包裝動力學(xué)與緩沖包裝設(shè)計

包裝動力學(xué)與

緩沖包裝設(shè)計彭國勛中國包裝技術(shù)協(xié)會技術(shù)顧問陜西科技大學(xué)教授物流中的運輸包裝

科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、方便、規(guī)范化、系列化、

管理現(xiàn)代化、循環(huán)經(jīng)濟(jì)面向現(xiàn)代物流的包裝技術(shù)在制造企業(yè)和商業(yè)企業(yè)面臨日益猛烈的全球化競爭的新情勢下，降低物流本錢曾經(jīng)成為企業(yè)的第三利潤來源?，F(xiàn)代物流系統(tǒng)，以信息技術(shù)為中心，集合包括包裝技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)，對于傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)軌變型、調(diào)整構(gòu)造、優(yōu)化流程、降低本錢，發(fā)揚了艱苦作用，風(fēng)險進(jìn)一步減少，效力程度得到提高。包裝設(shè)計將直接影響物流活動的消費率，沒有合理而科學(xué)的包裝將零散的商品成組化和信息化，就沒有現(xiàn)代的物流系統(tǒng)。2003年：社會物流總本錢24974億，其中：運輸14028億，保管7376億，管理本錢3570億，相當(dāng)于GPD的21.4%(1991為24%，美、日等僅10％，降1％即250億！)。落后緣由：迂回運輸、反復(fù)搬運、物資損壞或喪失。全國社會物流貨物總額295437億，其中：工業(yè)品249570億，農(nóng)產(chǎn)品11261億，進(jìn)口貨物物流總值34193億，郵政物流總額億。全國貨物周轉(zhuǎn)量57152億噸公里，其中：鐵路17092，公路7010，水運32275，航空58。全國主要港口國際集裝箱吞吐量4735.5萬標(biāo)箱，占世界的比重達(dá)17.9%；港口貨物吞吐量33億噸。運輸包裝的建模

m1dx12/dt2=k1(x2-x1)+c1(dx2/dt-dx1/dt)+F1(t)

m2dx22/dt2=-k1(x2-x1)-c1(dx2/dt-dx1/dt)-k2x2-c2dx2/dt+F2(t)m1m2m3k1c1c2k2F1F2m1c1k1c2k2m2m3產(chǎn)品流通中的動力學(xué)環(huán)境條件

l

儲存中的堆碼―靜載荷。主要校核壓穩(wěn)定性。

l

運輸中的沖擊和振動―動載荷。

首先按沖擊進(jìn)展設(shè)計，然后檢驗運輸包裝系統(tǒng)在共振形狀下的損傷情況。

儲運中的機(jī)械性損壞基本損壞典型現(xiàn)象碰撞垂直方向水平方向c.靜止包裝被其他包裝碰撞振動壓力傾斜與變形戳穿、撕破、磨損裝卸時包裝從吊裝網(wǎng)、托盤、車輛、裝卸板等上跌落至地面。包裝翻倒而碰撞到另一面。從滑槽或傳送帶上落下。拋擲。鐵路或公路車輛制動或啟動?；剞D(zhuǎn)式起重機(jī)使被吊包裝碰撞墻壁等。在滑槽或傳送帶上因停車或其他原因而發(fā)生包裝間碰撞。圓筒式包裝滾動搬運停止時發(fā)生碰撞。拋擲。上述情況中，運動的包裝互相碰撞。在工廠、倉庫或轉(zhuǎn)運點的搬運設(shè)備上的振動。公路運輸中的振動。鐵路運輸中的振動。水運中的振動。空運中的振動。1.堆碼。2.在車輛上的瞬間載荷。3.搬運方法（抓斗、吊索、吊裝網(wǎng)、夾具等）引起的壓力。因限制引起的壓力。地面不平、倉儲不平引起的不平衡支撐。吊掛不妥、局部吊掛等引起的不平衡提升。吊鉤、手鉤或突出部位的戳傷，濫用搬運設(shè)備或錯誤的搬運方法所致。機(jī)械沖擊

裝卸作業(yè)

