缓冲包装材料简介

第五章缓冲包装材料§5-1缓冲材料分类在力学模型中，我们把缓冲材料视为理想的弹性体，在长时间的反复振动和多次冲击下，它的弹性仍然均匀，不变化。实际中缓冲材料的弹性，从他们的力——形变曲线来看是相当复杂。根据力——形变曲线，缓冲材料可以分成以下几类。1、线弹性材料这类材料力变形曲线是直线形。F=kx。严格上讲，这类材料是不存在的，它只意味着在使用范围内力形变曲线遵循胡克定律。2、正切型弹性材料这类缓冲材料的力——变形曲线呈正切函数型。力与形变的关系可以用正切函数描述。这类材料比较多，例如泡沫塑料、棉花、乳胶海绵、碎纸、涂胶纤维以及预压后的聚苯乙烯泡沫塑料等。3、双曲正切型弹性材料力与形变的关系可以用双曲正切函数描述。这类材料只要在形变允许的范围内，不论形变x怎么变化，F与应力始终在规定范围内。实际上只有瓦楞纸板、蜂窝板、聚苯乙烯泡沫塑料等塑性较大的材料在其受到外力作用的初期所表现的力学性质具有这种特征。4、三次函数型弹性材料这类缓冲材料的力——形变间的关系可以用三次函数描述。这类特性的材料适合缓冲包装的要求，吊装弹簧结构和木屑、塑料丝、涂胶纤维等材料具有这种特性。5、不规则型弹性材料这类缓冲材料的力——形变曲线很难用一个数学关系式来表达，大部分发泡塑料暂时归于这一类。§5-2缓冲特性与缓冲系数1、缓冲效率前面介绍了缓冲材料的力学特性，力——形变曲线。根据力——形变曲线，横坐标对应为了抵抗形变而产生的附加内力，在平衡状态下，它也等于作用在产品上的破坏力，在力一定的条件下，曲线与横坐标之间所加的面积对应缓冲材料的变形能。缓冲材料受冲击作用时，如果不考虑冲击能损耗，则全部转化为缓冲材料的变形能，不同的缓冲材料的弹性不同，对冲击能量的吸收能力也不同，在保证作用到产品上的破坏力小于产品的易损值时，单位面积缓冲材料吸收能量越大的，所需材料越少。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：0xEFdx那么单位后缓冲材料的吸收能量为：这个量与F的比值，定义为缓冲效率实际上缓冲材料在形变时，最大变形不会超过材料的变形极限db，假如超过这个极限，缓冲材料就会失去弹性。因此，每单位变形吸收的能量为这个量与力F之比称为理想缓冲效率：所以ETEEFTFTbEdbEdFEEFTFT1bbddT显然而对于确的缓冲材料，是一个与材料的结构尺寸无定关的常量，即η与ρ成正比，ρ越大,η也越大ρ取极值η也取极值，可以通过求ρ的极值得到η的极值。缓冲效率是衡量缓冲包装是否合理的一个重要参数，在达到保护产品的前提下，缓冲效率越大，单位缓冲材料吸收的冲击能量就越多，涉及所需的缓冲材料越少。缓冲效率的概念对于缓冲包装设计虽然重要，但不能直接应用在具体的设计过程中。在很多场合，人们一般采用的是缓冲效率的倒数，也称之为缓冲系数，记为Ｃbd1FTCE当η取最大值时，Ｃ取极小值。在实际的缓冲包装设计中，总是要尽可能选择较小的缓冲系数。缓冲系数是通过试验获得的，通常使用的方法有静态和动态试验，按照试验方法的不同，缓冲系数有动态缓冲系数和静态缓冲系数。我们在实际缓冲包装设计过程中，一般都采用静态缓冲系数—最大应力曲线。ａ、压缩速度的影响。任何材料都是在受到压缩的时候，除了弹性阻力外，还有其他阻力，一般情况下，这种源于材料内部的非弹性阻力的大小与材料的形变速率成正比，压缩速度越大，非弹性阻力也越大。动态系数的影响比静态的大。ｂ、温度的影响随着温度的升高，缓冲系数的最小值也增大。ｃ、预处理的影响，试验前材料的预处理对材料的尺寸，应力—应变曲线都有影响。缓冲系数的影响因素§5-3对缓冲材料的全面评价一、冲击能量的吸收性选择缓冲材料首先考虑的因素，不是吸收能量大的材料就一定能满足缓冲要求。