EPO材料在熱水器包裝上的應用

王森 侯艷 李偉 劉玉磊

青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司 山東青島 266000

1 引言

伴隨著近年來電商平臺壯大、居民消費觀念更新以及年輕消費者逐漸成為消費中堅力量，家電企業電商渠道的重要性愈發突出。家電企業電商渠道的快速崛起，隨之帶來的是各品類家電產品消費需求的提升。但現有家電產品包裝方案已經無法滿足電商渠道產品對儲運環境的要求，基于此，一種性能比聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene簡稱EPS）材料更堅固、耐久、有韌性的發泡聚乙烯、聚苯乙烯聚合物（30%的Polyethylene和70%的Polystyrene組成的“共聚物”簡稱EPO）材料得到了更多企業的青睞。

目前，EPO主要用于高端家電和緩沖性能要求苛刻的家電緩沖包裝（圖1），相比EPS包裝，EPO緩沖性能更加優良，可減少運輸環節對家電產品的破壞，有效地減小包裝尺寸，降低物流運輸成本，減少對環境的影響。

2 EPO材料特性

EPO是特殊聚合工藝生產的一種特殊的“共聚物”（圖2），其主要成分為70%的聚苯乙烯（Polystyrene簡稱PS）和30%的聚乙烯（Polyethylene簡稱PE）。EPO材料融合聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）的優點，使材料的綜合性能比單純的聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）大幅度提高，使用其加工而成的包裝襯墊將會對產品起到更良好的保護作用。[1]

EPO材料的性能優點：

（1）使用EPO材料加工的墊層，墊層的回彈性遠遠超過EPS墊層，具有出色的多次跌落緩沖性能，滿足惡劣運輸環境的需求。優良的保護性能可以更好地維護產品形象，降低由于物流損壞造成的產品損失。

（2）EPO墊層在給產品提供有效保護的同時，縮小了墊層的體積。墊層體積的減少，既降低了材料的使用量，又提高了倉儲和運輸的效率，降低儲運成本。[2]

（3）EPO材料的強度、韌性和撓性強度好，在儲運的過程中自身不易破損，不會產生如EPS顆粒等碎屑，可以提高開箱后產品的外觀檔次。

（4）為達到同等的緩沖效果所耗用的原材料重量EPO低于EPS，對于出口產品所需付出的回收成本較低，適合出口產品使用。

3 EPO墊層方案設計及驗證

EPO材料作為一種高性能的緩沖材料，融合了EPS與EPE兩種材料特點，兼具良好的強度、韌性、撓性強度性能，主要用于高端產品的緩沖包裝。現階段由于EPO材料成本較高，在國內熱水器產品的包裝方案設計中應用較少。[3]主要原因還是成本問題，我們通過對熱水器墊層結構方案的優化調整，保證了整體成本的持平甚至降低，便于企業的批量推廣使用。

3.1 熱水器外損分析

現階段熱水器產品包裝多分為上、中、下三個包裝墊層，材質多為EPS，由于EPS材料本身較脆，容易斷裂，在運輸過程中多次轉運會導致主承重下墊層破損，進而失效造成產品損壞。

3.2 方案設計思路

考慮到EPO材料具有良好的斷裂彎曲性能，可保障產品多次周轉時底襯完好，從最大限度保障運輸跌落過程中的損壞，故我們考慮將熱水器的主承重下墊層進行EPO材質的升級，中墊層、上墊層仍使用EPS材料設計。

3.3 下墊層結構設計

基于EPO材料的特性，給予了下墊層結構優化的可能。對EPO材料下墊層的方案設計中，對主承重面及儲運過程中易受力的部位進行加強，對非承重部位盡量減少材料使用量，最大程度的縮小墊層體積。具體設計分析如下（如圖3、圖4）：

（1）A部位對應熱水器產品強度最高部分，此部位是產品儲運過程中的主承重面，把此面做為熱水器下墊層的受力基礎面，中間端蓋部位進行避空設計；

（2）B部位的拉筋式結構，在保證產品儲運過程中的角跌落安全性能的前提前，減少原材料的使用量；

（3）C部位的筋位結構設計，一方面可將夾抱力進行分散，另一方面可以保證下墊層的整體穩定性；

（4）D部位為A部分的剖面，主承重底面全部使用環形拉筋結構，增強下墊層的緩沖防護性能，保障產品不受損；

（5）E部位在下墊層中心采用十字筋結構形式，增強了墊層的整體強度；十字筋進行了避空設計，保障了跌落發生時熱水器端蓋不受力。

原下墊層方案與EPO下墊層方案對比如圖5所示。

圖1 EPO緩沖墊

圖2 EPO粒子的結構

圖3 EPO下墊層

圖4 EPO下墊層剖面

圖5 下墊層對比

經過對下墊層結構、材質的升級，雖然EPO克重低于原EPS方案，但EPO材料單價成本較高，單從下墊層價格對比，EPO墊層價格高于EPS墊層。但基于EPO墊層尺寸的縮減，我們可以同步對儲運過程中受力較少的EPS上墊層、EPS中墊層的過度包裝進行結構優化（表1）。2種墊層結構方案均可通過運輸試驗驗證，EPO墊層方案既提升了對產品的保護性能，又保證了墊層的整體成本基本不變。

表1 墊層對比

經過對包裝箱的對比（表2），由于墊層體積縮小，包裝箱用材減少，采購費用降低0.8元左右；產品外形體積縮小10%左右，按物流運費150元/m3計算運輸費用降低4.5元左右。

綜上，熱水器下墊層使用EPO材料后，經過對上墊層、中墊層的優化設計，墊層材料成本基本持平；包裝箱材料成本，產品的運輸成本均有降低，單臺成本節省5元左右。

表2 整機體積對比

表3 實驗數據

4 實驗測試

為驗證此替代方案的可靠性，對熱水器進行模擬運輸實驗（包裝、運輸包裝件常規的檢測標準參照中華人民共和國國家標準GB/T 4857），驗證結果如表3[4]。

5 結論

EPO材料由于本身粒子的結構特點，使其融合了EPS和EPE材料的優點。EPO材料出色的韌性和回彈性，可更好的解決熱水器在儲運過程中的多次跌落導致失效的問題。針對熱水器下墊層的方案設計中，除了EPO材料的使用，還兼顧了結構的優化。對熱水器整體包裝進行了輕量化設計，減少了材料用量、縮小了產品體積，有效地降低了整機成本，提高了產品競爭力。[5]

此次方案設計驗證合格，充分證明針對儲運過程中可能發生多次跌落的家電產品，可以使用EPO材料進行優化設計，這樣可以滿足家電在農村市場渠道的儲運要求。合理可行的優化設計方案可以有效的提升性能、降低成本，此設計方法可在其他家電產品上面推廣使用。