起重機(jī)作業(yè)的沖擊

作業(yè)內(nèi)容吊鉤速度（m/s）沖擊加速度(g)起吊上升10－130.1－0.15下降時緊急制動－0.9－1.2正常著地9－130.5－1.4快速著地13－161.0－7.5鏟車作業(yè)的沖擊作業(yè)內(nèi)容沖擊加速度（g）垂直方向左右方向前后方向上升啟動時1.7－－下降啟動時0.2－0.3下降結(jié)束時0.4-10.1-0.20.4-0.8大量統(tǒng)計闡明，包裝件分量、跌落高度和發(fā)生跌落概率之間，存在一定關(guān)系，公布過許多統(tǒng)計關(guān)系曲線。如密歇根州立大學(xué)包裝學(xué)院最近經(jīng)過對某條運輸?shù)缆返母櫻杏?，得到如下結(jié)果：

小尺寸包裝件(L：輕型，20磅重；中型，30磅重〕c1大尺寸包裝件

〔H：重型，45磅重〕經(jīng)過數(shù)理統(tǒng)計分析，可得如下閱歷關(guān)系式：

Gm=W-

Gm－包裝件經(jīng)遭到的最大加速度〔g〕；

W－包裝件的分量〔kg〕

、－閱歷參數(shù)，有三種數(shù)據(jù)：

高沖擊景象＝801，＝0.704

中沖擊景象＝203，＝0.306

低沖擊景象＝53.2，＝0.100

產(chǎn)品損傷方式l

彈性失效或失穩(wěn)l

脆性失效或斷裂l

疲勞失效l

過度變性

運輸作業(yè)――通常是研討各種載荷譜。最大值如下：

公路運輸：汽車以30km/h行駛時緊急制動能夠產(chǎn)生0.6-0.7g的負(fù)加速度；

汽車以20km/h在鄉(xiāng)村土路上行駛時能夠產(chǎn)生5-35g的沖擊加速度。

鐵路運輸：車廂連掛、啟動與制動的瞬態(tài)程度沖擊加速度能夠達(dá)20g以上；

堆碼高度對沖擊加速度影響較大，如貨車以5.7km/h速度碰撞時，底層加速度為1.7g,頂層那么高達(dá)7g左右。

航空運輸：遇惡劣天氣產(chǎn)生猛烈顛簸時能夠產(chǎn)生2－3g的加速度。

水上運輸：除裝卸外，沖擊不大。頻域分析x(t)=Acos(ωt+φ),f=ω/2πx(t)=A0+sin(2nπf0t+φn)Rx(τ)=Sx(ω)=Rx(τ)exp(-iωτ)dττ)dtφ/ωTtX(t)X(t)tSx(ω)ω機(jī)械振動功率譜(卡車〕火車空運水運自然環(huán)境雨淋潮濕高溫冷凍陽光蟲、鼠輻射防盜流通中氣候引起的損壞基本損壞典型環(huán)境高溫低溫低壓光水(a)淡水(b)污水粉塵水蒸氣直接日曬。接近鍋爐或高溫設(shè)備。在隔熱差的倉庫或車輛中受間接日曬影響。較高的環(huán)境氣溫。1.寒冷天氣時儲存在無暖氣倉庫中。2.在無暖氣的機(jī)艙內(nèi)。3.冷藏海拔高度改變、無增壓機(jī)艙中、機(jī)艙壓力失控。直接日曬。紫外線照射。人造光源照射。1.運輸、裝卸、倉儲時下雨。2.泥漿或洪水。3.冷凝水、船滲水等。海水濺到甲板上或駁船內(nèi)的貨物上。碼頭上的海水泥漿等。船艙中的污水或海水。工業(yè)泥漿的噴濺。暴露于風(fēng)沙或粉塵中。天然或人為濕氣。儲運過程中的生物性損壞典型現(xiàn)象微生物、真菌霉菌、細(xì)菌昆蟲、甲蟲、蛀蟲、蒼蠅、螞蟻、白蟻螨嚙齒動物這些生物無處不在，能適應(yīng)各種條件。相對濕度低于70％時一般不易生長，但存活溫度范圍很寬。這些生物喜歡較高溫度環(huán)境，低于15℃時便不易生長。