茶叶防潮包装设计报告.doc

茶叶防潮包装设计报告

学院：包装与印刷工程学院
专业：包装工程
学号：09061132
姓名：王 盼

目录
1、设计目标……………………………………………………………………3
2、前期工作……………………………………………………………………3
2.1茶叶相关性质………………………………………………………………3
2.2 防潮性能具体分析…………………………………………………………3
2.2.1温度和适度的影响…………………………………………………4
2.2.2不同包装形式的影响………………………………………………4
2.2.3包装膜材料的影响…………………………………………………5
3、设计方案……………………………………………………………………5
4、设计验证 ……………………………………………………………………6
4.1 实验目的……………………………………………………………………………6
4.2 实验仪器和原料…………………………………………………………6
4.3 实验步骤…………………………………………………………………6
5、外包装设计…………………………………………………………………7
5、1装箱的结构……………………………………………………………7
5、2输包装容器结构设计图…………………………………………………9
5.3堆码中的强度设计计算……………………………………………………9
5、4茶叶包装设计工艺………………………………………………………10
6、设计验证……………………………………………………………………11
6、1验证目的……………………………………………………………………11
6.2实验仪器和原料………………………………………………………………11
6.3验证方式……………………………………………………………………11
6.4数据处理……………………………………………………………………12
6.4.1.商品的吸湿性………………………………………………………………12
6.4.2.防潮包装有效期的计算……………………………………………………12
6.4.3．防潮包装有效期（tmax）………………………………………………12
7.结果与讨论…………………………………………………………………15
7.1不同面积对茶叶货架寿命的影响…………………………………………15
8误差分析……………………………………………………………………15
参考文献

1、设计目标

对市场上某品牌茶叶设计防潮包装。根据给定的几种膜材料，以及茶叶本身得性质，根据厂商的相关要求，设计茶叶的防潮包装。

2、前期工作

2.1茶叶相关性质

茶叶是一种质地疏松和多孔隙的饮料商品，易受周围环境因素影响，具有很强得吸湿性特点。同时，茶叶从生产到消费，有一个较长的贮藏、流通过程，如果贮藏和包装不当，在水分、温度、光、氧、等因子综合作用下，会引起不良的生化反应和微生物的活动，从而导致茶叶质量的变化。
茶叶中的水分是茶叶生化变化得介质，低水分含量有利于茶叶品质的保存。因此，其包装可选用防潮性能好的薄膜为包装材料进行防潮包装。因此我们主要通过茶叶含水量的变化，对茶叶进行防潮包装，建立模型，为茶叶的整体设计提供支持。

2.2 防潮性能具体分析

在对茶叶进行防潮包装设计时，首先考虑防潮性能影响因素，见图1。
图1 茶叶品质影响因素

对相关因素进行具体分析，由于流通环境，通过查找相关文献及借鉴相关实验数据，分析结果如下：

2.2.1温度和适度的影响

图2 不同温度和相对湿度下茶叶的平衡含水量

从此图中我们可以看出随着温度或者相对湿度得相对增加，茶叶的平衡含水量相对增加，吸湿性能能够提高。因此在设计防潮实验时要关注温度和相对湿度。

2.2.2不同包装形式的影响

表1不同包装贮藏茶叶含水量比较

包装
初始含水量/%
20周后含水量/%
含水量增量/%
差异显著性
0.05
0.01
PE袋
3.64
7.81
4.17
a
A
PE袋+铁听
3.64
6.59
2.95
b
AB
铝塑袋
3.64
5.82
2.18
b
B
铝塑袋+纸盒
3.64
5.18
2.04
b
B