一般弹性大的硬性材料具有较大的冲击能量吸收性，适用于产品重量大、受冲击力大的场合。二、振动能量吸收性振动中的共振现象，产生的响应最大。材料的振动传递性能与成分、密度、工艺条件、温度等有关，更重要的是与阻尼有关。阻尼越大，振动的衰减也就越大。三、回弹性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。回弹性能差的材料，在重复冲击和振动后，尺寸会变小，影响材料的缓冲性能。并且使产品的空间变大，产生大些的二次冲击。因此吸收能量大而且回弹性能差的材料，一般不宜做缓冲材料。材料在使用前，对材料进行预压处理，可以补偿材料在冲击作用下的永久变形。使材料的使用性能更加出色。四、蠕变性在静压力的作用下，随着时间的延长使变形增大的一种现象。——塑性变形带来的，与材料的性能和储存环境有关。对于缓冲材料而言，蠕变性越小越好。五、温度稳定性产品流通环境的温度变化会影响缓冲材料的缓冲性能。因此希望缓冲材料的温度使用范围越大越好。聚氨酯：-30℃聚苯乙烯-20℃聚乙烯-50℃六、湿度稳定性许多缓冲材料是吸湿的。材料吸湿后，其性能会受到极大的影响。因此必须注意储存运输环境的湿度变化。七、耐破损性外力作用下，材料本身不能损坏。因此材料本身，需要具有一定的强度，耐破损度和耐磨性。八、化学稳定性化学稳定性与材料的性能、化学结构、成分、使用温度有关，材料的化学成分应该与内装产品的化学成分相适应。耐酸碱油等化学环境的影响。九物理相容性缓冲材料与内装产品直接接触，二者物理性质应相适应，避免材料影响产品质量。比如不能给产品表面带来划痕，与产品之间产生静电。§5-4常用缓冲材料一、泡沫塑料由大量气体微孔分散于固体塑料中而形成的一类高分子材料。泡沫塑料与纯塑料相比，具有密度低，质轻，比强度高，其强度随密度增加而增大，有吸收冲击载荷的能力，有优良的缓冲减震性能，隔音吸音性能，热导率低，隔热性能好，优良的电绝缘性能，具有耐腐蚀、耐霉菌性能。聚苯乙烯：EPS57%用于包装容器硬质聚酯型聚氨酯泡沫塑料：飞机、船舶上的三层结构材料，电器、仪表、设备的隔热材料和防震包装材料。软质聚醚型聚氨酯泡沫塑料：主要用作服装、鞋帽衬里，垫肩和精密仪器的防震包装等。发泡聚乙烯：俗称珍珠棉，闭孔式微孔热塑性材料。有交联和不交联两种。是一种具有高强缓冲吸震抗震能力的新型环保包装材料。它柔韧、质轻，富有弹性，回复性好，能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，达到缓冲的效果。同时，发泡聚乙烯具有保温、防潮、防磨擦、耐腐蚀等一系列优越的使用特性。加入防静电剂、阴燃剂后，更显其卓越的性能。目前正广泛适用于IT、电子、电器、五金机电、高级视听，精密仪器、高档家私等产品的包装。二、气泡薄膜气垫膜,泡泡膜,气泡纸等，是用于包装填充的一种防压防潮防震的化工产品。采用优质聚乙烯树脂加工而成，也是当前普使用的一种包装材料,用途广泛。由于气垫膜中间层充满空气，所以体轻，富有弹性，具有隔音，防震防磨损功能。广泛应用于精密电子仪器、工艺品、汽车、摩托车、自行车配件、陶瓷玻璃制品、灭火器材和家具等包装。三、碎屑类材料聚苯乙烯泡沫塑料丝条，聚氯乙烯塑料条，乙酸纤维素塑料条，细刨花，碎屑四、橡胶有纤维橡胶和海绵橡胶这两类材料。现在应用较少。五、蜂窝纸板、瓦楞纸板、纸浆模塑制品蜂窝纸板一般做托盘瓦楞纸板制造缓冲结构较多思考题和习题1.根据力——形变曲线，缓冲材料可以分成那几类？2.缓冲效率和缓冲系数有何关系？3.对一个缓冲材料进行全面评价，要从那几个方面来评价？4.常用的缓冲包装材料有哪些，试举出一些！