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包装件是产品包装设计、制造、储运和使用的基本单元，研究和构建以包装件为核心的包装技术体系，分析包装件设计和研究的全过程，梳理其所需知识要点和技术体系，可形成科学的包装学习、研究与应用的逻辑思路。
前已述及，形成完整的包装件需要多个工艺环节和技术支撑（图 2-3），除了传统的工科基础（后面叙述）外，包装学科还有自己独有的技术体系。本书试图结合包装件的形成过程对相关的技术进行梳理，便于读者在后续的学习和研读中有针对性地进行理解和掌握，并从中找到感兴趣的研究方向。
产品包装的首要环节是对被包装的产品进行分析，对产品的物理特性进行统计和计算分析，包括形状、尺寸、外观、重心等，以确定包装的基本形式；对产品的化学特性分析，包括化学稳定性、腐蚀性、危险性、成分迁移性、安全性等，以确定产品内包装的技术需求；对产品的表面及内部薄弱环节进行分析，以确定产品防护的表面防护技术和冲击跌落的破损边界条件，确定产品的脆值和缓冲结构；利用现代测试与信息处理技术，分析产品的脆值和破损要素是一个非常有研究价值的领域。
产品在流通过程的破损和功能损伤可能是多种因素导致。产品在流通过程的破损有很多种：有产品的表面擦伤和形变、产品的结构损伤和断裂、产品的氧化和腐烂、产品仓储中的虫害、产品的污染和变质、产品的功能损伤等。针对不同因素导致的产品破损，提出相应的安全防护技术和措施，构建产品的安全防护结构和装置，确保产品在流通过程中的安全。研究不同类型的产品的破损机理和破损变化的过程，特别是生鲜食品（新鲜水果、鲜肉等）、熟食品、药品、军品等的破损破坏机理、包装安全和防护技术是包装研究的热点领域。
图 2-3 包装件的形成及相关技术
包装具有明显的社会属性。通常，包装结构形式和外观设计都带有显著的民族、宗教或国家特色，包装的外观设计将清晰地体现出产品的社会属性信息，并通过相关的文字、图案、色彩、构成（布局）等方式进行表达。好的包装外观设计不仅能传达出产品的基本信息和功能，还可对产品生产企业的定位和企业文化进行传达，树立企业的社会形象和市场定位。基于 5G和人工智能技术将改变传统的产品包装和信息传达模式，如利用微电子技术和柔性电子技术传达动态可变信息，将传统的、独立的包装件与物联网系统相融合，形成现代产品生产、储运和消费系统的一个信息采集和传输节点，产生更加丰富多彩的新的产品包装服务功能，更好地服务社会、满足人民群众的需求。这是未来包装技术研究的前沿领域。
包装材料是产品包装的基础。包装材料需要满足多样性、环保性、可成型性、功能性等需求；围绕产品包装的材料主要有内包装材料（柔性包装材料、阻隔性包装材料、单向透气性包装材料、防潮包装材料、防静电包装材料等）、缓冲包装材料（塑料类缓冲包装材料和纸质缓冲包装材料）、外包装材料（纸质类、金属类、塑料类和其他类）。材料的性能要求不同、种类不同，其生产工艺和设备都不一样，因此，包装材料在不断创新和发展。包装材料及其生产工艺的创新是包装研究的主要领域、传统领域。
产品的包装结构设计一般包括：基于产品防护理论和方法，针对产品不同的物理特性、化学特性、生物特性、安全需求、破损特性等提出包装整体方案；根据成本因素和制造因素，选择合适的包装材料（内包装、缓冲结构、外包装等）并确定其工艺；在包装设计理论的支撑下，确定相应的包装结构要素、形状和尺寸，确保产品包装工艺合理、结构可靠、安全有效，以实现包装的保护功能。包装结构的创新设计和多功能设计是包装研究的传统领域，同时，它也是微电子技术和柔性电子技术实现的载体。
