力开拓包装市场,正在研制包阻隔食品包装材料。美国的3M 公司的高阻隔膜产品商品名为FTB-3 ,阻隔性能优于10-3克/平方米·天,主要用于电子书显示屏的封装,并且可用于药品的包装。

日本三菱树脂公司从08年7月1日起,开始向市场投放一种可以有效阻隔水蒸气和其他多种气体的高性能塑料薄膜。这种名为X-Barrier的塑料薄膜不仅能阻隔水蒸气,同时还能阻隔氧气和二氧化碳等多种气体。其阻隔性能可达到10-4克/平方米·天。日本凸版印刷株式会社也开展了高阻隔膜的研发工作,其产品GL膜已经面市。

早在40多年前,高阻隔技术就已开始产生了。美国在20世纪50年代已经使用挤出聚乙烯薄膜复合到金属箔上作为阻隔性包装材料。也包括在金属箔片基材上的加工技术,由于箔片材料很薄,且阻隔性很好,所以,当时就认为高阻隔工业已形成了。

回顾20世纪90年代,高阻隔包装材料曾发生过两次变革,即1992至1996年至1996年至今天。在第一次变革中,形成了最主要的四种高阻隔材料的基本涂层:尼龙、PVDC、EVOH和喷镀金属膜。但是,社会的进步使消费者对阻隔包装的要求更高,希望食品更新鲜,更能保持产品原汁原味和高品质,这就促使材料开发商和研究者们去寻求更加先进的包装材料和开发方案,在高阻隔薄膜的研制中不断地引入各种高新技术,这就成为阻隔性包装材料第二次变革中一个主要特征。。

目前高阻隔包装材料的制备技术主要有化学合成法、多层复合法、真空镀膜技术以及利用纳米技术制备纳米插层材料等等。

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现代包装设计

包装设计在国际经济发展进程中扮演着重要的角色,是保证商品包装达到科学、合理、美观、适销等要求的必要条件和操作程序。包装涉及到多学科领域和国际贸易环境条件,包括以下四个方面:

(1)包装材料、容器、技术与方法的选择;

(2)结构造型;商标、图案、色彩、文字等视觉传递的表现;

(3)印刷、成型工艺;

(4)法律法规、标准、合格评定程序等技术性支撑。

从国际包装业的发展来看,包装设计的发展趋势与整个包装工业的发展方向紧密联系在一起。品牌战略、全球化、环境保护、技术创新、材料科学、计算机和电子技术、成型和印刷工艺、物流技术,以及市场营销、消费者利益保护、美学技术等主导潮流,体现着现代包装设计的最本质的原则和完整的设计理念。同时包装设计的创造性构思和设计过程又将包装领域(材料、容器、印刷、机械、市场、产品、技术等)的发展变化有机的联系起来,从而为企业产品提供系统性的包装设计方案由此而生。

一般而言,对于商品包装设计,美国、欧盟等工业先进国家较看重包装的与众不同、方便使用和有利于环境保护,同时将包装成本、环境和市场等问题综合加以考虑。例如,在保证强度的前提下,减重后饮料罐的效益可以抵消保护环境的花费。反对“过度包装”和“欺诈性包装”。日本提倡“合理化包装”的设计理念,即包装设计要选择适当的材料,设计的规格大小适中、满足消费者需求、有利于包装废弃物处理与利用。“合理化包装”成为包装设计所追求的目标。

优秀包装设计的基本要素,通过8个方面体现了包装设计适应科学和时代发展的需要,以及科技创新意识和自我创新能力:①对内装物具有良好的保护功能;②方便开启,使用安全;③清晰表述内装物的信息;④具有良好的销售外观效果;⑤平面设计美观大方;⑥良好的包装制作工艺;⑦节约材料、降低成本;⑧有益于环境保护。

包装设计发展的一个重要方面是如何通过设计创新来促进包装的“可持续性”并与之协调和统一。环境问题和“可持续性”发展原则已成为全球性的议题,包装设计与之密切相关。“可持续性”适用于任何环境。在包装设计领域,应用“可持续性”的概念变得越来越重要。产品包装所使用的许多包装材料都可以被认为是“可持续性的”。目前,欧盟国家正在率先开展着眼于将来会给纤维包装业带来性能及成本优势、专门使用可更新资源的包装物、创造出各种性能来实现纤维包装最优化而进行的包装设计。