相對濕度為70％時最適合大多數(shù)昆蟲生長，部分昆蟲也能在相對濕度低于50％時成活。包裝材料上附著的昆蟲卵孵化出小蟲時會咬穿包裝。從鄰近包裝或自然棲息地（特別是熱帶）遷移來的昆蟲也可能咬穿包裝。它們不耐干燥環(huán)境，相對濕度低于60％時一般生長緩慢；能在低溫下生長。會出現(xiàn)在倉庫、運輸貨棚、儲存區(qū)域、船艙等處，對大多數(shù)包裝材料都會嗑咬，并將一些柔軟包裝材料拖去做巢穴。典型包裝資料包裝食物時被昆蟲咬透的速率包裝材料厚度（毫米）被咬透的平均周數(shù)纖維性薄膜聚乙烯薄膜PVC/PVDC共聚物薄膜聚苯二甲酸乙二醇酯0.0230.0360.0410.0380.0500.1000.0380.0500.025333.5333346污染引起的損壞被其他貨物污染被相鄰包裝材料污染被相鄰包裝中的泄漏物污染放射性標(biāo)記、印刷等被金屬部件擦破。潮濕的包裝材料對易吸水材料、不防水材料、粘合劑和金屬部件的影響。裝液體、粉狀或顆粒狀物質(zhì)的容器損壞，導(dǎo)致內(nèi)裝物外泄，污染相鄰包裝。輕者損壞外包裝，重者有可能使包裝與內(nèi)裝物變質(zhì)。出口運輸對包裝的損壞出口包裝先會遇到國內(nèi)的搬運、裝卸、跌落、壓力和潮氣的風(fēng)險，加上運輸?shù)娘L(fēng)險。經(jīng)海關(guān)和登陸國的儲存、多次搬運、轉(zhuǎn)船和交貨，又呵斥損壞的能夠。這部分能夠防止的損失約占70％，其中水損〔淡水、咸水、冷凝水、濕氣〕10％，偷竊或未交貨20％，搬運和儲存〔容器損壞、破損、滲漏、壓壞、與油或其他物質(zhì)接觸、污染、冷藏或其他設(shè)備缺點〕40％。只需30％貨損屬于沉船、擱淺、火災(zāi)、碰撞、海水或壞天氣呵斥的偶爾損失。海船航行時存在6個方向的運動，每分鐘能夠擺7－8次，擺角能夠達(dá)40度，裝在頂部的包裝件的擺動幅度能夠到達(dá)20米。出口包裝遭到的沖擊與振動普通是國內(nèi)運輸?shù)?0倍，盡量采用集裝箱運輸。

脆值(Fragility)

美國Mindlin教授在1945年的“DynamicsofPackagingCushioning〞一文中初次提出了脆值概念：Gm=x〞/gmax=Pm/Wx〞－包裝件上產(chǎn)生的沖擊加速度；Pm－經(jīng)過緩沖墊傳至包裝產(chǎn)品上的最大沖擊力；W－包裝件的分量。當(dāng)產(chǎn)品遭到?jīng)_擊時，Gm值一旦到達(dá)某個處于臨界形狀的極限值就會發(fā)生破壞或失效，此值即稱脆值。沖擊實驗機(jī)與跌落實驗機(jī)

1－實驗樣件，2－導(dǎo)軌，3－沖擊臺面，

4－程序器，5－升降安裝，6－測試系統(tǒng)沖擊脆值的測定

利用沖擊實驗機(jī)或跌落實驗機(jī)不同脈沖波的沖擊譜

1、有限上升階躍波；2、矩形脈沖波；

3、半正弦脈沖波；4、后峰鋸齒脈沖波Am/AM

fc

沖擊破損邊境曲線〔DamageBoundaryCurve〕位移破損邊境曲線組合破損邊境曲線振動破壞方式

振動峰值破壞模型―可按沖擊脆值問題處置。

振動疲勞破壞模型－振動破損邊境曲線〔VibrationDamageBoundaryCurve〕三參數(shù)疲勞損傷邊境曲線最近，美國GaryBurgess教授提出一種新見解，以為可以把沖擊破損邊境曲線上的臨界速度變化Vc和沖擊臨界加速度Ac二參數(shù)與沖擊循環(huán)次數(shù)N相互聯(lián)絡(luò)起來：