这个表格显示不同的包装，其防潮性不同，致使茶叶在贮藏过程中含水量的变化也很有大的差异。因此在设计防潮试验时要关注包装形式对于吸湿性能的影响。

2.2.3包装膜材料的影响

图3 不同包装材料阻隔性比较

这个图表示不同的包装材料，其包装材料的阻隔性不同，致使茶叶在贮藏过程中含水量的变化也有很大差异。因此在设计防潮实验时要关注包装材料对于吸湿性能的影响。

3、设计方案

根据以上分析，结合客观实际，设计方案如下：
形式：袋装
材料：PE
厚度：0.035mm
封口形式：见下图

图4 包装袋1 三视图

图5 包装袋2 三视图

4、设计验证
4.1 实验目的

比较不同有效包装面积对茶叶包装的防潮性能的影响。

4.2 实验仪器和原料
分析天平、脚踏通过式封口机、恒温恒湿箱（饱和氯化钠溶液）、PE袋（厚度为0.035mm）、某品牌茶叶

4.3 实验步骤
1）制袋：分别封两个100mm×80mm、100mm×40mm大小的PE（厚度为0.035mm）分别编号A6-1、A6-2、A6-3、A6-4.（只封两个面）；
2）制取样品：称取四份5.000g的茶叶样品；
3）装袋：将称取的样品分别装进制好的包装袋中；
4）封口：将两个面封口；
5）将样品放进恒温恒湿箱（箱内湿度用饱和氯化钠溶液调节，控制湿度在76%）；
6）称重：每隔七天称量一次质量。
5、的外包装设计
茶叶的外包装设计采用瓦楞纸箱，瓦楞纸箱是用瓦楞纸板为原料加工而成的，具有成本低、轻便、易加工、便于存放、可回收等优点，箱面还可按照不同要求，印刷商品的图案、文字、标志，所以用瓦楞纸箱作为此销售包装的运输包装。选用A型楞的瓦楞纸箱，A型楞的特点是单位长度内的瓦楞最少，而瓦楞最高，由于瓦楞之间有较大的空隙，因而具有良好的减震性能适用于制造包装易碎的产品以及对冲击、碰撞高要求的瓦楞纸箱]。
5、1装箱的结构
纸箱的尺寸由茶叶纸筒容积的大小决定，本设计采用72盒入装0201型瓦楞纸箱。由计算可得内装物净重m=300gx72=2.26kg，根据销售包装尺寸和内装物数量，选用结构为B-210·A-125·B-210CF的单瓦楞纸板制造纸箱，如图表示内外面纸定量均为210 g/m2的B等箱纸板，瓦楞芯纸定量为125 g/ m2的A等Ａ楞纸板
面纸
瓦楞芯纸

图6 单瓦楞纸板结构示意图
纸箱尺寸设计：
(1) 内包装排列方式：nL×nB×nH=6×4×3（72件）
（0201纸箱的长宽高最佳尺寸比为1.5:1:1，其抗压强度接近理想比例，堆码强度与稳定性均较理性，离黄金分割比例不远，纸板用量比理想比例增加不多）
(2) 内尺寸设计
表2 瓦楞纸箱内尺寸修正系数 单位：mm
L
B
H
3-7
3-7
小型箱
中型箱
大型箱
1-3
3-4
5-7
根据图表得：kL=5 kB=5 kH=4 d=1 T=0
根据公式：X=Xmaxnx+d(nx-1)+T+k
L= 16×6+(6-1)×1+5=106mm
B=16×4+(4-1)×1+5=73mm
H=20×3+(3-1)×1+4=66mm
(3) 制造尺寸设计
表3 02型瓦楞纸箱制造尺寸修正系数k 单位：mm
名称
L1
L2
B1
B2
H
A楞
6
4
6
3
9
根据图表得kL1=6 kL2=4 kB1=6 kB2=3 kH=9
根据公式X=Xi+k
L1=106+6=112mm
L2=106+4=110mm
B1=73+6=79mm
B2=73+3=76mm
H=66+9=75mm
表4 瓦楞纸箱接头制造尺寸 单位：mm
纸板种类
单瓦楞
双瓦楞
J
35-40
45-50
根据图表得J=35mm
表5 0201型纸箱摇盖伸长系数 单位：mm
箱型
0201
0203
0204
0204*
0205
0205*
0206
A楞
2-3
0-2
2-3
0-2
0-2
2-3
0-2
根据图表得 =3
根据公式F= +
摇盖尺寸F=79/2+3=42.5mm
(4 ) 外尺寸设计
表6 瓦楞纸箱外尺寸修正系数K 单位：mm
楞型
A
B
C
E
AA
BB
CC
AB
AC
BC
K
5-7
3-5
4-6
2-4
10-14
6-10
8-12
8-12
9-13
7-11
根据图表得K=6
根据公式X0=Xmax+K
L0=112+6=118mm
B0=79+6=85 mm
H0=75+6=81 mm
5、2输包装容器结构设计图
图7 0201型瓦楞纸箱尺寸展开图
5.3堆码中的强度设计计算。
表7凯里卡特公式中的常数值
常数
楞型
A型
B型
C型
AB型
BC型
AC型
aXZ
8.36
5．0
6.1
13.36
11.1
14.46
J
0.59
0.68
0.68
0.635
0.68
0.635
C
1.532
1.361
1.477
2.893
2.838
3.009
1）瓦楞纸箱抗压强度计算
瓦楞纸箱的抗压强度可以通过实际测试获得，但也可以通过瓦楞纸板或所用原纸的环压强度采用计算公式得到。在此介绍一种常用的凯里卡特（K.Q.Kellicutt）瓦楞纸箱抗压强度计算公式。
凯里卡特瓦楞纸箱抗压强度计算公式，是以原纸环压强度值，结合瓦楞纸箱的外周长和瓦楞种类综合计算出瓦楞纸箱的抗压强度。其计算公式如下：

