一种具有抗压减震功能的快递盒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有抗压减震功能的环保快递盒，包括一盒体和一上盖，上盖内侧的顶部设有一层蜂窝纸板，盒体的内部紧密地设有若干行个方形的减震柱；每个减震柱均由中空外柱、中空内柱和弹簧卡扣组成，中空外柱的上下两端均开口，中空外柱的下端固定在盒体内侧的底部，中空内柱的下端开口，上端封闭，弹簧卡扣设在中空内柱中，中空内柱连同弹簧卡扣一道设在中空外柱中，弹簧卡扣的上端与中空内柱内侧顶部相抵触。本发明的造价相对较低，采用弹簧卡扣的蜂窝纸板一体化设计，拥有极好的抗压和减震效果，能包装并保护异形易碎物品。这也就意味着本发明的快递盒具有较好市场。本发明的快递盒除弹簧外，均为纸质，符合绿色发展理念。
【专利说明】
一种具有抗压减震功能的快递盒
技术领域
[0001] 本发明涉及一种快递包装盒，具体而言，涉及一种具有抗压减震功能的快递盒。
【背景技术】
[0002] 网购已成为现代人不可或缺的重要生活方式，国家邮政局统计的数据显示，2015 年我国快递服务企业业务量突破200亿件，累计完成206.7亿件，同比增长48 %。随着中国快 递行业迅猛发展，对于快递包装的要求也越来越高，尤其是在一些经济发达地区，对预包装 的要求更加之高。随之而来的，就是造成了快递包装物料的极大消耗，产生了数以百亿计的 快递包装垃圾，这会造成环境的污染和资源的浪费。
[0003] 按去年我国快递业务量约200亿件核算，约消耗了编织袋29.6亿条，塑料袋82.6亿 个，包装箱99亿个，胶带169.5亿米，缓冲物29.7亿个，仅包装费用就超过了 20亿元。尤其是 在快递易碎品时，为了避免快递运输途中常见的磕碰，或者是预防暴力搬运所导致的损坏， 快递包装内的缓冲物越来越得到重用。据了解，现在快递缓冲物所使用的材料大多是不可 降解的EPS泡沫缓冲垫，如若将其随意抛弃，会给环境带来巨大危害，而焚烧处理，燃料、净 化空气的成本也不低。
【发明内容】
[0004] 为了解决快递行业中因暴力运输所造成的物品破碎、异型件难包装以及快递垃圾 污染环境的问题，本发明通过运用防震减压技术和资源再生方法，提供了一种具有抗压减 震功能的环保快递盒。
[0005] 为达到上述技术目的及效果，本发明通过以下技术方案实现：
[0006] -种具有抗压减震功能的环保快递盒，包括一个盒体和一个上盖，所述上盖内侧 的顶部设置有一层蜂窝纸板，所述盒体的内部紧密地设置有若干行个方形的减震柱;每个 所述减震柱均由中空外柱、中空内柱和弹簧卡扣组成，所述中空外柱的上下两端均开口，所 述中空外柱的下端固定在所述盒体内侧的底部，所述中空内柱的下端开口，上端封闭，所述 弹簧卡扣设置在所述中空内柱中，所述中空内柱连同所述弹簧卡扣一道设置在所述中空外 柱中，所述弹簧卡扣的上端与所述中空内柱内侧顶部相抵触。
[0007] 进一步的，所述减震柱的高度与所述盒体内的深度相等。
[0008] 进一步的，所述盒体内设置有9行4列的所述减震柱。
[0009] 进一步的，所述蜂窝纸板的高度为30-50mm。
[0010] 进一步的，所述蜂窝纸板的下表面与所述减震柱的上表面之间的距离为10mm。
[0011] 进一步的，所述弹簧卡扣的长度为60mm。
[0012] 进一步的，所述环保快递盒的长度为210mm，宽度为110mm，高度为140mm。
[0013] 本发明的有益效果如下：
[0014] 1、本发明除了弹簧卡扣之外，其整体均使用环保材料，符合绿色发展理念，可以通 过收购生物质废弃物作为原材料，从而生产成可以使用的纸浆，排除了塑料污染，极大减少 了环境污染，并可循环利用。
[0015] 2、本发明采用弹簧卡扣的蜂窝纸板一体化设计，使我们不但可以使用最简单的材 料制作快递盒，而拥有极好的抗压和减震效果，能包装并保护异形易碎物品。这也就意味着 本发明具有较好的市场前景。
[0016] 3、本发明通过一个个可以浮动的弹簧减震柱，紧紧地抱着被包装的物体，使其活 动范围缩到最小，从而就形成了一种类似于被360度保护的环境，强力弹簧和蜂窝纸板把外 来的力和震动基本消弱为零，提供于普通快递包装数倍的保护力，增强了抗压减震效果，增 强了安全性能。