緩沖包裝設(shè)計20世紀(jì)70年代，MTS公司與密歇根州立大學(xué)包裝學(xué)院協(xié)作，總結(jié)出緩沖包裝設(shè)計五步法：〔1〕

確定環(huán)境條件；〔2〕

確定產(chǎn)品脆值；〔3〕

選擇緩沖資料；〔4〕

設(shè)計原型包裝構(gòu)造；〔5〕

實驗評價原型包裝。1986年，Lansmont公司F.C.Bresk等人提出了緩沖包裝設(shè)計六步法，在五步法的〔2〕與〔3〕步之間添加了新的一步“產(chǎn)品重新設(shè)計〞。此步強(qiáng)調(diào)改良產(chǎn)品沖擊脆值超標(biāo)的易損件強(qiáng)度和剛度，添加振動脆值超標(biāo)易損件的阻尼，思索本錢等。緩沖資料的緩沖性能

緩沖資料的動力學(xué)特性非常復(fù)雜，遠(yuǎn)非常見的線性系統(tǒng)。經(jīng)過對詳細(xì)緩沖資料的緩沖系數(shù)(C=Gmt/H,t－緩沖資料厚度，H－跌落高度)曲線的測定，可為緩沖包裝構(gòu)造設(shè)計提供根本根據(jù)。留意溫度影響、壓穩(wěn)定、角沖擊等。C-m曲線－－－最大靜應(yīng)力C-曲線－－－應(yīng)變C-E曲線－－－比能Gm-s曲線－－－靜應(yīng)力〔動態(tài)〕G時間t，毫秒加緩沖墊后的呼應(yīng)輸入的沖擊脈沖1010.1110100f,Hz振動衰減沖擊衰減FFσCi-1ii-1iΔei靜態(tài)緩沖系數(shù)由＝F/A,=x/T;由應(yīng)力應(yīng)變曲線可計算F的變形能E＝ATd=ATd=eAT緩沖資料單位厚度吸收的能量E/T與外力F之比定義為緩沖效率η＝緩沖系數(shù)C=1/η====其中單位體積緩沖資料的變e=,量綱與一樣。為了省材，可以選為到達(dá)破壞時的最大值m=,那么C=e可以用差分法求得：Δei=(Δε?Δσ)+Δε?σi-1=(Δε?Δσ)+Δε(σ-Δσ)m緩沖系數(shù)C-m曲線

例題：產(chǎn)質(zhì)量量m=10.2kg,底面尺寸60×400cm,等效跌落高度H=80cm,產(chǎn)品脆值Gc=50g,求T。

解：m＝Gcmg/A=2.08kPa,對應(yīng)曲線4的最小C＝5.2，得T＝CH/Gc=8.3cm動態(tài)緩沖系數(shù)更符合實踐情況。實驗時，選定跌落高度H，面積A不變，改動厚度T和重錘分量W，測重錘最大沖擊加速度Gm，得實驗資料的以T為參變量的Gm－σst(＝W/A)曲線族。跌落時，位能轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅躓H=ATd=ATd=eATC==Gm-st曲線

