彭小鵬,黎彩怡,尚華
一種可拆卸回收的快遞包裝箱結(jié)構(gòu)設(shè)計研究
彭小鵬1,黎彩怡1,尚華2
(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 何香凝藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,廣州 520225;2廣州理工學(xué)院 藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,廣州 510540)
促進(jìn)快遞包裝的重復(fù)利用,提高廢棄快遞包裝的回收率,從源頭改善快遞包裝的浪費和對環(huán)境的污染,在不影響產(chǎn)品保護(hù)的同時推動綠色包裝的發(fā)展。深入分析當(dāng)前快遞包裝回收業(yè)務(wù)中存在的問題,探索如何應(yīng)用可拆卸設(shè)計方法對快遞包裝箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,研究如何對快遞包裝箱進(jìn)行伸縮調(diào)節(jié),以適應(yīng)不同產(chǎn)品的運(yùn)輸要求,并優(yōu)化拆卸、更換和組裝的工序,摒除當(dāng)前包裝整體廢棄的弊端,實現(xiàn)局部回收,提高快遞包裝的利用率。該可拆卸包裝箱在組裝、開啟、拆卸、收納等過程中操作方便,在實操測試中用較短的時間即可完成上述工序,并在抗摔測試中能經(jīng)受住裝載與運(yùn)輸過程中的外力碰撞,能對產(chǎn)品起到良好的保護(hù)作用。利用可拆卸設(shè)計方法對快遞包裝箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計,能方便地對損壞的包裝部件進(jìn)行更換,能有效減少包裝廢棄物的產(chǎn)生,具有便利性、兼容性與安全性,有利于建立高效通暢的回收與再用系統(tǒng),減少對資源的浪費和環(huán)境的污染,在生態(tài)保護(hù)與綠色發(fā)展等方面具有積極的意義。
環(huán)境保護(hù);快遞包裝;包裝回收;可拆卸設(shè)計
隨著電商的日益成熟與網(wǎng)購的日漸普及,促進(jìn)了我國物流行業(yè)的快速發(fā)展。根據(jù)國家郵政局快遞大數(shù)據(jù)平臺2021年12月8日實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,2021年我國快遞業(yè)務(wù)量已達(dá)1 000億件,首次突破千億級別,連續(xù)8年位居世界第一[1]。激增的快遞業(yè)務(wù)導(dǎo)致了大量的廢棄包裝,其回收與處理成為一個社會難題,給自然生態(tài)環(huán)境帶來了沉重的壓力。從源頭控制快遞包裝廢棄物的產(chǎn)生成了解決這一問題的關(guān)鍵。同時國家發(fā)展改革委等部門在《關(guān)于加快推進(jìn)快遞包裝綠色轉(zhuǎn)型的意見》主要目標(biāo)中提及,2022年可循環(huán)快遞包裝應(yīng)用規(guī)模要達(dá)到700萬個。基于此背景,文中探索一種面向標(biāo)準(zhǔn)化的可拆卸快遞包裝箱結(jié)構(gòu)設(shè)計,提高快遞包裝的循壞利用率,更好地體現(xiàn)綠色低碳的發(fā)展理念。
目前,快遞包裝廢棄物主要有紙箱、塑料袋、編織袋、內(nèi)部填充物、膠帶、封套等,這些材料大多回收價值低,廢棄后又難以降解[2]。中國報告網(wǎng)預(yù)測到2025年我國各類包裝耗材將達(dá)到4 127萬t,但目前我國的快遞包裝總體回收率卻不足20%。造成這樣的原因有很多,首先是部分快遞商片面強(qiáng)調(diào)包裝的保護(hù)功能從而對快遞進(jìn)行了過量包扎,增加了拆封的難度,不利于包裝回收[3]。例如,過多的封箱膠帶不但在撕開時會造成箱體的破壞,還導(dǎo)致紙箱回收后無法制漿做再生紙,只能進(jìn)行填埋或者焚燒。其次,小物品大包裝的現(xiàn)象層出不窮,增加了大量不必要的包裝廢棄物,也加劇了資源的浪費和環(huán)境的污染[4]。
