包装工艺的物理学基础

第一部分包装工艺基础理论第二部分通用包装工艺第三部分专用包装工艺第四部分包装工艺过程控制

包装工艺学讲义

1/31/20231包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础第二章包装工艺的化学基础第三章包装工艺的微生物学基础第四章包装工艺的气象环境学基础第一部分包装工艺基础理论

1/31/20232包装工艺学讲义

学习要点1、产品的物理性质。2、产品的物理变化。3、力学因素对储运条件的影响。第一章包装工艺的物理学基础1/31/20233包装工艺学讲义一、基本概念

1、物理性质：物质不需要经过化学变化就能表现出来的性质。如：温度、熔点、密度、状态等。2、机械性质：产品在机械运动过程中表现出来的物理性质，包括力学性质、材料属性、结构形状等。如：尺寸、质量、硬度、刚度、固有频率、弹性、机械损伤等。3、影响产品物理性质的因素：①产品的成份：构成产品的原材料。②产品的结构：表面形状、结构尺寸等。第一章包装工艺的物理学基础1/31/20234包装工艺学讲义③外部环境：温度、湿度、压强、时间、电场、磁场、风沙、热、力、声、光、电等。二、产品在流通中的物理变化1、三态变化（气、液、固）

①挥发与干缩：挥发指液态、液化的气态或固态物质在常温常压下转变成气态的过程。影响因素：沸点、环境温度、湿度、相邻气体压力、流动速度及接触面积等相关。第一章包装工艺的物理学基础1/31/20235包装工艺学讲义

②溶解（溶化）与风化：溶解指溶质分散于溶剂中成为溶液的过程。

影响因素：吸湿性、水溶性、吸湿点。③熔化与凝固：熔化指产品受热后从固态转变为液态的过程。影响因素：产品熔点、环境温度。2、渗漏与渗透

①渗漏：指气态、液态或粉状固态产品由于包装品材质或封口质量等原因造成产品的渗出、泄漏现象。影响因素：包装质量、机械损伤、环境变化等。第一章包装工艺的物理学基础1/31/20236包装工艺学讲义②渗透：指气体或蒸汽直接溶进包装材料的一侧表面，通过向材料本体的扩散，从另一侧表面析出的过程。影响因素：分压梯度。

3、机械性质变化：表面形状损伤、尺寸精度、位置精度、装配精度、硬度等的变化。4、其它变化①导热性:指产品传递热能的性质。影响因素:产品的材质、结构形式、尺寸、加工方法等。第一章包装工艺的物理学基础1/31/20237包装工艺学讲义

②耐热性:产品承受热能的性质。影响因素:产品的导热性、膨胀系数、环境因素等。③场强变化:指电场、磁场、静电场、辐射场等的变化。影响因素:产品的材质、结构等。④光学性质:产品对光的敏感程度。影响因素:光的强度、材料的透明度、吸光、反射、折射、色散度等。第一章包装工艺的物理学基础1/31/20238包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础三、力学因素对储运条件的影响

1、装卸环境的影响2、运输损坏和运输环境3、储存过程中的损坏1/31/20239包装工艺学讲义返回第一章包装工艺的物理学基础三、力学因素对储运条件的影响1、装卸环境的影响碰撞：包装件在能量作用下发生撞击。冲击：碰撞引起的力的作用。

跌落：垂直向下的碰撞。产品的脆值：产品不发生物理的或功能的损伤所承受的最大加速度值。用G表示。GB8166-87《缓冲包装设计方法》1/31/202310包装工艺学讲义返回第一章包装工艺的物理学基础①包装件容易跌落的高度计算H=300×m-1/2（经验公式适用于m>16kg包装件）H—跌落高度（cm）m—包装件质量（kg）例题：有一包装件质量为45kg，计算最容易跌落的高度H=300×1/√45≈44.8(cm)1/31/202311包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础

②跌落冲击力和冲击加速度计算冲量：力和力的作用时间的乘积。描述力对物体作用时间的累积效应。动量：物体的质量和运动速度的乘积。描述物体运动状态的物理量。动量定理：物体所受合力的冲量等于物体的动量变化。