式中，p是瓦楞纸箱的抗压强度（N）；px是瓦楞纸板的综合环压强度（N/cm）；Z是瓦楞纸箱外周长（cm）；aXZ是楞型常数；J是瓦楞纸箱常数；
其中，瓦楞纸板的综合环压强度px的计算公式为：

式中，Rn是面纸环压强度测试值（N）；Rmn是瓦楞芯纸环压强度测试值（N）；L是测试试样长度（cm）；C是瓦楞收缩率。
对上式有：
对单瓦楞纸板
对双瓦楞纸板
纸箱的外周长计算公式为：

式中，B0是瓦楞纸箱外宽（cm）；L0是瓦楞纸箱的外长（cm）； Z是瓦楞纸箱的外周长（cm）；
凯里卡特公式中的常数aXZ、J、C见表7。
由于凯里卡特公式中没有考虑到瓦楞纸箱的长宽比以及高度的影响。在计算中存在约±5%的误差，属于工程经验计算公式
根据图表得Cn=1.532 aXz=8.36 J=0.59
面纸和里纸环压强度360N/0.152m
芯纸环压强度 150N/0.152m
根据公式

Z=2(L0+B0) =2(118+85)=406mm
Px=(R1+R2+RmCn)/15.2
即Px=（360×2+150×1.532）/15.2=62.5N/cm

2).瓦楞纸箱抗压强度校核
瓦楞纸箱的抗压强度应大于瓦楞纸箱在实际堆码贮存中所承受的最大负荷，即：
式中，p是瓦楞纸箱的抗压强度（N）； ps是瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷（N）。
ps的计算公式为：

式中，ps是瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷（N）；kp是瓦楞纸箱抗压强度安全系数；G是瓦楞纸箱所装物品的质量（N）；H是瓦楞纸箱堆码高度（cm），一般为300cm；h0是瓦楞纸箱的高度（cm）。
抗压强度安全系数kp根据瓦楞纸箱所装物品的贮存期和贮存条件决定：
a 贮存期小于30天，kp=1.60；b 贮存期30～100天，kp=1.65； c 贮存期100天以上，kp=2.00。
综上，取kp=2.00 ，G=0.3x72x9.8N=211.68N ,H=300cm ，
h0 = 8.1cm ，则