[0017] 4、本发明的蜂窝纸板由柔性的纸芯和面纸做成，具有较好的韧性和回弹性，独特 的蜂窝夹芯结构提供了优异的缓冲性能，在所有的缓冲材料中具有更高的单位体积能量吸 收值，高厚度的蜂窝纸板可替代现己大量使用的EPS塑料泡沫缓冲垫。
[0018] 5、本发明可以方便更多不同形状的、易碎的物品的包装运输，相对于因包装不当 和暴力快递所造成的损失，本发明的快递盒成本相对低廉。
[0019] 6、本发明既可以按照邮政标准来制作不同规格大小的纸箱，也可以接受各种规格 特殊尺寸定制，不仅方便物流的仓储和运输，在承载更多内容的同时，外观也更加协调和美 观。
[0020] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。 本发明的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
[0021] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0022] 图1为本发明快递盒的装配图；
[0023]图2为本发明快递盒与玻璃杯的装配图；
[0024] 图3为本发明快递盒上盖的结构示意图；
[0025] 图4为本发明快递盒盒体与减震柱的结构示意图；
[0026] 图5为本发明快递盒减震柱的结构示意图；
[0027] 图6为本发明30_厚度蜂窝纸板的弹性变形和弹塑性变形阶段的曲线；
[0028] 图7为本发明40_厚度蜂窝纸板的弹性变形和弹塑性变形阶段的曲线；
[0029] 图8为本发明50_厚度蜂窝纸板的弹性变形和弹塑性变形阶段的曲线；
[0030] 图9为本发明蜂窝纸板的压缩过程应力与应变之间关系的变化曲线。
[0031] 图中标号说明：1、盒体;2、上盖;3、蜂窝纸板;4、中空外柱;5、中空内柱;6、弹簧卡 扣。
【具体实施方式】
[0032]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0033]参见图1-5所示，一种具有抗压减震功能的环保快递盒，其长度为210mm，宽度为 110mm，高度为140mm，包括一个盒体1和一个上盖2。所述上盖2内侧的顶部设置有一层蜂窝 纸板3,所述蜂窝纸板3的高度为30-50mm。所述盒体1的内部紧密地设置有9行4列的方形减 震柱，所述减震柱的高度与所述盒体1内的深度相等，即所述减震柱的上表面与所述盒体 四周的高度齐平。所述蜂窝纸板3的下表面与所述减震柱的上表面之间的距离为10mm。
[0034] 每个所述减震柱均由中空外柱4、中空内柱5和弹簧卡扣6组成。所述中空外柱4的 上下两端均开口，所述中空外柱4的下端固定在所述盒体1内侧的底部，所述中空内柱5的下 端开口，上端封闭，所述弹簧卡扣6的长度为60mm。所述弹簧卡扣6设置在所述中空内柱5中， 所述中空内柱5连同所述弹簧卡扣6-道设置在所述中空外柱4中，所述弹簧卡扣6的上端与 所述中空内柱5内侧顶部相抵触。
[0035] 本发明蜂窝纸板高度的确定以及弹簧卡扣高度的确定：
[0036] 1、蜂窝纸板性能的实验测试
[0037] 1.1实验设备与材料
[0038] 实验仪器使用济南试金集团有限公司生产的WDW-100型微机控制电子式万能试验 机。试验条件是:温度T = 16°C，相对湿度RH = 56 %。实验采用三种蜂窝纸板，厚度分别为30、 40、50mm，纸板试样面积均为A=100X100(mm2)，三种蜂窝纸板数量各15件，试样规格如表 1-1所示：
[0039] 表1_1试样规格
[0040]
[0041 ] 1.2实验方法
[0042]实验方法参考国家标准，采用A法进行实验。实验的基本原理:实验机上的压板以 一定的速度匀速运动，对试样施加压缩载荷，蜂窝纸板受到均匀压力载荷作用。
[0043] 将厚度为30mm的试样均分成5组，每组3件，分别以7.2、12、17、150、350mm/min的速
度沿厚度方向逐渐增加载荷。压缩过程中，实验设备自动测量记录压缩负荷和位移的变化 过程，绘制负荷和压缩位移曲线，可以用式（1)将测量的负荷和压缩位移转变为应力和应 变。