目前我國快遞包裝的回收方式主要有垃圾站回收、包裝生產(chǎn)商回收、快遞企業(yè)回收等3種[5]。其中垃圾站回收主要是把包裝箱當(dāng)廢品賣給造紙商,用于再生紙的制造。這種回收模式不需要特定的設(shè)備,投資低,操作簡單,但是由于回收的紙箱類型雜亂,后期分揀、化漿等工序難度較大,降低了回收利用率。包裝生產(chǎn)商主導(dǎo)的回收模式主要是通過設(shè)立回收點或委托第三方平臺進(jìn)行回收,其優(yōu)點是回收的包裝箱相對統(tǒng)一,后期處理方便,回收利用率較高,但建立回收點需要較高的成本,僅適合少數(shù)大企業(yè),全面推廣有較大困難。至于快遞企業(yè)如順豐、京東等利用自身配送網(wǎng)絡(luò)建立回收點,可以用較低的成本得到較高的包裝回收率[6],但這種回收模式在國內(nèi)屬于起步階段,還具有很大的探索與完善空間。
當(dāng)前我國的快遞包裝主要為各類瓦楞紙箱,箱型的設(shè)計主要參考國家標(biāo)準(zhǔn)局的《運(yùn)輸包裝用單瓦楞紙箱和雙瓦楞紙箱》。其中使用頻率最高的就是02型開槽型紙箱,它由一塊瓦楞紙板,通過釘合、黏合或膠帶固定等方法連接,平時可將其折疊堆放,需要使用時再通過底部搖翼撐開成型;此外還有箱體和箱蓋可分離的03型紙箱和一體折疊成型的04型紙箱[7]。這些箱型(如圖1所示)多年來一直沒有結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新變化,已無法應(yīng)對包裝數(shù)量激增而帶來的環(huán)保問題,不能滿足當(dāng)前社會對包裝回收與再利用的要求。
Fig.1 Types of boxes commonly used at present
可拆卸設(shè)計概念誕生于20世紀(jì)90年代初的歐洲,其出發(fā)點是實現(xiàn)產(chǎn)品和零部件的全生命周期使用,方便產(chǎn)品的回收利用,減少廢棄物的產(chǎn)生[8]。這種設(shè)計理念能應(yīng)用在這些易損壞、難再利用的包裝紙箱上,有助于從源頭減少包裝廢棄物,符合當(dāng)前社會發(fā)展的需求。
可拆卸設(shè)計方法有3個特點:零部件相對獨立,可以對其進(jìn)行單獨設(shè)計和調(diào)整;零部件可進(jìn)行更換,不因個別部件的損壞而整體廢棄;具有通用性,可針對系列化生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行零部件的共通互換。這3個特點使得可拆卸設(shè)計方法具有巨大的發(fā)展優(yōu)勢。要使這種優(yōu)勢得到更充分的發(fā)揮,可拆卸部件的設(shè)計是關(guān)鍵,只有結(jié)構(gòu)巧妙、拆卸方便的設(shè)計才能贏得人們的青睞。
目前市面上主要用各種不同規(guī)格的包裝紙箱來對不同體積的貨物進(jìn)行包裝與運(yùn)輸。可用6個不同的指標(biāo)對這些規(guī)格各異的包裝箱與統(tǒng)一規(guī)格的可拆卸包裝箱進(jìn)行對比與綜合評定,以此來測定哪種包裝箱具有更好的發(fā)展優(yōu)勢,具體結(jié)果見表1。
從表1可知,可拆卸包裝箱的應(yīng)用優(yōu)勢是十分明顯的,在包裝回收時,只要將局部損壞的包裝部件進(jìn)行更換即可,能大大提高包裝材料的利用率,推動綠色包裝和綠色物流的發(fā)展,滿足環(huán)境保護(hù)的需要。在使用可拆卸理論進(jìn)行包裝箱設(shè)計時,需要特別注意各部件間的連接結(jié)構(gòu),要使用簡易的連接方式。當(dāng)完成運(yùn)輸任務(wù)后,能方便地將其拆卸回收,減少運(yùn)輸空間。若包裝箱局部受損,可對其進(jìn)行更換,然后再根據(jù)被寄物品的大小對包裝箱進(jìn)行重新組裝,形成適用于新物品的包裝箱。當(dāng)然,要確保組裝后的包裝箱具有足夠的穩(wěn)定性和安全性。
可拆卸包裝箱能否滿足多次使用的要求,首先要看包裝材料的選擇是否合理,只有材料本身的物理性能和化學(xué)性能都符合要求才能實現(xiàn)多次可拆卸使用的目標(biāo)。具體來說,箱體材料在物理性能方面要有足夠的抗壓強(qiáng)度和耐磨度,才能保證即使在運(yùn)輸途中受到強(qiáng)烈碰撞也不易損壞。同時該材料的緩沖性能要好,在沒有填充泡沫時也能有效減緩箱體在撞擊時所受的震動[9]。材料還要有較小的密度,避免整體質(zhì)量過大,節(jié)省物流成本。在材料的化學(xué)性能方面既要能耐高溫和過低的溫度,還要能防水。另外在降解時不會釋放出對環(huán)境有害的物質(zhì)。