例題：產(chǎn)質(zhì)量量m=20.4kg,底面尺寸25×25cm,產(chǎn)品脆值Gm＝65g,求緩沖厚度T。

解：st=mg×10/A=3.2kPa

,與Gm=65g交于A，

內(nèi)插得T＝5.8cm蠕變過大的蠕變使緩沖墊變薄，導(dǎo)致緩沖減少和產(chǎn)品松動。設(shè)計時應(yīng)思索此厚度減少，普通有5－10％。抗軸向彎曲性緩沖墊厚度與支撐面積之比決議了緩沖墊抗軸向彎曲才干。產(chǎn)品在下一個沖擊到來之前能夠回不到原位置，導(dǎo)致緩沖墊受彎曲，特別運用小支撐面積緩沖墊時更嚴(yán)重。普通可運用如下公式來防止：按克斯特拉閱歷公式，最小支撐面積≥(1.33×緩沖墊設(shè)計厚度)2，通常只需設(shè)計的支撐面積超越它，彎曲問題便不大?？棺冃涡跃彌_墊的緊縮強(qiáng)度必需作為整個包裝件的一部分來思索，從而確定堆碼高度。蠕變％h10202006001000C靜態(tài)動態(tài)m緊縮速度的影響溫度的影響C68℃25℃－54℃m預(yù)處置的影響Cm預(yù)處置角跌落、棱跌落的影響Gm平面角棱Gm平面棱平面角跌落與面跌落棱跌落與面跌落最省材設(shè)計法例題產(chǎn)品重W＝50Kg，等效跌落高度H＝50cm，許用Gm＝40g。確定緩沖墊尺寸。解：〔1〕按最小緩沖系數(shù)法。Cmin=2.4,對應(yīng)m＝10Kpa，那么緩沖面積為A=WG/m×104＝50×40/(10×103)×104＝2000cm2T=CH/Gm=2.4×50/40=3cm體積V=AT=2000×3＝6000cm3(2)按過原點切線法。C0＝2.4，對應(yīng)m0＝11.5Kpa，那么緩沖面積為A=WG/m×104＝50×40/(11.5×103)×104＝1739.1cm2T=CH/Gm=2.6×50/40=3.25cm體積V=AT=1739.1×3.25＝5652cm3CC0,2.6Cmin2.4m0m，Kpa1011.511.5緩沖資料的放置

角墊、粘結(jié)、成型例題2：棱形產(chǎn)品尺寸19×5×15英寸〔48×13×38cm〕，毛重13.6kg.,脆值＝40G,臨界諧振頻率＝90Hz，產(chǎn)量每季度1000件，運輸公司要求經(jīng)得住76cm高跌落10次〔6面、一角、3棱〕。利用前面的Gm-st曲線內(nèi)插得3英寸〔7.6cm〕厚的曲線最低點為40G，對應(yīng)的st＝10.3KPa。選不同緩沖資料時有不同的結(jié)果。要求的支撐面積＝13.6kg×981/10.3KPa＝129cm2。最小支撐面積＝(1.33×7.6cm)2＝102.2cm2,闡明上述支撐面積是足夠的。緩沖墊的構(gòu)造外形應(yīng)思索裝箱和拆箱方便，需留足夠空間，讓手能查入取出緩沖墊與產(chǎn)品。由于產(chǎn)品是對稱的，重心在中央，緩沖墊可放在產(chǎn)品的4個頂角處，方法有4：1〕批量不大，采用擠塑板材較經(jīng)濟(jì)。兩端各一塊，支撐面積要有64.5cm2。板材可選2、3、4英寸厚的。最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)是選2英寸〔5.1cm〕板材組合成梯形墊，結(jié)果是2×5英寸基框外側(cè)粘4塊厚1英寸和長寬2×2.5小梯形塊與2塊2×5大梯形塊，使得緩沖厚度為3英寸?！惨妶D〕2〕8個角，每個支撐面積為5英寸2。耗材，包裝時緩沖墊易搞亂。3〕抑制上述缺陷的方法是將最小尺寸的緩沖墊粘貼在箱板上。4〕批量大時，采用模塑緩沖墊，比組合墊節(jié)省資料。泡沫塑料緩沖材料（FoamCushioning）性能比較 擠塑后二次加工的模塑的發(fā)泡聚乙烯（EPE）聚氨酯發(fā)泡聚乙烯（EPE）苯乙烯－丙稀腈（SAN）發(fā)泡聚乙烯共聚物（EPC）發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）聚氨酯沖擊吸收性5.5Kpa以下的靜載荷好極好非常好好尚好差極好沖擊吸收性5.5Kpa以上的靜載荷尚好差尚好好尚好極好差耐多次沖擊吸收性極好好極好好極好差好振動阻尼差差好好好尚好原料成本，$/kg5.51-6.064.41-5.514.41-4.964.41-4.964.41-4.961.43-1.544.43-4.96模具成本，$555000-150005000-150005000-150004000-80002000生產(chǎn)復(fù)雜部件的能力差差好好好好好典型的勞動生產(chǎn)力水平高高低低低低高模具加工時間，周2－32－38－108－108－104－5修改設(shè)計的能力好好差差差差尚好制品的可重復(fù)性變化變化好極好好極好好表面層狀態(tài)尚好好極好好極好好單方向性變化好好好好好好拉伸強(qiáng)度好尚好好差極好差好韌性好尚好好尚好極好差好彈性好好好好好差好對熱敏感性高低高中等高中等低吸水性低高低低低低高耐靜壓蠕變性尚好差尚好好尚好極好差永久變形中等高中等低中等低高壓縮強(qiáng)度中等低中等高中等/高高低動態(tài)變形低低低中等低高低靜電放電處理可以可以可以可以可以可以可以密度，mg/cm33524302219最佳負(fù)荷Kpa，51厚，從762高處跌落3.450.414.145.528.28單次沖擊，G4529