依据“可持续性”的原则,国际上产生了“环保包装”的概念。环保包装设计的发展主要集中在减少壁厚、可重复灌装、使用单层(薄膜)材料和组合包装上,并且这样的包装已变得越来越普通。在很多场合,已同消费方式联系在一起,像预制食品包装、快餐食品包装、软饮料包装,可重复灌装的日用品包装等越来越多。在提倡“环保包装”的同时,我国正在日益提及“绿色包装”的概念及设计理念。

现代包装设计的理念和发展趋势体现在“4R +D”原则,按照“减量化、再利用、资源化”原则,促进经济、环境和社会效益相统一。我国包装设计界承担着促进我国资源节约和综合利用的应有责任。“4R +D”原则即:

Reduce:减少包装材料、避免过分包装。即在保证盛装、保护、运输、贮藏和销售的功能前提下,包装首先要考虑的因素是尽量减少材料使用的总量;

Reuse:可重复使用,不轻易废弃可再用于盛装的包装制品;

Recycle:可回收再生。即把废弃的包装制品进行回收处理,再利用;

Recover:获得新的价值,即利用焚烧来获取能源和燃料;

Degradable:可降解腐化,有利于消除白色污染;

随着科技的发展、人们对生活品质要求的进一步提高,以及对生存环境的关注越来越多,未来包装设计的发展趋势也更多元化:

1.生态设计

生态设计就是按照自然环境存在的原则,与自然相互作用、相互协调,对环境的影响最小,能承载一切生命迹象的可持续发展的包装设计,即从环境保护的角度考虑进行商品的包装设计。

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2.高新技术设计

信息化时代的到来预示着高新科技的迅猛发展。未来商品包装设计的高新技术设计将体现在计算机辅助设计、计算机辅助制造、智能机器化方法(高级人工智能)、信息设计、虚拟设计、机器人设计、高新技术材料、先进制作工艺、一体化设计、无版印刷、装订、包装技术等方面。

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3.非物质设计

21世纪设计发展总趋势是非物质性,它是信息社会的特征,提供非物质产品和服务。信息化程度的不断提高,促使以技术为中心的社会逐步向以智能和信息为中心的社会转变,后者称之为非物质社会.也称艺术的社会,更重视设计品的精神性和艺术性的表现。已经出现的后现代设计就具有一些非物质设计的特征。

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4.交互式设计

交互式设计通过包装材料和包装手段的实施,使产品和消费者之间建立起一种更加紧密的联系,形成一种互动的关系,打破过去包装单向传递信息的格局。它的主要表现形式有:感觉包装、功能包装和智能包装。

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5.传统文化与现代风格并存

风格是未来商品包装设计的主题,任何一个商品包装都讲究风格。民族风与国际风、商品性和文化性、继承和革新、传统与现代、雅与俗成为未来商品包装设计的风格。产品的特征一定要与商品包装设计的风格相统一。

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6.人性化设计

人性化设计包括生理(物质)和心理(精神)两个方面,未来商品包装的人性化设计更注重精神方面的需求。商品包装的人性化设计除满足心理需求外,还要满足不同文化、民族、地域、性别、年龄的人的心理需求。未来商品包装更重视的是包装的人格化。

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现代包装设计需要充分体现其时代性、民族性、国际化、科技创新意识和自主创新能力、以及包装与环境保护协调性发展的原则——这是现代包装设计的要求和必然趋势。正如著名经济学家、中国入世首席谈判代表龙永图主张的一样:一、在高端制造业方面,包装是一个非常重要的最后环节,非常关键。我国要发展好高端制造业,包装行业在这个过程当中,会起到重要作用。二、包装行业的创新很重要,不仅会影响包装行业的发展,也会影响到整个中国制造业的发展。没有包装的创新就很难有一些具有国际竞争能力的高端制造业。三、包装行业实际上可以作为一个载体,使我国的文化走出去,我们的包装产业具有很多鲜明的文化特点,而且可以研究丝绸之路沿线国家的文化,如何将这些文化元素体现在包装上,将使我们的包装质量踏上一个新的台阶。

纳米包装材料

研究内容:纳米包装材料结构与物性的调控与制备,绿色、环保、高效的功能化包装材料的实现。

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