EPS泡沫包装制品之关键---模具应用
常州礼嘉泡沫：
包装设计理论
EPS是受压时变形量较大，而消除外力后回弹量（即弹性）较小的一种泡沫塑料。其防震性能明显优于刚性较大的其他防震材料。对于振幅不大、不在共振频率范围内的震惊是可予以考虑采用EPS包装的。因此，包装设计重点是要解决EPS包装的缓冲问题。进行EPS包装设计，首先要明确的是，怎样的包装厚度和缓冲面积最为合适，这就是本节所要解决的问题。
为了便于研究，我们先讨论EPS缓冲包装的理论基础。
产品的的跌落高度h与产品包装的缓冲厚度d之间的每个比值都有一条缓冲曲线与之相对应。这些曲线主要显示：
1. 当h值越小，d值越大时，在同样的表面静负载下，h/d比值越小，冲击力载荷因素越小，即产品受到的冲击力越小。显然，h值取小，d值取大，这些都要受到客观条件的制约。详细说来，h值取小，说明我们对运输条件要求过分苛刻，实际上并不能做到，而d值越大，则是太耗费材料，并增加包装体积，这同样也不可取。
2. 在一定的h值和d值的情况下，即h/d比值一定，表面静负载G值影响较大。对于详细产品而言，缓冲面积合适是至关重要的。因为此时产品重量是一定的，缓冲面积的大小直接反映出表面静负载的大小。缓冲面积小，即表面静负载大，表明EPS缓冲包装变形超过极限，缓冲作用时间短，故冲击力大。这样必然要损坏产品，EPS缓冲包装本身也易破碎；相反，缓冲面积过大，表明静负载变小。但是缓冲包装变形减小，即冲击时间减小，而使冲击力增大。静表面负载对冲击载荷因素影响较大。因此，完全有必要从缓冲包装上减掉一些EPS，
使缓冲面积适中。这样既改善了EPS缓冲包装的缓冲性能，使形状更美观，有节约了原材料。必须强调，EPS缓冲特性曲线是呈现下凹的二次曲线。
2. 显然各种密度不同的EPS包装，其特性曲线有所不同。假如要根据特性曲线进行EPS缓冲包装设计，首先应注重EPS密度，其次，根据产品的脆值（即载荷因素）、产品的重量、运输条件（即跌落高度）等已知条件，具体对照特性曲线，算出缓冲厚度d、缓冲面积s等。
包装制品设计
在许多情况下，欲包装物品表面的总面积都要比抵挡冲击力时所需的缓冲面积大的多。在这种情况下，应从设计中求出理论缓冲面积。
一般采用肋条或球形突起物等缓冲件来解决问题。但BASF设计的计算尺以及绘制的缓冲图表，都是以四方形试样进行落锤试验所得的结果为基础的。当应用于肋条时，一定要先校正一下。肋条的厚度应增大10%。计算求得的缓冲面积F，阴影部分为面积，即高度H之一半所示的面积。为使肋条的设计更佳，还应遵守以下各原则和建议。
（一） 肋板、筋条的计算和设计
如上所述，当A>A*时，为了提高EPS包装的缓冲性能，应该将EPS缓冲包装的形状设计成外凸的筋 条形态或其它形态的凸起，当然我们也可在缓冲包装的内侧设计成内凸的肋板或突起外形。
两者兼而 有之，也是容许的。当然，为了模具制作方便，以及为了EPS成型脱模顺利，肋板和筋条都存在着必要的斜度，@面肋板或肋条的底面积几乎就等于该缓冲包装的缓冲面积。
在作肋板或筋条设计时必须认真考虑如下几点：
1、先确定包装物品承受冲击力时所需的面积（冲击负载荷系数×物品@量）。
2、由于筋条的缓冲效果比肋板缓冲效果要强15%。因此，我们应以设计筋条为主。
3、假如肋板和筋条同时被设计采用，应取其中较小的平均值作为整个缓冲包装的缓冲面积。 此值即被看成是A*。
4、在S值，它一般不小于10mm，或不小于预发后EPS珠粒@径的3倍。这样，我们可防止大面积S部分轻易产生“加料不足”现象，保证EPS缓冲包装产品的完好。显然，窄小部分的S值可适当取小。