4030聚苯乙烯泡沫塑料〔EPS－ExpandedPolystyrene〕可模塑、輕質(zhì)、半硬的均聚物，本錢低，閉孔構(gòu)造。1945美國開場用于緩沖包裝。EPS原料是用不到8％的碳?xì)浠衔锇l(fā)泡劑〔戊烷〕浸泡小粒樹脂，加熱到85－96℃，發(fā)泡劑產(chǎn)生內(nèi)壓，膨脹為珠粒，稱為預(yù)發(fā)泡資料。膨脹倍數(shù)25－40，密度16－26mg/cm3。預(yù)發(fā)泡資料注入模具，鎖模壓力幾噸，通蒸氣加熱和使珠粒膨脹。封鎖區(qū)內(nèi)的熱量與壓力使珠粒熔合成為半硬的閉孔泡沫塑料制品。蒸氣透過率和吸水率低，絕緣良好，光滑而微彈性外表不會磨損產(chǎn)品，可模塑成復(fù)雜外形，緊縮到75％還有很大回復(fù)才干，靜壓蠕變低，緊縮強(qiáng)度高，可浸泡阻燃劑和抗靜電劑，食品相容好，耐酸、堿和脂肪族化合物，但不耐溶劑與礦物油。新模塑與模具設(shè)計技術(shù)：抽真空、縮短加工周期、正反壓密封、運用輕質(zhì)模具、模塑外表大量排氣等。計算機(jī)廠等經(jīng)過運用彈性體添加劑開發(fā)出耐沖擊和耐環(huán)境應(yīng)力開裂的ESCR等，替代高彈泡沫塑料和ABS。改動、彎曲和伸長才干有限，為輕質(zhì)易碎品設(shè)計狹長筋時受限制，可精細(xì)設(shè)計處理。適宜低脆值產(chǎn)品。聚乙烯泡沫塑料〔EPE－ExpandedPolyethylene〕低密度、半硬、閉孔構(gòu)造、耐候的均聚物。比EPS易緊縮，但不如開孔構(gòu)造的聚氨酯柔軟。密度29－120mg/cm3?？赡Ｋ芎驮诤嫦渲泄袒?。軟而無磨損，耐多次沖擊，低Tr，阻尼大，機(jī)械強(qiáng)度高，耐酸堿和溶劑，低吸水率〔<1％〕，絕熱，-51－85℃范圍內(nèi)有耐變形的高彈性，斷裂伸長約50％，拉伸強(qiáng)度：30mg/cm3時172KPa；80mg/cm3時448KPa，蠕變優(yōu)于聚氨酯而不如EPS。特點：高改動、伸長、緊縮才干，變形回復(fù)98％，高阻尼，低Tr，適宜重、貴、易碎品。擠塑厚板、圓柱或薄板便利，但有方向性和裝配消費率低。模塑無方向性，可優(yōu)化設(shè)計省料，消費率高，但模具貴。發(fā)泡聚乙烯共聚物〔EPC－ExpandedPolyethyleneCopolymer〕40％PE與60％PS的結(jié)合體。低密度、半硬、閉孔構(gòu)造。原料〔顆粒泡沫塑料〕需在4℃下冷凍保管一月以上。含發(fā)泡劑的EPC易預(yù)發(fā)泡而膨脹和擴(kuò)展，需特殊處置和盡快模塑，模塑周期比EPS長?；貜椥愿?，拉伸韌性高，耐戳穿，密度20－40mg/cm3時的拉伸強(qiáng)度241－324KPa，蒸氣透過率與吸水率低〔<1％〕，緊縮蠕變不如EPS而比EPE好〔23℃和28KPa下1000小時變形為2.5％〕，耐普通溶劑〔汽油、礦物油、脂肪族化合物〕，可加抗靜電劑，可經(jīng)過二次延續(xù)發(fā)泡安裝膨脹至22mg/cm3以下，多在32－40mg/cm3。