, 抗压强度比堆码载荷大，所以这个瓦楞纸箱具有足够的堆码强度

5、4茶叶包装设计工艺

图8茶叶包装工艺设计
6、设计验证
6、1验证目的
比较不同有效面积对茶叶包装的防潮性能的影响
6.2实验仪器和原料
分析天平 PB 203-N(精度：0.001g)
制袋封口机
恒温恒湿箱（饱和氯化钠溶液）
温度计
干燥器
水活性测定仪Hygrolab2
PE袋（厚度为0.035mm）
茶叶
6.3验证方式
①选择防潮包装材料：PE(0.035mm)
②制袋:分别制两个4cm*10cm、8cm*10cm大小的PE袋（厚度为0.035mm）分别A9(1)、A9(2)、A9(3)、A9(4).(只封两个面)
③称取样本:称取四份5.000g的茶叶样本。
④充填：将称取的样本分别装进制的包装袋中
⑤封口：将最后的面封口（选取两边封口方式）
⑥将样品放进恒温恒湿箱（箱内湿度用饱和氯化钠溶液调节，控制湿度在76%）
⑦称重：每隔七天按编号称重
6.4数据处理
6.4.1.商品的吸湿性
在环境温度（T）、相对湿度（RH）一定的条件下，吸湿性商品进行吸湿，，经过一段时间（tmax）后达到商品允许的最大含水量（me）。防潮包装材料具有减慢。水蒸气进入包装内部速度的功能，延长达到商品的最大含水量（me）的时间，tmax被称为“防潮包装有效期”。
6.4.2.防潮包装有效期的计算
防潮包装有效期的测定和计算方法有传统计算方法和动力学计算方法等。
动力学原理：在环境温度一定的条件下，透过包装材料的水蒸气的重量（m）在单位时间内是一个恒定值，这个恒定值与包装内、外水蒸气的压差成正比。所以，在水分变化甚微的情况下，商品的吸湿速度为（dm/dt）为环境相对湿度（h）的函数，因此，商品的吸湿速度与水分含量（m）的关系符合一级动力学方程，即dm/dt=-k(me-m),经过推导：
In(me-m)=kt+b
式中：mo-为商品的初始含水量（g）
me-为商品在贮存环境相对湿度（he）条件下达到吸湿平衡时的平衡含水量（g）
m-为测定时间（t）时商品的含水量（g）
6.4.3．防潮包装有效期（tmax）
(1) 测定m
M为测定时间（t）时的商品的平衡含水量。使用电子天平称重。
（2）作图
以ln(me-m)对观测时间（t）作图。其中，me为商品在贮存环境相对湿度（he）条件下达到吸湿平衡时的平衡含水量：k为斜率。
（3）建立动力学方程
将实验测的的数据转化为下列形式：xi=ti;yi=[ln(me-m)]I,使用一元线性回归分析方法建立方程，并就相关性质进行分析，经推导得回归方程：
Ln(me-m)=kt+b
将商品最大允许含水量（me）代入上述回归方程中，得到防潮包装有效期（tmax）

测量时间
茶叶质量(g)
温度（℃）
湿度（RH%）
含水量/%
A6(1)
A6(2)
A6(3)
A6(4)
A6(1)
A6(2)
A6(3)
A(4)
A9(4)
3.20
4.978
4.982
5.006
4.977
15
53

3.20
5.702
6.219
5.863
6.008
15
53

3.27
5.738
6.219
5.863
6.298
18
66
0.036
0.052
0.031
0.032
0.41
4.10
5.738
6.292
5.978
6.376
19
67.6
0.109
0.113
0.067
0.060
1.33
4.17
5.821
6.409
6.012
6.409
21
62.5
0.159
0.198
0.101
0.145
1.50
4.24
5.853
6.437
6.058
6.462
20
76
0.188
0.276
0.134
0.159
2.72
表8 茶叶含水量数据表
其中，A6(1)与A6(3)为厚度0.085mm面积为40mm*100mm的PE, A6(2)与A9(4)为厚度是0.085mm面积为80mm*100mm的PE。
茶叶吸湿曲线：

图9 茶叶吸湿曲线图

7.结果与讨论
利用这个图和表中数据，可以看出茶叶临界含水量为5.5%，与其相对应的平衡湿度是50%，该湿度为临界相对湿度，若包装内相对湿度超过该值，则含水率上升，茶叶品质急剧恶化。所以规定茶叶所允许的最大含水率为5.5%

图10茶叶平衡吸湿特征曲线
7.1不同面积对茶叶货架寿命的影响
下面为对厚度为0.035mm的PE 包装袋面积为40mm*100mm和80mm*100mm的茶叶包装进行货架寿命的计算
A6（1）A6（3）厚度0.035，面积40mm×100mm的PE，当y=5.5%时
y =0.0079x-0.014得出x=87天
y= 0.0056x-0.003得出x=103天
A6（2）于A6(4)厚度是0.035mm，面积是80×100mm的PE，当y=5.5%时
y= 0.0044x-0.0113得出x=150天
y= 0.0056x+0.0001得出x=98天
由上述分析可以看出，相同厚度不同面积的0.035mmPE材料对茶叶防潮包装有效期差异很大所以得出结论：随着面积的增加，它的防潮性能也越差。
8误差分析
由于分析天平的精度是0.01g，实验数据精确度不高，导致数据的可信度不高。温度计读数不准确，在实验中用饱和氯化钠控制实验湿度，误差较大，另外，在实验室中，由于条件限制，不能保证试验温度在某一固定值，因此在实验中温度变量引起的实验误差是不能有效排除的。试验样本以堆叠方式放置，这样也会影响茶叶吸湿情况。
参考文献
[1]潘松年《包装工艺学》北京 印刷工业出版社
[2]
[3].单虹丽，唐茜.茶叶贮藏过程中含水量变化及其影响因素研究【J】.现代食品科技.2005
[4]廖亮.茶叶包装分析方法【J】.食品与药品，2005，7（2）：41-42