[0044] .. (1)
[0045] 其中：〇为压缩应力，KPa;
[0046] F为垂直正向压缩载荷，KN;
[0047] A为蜂窝纸板试件的承压面积，2mm;
[0048] ε为压缩应变，％;
[0049] Τ为蜂窝纸板试件的厚度，mm;
[0050] ?\为蜂窝纸板试件在实验过程中的厚度，mm。
[0051 ] 40、50mm厚试样的实验方法也采用30mm厚试样的相同实验方法。
[0052] 1.3实验数据处理
[0053] 1.3.1 30mm厚的试样
[0054] 测量了压缩速度分别为 7 · 2mm/mi η、12mm/min、17mm/min、150mm/min 和 350mm/min 五种情况，每一种压缩速度测量了 3组数据，并用平均法对得到的数据进行处理，绘制出厚 度为30mm的蜂窝纸板的应力与应变之间关系曲线。蜂窝纸板在塑性坍塌和密实化阶段的变 形基本与压缩速度关系不大，为方便分析，只给出了蜂窝纸板弹性变形和弹塑性变形阶段 的曲线，参见图6所示。
[0055] 30mm厚蜂窝纸板试样在不同变形速率下得到的最大应力见表1-2。
[0056] 表1-2厚度为30mm的蜂窝纸板试样各变形速度下得到的最大应力
[0057] _
[0058] 1.3.2 40mm厚的试样
[0059] 测量了压缩速度分别为 7 · 2mm/mi η、12mm/min、17mm/min、150mm/min 和 350mm/min 五种情况，每一种压缩速度测量了 3组数据，并用平均法对得到的数据进行处理，绘制出厚 度为40_的蜂窝纸板的应力与应变之间关系曲线。蜂窝纸板在塑性坍塌和密实化阶段的变 形基本与压缩速度关系不大，为方便分析，只给出了蜂窝纸板弹性变形和弹塑性变形阶段 的曲线，参见图7所示。
[0060] 40mm厚蜂窝纸板试样在不同变形速率下得到的最大应力见表1-3。
[0061 ]表1-3厚度为40mm的蜂窝纸板试样各变形速度下得到的最大应力 [0062]
[0063] 1.3.3 50mm厚的试样
[0064] 测量了压缩速度分别为 7 · 2mm/mi η、12mm/min、17mm/min、150mm/min 和 350mm/min 五种情况，每一种压缩速度测量了 3组数据，并用平均法对得到的数据进行处理，绘制出厚 度为50_的蜂窝纸板的应力与应变之间关系曲线。蜂窝纸板在塑性坍塌和密实化阶段的变 形基本与压缩速度关系不大，为方便分析，只给出了蜂窝纸板弹性变形和弹塑性变形阶段 的曲线，参见图8所示。
[0065] 50mm厚蜂窝纸板试样在不同变形速率下得到的最大应力见表1-4。
[0066] 表1-4厚度为50mm的蜂窝纸板试样各变形速度下得到的最大负荷
[0067]
[0068] 1.4蜂窝纸板抗压强度计算
[0069]抗压强度按下式计算：
[0_ ⑵
[0071]其中：GG为抗压强度，KPa;Fmax为破坏载荷或最大载荷，KN;A为试样横截面积，mm2。 [0072]由此可见，即实验中得到的最大应力。
[0073]压缩弹性模量按下式计算：
剛 i (3)
[0075]其中：EC为压缩弹性模量，KPa;〇c为抗压强度，KPa; ^为抗压强度对应的应变，％ ;
[0076]由式(2)和式(3)，求出不同厚度蜂窝纸板在不同压缩速度下的抗压强度和弹性模 量，如表1-5所示。
[0077]表1-5抗压强度和弹性模量
[0078]
[0079] 1.5实验结果分析
[0080] 1.5.1变形过程分析
[0081]蜂窝纸板的压缩过程应力与应变之间关系的变化曲线如图9所示。参见图9可见， 蜂窝纸板的压缩变形过程可分为弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、塑性坍塌阶段、密实化阶 段等4个阶段。
[0082] 1)弹性变形阶段
[0083]压缩开始，弹性变形在加载瞬间产生，应力随应变快速增加，应力与应变之间在数 值上基本符合线性比例关系；该阶段弹性变形可逆，与压力的压缩过程对应，符合胡克定 律。蜂窝纸板的弹性屈曲在蜂窝纸板的压缩变形中只占微小的一部分，所以将其简化为线 弹性区同样的模型，当线弹性应力等于弹性屈曲临界载荷OC时，在应力应变曲线中表现出 一个弹性屈曲应力峰值。