表2依次分析了常用的瓦楞紙包裝材料和塑料包裝材料,可以結(jié)合它們的性能、回收難度及應(yīng)用范圍來尋找適用的可拆卸包裝材料。
表1 多規(guī)格包裝箱與可拆卸包裝箱的對比
表2 常用瓦楞紙箱與塑料包裝性能特點對比

Tab.2 Characteristics between corrugated box and plastic packaging
從表2中可知,雖然瓦楞紙箱具有質(zhì)量小、價格低、加工性能好、緩沖性能好、適合印刷等優(yōu)點,是目前快遞包裝的主要材料,但是其容易磨損,可塑性低,不易安裝可拆卸結(jié)構(gòu)。塑料具有較好的物理性能,能多次反復(fù)使用,并且化學(xué)穩(wěn)定性好,在正常的溫度和濕度下不容易變化,是較理想的可拆卸包裝材料[10]。在常用的4種塑料中,聚丙烯(PP)較適用于可拆卸包裝,具體原因包括價格便宜,每公斤的價格為40~60元;密度小,約為0.92 g/cm3,比水還輕;熔融指數(shù)高,流動性能好,容易成型;具有良好的熱穩(wěn)定性和耐藥性;回收時可重新造粒,不產(chǎn)生有毒物質(zhì)。這些優(yōu)點決定了PP在可拆卸包裝的應(yīng)用中具有得天獨厚的優(yōu)勢。
快遞包裝箱在運(yùn)輸過程中是保護(hù)產(chǎn)品的最重要容器,需要有穩(wěn)固的結(jié)構(gòu),但可拆卸結(jié)構(gòu)箱體的穩(wěn)固性不如一體成型的箱子[11],因此在設(shè)計時必須深入研究,保證其在方便拆卸和更換的同時還能達(dá)到使用要求。
首先是連接件的設(shè)計,根據(jù)運(yùn)輸過程中受力情況的分析,在箱體的4角分別設(shè)置高度為150 mm、側(cè)寬度為80 mm、壁厚為25 mm的連接件,并在其下方使用榫卯結(jié)構(gòu)中的圓柱形插銷進(jìn)行連接。為了使連接件尺寸合理,通過尺寸與抗拔力的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計[12],最終決定連接件的長度為45 mm、直徑為15 mm。在連接件的上方也相應(yīng)地設(shè)置了內(nèi)徑為15 mm、深度為50 mm的圓柱型插孔。當(dāng)上下2個連接件套在一起時,箱體的高度便得到了增加。同時,在連接件兩邊側(cè)面各設(shè)置有長度為55 mm、寬度為15 mm、高度為150 mm的凹槽,可插入側(cè)板以形成箱體。
其次是側(cè)板的設(shè)計,在《快遞封裝用品》系列標(biāo)準(zhǔn)中,包裝箱的長寬之比一般不大于2.5,高寬之比一般不大于2,不小于0.15[13]。在這個標(biāo)準(zhǔn)之下,配備長短2種不同的側(cè)板規(guī)格,尺寸分別為15 mm× 150 mm ×450 mm和15 mm×150 mm×350 mm。如果單層箱體不夠用,就可以通過連接件及側(cè)板得到更多不同大小的包裝箱。此外,為了保證箱體的牢固性,在側(cè)板的上下方增加了內(nèi)嵌型的卡扣設(shè)計,在穩(wěn)定上下層連接的同時還不影響箱體的外觀。連接件和側(cè)板的具體設(shè)計見圖2。

圖2 包裝箱的連接件及側(cè)板設(shè)計
根據(jù)材料的物理性能、《快遞封裝用品》系列標(biāo)準(zhǔn)和實際應(yīng)用需要,最多可將箱體擴(kuò)充到3層高度。在箱體的質(zhì)量方面,根據(jù)密度公式=/,可計算出鏈接件和長、短側(cè)板的質(zhì)量分別約為170、300、240 g,整個箱體的尺寸和質(zhì)量見表3。
在包裝箱頂蓋與底座的設(shè)計與加工中,主要采用一體注塑成型的方式。其中頂蓋的尺寸為500 mm × 400 mm×80 mm,質(zhì)量約為1 200 g;底座的尺寸為500 mm×400 mm×150 mm,質(zhì)量約為1 750 g,各壁厚均為25 mm。頂蓋的4個角上分別設(shè)置4條長度為45 mm、直徑為15 mm的圓柱型插銷,底座的4角處也相應(yīng)地設(shè)置深度為50 mm、內(nèi)徑為15 mm的圓柱型插孔。同時也跟側(cè)板一樣有6個內(nèi)嵌型的卡扣,用于底座與頂蓋或側(cè)板連接固定。