韌性優(yōu)于EPS與EPE，耐拉伸和耐戳穿優(yōu)于現(xiàn)有模塑泡沫資料，回復(fù)性優(yōu)于EPS而不如EPE，緩沖性能比EPE高7－12G，適用于反復(fù)運用的淺盤和要求編磨損、耐溶劑、能吸收沖擊具有超級韌性、無拉壓扭疲勞的包裝。發(fā)泡苯乙烯-丙稀腈共聚物〔SAN－Styrene-acylonitrile〕可模塑、輕質(zhì)、高彈性的苯乙烯共聚樹脂。用氟碳發(fā)泡劑預(yù)發(fā)泡，并在模塑過程中熔合之。儲存期可達(dá)6月。因發(fā)泡劑含量高，加工周期較長，不用烘箱固化。預(yù)發(fā)泡可得40倍膨脹，密度降至16mg/cm3以下，二次發(fā)泡至13mg/cm3?？杉涌轨o電劑。半彈性，吸收沖擊，透汽率低，吸水率低〔19mg/cm3時，<0.33％〕，伸長率小，導(dǎo)熱率小〔18－19mg/cm3和24－25℃時,K＝0.26-0.033W/m?℃〕,高彈光滑模塑外表不磨損產(chǎn)品，可制出肋條接受靜載荷，變形75％時回復(fù)率95％，18mg/cm3和5.2KPa下的動態(tài)變形為4.5％，緊縮蠕變與EPS類似〔室溫27.6KPa下300小時變形1.5%，阻尼良好，緩沖系數(shù)與EPE類似，優(yōu)于EPS。韌性不如EPE。它是試圖取代EPS與EPE中最好的低密度產(chǎn)品，適宜多次沖擊〔跌5次仍很好〕、易碎品、高靜載等場所；但貴〔ARCO公司的Arsan600與DOW化學(xué)公司的Techmate〕，易彎曲開裂。因低密度〔13－18mg/cm3〕的SAN性能近似于32mg/cm3的EPE，故運用本錢可低于EPC與EPE。氣墊緩沖資料過去采用PVC薄膜高頻熱壓成型，內(nèi)充氮氣，構(gòu)成球形或枕形泡，透明而富有彈性，適宜小型產(chǎn)品的緩沖包裝，但有熱脹冷縮缺陷。如今采器具有柔性和彈性的聚氨酯或尼龍與傳統(tǒng)的PVC復(fù)合制造氣墊緩沖資料，抑制了上述缺陷，高強(qiáng)而耐磨。將農(nóng)作物秸稈粉碎，與粘結(jié)劑混合，經(jīng)交聯(lián)反響、發(fā)泡、澆鑄、烘烤成型和自然枯燥，即可制成緩沖資料。它在低應(yīng)力條件下，具有比EPS更好的緩沖性能，能降解，價廉。但有待進(jìn)展產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。日本針紡合纖公司從玉米中提取出聚乳酸，可制成生物降解緩沖資料。它的強(qiáng)度、緩沖性和耐藥性與EPS相近，廢棄時可做燃料和堆肥。利用粉碎后的廢紙和淀粉混合、發(fā)泡、成型為具有多孔的小球，可用于作為緩沖資料，緩沖性能優(yōu)于EPS。UFPTechnologies，Inc.利用廢紙消費緩沖方墊塊緩沖性能極好，適宜電子、儀器和敏感資料的緩沖包裝。天然植物類緩沖資料雙層疊置AB型雙瓦楞紙板的沖擊與振動特性用料：300/180A/180/180B/300g/m2。靜應(yīng)力，Pa跌落高度DH,cm699136116351875247431694055最大加速度Gm,g40114.05109.7077.40133.33139.03221.77207.1060105.70109.98125.60215.40237.40332.00294.60DH=600100200012σst,KPaDH=40Gm不如EPS等泡沫塑料，與蜂窩紙板相近。