[0084] 2)弹塑性变形阶段
[0085] 由于芯纸是非线性材料，以及蜂窝的结构不均匀性，蜂窝结构开始逐步屈服，逐步 进入到塑性阶段，这一阶段，随着蜂窝载荷的加载，蜂窝纸芯的变形由局部的弹性坍塌转化 为塑性铰为特征的塑性屈曲。材料所承受的压力减小，变形不断增加，材料短时间内失去了 对变形的抵抗能力，故呈现压力逐步下降。
[0086] 3)塑性坍塌阶段
[0087] 应力随应变的不断增加基本保持不变;压溃载荷随压缩应变的增大呈一定规律性 地上下波动，直到蜂窝纸几乎完全坍塌以至与所有相对的蜂窝壁面接触。此阶段应力在"平 稳"应力（plateau stress)〇pl的附近。σρ?也可称为蜂窝纸板平压时的压溃强度(Crush Strength)〇
[0088] 4)密实化阶段
[0089] 当蜂窝纸板的应变量达到密实化应变量后，其压应力几乎呈竖直上升状态，纸板 本身几乎失去弹性，在该阶段，蜂窝结构被完全破坏、压实，压缩应力随应变的增加而急剧 增加。当蜂窝纸芯压缩过程中的瞬时相对密度达到0.5左右时，压缩应变达到密实化应变 (Densification Strained。此时蜂窝纸板已经不再起到缓冲作用，因此这一阶段对于研 究蜂窝纸板的缓冲性能没有什么实质性的意义，可以不予考虑。
[0090] 由实验得出的应力与应变关系曲线可以看出，蜂窝纸板变形的第一阶段(弹性阶 段)基本发生在ε〈3%这一阶段，主要作为隔振使用;变形的第二阶段(弹塑性阶段)基本发 生在3%〈ε〈％30这一阶段;变形的第三阶段(塑性坍塌阶段)基本发生在30%〈ε〈75%这一 阶段。第二阶段和第三阶段在受压缩的过程中都可以吸收能量，起到缓冲作用。
[0091] 1.5.2压缩变形速度与蜂窝纸板力学性能的关系
[0092] 由图6、7、8及表1-2、1-3、1_4可以看出，相同厚度的蜂窝纸板在不同的压缩变形速 度下，得到的最大应力集中在一定范围内，且在该范围内，各压缩变形速度下得到的最大应 力值变化较大。整体看来，压缩变形速度较小时，蜂窝纸板最大应力的变化有逐渐上升趋 势;较大压缩变形速度下的最大应力比较小压缩变形速度下的最大应力有所提高;但在压 缩变形速度非常大(350mm/min)时，各厚度的蜂窝纸板的最大应力均有所下降。这就是说， 当外界的冲击速度较小时，蜂窝纸板的隔振能力随冲击力的增大而逐渐增大;而当冲击速 度非常大时，蜂窝纸板的隔振能力将降低。
[0093] 在不同压缩速度下，蜂窝纸板的最大应力有变化。例如，蜂窝纸板厚度为30mm时， 最大应力变化量达到19.3% ;蜂窝纸板厚度为40_时，最大应力变化量达到51.7% ;蜂窝纸 板厚度为50mm时，最大应力变化量达到13.8%。实验中使用得蜂窝纸板厚度较大，制造质量 较高，使得蜂窝纸板在各种压缩速度作用下的抗压能力较为稳定，最大应力随加载速度的 增加逐渐增大;但压缩变形速度达到350mm/min时，反而最大应力降低。
[0094] 1.5.3实验结果中特殊情况分析
[0095] 1)-般认为，蜂窝纸板在弹性阶段随着厚度的增加，曲线的斜率降低。这是因为纸 板的厚度越小，材料的刚性就越好，强度就越高，就越不易被压变形;进而，随着蜂窝纸板厚 度的增加，材料屈服点的应力值降低，也可以说材料越厚，在受到外力时越易达到屈服阶 段。在实验中，40mm厚的蜂窝纸板试样的材料与30mm和50mm厚的试样的材料不同，蜂窝纸板 制造材料的纸板厚度较薄、纸板孔径比小、施胶量较低，使制造出来的蜂窝纸板较软，抗压 强度和弹性模量都较低，使其隔振缓冲性能较差，在各种压缩速度作用下的抗压能力稳定 性低。
[0096] 2)30mm厚的蜂窝纸板在压缩变形速度为12mm/min的情况下，使用的纸板试样，表 面不平整，单位面积的芯纸定量不一致，使纸板各点厚度不均匀，在受到压缩时，不能均匀 受力，抗压强度较低，缓冲性能较差，得到的最大应力值较低。
[0097] 2弹簧的设计及选用
[0098] 2.1弹簧：由强度条件确定簧丝直径d