為了讓不同大小的物品在箱體內(nèi)更加穩(wěn)固,在頂蓋和底座上還各增加了6×9個均勻分布的圓形凸點,頂蓋上的直徑為20 mm,底座上的直徑為36 mm,高度均為10 mm(如圖3所示)。這些凸點可以起到增加摩擦的作用,能避免物品在箱體內(nèi)滑動。
表3 可拆卸快遞包裝箱尺寸分析

Tab.3 Size of removable express packaging box

圖3 包裝的底座與頂蓋設(shè)計
由于底座與頂蓋上設(shè)置有圓形凸點,進(jìn)而利用這些凸點配備不同口徑的可伸縮支撐管,并與緩沖墊一起對不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行更好的固定與保護(hù)(如圖4所示)。其中支撐管的設(shè)計靈感來源于可以方便拆卸與拼接的樂高積木[14],它們能適應(yīng)各種形狀的產(chǎn)品,并節(jié)省了大量填充材料。這種支撐管內(nèi)設(shè)伸縮機(jī)構(gòu)有4種可伸縮長度,以對應(yīng)包裝箱的4種高度。支撐管的單層高度為180 mm,拉伸后每層高度增加150 mm,分別為330、480、630 mm,各層套管的壁厚均為2 mm,質(zhì)量約為85 g。支撐管的上端內(nèi)徑為20 mm,下端內(nèi)徑為36 mm,分別對應(yīng)頂蓋和底座凸點的尺寸,使得支撐管牢牢套在凸點上。緩沖墊所采用的材料是珍珠棉,它彈性較好,能通過變形來吸收外來的沖擊力[15]。緩沖墊的尺寸設(shè)為350 mm×450 mm×15 mm,上面鏤空6×9個圓孔,圓孔直徑為40 mm。緩沖墊分為上下2層,鏤空圓孔的位置與固定凸點相對應(yīng),可套在支撐管上對物品進(jìn)行保護(hù),同時還能起到輔助固定支撐管的作用。考慮到材料的使用成本以及操作的便利性,可根據(jù)包裝物的性質(zhì)以及保護(hù)要求來選擇所需支撐管的數(shù)量以及是否使用緩沖墊。

圖4 包裝支撐管及緩沖墊的設(shè)計
在可拆卸設(shè)計理論中,組裝的科學(xué)性是重要的研究內(nèi)容。如果一套可拆卸設(shè)備的組裝程序過于復(fù)雜,將不適于市場推廣,尤其是非專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的大眾化推廣,更要避免難以組裝的情況發(fā)生[16]。文中設(shè)計的可拆卸快遞包裝箱的組件共有7大類,包含1個頂蓋、1個底座、2個緩沖墊、12個連接件、6塊長側(cè)板、6塊短側(cè)板、4根支撐管。在使用包裝箱時,可以根據(jù)物品的大小來組裝箱體,具體步驟:確定寄件所需的包裝箱尺寸,并確認(rèn)需要疊加的層數(shù),從而確定長短側(cè)板以及連接件的數(shù)量;在包裝箱底部鋪上一層緩沖墊,放上需要運(yùn)輸?shù)奈锲罚蝗缓笤偃〕?根支撐管,插在被寄物的四周,并拉伸至相應(yīng)高度,對物品進(jìn)行固定;之后再在包裝物的上方穿過支撐管鋪上另一層緩沖墊;合上包裝箱頂蓋,確保支撐管端口與頂蓋的凸點相嵌套,最后按下卡扣,將各個部件連成一體,完成包裝箱的組裝工序,具體操作見圖5。

圖5 包裝箱的組裝工序
可拆卸快遞包裝經(jīng)常要面對拆卸取件及更換部件的問題,其拆卸程序和組裝程序一樣需要簡單快捷[17]。當(dāng)收到快遞包裝箱后,即可用手掰開卡扣,并借助包裝箱頂蓋兩側(cè)的助力凹口向上拉起頂蓋,取出上層緩沖墊和所放物品,之后便可對包裝箱進(jìn)行拆卸。拆卸是組裝工序的逆向流程,可以先取出側(cè)板,然后依次取出4個連接件,然后拔起支撐管并收縮至最短,最后把所有部件一起放進(jìn)底座上,合上蓋板。這樣整個空箱子便縮小了四分之三的體積,在回收時節(jié)省了儲運(yùn)空間。整個操作流程便捷簡單,見圖6。當(dāng)需要重新裝載物品時,能快速地將包裝箱組裝起來,同時可檢查箱體是否有損壞,并對損壞部件進(jìn)行更換。

圖6 包裝箱的拆卸工序