1/31/202312包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础例题：某产品质量为10kg，由1m高自由跌落到地面而无反弹，测得冲击作用时间为0.005s，若是落到缓冲材料上，冲击作用时间为0.08s。①比较两种冲击下产品受到的平均冲击力。②若冲击力呈半正玄波形时，求两种情况下的最大冲击力。解：①第一种情况下两种冲击力分别为：1/31/202313包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础②第二种情况下两种冲击力分别为：1/31/202314包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础③产品受到的平均冲击力为：

④产品受到的最大冲击加速度为：1/31/202315包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础2、运输损坏和运输环境主要受力形式为振动与冲击①铁路运输路基和铁轨接头产生的周期性振动；编组连挂、加速、减速、刹车造成的冲击。②公路运输路面状况、车辆减震产生的振动；加速、减速、刹车、散装产生的冲击。1/31/202316包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础③船舶运输受发动机和螺旋桨低频周期性振动；波浪造成的振动和冲击。④飞机运输滑行、起飞或强气流产生的振动；飞机着陆时产生的冲击；低气压造成密封包装件的破损。1/31/202317包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础⑤振动传递率公式线性振动传递率公式TR—振动传递率ξ—阻尼比（ξ=C/Cc）C—系统阻尼系数Cc—系统临界阻尼系数（Cc=2√mk）K—弹性系数λ—频率比（λ=f/fn）f—输入频率fn—系统的固有频率1/31/202318包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础分析：若ξ→0当λ→1时，则→∞共振；当λ<1时，则λ越小，TR值越小；当λ=时，则TR=1隔振；当λ>时，则λ越大，TR值越小。非线性弹性系统振动传递率的计算非常复杂，通常采用对材料进行试验的方法测量，形成振动频率与传递率曲线。1/31/202319包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础3、储存过程中的损坏堆码负载：包装件在堆码时受到的最大压力P压损载荷：造成包装件堆码损坏的堆码负载PCFL蠕变：受静载荷作用下物体发生单向变形的损坏形式①瓦楞纸箱的压损载荷计算公式K—系数常数；Z—纸箱的承载周长；E—纸板的边缘压溃；S—纸板的挺度。1/31/202320包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础②散装堆码中堆码负载的计算P=W(n-1)W—单个包装件的重量kgn—堆码层数③托盘组装堆码中堆码负载的计算例题：已知纸箱尺寸为500×330×250（mm）,重量为5.5kg，分5层码在1200×1000（mm）、重量15.5kg的托盘上，每层放7个纸箱，最多堆码3个托盘，托盘底面支撑楞宽100（mm），求纸箱的最大堆码负载P。堆码形式示意图1/31/202321包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础解：首先确定最大堆码负载的位置ⓐ最底层纸箱的承载边长：7×2×(500+330)=11620mm最底层纸箱的总负载：14×7×5.5+2×15.5=570kgⓑ第三托盘顶层纸箱的承载边长:2×(500+330+330)+3×330+2×500+16×100=5910mm第三托盘顶层纸箱的总负载：10×7×5.5+2×15.5=416kgⓒ每100mm边长所承载的力为:最底层：570×9.8/116.2≈48N第三托盘顶层：416×9.8/59.1≈69N因此最大堆码负载的位置应在第三托盘顶层。1/31/202322包装工艺学讲义ⓓ计算纸箱的最大负载：P=69×2×（500+330）/100≈1145Nⓔ考虑持续堆码100天纸箱承载力下降到55%PCFL=1145/55×100=2082Nⓕ考虑储存环境的相对湿度纸箱承载力下降到75%PCFL=2082/75×100=2776Nⓖ考虑到纸箱在托盘上的不同堆码形式，还应增加125%的安全系数PCFL=2776×1.25=3470N第一章包装工艺的物理学基础1/31/202323包装工艺学讲义第一章包装工艺的物理学基础④设计压力破损载荷的计算PCFLPCFL=P•T•M