5、H值约为dr的0.5～0.65之间。
6、B值一般要在15mm左右，b值大一些，对减少成型制品的废品是有好处的。
7、Dr的数值约为计算所得缓冲厚度d值得1.1倍，即dr=1.1d
8、一般的说，缓冲包装件的筋条比肋板的缓冲效果要好。因为，产品跌落着地时所受的冲击力是从外部向里部依次传递的。所以筋条在缓冲包装的外部，其在冲击过程中，变形比较充分，因而其缓冲效果就好。如果我们将缓冲厚度和缓冲面积相同的带筋条与带肋板的EPS包装进行比较，前者的缓冲效果要比后者强15%。
9、如前所述，包装件若被设计成筋条结构，在确保一定的缓冲面积的前提下，稍增加缓冲厚度可减少冲击力，而适当增加筋条的数量，除了使产品跌落时受力均匀，还可减少振动对产品的影响。
（二） 周转箱的堆放问题
如前所述，EPS可做成各种防震包装，以及各种隔热、保鲜箱。也可直接做成各种盛器， 但都会碰到堆放问题。
即一切用于堆放的包装都必须承受一定的堆积负载，一定要保证其包装本身不产生过大的变形和损坏。若不采用外包装（一般是瓦楞纸板箱），可直接使用EPS包装箱.在设计此类EPS缓冲包装时除了考虑缓冲厚度和缓冲面积外还应该考虑堆放的为体。
我们必须保证在一定的堆放高度下EPS 包装箱不会产生较大的变形.即要注重EPS 包装箱有一定的四面壁厚.
(三)隔板和衬垫
以上着重讨论了EPS泡沫塑料的绝热保鲜问题和用做周转箱的堆积问题.其实两者是紧密联系的用于安顿某些电子元件的EPS泡沫周转箱，必须消除EPS泡沫塑料的带静电现象;用做建筑材料的EPS泡沫塑料则必须留意选用阻燃性的EPS原料等等.当然所有的问题都必须根据实际情况加以综合考虑.
除了做EPS泡沫周转箱外我们也常见直接用EPS泡沫塑料左"隔板"和"衬垫"利用EPS的缓冲、隔热性能同时它也能挡住视线还具有隔音效果.
如果EPS泡沫塑料片材能与其他材料进行复合 则其用途就更大了.如与钢板、铝板、石膏板等复合这种板材就成了建筑材料或装潢材料.
而EPS衬垫既可切割EPS泡沫板材而制成也可用模具成型制作出来.衬垫位于产品之间它的基本作用是固定位置防止产品因移动而自身损坏或损坏邻近产品.
包装件与产品接触部分要选择合适即应使包装件与产品本身结实部分相接触特别要避开产品比较易损坏的部位.而且接触的面积要尽可能地大一些以使负载能均匀分布.若产品的着力部位面积小则插入硬板.
EPS用做隔板和衬垫是由于其质量轻抗压强度高且设计随意因而减少了运输重量、仓储体积、产品损坏和装运劳力从而降低了成本.隔板和衬垫的设计取决于包装介质和产品的物理性质.而EPS的隔板和衬垫设计的最主要的物理特性是其抗压强度和变形量.
当EPS用做抗压时需记住其形变要限制在3%以内.如受压超过上述的限制将产生永久变形若你希望产生永久变形则设计必须限制在带有20%安全因素的限制曲线以内.根据这种限制曲线进行设计就能避免EPS泡沫塑料在使用中产生的变形. 不堆积及短期存放的包装设计可采用比例极限若重量分布均匀包装变形不造成问题则可采用比较合适的变形曲线.
EPS泡沫 包装需在仓库中进行堆放或延长存放时间的应该在可接受的受压儒变曲线和设计曲线的范围加以设计.隔板衬垫设计通常要考虑尽可能少用料使起在功能的范围内使用.
(四) 缓和剂
"缓和剂"也称"调节剂"她能在EPS隔热包装中增大商品冷冻或保鲜的热容量延长商品的冷冻或保鲜期限.最常见的缓和剂有水.水的热容是41868J/G#(1cal/g0C)是自然比热容最大的.而其冰点为零摄适度熔化为3349J/G .当然一贯根据商品保险温度和各种不同的要求选择不同种类和数量的缓和剂.