為了對可拆卸包裝箱的設(shè)計效果及實際應(yīng)用情況進(jìn)行評定,文中對制作的樣品進(jìn)行了測試。先請一名在業(yè)的中年男快遞人員進(jìn)行拆卸和組裝。經(jīng)記錄,在還沒熟悉箱子的情況下,他用了2 min 17 s完成了包含3層側(cè)板的包裝箱拆卸工作,取出了物品,并對拆下來的部件進(jìn)行收納。之后再花了3 min 9 s對箱子及所裝物品進(jìn)行組裝恢復(fù)。在操作了幾次,充分熟悉程序之后,該快遞員最快用了47 s便完成了該箱子的拆卸與收納工作,并用1 min 13 s完成了產(chǎn)品的封裝流程。經(jīng)咨詢,該耗時符合當(dāng)前技術(shù)條件下的包裝操作要求,能夠被快遞公司及操作人員接受。
在保護(hù)產(chǎn)品方面,在該包裝箱中裝進(jìn)約2 kg產(chǎn)品后進(jìn)行抗摔測試,模擬快遞在運(yùn)輸過程中的各種裝卸方式,讓包裝箱真正承受實際環(huán)境的外部沖擊力[18]。經(jīng)測試,在投擲5次,經(jīng)歷了各種自由落體及拋物線投擲等外力作用,并在非端正擺放的情況下,在崎嶇路上用貨車裝載行駛了5 km后進(jìn)行檢驗,發(fā)現(xiàn)包裝箱外表出現(xiàn)了少許扭曲現(xiàn)象,但箱體的各個接合部件均能消化一部分變形,因此并沒有發(fā)生解體情況。箱子被扶正后很快便恢復(fù)了穩(wěn)固狀態(tài)。開箱后查驗箱內(nèi)貨物也沒有發(fā)生損傷。可見該箱子達(dá)到了實際使用要求。
文中通過對現(xiàn)有快遞包裝回收的問題進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前快遞包裝存在浪費資源、污染環(huán)境、回收系統(tǒng)不完善、結(jié)構(gòu)設(shè)計落后等問題。為了解決這些問題,引入了可拆卸設(shè)計方法,設(shè)計了一款可拆卸的快遞包裝箱,其主要亮點是能方便對受損的部件進(jìn)行更換,避免因局部損壞而導(dǎo)致整個箱體一起報廢,提高了快遞包裝的回收利用率,能從源頭上減少包裝廢棄物的產(chǎn)生。該包裝箱各部件之間的連接主要使用卯榫結(jié)構(gòu),通過塑料間的摩擦力和卡扣的連接來進(jìn)行緊固,不使用膠水、膠帶等材料也可將其固定。該包裝箱在組裝、開啟、收納等過程中的操作也較為簡便,能根據(jù)產(chǎn)品的大小進(jìn)行縮放,并在運(yùn)輸空箱時可進(jìn)行拆疊,減少了運(yùn)輸空間的浪費。該設(shè)計方案還在箱內(nèi)設(shè)計了固定產(chǎn)品的凸點,增加了可伸縮的支撐管和緩沖墊,為不同規(guī)格的產(chǎn)品提供了更好的保護(hù),能最大限度降低產(chǎn)品運(yùn)輸過程中帶來的顯性和隱性損傷。該設(shè)計方案選擇可降解塑料聚丙烯作為包裝材料,該包裝材料具有良好的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性,損壞后可重新熔化成型,不產(chǎn)生有毒物質(zhì),能達(dá)到對人、物、環(huán)境友好無害的理想效果。經(jīng)測試,該箱子能在可接受的時間內(nèi)被組裝和拆卸,并能經(jīng)受住實際裝載與運(yùn)輸過程中的外力碰撞,符合使用要求。
文中的設(shè)計有助于解決目前較為嚴(yán)重的包裝廢棄物暴增的問題,并減少膠帶、緩沖材料等包裝耗材的使用,減輕環(huán)保部門對快遞垃圾的處理壓力,在快遞包裝的綠色發(fā)展方面具有積極的現(xiàn)實意義。
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Structure Design of a Removable and Recyclable Express Packaging box
PENG Xiao-peng1, LI Cai-yi1,SHANG Hua2
(1. He Xiangning College of art and design, Zhongkai College of agricultural engineering, Guangzhou 520225, China; 2. Guangzhou Institute of Science and Technology, School of art and Design, Guangzhou 510540, China)