包装的艺术设计是以现代美学原理和视觉传达理论为基础，以艺术和美学的观点对产品的外包装进行设计，运用色彩、图案、文字、构成等要素，形成产品包装的视觉吸引力，吸引消费者的注意力和关注力，促进产品的销售。现代产品包装的艺术设计往往还与产品的防伪技术相结合，采用烫金、激光全息图案、隐形图案、破坏性包装结构等技术手段，提升产品包装的防伪能力。特别是，在现代 5G技术支撑下，将微电子技术与柔性电子技术相结合，进行动态信息防伪技术创新，以实现产品的信息追溯和动态交互。这是产品防伪技术的创新发展方向之一。
包装材料不同，包装容器的生产制造工艺也不同，其制造设备也各不相同。塑料包装容器采用吹塑、注塑等工艺生产；纸质包装容器可以采用瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸箱、纸袋等形式，采用相应制造工艺生产；金属类包装容器可以采用剪切、弯曲、拉伸、焊接、卷边等工艺进行加工。基于先进制造技术和数字化制造进行传统包装容器生产工艺和设备技术的改造和创新，是包装结构设计与装备设计相结合的研究领域。例如，硬质粘贴纸盒、木质包装制品等产品大部分还采用手工或半自动化工艺制造，进行产品结构创新、实现加工制造自动化智能化，是这一领域亟待解决的问题。
随着科学技术发展带来的生产生活方式的变化，传统包装也在发生着变化。在满足包装基本功能的前提下，充分体现个性化消费需求、彰显人文关怀和拓展产品功能的智能化包装逐步兴起。这类包装建立在综合运用现代智能材料、智能技术、智能结构等先进设计元素的基础上，增强包装的保护功能、适应物联网时代的销售消费环境和最大限度地满足与便利消费者的特殊需求。这是包装学科中发展迅速的一个技术领域。
包装的艺术设计主要通过多色高精度印刷技术实现对色彩、图案、文字和构成的重现。常用的包装印刷技术有胶印工艺、凹印工艺、柔印工艺、丝网工艺、UV工艺等，采用水性油墨和水性溶剂是减少和控制重金属和VOCs残留的主要手段。采用印刷工艺和特殊加工技术相结合，进行烫金、激光全息图案、隐形图案等加工，增加产品外观防伪功能。这都是包装印刷领域的主要研究内容。
目前，许多产品的包装工艺和设备已实现机械化、自动化。但仍有一些产品，如普洱茶饼茶、试卷、中药饮片、粽子、袜子等外观异型的产品，硬质粘贴酒盒、手机盒、大宗电器等产品的包装，仍采用手工包装或大部分是手工包装。研究产品的包装形式、包装工艺和流程，创新包装结构形式和包装容器，创新产品的包装执行机构和控制系统，开发对不规则产品和大批量生产产品的全自动包装生产线，是包装学科的主要研究内容之一。特别是，由于产品包装具有动作多、配合多、机构多、精度高、速度快等特点，需要研发基于自动控制技术和智能化技术的产品包装机械，实现包装件成型过程的机械化和自动化，提高产品生产和包装的效率与质量。
包装测试技术是基于现代测试技术和信号分析及数据处理技术，对包装件的运输安全性进行测试和分析。主要包括振动测试、跌落冲击测试、运输模拟测试、滚翻测试、环境测试等。包装测试技术还包括测试系统的构建、传感器的选择、数据采集、信号分析与数据处理等技术；包括对包装材料特性、包装容器质量、包装安全的检测等。包装性能测试与评估技术是预防包装件发生破损（破坏）、评估破损（破坏）的程度及查找破损（破坏）影响因素的重要方法，其结果可以用来评估包装件的防护程度，判断产品包装是欠防护、过度包装还是适度包装。