不同的物质其导热系数是不同.一般来说EPS泡沫塑料的导热系数是较低的只是比 空气等气体高一些.包装箱内增加一定的缓和剂以增加物体的热容量.这样就能在适当 厚度的EPS隔热包装箱内确保一定的冷冻期或保鲜期.而不同的缓和剂的熔化温度正是我们 可用来调整EPS隔热箱内物体的保存温度.
EPS模具的制造程序
1.根据被包装商品的要求以及运输条件等选定合适的EPS密度计算包装的缓冲厚度和缓冲面积.
2.根据商品外形、着力点的要求手制EPS样品.
3.可用手制的包装样品和商品景象跌落试验.然后确定缓冲包装的缓冲性能.
4.对包装样品的缓冲性能、外观等方面进行评估修正直至最后定型并画出包装产品的图样.
5.根据包装产品的外形尺寸及其批量选择合适的成型机.
6.依据图样或包装样品以及成型机的特点直接制作木型.
7.铸造铝模.
8.机械加工除配合面外尽可能减少其加工量.
9.钳工装配模具.
10试模.
11.检查包装产品或改模直至认可为止.
模具制造中的斜度问题
制件成型后要从模内脱出在脱模方向上应有脱模斜度.壁高在100MM以内时脱模斜度为1。~1。30'.如在壁上有蒸汽孔时脱模斜度不应小于2。. 一方面是为了轻易脱模另一方面也是为了避免侧壁在脱模是的划伤影响表面质量.
如果包装产品的图纸中只有公称尺寸而未注明其斜度时应留意以下两点:
1.包装的外尺寸即EPS成型模具的凹模尺寸其最大的尺寸为公称尺寸.这样另一端尺寸稍小一点以利于内包装顺利进入外包装.
2.包装的内尺寸即凸模尺寸其最小的尺寸为公称尺寸.这样的内尺寸会轻微大一点以利于产品进入包装.
模具制造中的收缩率问题。
1.EPS 成型脱模后产生收缩变形
一般情况下EPS的收缩率为0%~0.3%.具体的收缩率与各材料的特性、工艺条件、产品的密度和厚度有关.有些情况下如脱模温度高、产品较厚等EPS 制品非但不收缩反而膨胀.所以模具制作过程中要考虑EPS的收缩变形及一般成型工艺特点模具的尺寸需适当放大一般为0.2%.
2.铝模在浇铸过程中的收缩变形 控制这种收缩变形技术问题涉及面广.在此主要是木模的余量.
(1)铝模的几何形状、厚薄程度都会有影响铝铸件的收缩率.一般说较复杂的铝铸件收缩变形限制比较多.
(2)铝铸件的实际收缩率为1.1%~1.2%.
(3)木型的收缩余量与其本身的工艺条件特别是铸造工艺技术水平有联系.一般说木型尺寸需放大0.3%~1.8%.具体做法可根据实际情况而定.
(4)模具尽可能要壁薄一点表面光滑一点.
模具材料
发泡聚苯乙烯珠粒的成型工艺过程是先把珠粒充填入已封闭的模腔内。然后通过蒸汽加热使珠粒膨胀布满模腔并使珠粒互相熔合成为一个泡沫状的整体.随后停止供气通过冷水使模具均匀地冷却制件硬化成型后开模取出.
为了提高模塑生产效率模具本身必须具有良好的导热性并且具有耐腐蚀性和能够长期经受热胀冷缩产生的应力.
模具结构
(一)成型机上的模具种类
EPS 模压成型技术可分为3种:蒸汽成型探针加热成型高频电热成型.后两种很少采用只有一些复杂的和薄壁容器蒸汽加热的模具很难得到满足的结果才采用.
1.提供蒸汽介质的通道以便加热模具这样加热功能可以在模具布满后由迅速通入热蒸汽来完成.
2.为了强迫蒸汽直接进入模腔并通过EPS珠粒在模具预热以后关闭蒸汽的排水阀这样使得空腔中的压力上升强迫蒸汽通过模具排气口进入型腔某些水气直接进入物料中是物料适当溶解所必需的.
