包装缓冲材料详细讲解

包装缓冲材料详解,运输包装学院刘洋,第二章缓冲包装材料及其缓冲特性,第一节常用缓冲包装材料,1塑料缓冲材料1.1分类按结构分泡沫塑料（还可按发泡方法细分，表6-5）气垫塑料薄膜。按塑料树脂分热塑性泡沫塑料（PE,PP,PS,PVC等）热固性泡沫塑料（PU,酚醛泡沫等）按发泡方法和工艺不同形成的孔结构分开孔闭孔混合型按泡孔现状分球形椭球形（椭球长度方向的压缩强度和弹性模量比短轴方向大2倍）,按孔径分大泡孔（直径大于0.5mm)小泡孔（直径大于0.25mm)按泡沫密度分低发泡（密度0.4g/cm,气体与固体之比9）按泡沫体的硬度分硬质泡沫塑料（弹性模量700kPa)半硬质泡沫塑料（弹性模量在70-700kPa之间)软质泡沫塑料（弹性模量E2，由上式即EE2即EE1,E2EE2，,E,E,E2EE1,2.非线弹性材料。曲线（1）和曲线（2）分别为两种材料的应力应变曲线，并列组合的应力应变曲线可按如下方法求得。联接同一应变坐标下曲线（1）和曲线（2）上的对应点；得线段aa，bb，cc，依据（5-18）式，将各线段按：的比例分割，把各分割点联结成平滑的曲线，这就得到了组合后的应力应变曲线。,结论：组合设计的缓冲效果，其对应的等效弹性模量与两种原始材料的弹性模量有关，数值大小介于两者之间。组合后的应力应变曲线介于两种原始材料的应力应变曲线之间。等效弹性模量的大小与两种原始材料的结构尺寸有关，通过改变原始材料的结构尺寸有关，可以使等效弹性模量的数值在取值范围内连续变化。,第四节缓冲效率和缓冲系数,一、缓冲效率,缓冲包装材料非线性变形曲线,假设缓冲材料是立方体，受力面垂直于外力F，原始厚度为T。缓冲材料在力F作用下的变形能E为：,缓冲效率：压缩状态下单位厚度的缓冲包装材料所吸收的能量（E/T)与压缩载荷之比。,理想缓冲效率：压缩变形极限时，缓冲包装材料单位变形量所吸收的能量(E/db)与压缩载荷之比。,缓冲材料的结构需要满足：单位体积的吸收能要大材料给予内装产品的作用力要小因此，要求缓冲效率要大。,二、缓冲系数,缓冲系数是表示缓冲材料特性的一个重要参数，对于非线性缓冲材料，在设计其使用尺寸时，广泛利用材料的缓冲系数进行。,缓冲系数与缓冲效率互为倒数关系,缓冲系数的物理意义：缓冲材料的应力与该应力下单位体积缓冲材料吸收的能量之比。,材料应力应变曲线下的曲边三角形的面积,第五节缓冲特性曲线,材料的缓冲系数是通过试验测得的，通常使用的方法有静态压缩试验方法和动态压缩试验方法。得到的曲线分别为静态缓冲特性曲线和动态缓冲特性曲线。,评价缓冲包装材料的静态缓冲特性,缓冲系数应力曲线,缓冲系数应变曲线,一、静态缓冲特性曲线,在材料的应力-应变曲线取不同的点，有不同的最大应力，不同的最大应力又有不同的缓冲系数。因此，缓冲系数不是常数，而是最大应力的函数，这个函数的曲线称为缓冲系数最大应力曲线。,（一）静态压缩试验,压力试验机,试验原理,1、试验原理,试样的制作与处理试验前24h以上的温湿度调节处理抽取试样每组不小于5个试样的大小直方体形状，面积不小于10cm*10cm，厚度不小于2.5cm,2、试验方法,在电子万能材料试验机上以（123）mm/min的速度沿厚度方向对试样逐渐增加载荷。,静态压缩测试方法,测量并记录压缩应变及其增量,测量并记录与应变对应的压缩应力及增量,计算变形能增量e及压缩应力对应的变形能e,计算/e，得到缓冲系数C,C曲线、Ce曲线、C曲线,3、绘制曲线,（二）静态缓冲特性曲线,缓冲系数C最大应力m曲线,二、动态缓冲特性曲线,动态试验过程中，机械能守恒，则：缓冲系数：其中：,在H和h取定后，Gm和都只是的函数，上面这个参数方程建立了Gm和之间的函数关系，方程的曲线称为最大加速度静应力曲线。