对产品进行包装是产品流通过程的必要环节。在大多数情况下，产品包装的生命周期相对产品而言很短暂，提供绿色环保的产品包装是现代包装的重要任务，需要从包装材料、包装结构设计、生产工艺、产品流通和销售过程等多方面进行绿色包装创新和实践，降低包装对产品和环境的影响，实现绿色包装。这是当前包装学科普遍关注的问题之一。
包括包装物的循环复用技术与包装废弃物的资源化利用技术等。包装容器和缓冲结构件，在产品的流通和销售环节完成后，其功能和价值就结束了，包装物就成了废弃物。设计和选用绿色环保和可再生利用的包装材料，设计可循环利用的包装容器，减少资源的浪费；高效实现包装废弃物的资源化利用等，都是包装研究的重要课题。
产品包装标准化是包装融入现代制造和流通体系的必然。包装材料生产、包装容器制造、包装工艺设计、包装系统集成等，都必须融入现代制造技术、物流技术、销售环境等标准化领域，构建产品生产的标准化并与国际标准化相衔接，是包装发展的前提，也是当前我国包装的薄弱环节。
上面简单叙述了包装学科技术体系的主要内容。正如第一章所说，随着社会的不断发展、生产力水平的提高、科学技术的进步和文化艺术的发展，这一体系也会不断有所发展和变化。
除了上述从包装件的形成与销售乃至废弃的全生命周期引出的包装技术体系，包装学科的发展还依赖于与包装属性有关的若干重要理论，包括包装动力学、货架寿命理论和生命周期理论等。其中包装动力学是产品运输包装研究、设计的重要基础，我们将在第四章讲到；生命周期理论则用来探讨包装这种特殊产品对环境影响的评价，用以指导包装材料的选择和包装产品的设计，这一内容将在第六章里叙述。本章简要介绍货架寿命理论及其对学科发展的作用。
货架寿命，又称包装有效期，或称保质期，是对商品流通期内质量功效的保证与承诺。尤其对食品和药品来说，包装有效保质期是消费者决定购买前必须弄清的数据，也是包装的质量指标之一。
货架寿命的定义是：商品在出厂以后，经过各流通环节到消费者手中，能保持质量完好的时间。
货架寿命一般可表达成以下几种方式。
（1）生产日期：××××年××月××日。
（2）失效日期：××××年××月××日；请在××××年××月××日前使用。
（3）生产日期：××××年××月××日，保质期××个月。
此外，也有的产品附带规定合适的流通和储藏条件，如温度、湿度等。
货架寿命的长短受多种因素的影响。
如果使用非渗透性材料（如玻璃、金属）包装，产品在一般情况下主要由于本身的化学变化而变质，包装对商品的有效保质期影响不大。但也有产品因包装而导致质量降低的情况，如玻璃容器透光可加速产品的氧化，又如金属罐装食品可能会与产品质量不好的内涂层甚至金属本体材料发生反应。如果用半渗透性材料和可渗透性材料，则包装方式对产品的货架寿命影响极大。包装材料是包装工程专业的基础研究内容之一。
产品会因各种因素影响而变质，不同产品的变质特性差别很大，这往往表现为产品对某些影响因素的敏感性。例如，松脆食品会因湿度增大而变软、失去松脆性；烟草会因存储时间过长或包装不良导致湿度降低而改变其燃烧性和香烟口味；油炸食品及带脂肉制品会因油脂氧化而产生哈喇味；熟食快餐食品则会随储运时间的增加而发馊等。
包装材料的保护性能与产品的变质特性之间应做科学的匹配，以保证产品的包装有效期。这也是包装工程专业研究的重要内容。
通过产品的变质特性，可以制定出合格产品的判别标准。这一标准是以产品中某些关键成分的变化情况为依据，通过分析与测试获得的反映产品质量的指标。任何产品的合格判别标准都直接影响到包装有效期或货架寿命的确定。有些消费性产品既需要数据化的合格标准，又需要消费者认同的某些感官标准，如前述的香烟产品。