3.可作为提供冷却模具的冷却水通道. 4.有时空腔可作为空气的压力容器用来顶出成型制件.
(二) 模具的组成
模具由两部分组成.用于立式成型机的分为上\下模;用于卧式成型机的分为左右模.每一部分都要有模腔和蒸汽室.
模具是根据成型机及产品的需要而有所变从而使结构也会有变化.为了实现模具的标准化和系列化以及为便于模具的装拆和减少加工量我们大致将模具分成模架和型腔两部分.
1.模架可分成凹模架和凸模架.
模架的各种尺寸都必须标准化以便于模具的安装与型腔的更换.而凹模架的高度则必须系列化.可做成几种特定的规格以适应不同深度包装的需要且只需配上合适的支撑杆即可.
2.型腔
由凹模凸模面板和背板组成.更换模具事尽可能只更换型腔.这样在制造和使用过程中会很方便.
(1)各种不同的成型机其工作台面也不同.我们可根据产品面积大小进行合理选择.
(2)型腔的集合形状是与产品形状直接相关的.但是其必须固定在模架上所以它必须十字 中央校正并保证螺钉的连接.而顶杆和加料枪的位置要先保证背板和面板等中央校正后再与凹模型腔顶杆加料枪的位置对准.
异形模具部件设计
(一)蒸汽室的设计
蒸汽室的作用是把送入的高压蒸汽均匀地分送到型腔壳体的各部.在有蒸汽喷孔时应使各喷
孔能接近于同压力下喷气.因此在设计时应考虑以下几点:
1. 蒸汽入口和出口的设计
蒸汽入口的大小，一般可按习型腔壳体的表面估算。每300~400cm2可用以根DN20蒸汽管送气。进汽口不能直接喷向型腔，否则直对进汽口的一部分型腔温度会过高。如果不能避免，可加设分汽挡板。
蒸汽挡板，把管口用一平板封住，再管的周围和顶端钻孔，使蒸汽向各方向喷出。蒸汽在蒸汽室内达到一定的压力以后，一方面通过型腔壳体的传导作用，使充填在型腔内的EPS珠粒受热膨胀，一方面通过型腔壳体上的蒸汽喷孔直接喷到EPS珠粒上，使珠粒受热膨胀，最后熔合成型。
多余的蒸汽和凝聚的水要从排气口排出，因此排气口的位置应设在蒸汽通路的最末端和 模具安装位置最低点，使凝聚的水能全部排出。出口的管直径一般应大于进口.
2. 蒸汽喷孔的设计 蒸汽喷孔是使蒸汽室内的具有一定压力的蒸汽通过喷孔直接加热于EPS珠粒。为了使珠粒均匀地受热膨胀以便熔合，喷孔的数量和位置要安排适当。同时为了避免在制件上留下过大的孔痕，孔的直径也应考虑。
3. 蒸汽室的密封.
蒸汽室一般是由模腔壳体和蒸汽室外壳组合而成。两者的结合面应密封，以保证不使蒸汽漏逸。
密封方法可采用耐热橡胶密封环，或其他常用的蒸汽密封垫。由于正气室同时又兼作冷却水容器，每一工作循环要经过受热膨胀冷缩一次，如果密封连接过紧，会由于收缩膨胀不同而产生裂痕。
4.冷却水路的设计.
