EPO材料在热水器包装上的应用

王森 侯艳 李伟 刘玉磊

青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 山东青岛 266000

1 引言

伴随着近年来电商平台壮大、居民消费观念更新以及年轻消费者逐渐成为消费中坚力量，家电企业电商渠道的重要性愈发突出。家电企业电商渠道的快速崛起，随之带来的是各品类家电产品消费需求的提升。但现有家电产品包装方案已经无法满足电商渠道产品对储运环境的要求，基于此，一种性能比聚苯乙烯泡沫（Expanded Polystyrene简称EPS）材料更坚固、耐久、有韧性的发泡聚乙烯、聚苯乙烯聚合物（30%的Polyethylene和70%的Polystyrene组成的“共聚物”简称EPO）材料得到了更多企业的青睐。

目前，EPO主要用于高端家电和缓冲性能要求苛刻的家电缓冲包装（图1），相比EPS包装，EPO缓冲性能更加优良，可减少运输环节对家电产品的破坏，有效地减小包装尺寸，降低物流运输成本，减少对环境的影响。

2 EPO材料特性

EPO是特殊聚合工艺生产的一种特殊的“共聚物”（图2），其主要成分为70%的聚苯乙烯（Polystyrene简称PS）和30%的聚乙烯（Polyethylene简称PE）。EPO材料融合聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）的优点，使材料的综合性能比单纯的聚苯乙烯（PS）和聚乙烯（PE）大幅度提高，使用其加工而成的包装衬垫将会对产品起到更良好的保护作用。[1]

EPO材料的性能优点：

（1）使用EPO材料加工的垫层，垫层的回弹性远远超过EPS垫层，具有出色的多次跌落缓冲性能，满足恶劣运输环境的需求。优良的保护性能可以更好地维护产品形象，降低由于物流损坏造成的产品损失。

（2）EPO垫层在给产品提供有效保护的同时，缩小了垫层的体积。垫层体积的减少，既降低了材料的使用量，又提高了仓储和运输的效率，降低储运成本。[2]

（3）EPO材料的强度、韧性和挠性强度好，在储运的过程中自身不易破损，不会产生如EPS颗粒等碎屑，可以提高开箱后产品的外观档次。

（4）为达到同等的缓冲效果所耗用的原材料重量EPO低于EPS，对于出口产品所需付出的回收成本较低，适合出口产品使用。

3 EPO垫层方案设计及验证

EPO材料作为一种高性能的缓冲材料，融合了EPS与EPE两种材料特点，兼具良好的强度、韧性、挠性强度性能，主要用于高端产品的缓冲包装。现阶段由于EPO材料成本较高，在国内热水器产品的包装方案设计中应用较少。[3]主要原因还是成本问题，我们通过对热水器垫层结构方案的优化调整，保证了整体成本的持平甚至降低，便于企业的批量推广使用。

3.1 热水器外损分析

现阶段热水器产品包装多分为上、中、下三个包装垫层，材质多为EPS，由于EPS材料本身较脆，容易断裂，在运输过程中多次转运会导致主承重下垫层破损，进而失效造成产品损坏。

3.2 方案设计思路

考虑到EPO材料具有良好的断裂弯曲性能，可保障产品多次周转时底衬完好，从最大限度保障运输跌落过程中的损坏，故我们考虑将热水器的主承重下垫层进行EPO材质的升级，中垫层、上垫层仍使用EPS材料设计。

3.3 下垫层结构设计

基于EPO材料的特性，给予了下垫层结构优化的可能。对EPO材料下垫层的方案设计中，对主承重面及储运过程中易受力的部位进行加强，对非承重部位尽量减少材料使用量，最大程度的缩小垫层体积。具体设计分析如下（如图3、图4）：

（1）A部位对应热水器产品强度最高部分，此部位是产品储运过程中的主承重面，把此面做为热水器下垫层的受力基础面，中间端盖部位进行避空设计；

（2）B部位的拉筋式结构，在保证产品储运过程中的角跌落安全性能的前提前，减少原材料的使用量；

（3）C部位的筋位结构设计，一方面可将夹抱力进行分散，另一方面可以保证下垫层的整体稳定性；

（4）D部位为A部分的剖面，主承重底面全部使用环形拉筋结构，增强下垫层的缓冲防护性能，保障产品不受损；

（5）E部位在下垫层中心采用十字筋结构形式，增强了垫层的整体强度；十字筋进行了避空设计，保障了跌落发生时热水器端盖不受力。

原下垫层方案与EPO下垫层方案对比如图5所示。

图1 EPO缓冲垫

图2 EPO粒子的结构

图3 EPO下垫层

图4 EPO下垫层剖面

图5 下垫层对比

经过对下垫层结构、材质的升级，虽然EPO克重低于原EPS方案，但EPO材料单价成本较高，单从下垫层价格对比，EPO垫层价格高于EPS垫层。但基于EPO垫层尺寸的缩减，我们可以同步对储运过程中受力较少的EPS上垫层、EPS中垫层的过度包装进行结构优化（表1）。2种垫层结构方案均可通过运输试验验证，EPO垫层方案既提升了对产品的保护性能，又保证了垫层的整体成本基本不变。

表1 垫层对比

经过对包装箱的对比（表2），由于垫层体积缩小，包装箱用材减少，采购费用降低0.8元左右；产品外形体积缩小10%左右，按物流运费150元/m3计算运输费用降低4.5元左右。

综上，热水器下垫层使用EPO材料后，经过对上垫层、中垫层的优化设计，垫层材料成本基本持平；包装箱材料成本，产品的运输成本均有降低，单台成本节省5元左右。

表2 整机体积对比

表3 实验数据

4 实验测试

为验证此替代方案的可靠性，对热水器进行模拟运输实验（包装、运输包装件常规的检测标准参照中华人民共和国国家标准GB/T 4857），验证结果如表3[4]。

5 结论

EPO材料由于本身粒子的结构特点，使其融合了EPS和EPE材料的优点。EPO材料出色的韧性和回弹性，可更好的解决热水器在储运过程中的多次跌落导致失效的问题。针对热水器下垫层的方案设计中，除了EPO材料的使用，还兼顾了结构的优化。对热水器整体包装进行了轻量化设计，减少了材料用量、缩小了产品体积，有效地降低了整机成本，提高了产品竞争力。[5]

此次方案设计验证合格，充分证明针对储运过程中可能发生多次跌落的家电产品，可以使用EPO材料进行优化设计，这样可以满足家电在农村市场渠道的储运要求。合理可行的优化设计方案可以有效的提升性能、降低成本，此设计方法可在其他家电产品上面推广使用。