表示包装形式和包装材料对产品保护能力的关键性指标一般有以下几点。
（1）水蒸气透过率—对湿度敏感的产品；
（2）氧气透过率—对氧敏感的产品；
（3）香味透过率—对需要保香的产品。
一般可应用气体色谱分析、质谱分析、红外光谱分析或其他技术手段来确定包装对特定要素的阻隔性能，如氧气、水汽、二氧化碳气体等。
包装件的几何尺寸对货架寿命也有影响。
尺寸越大，包装面积与包装容积之比越小。影响货架寿命的渗透物的透过量按包装尺寸的平方数增加，吸收渗透物的产品体积则按包装尺寸的立方数增加。这表明，在其他条件相同的情况下，对包装材料阻隔性的要求将随着包装尺寸的增大而降低。
要确定产品的包装有效期，首先要弄清产品流通中的主要问题：即产品的变质特性和产品储运、销售过程所经历的环境条件，如温度、湿度和日照等。
对一些产品而言，包装有效期及其影响因素就是包装设计的主要内容。它们对建立这些产品的流通体系也起着重要作用。
货架寿命常常需要通过试验分析的手段加以确定。一般有以下几种。
运输是产品流通环节中的一个方面。运输试验法作为一项辅助性试验，是在规定的运输包装试验条件下，检验包装好的产品是否经受得起运输过程中冲击振动的考验，同时考察包装的其他性能指标在该运输条件下的变化情况。
在静止条件下保存产品，并评估其质量随时间的变化情况。储存条件分为可控制型（如可调节温度、湿度的仓库，可人为地控制试验的速度）和非可控制型。
一种典型的外界环境条件为温度 23℃，相对湿度（RH）50％。加速试验的条件则为温度 35℃，相对湿度（RH）80％；也可以不改变产品储存环境条件，有目的地引进已知数量及其影响的关键介质，促使产品变质过程加快。
上述试验都需要一定的试验条件和较长的试验时间。计算机模拟试验则可以在实验室里很方便地研究产品的货架寿命。对典型的食品包装而言，先构造出产品的变质模型，并对模型中影响因素的变化情况进行分析，然后就包装材料的属性对上述影响因素的阻隔性能做分析，最后利用计算机根据上述模型进行运算并给出结论。改变储存条件的模拟试验可以用同样的方法进行。
以常见的食品为例，其变质现象有产品吸潮、变干、氧化、二氧化碳含量降低，失去香味、失去营养物质等。人们已经对这些现象进行了大量的研究，构造了许多模型来表征各种食品的变质过程，从而可以较为方便地使用计算机模拟试验来分析产品的货架寿命。
以食品包装为例。食品的变质主要是微生物造成的，为消灭或抑制变质诱因的微生物，可以使用诸如加热、灭菌、熏蒸及腌渍等物理或化学手段加以处理。
不同产品的包装材料选择标准应有所不同。例如，生鲜食品需要维持呼吸，选用阻隔性较大的包装材料往往会使呼吸受阻，组织坏死。选择具有合适的水蒸气透过性能的微孔薄膜或防湿玻璃纸则较好。经过加工处理的食品，其组织不再存活，为防止干化、吸湿、氧化和腐败等，必须选用对氧气和水蒸气阻隔性高的材料。
包装生产体系包括产品计量、充填、密封、再计量、检验和外包装等，各个环节必须有助于延长产品的货架寿命。例如，开发一种新的食品时，必须由食品设计与生产、包装设计与生产两方面的技术人员共同探讨能保证产品质量、延长货架寿命的产品及包装生产体系。
流通管理是指流通环节和各销售点的储存条件，如温度、湿度等因素条件的控制管理。
以上通过产品货架寿命理论的简单描述，说明了包装工程相关技术及理论在学科应用领域的作用。在专业学习中，需要用产品包装系统的思想，分层次地了解、熟悉和掌握这些知识，提出和解决实际的包装工程问题。