在绘制最大加速度静应力曲线时，先要固定跌落高度，取不同的衬垫厚度建立参数方程，每取一个衬垫厚度，就有一个对应的曲线，在同一跌落高度下，曲线是一个曲线族。取不同的跌落高度绘出的曲线族是不同的。,已知材料的缓冲系数最大应力曲线，就可以绘出最大加速度静应力曲线，反之亦然。两者可以互相变换。一种材料只有一条缓冲系数最大应力曲线，而最大加速度静应力曲线是一个跌落高度一张图，一张图上一个厚度一条曲线。,（一）动态缓冲测试,动态压缩试验原理图,测试原理,用自由跌落的重锤对缓冲包装材料施加冲击载荷，模拟装卸、运输过程中缓冲包装材料受到的冲击作用，求得缓冲包装材料的动态缓冲特性及曲线,动态压缩特性测试-测试系统,动态压缩特性测试-试验设备,动态压缩特性测试测试方法,试样的制作与处理试验前24h以上的温湿度调节处理抽取试样每组不小于5个试样的大小直方体形状，厚度不小于2.5cm试样尺寸的测量,动态压缩特性测试测试方法,试验步骤,将试样放置在缓冲试验机的底座中心,1,使预定载荷的冲击台从预定等效跌落高度落下，冲击试样，连续冲击五次，记录每次冲击的加速度时间曲线，取后4次的最大加速度平均值为该试样的最大冲击加速度。每个载荷至少取五个试样。,2,改变砝码质量，至少选择5种以上的重锤重量进行试验。,1,3,动态压缩特性测试缓冲特性曲线,发泡聚乙烯的Gm-st曲线,返回,三、影响缓冲系数的因素,动态与静态缓冲系数的差别,影响缓冲系数的因素,温度对缓冲系数的影响,影响缓冲系数的因素,预处理对缓冲系数的影响,第六节缓冲材料的全面评价,1冲击能量的吸收性有效地减少传递到内装产品上的冲击。并非吸能大的材料就一定满足缓冲要求综合考虑材料、体积、产品重量、冲击力的大小吸收能量与冲击能量相适应。,弹性大的硬性材料，吸能多产品重量大、受冲击力大的场合。弹性小的软性材料，吸能少产品比重小、受冲击力小的场合。,2振动能量的吸收性避免共振缓冲材料的传递率Tr材料的成分、密度、工艺条件、温度阻尼将材料的振动能量转化为热能和塑性形变能,形成对振动的衰减。,缓冲材料名称阻尼比聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料0.08-0.20聚氨酯泡沫塑料0.10-0.50橡胶0.02-0.16硅橡胶0.11-0.23钢质螺旋弹簧0.008-0.016,3回弹性定义缓冲材料在受冲击和振动的情况下,具备的恢复原来尺寸和形状的能力,称为回弹性。,回弹性差的材料几次冲击后结构尺寸变化较大影响缓冲性能破损；几次冲击后材料尺寸变小,空隙加大二次冲击破损。吸收能量大而回弹性能差的材料,一般不宜作缓冲材料。回弹性差的材料可用于仅发生一次大冲击的场合,利用塑性变形吸收冲击能量。,4蠕变性,定义指缓冲材料在受到静外力作用下,随着时间的延长使变形相应增大的一种现象。包装件长期贮存缓冲材料产生蠕变结构尺寸变小,产生空隙产品破损率上升。要求良好的抗蠕变性能。蠕变率：C=(-)/蠕变影响因素：材料性能外力的大小、作用时间环境温度；温度升高、外力增大,蠕变速率也相应加快。,压缩前的原始厚度；压缩后的厚度；,5温度稳定性,缓冲材料的物理性能与环境温度密切相关；热塑性材料低温，很硬的玻璃态，弹性模量很大高温，较软的高弹态。选择的缓冲材料应在较大的使用温度范围内，保持其缓冲性能不变。常见缓冲材料的最低使用温度：缓冲材料最低使用温度（）聚氨酯泡沫材料-30聚苯乙烯泡沫材料-20聚乙烯泡沫材料-50动物纤维-40泡沫橡胶-20,6湿度稳定性,许多缓冲材料是易于吸湿的。吸收的水量决定于环境的相对湿度；缓冲材料吸水后，缓冲性能会受到很大影响。金属制品生锈，瓦楞纸箱强度降低。防潮处理。7耐破损性缓冲材料在冲击和振动作用下破损；缓冲材料在受到反复的冲击与振动时与内装物经常接触并摩擦，会产生碎片和灰尘表面破坏，粉尘等；,要求一定的强度、耐破损和耐磨性。,8化学稳定性,影响化学稳定性的因