The work aim to promote the reuse of express packaging, improve the recovery rate of waste express packaging, improve the waste and reduce the pollution of express packaging from the source, and promote the development of green packaging without affecting product protection.The problems existing in the current express packaging recycling business were analyzed in-depth. The ways to use the removable design method to design the structure of the express packaging box were explored. The means to adjust its expansion and contraction to meet the transportation requirements of different products were studied. The disassembly, replacement and assembly processes were optimized to get rid of the disadvantages of the current overall waste of packaging, realize local recycling, and improve the utilization of express packaging.The removable packaging box was easy to operate in the process of assembly, opening, disassembly and storage. The above processes can be completed in a short time in the practical test, and can withstand the external force collision in the actual loading and transportation process in the fall resistance test, so as to provide good protection for the products.The use of removable design method to design the structure of express packaging box can easily replace the damaged packaging parts and effectively reduce the generation of packaging waste. This method has convenience, compatibility and safety, and is also conducive to the establishment of an efficient and unobstructed recycling and reuse system. It can reduce the waste of resources and environmental pollution, and has positive significance in ecological protection and green development.
environmental protection; express packaging; packaging recycling; removable design
TB482
A
1001-3563(2022)17-0196-07
10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.17.025
2021–10–15
廣東省哲學(xué)社會科學(xué)研究課題(GD20CY540)
彭小鵬(1981—),女,碩士,副教授,主要研究方向為產(chǎn)品設(shè)計。
尚華(1958—),女,碩士,教授,主要研究方向為包裝設(shè)計。
責(zé)任編輯:曾鈺嬋