在成型工作循环中，用蒸汽加热和冷水冷却是交替进行的。冷却效果的好坏，直接影响制件的质量。如局部过冷会造成珠粒熔合不良，降低强度；如冷却不均将会造成制件内应力变形；如冷却时间太长，则影响生产效率。如漏水或存水降低蒸汽压力，使珠粒膨胀不充分，熔合不良，造成局部强度降低。要注意因冷却温度不同会造成物件变形。
蒸汽夹套和模具安装
1.蒸汽夹套的种类
在模腔后面密封和形成蒸汽夹套的模具零件通常有3种类型：普通蒸汽夹套、背盖板以及模腔轮廓形蒸汽夹套。
（1） 普通蒸汽夹套
（2） 背板蒸汽夹套
（3） 模腔轮廓形蒸汽夹套
（4） 蒸汽夹套的安装
2. 模具的安装
模具与夹套的联接通常用螺栓或用压块，并采用耐蒸汽的O型圈进行密封。
蒸汽夹套必须为模具安装表面提供一个中间的位置。不管使用什么系统，这种安装中间位置必须答应在模具表面和蒸汽夹套表面由于膨胀和收缩所存在的差别。如果使用螺栓联接，通常在模具表面联接孔或蒸汽夹套表面联接孔留有膨胀用的间隙。同样，压板联接时，压板也是允许有少量运动的。
另外，压板联接更易拆装，节省安装时间。不管压板或螺栓怎么运动，模具表面必须保持在稳定的位置，这通常可使用调节校正装置来解决这一问题。
蒸汽夹套与模具接合面的密封性需经蒸汽试验，为达到密封性可以在蒸汽夹套的接合面上开一槽，并装入硅橡胶填料。
充模系统
充模系统
用于EPS 模压发泡模具的充模方法主要有两种。
两者都依赖充模系统压缩空气将预发珠粒填入模腔。充模喷枪是应用最广的充模工具，充模喷枪有2个位置的堵塞当堵塞在后塞位置时物料就能进入模腔堵头，由汽缸来驱动汽缸的控制由发泡成型机完成.这种喷枪利用"伯努利"原理将料送入模腔。
充模喷枪通常是每个模腔配备一个有时可以将两个模腔用进料道联接起来，这就可以实现一个喷枪完成多个模腔的充填料的目的。这样虽然减少了所需喷枪数目，却产生了调整操作和废料含量。
充模喷枪本身也有多种，如有一种喷枪可以排气，这就有助于降低模腔里的反压，并弥补一些排气不足的模具在充模时及时排除模内空气。另一种喷枪有一个3个位置的堵头，这第三个位置延长至堵塞可以起到顶出杆的作用。
第二种普遍应用的充模方法是滑动式浇道或充模系统，这是一种对多模腔系统很有效的充模方法，这一系统由模具表面上交叉形成的流道组成。流道应在模具的同一分型面上。与流道相邻的是滑动板，在一个位置，在滑动板的 各浇口与各模腔成一线，则材料可以同时通人模腔。
在关闭位置时，浇口不在与模腔对准。滑动式浇道由汽缸传动，动作行程为25.4mm，在充模期间，物料从机器料斗用空气送入。并由非凡的空气支管通过开着的浇口充满后滑动板换位。留在流道里的料返回料斗。滑动板通常用铝制成，并且经过了涂层处理，以防止粘结，现在对于滑动式浇道系统已经标准化了。
脱模系统
脱模系统
一般中、小批量生产，可以用手工脱模或压缩空气脱模，即把压缩空气通人蒸汽室内，使压缩空气通过蒸汽孔把制件脱出。也可以用机械顶出式脱模。由于制件的表面强度低，顶出杆的端面必须扩大，并且要倒锐角。
顶出杆的后部有带肩台的螺纹，穿过顶出板上的孔，用螺母固定。顶出杆与模腔不要求密封，但与蒸汽室外壁就必须密封。用黄铜做成密封套筒，筒的外径与蒸汽室外壁紧配，内孔为间隙配合。套筒的尾端用螺母密封紧固。
当开模时，固定在动模上的拉杆就带动顶出板，通过顶出杆将制件顶出。合模时，由拉杆上的可调节的螺母将顶出板连同顶出杆复位。
顶出杆的位置要放在制件强度较高的部位上，以免把制件顶坏。同时要考虑顶出力均匀，顶出杆的位置分布要与制件的几何形状相适应。
当设有顶出杆的模腔上没有蒸汽喷孔时，要加设气孔，避免形成真空不容易脱模。通气孔的位置安排，要从填料的角度来考虑，同时照顾到脱模。通气孔应从模腔内面装入而在背面铆住。
在大量生产中可采用压缩空气顶出。压缩空气由管路通到模具的顶出气孔上，顶出气孔孔端有螺纹和锥口。铜气管的管口做成圆锥型，用螺母连接气孔尾端。为了防止蒸汽漏出，顶出气孔周围不能与蒸汽室联通。