[0099] 首先通过查表确定弹簧指数C，可进一步确定弹簧的曲度系数K，初选簧丝直径后， 查表可得到许用剪切应力[τ ]和抗拉强度〇b，弹簧的簧丝直径可通过下式得到：
[0100] (4)
[0101] 2.2由刚度条件确定弹簧工作圈数η[0102] 弹簧工作圈数可有下式得到：
[0103] (5)
[0104] 式中，Amax为变形量，G为剪切模量。
[0105] 2.3压缩弹簧的稳定性验算
[0106] 最后可计算实际弹簧变形量，以及弹簧的其他几何尺寸，最后进行弹簧的稳定性 验算。
[0107] 3 实验
[0108] 通过在不同高度、不同纸盒的测试，对得到的数据进行分析，在2米左右高度，分别 做本发明快递盒和普通快递盒的下落测试，包装玻璃杯均未损坏;但在5米左右及5米以上 落下时，普通快递盒包装的玻璃杯损坏，而本发明快递盒包装的玻璃杯无损。综合考虑以 上因素，本发明快递盒能包装较多异形件和不同高度落下时均无损坏。
[0109] 纸盒的大小采用国家对快递运输的标准来定制，从而保证各种大小的物品的包 装，即确保不同规格的物品采用不同规格的快递盒，避免了浪费，也避免了许多物品过大而 无法包装。在不同的高度做实验，分别测试其在不同高处掉落时候的是否会对包装的物品 产生影响。统计结果如下表：
[0110] 表1-6纸盒实验数据
[0111]
[0112] 本发明的快递盒具有较多优点。它造价相对来说比较低，弹簧卡扣的蜂窝纸板一 体化设计，使我们可以使用最简单的材料制作纸盒，而拥有极好的抗压和减震效果，能包装 并保护异形易碎物品。这也就意味着本发明的快递盒具有较好市场。本发明的快递盒依然 保留了传统快递盒的纸盒形状。本发明的快递盒除弹簧外，均为纸质，符合绿色发展理念。
[0113] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于：包括一个盒体（I)和一个上盖 (2) ，所述上盖(2)内侧的顶部设置有一层蜂窝纸板(3)，所述盒体（1)的内部紧密地设置有 若干行个方形的减震柱;每个所述减震柱均由中空外柱(4)、中空内柱(5)和弹簧卡扣(6)组 成，所述中空外柱(4)的上下两端均开口，所述中空外柱(4)的下端固定在所述盒体（1)内侧 的底部，所述中空内柱(5)的下端开口，上端封闭，所述弹簧卡扣（6)设置在所述中空内柱 (5) 中，所述中空内柱(5)连同所述弹簧卡扣(6)-道设置在所述中空外柱(4)中，所述弹簧 卡扣(6)的上端与所述中空内柱(5)内侧顶部相抵触。2. 根据权利要求1所述的具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于:所述减震柱的 高度与所述盒体(1)内的深度相等。3. 根据权利要求1所述的具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于:所述盒体（1) 内设置有9行4列的所述减震柱。4. 根据权利要求1所述的具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于:所述蜂窝纸板 (3) 的高度为30-50mm〇5. 根据权利要求1所述的具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于:所述蜂窝纸板 (3)的下表面与所述减震柱的上表面之间的距离为10mm。6. 根据权利要求1所述的具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于:所述弹簧卡扣 (6) 的长度为60mm。7. 根据权利要求1所述的具有抗压减震功能的环保快递盒，其特征在于:所述环保快递 盒的长度为210mm，宽度为110mm，高度为140mm。
【文档编号】B65D81/02GK105947351SQ201610331372
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】石皋莲, 蒋宝彬, 季业益, 殷铭, 田杰炜, 陈嘉圳, 黄冠, 伏中玉
【申请人】苏州工业职业技术学院