蜂窩紙板變頻振動數(shù)據(jù)σst,KPa掃頻范圍，Hz峰值頻率，Hz傳遞率Tr阻尼比ξ1.6353-3502556.3520.079350-4803605.5920.0891.8753-1801459.6480.052180-2402101.1780.324240-3302702.8780.164330-4503702.9240.1621.3613-2202005.8940.085220-3402405.6910.088340-4503504.4970.111緩沖包裝設(shè)計時要防止主共振點〔255、145、200〕蜂窩紙板防振性能實驗分析am/s2f,Hz5432T,cm固定安裝2.5kg質(zhì)量塊蜂窩紙板振動臺T－共振頻率，ξ2－313,0.05443－256,0.04874－250,0.04515－210,0.0582Tr=9-11面紙300g/m2,芯紙〔再生紙〕120g/m2，內(nèi)切直徑10.4mm,孔徑比1。20、30、40、50mm厚的共振頻率為313、256、250、210Hz，衰減系數(shù)0.05440、04870、04510、0582。λ＝1時最大振動傳送率Tr＝8－11；λ≤0.3〔80Hz〕時，Tr＝1，不防振；λ≥1.5〔380Hz〕時，Tr<1，具備減振功能。50403020107114135370614113528705614110σst,Pafn,Hzz1cm2cm4cm12cm8cm5cm可見：蜂窩紙板最低固有頻率在7056Pa附近，與硬橡膠及聚氨酯相近；輕載荷時最大固有頻率低于硬橡膠，高于聚氨酯和EPE；固有頻率隨靜應(yīng)力變化先緩降，后上升。蜂窩紙板固有頻率與靜應(yīng)力關(guān)系厚度T，mm面紙定量，g/m2芯紙定量，g/m2孔徑，mm面積，cm210204050801202501401401701701701701510×10緩沖包裝設(shè)計程序設(shè)計思索要素：1、產(chǎn)品尺寸。如長寬高、直徑與高度等線型尺寸均影響緩沖包裝的設(shè)計，并可確定流通環(huán)境。2、產(chǎn)品分量。要思索毛重與重心位置，假設(shè)重心大大偏離中心，緩沖資料分布要做相應(yīng)調(diào)整。3、產(chǎn)品脆值。不同脆值的產(chǎn)品要按優(yōu)化原那么思索不同的緩沖資料及其厚度。4、流通環(huán)境。根據(jù)國標(biāo)或參考國內(nèi)外相近產(chǎn)品流通環(huán)境數(shù)據(jù)，最好本人實測。設(shè)計程序：1、獲得產(chǎn)品的信息。尺寸、毛重、質(zhì)量分布、脆值等。2、獲得流通環(huán)境數(shù)據(jù)與相關(guān)實驗規(guī)范。3、獲得其他限制條件，如本錢限制、流通環(huán)境條件限制、市場營銷限制等。4、根據(jù)已有緩沖資料的緩沖系數(shù)曲線選擇緩沖資料，新資料需測定其緩沖系數(shù)。5、根據(jù)已有緩沖資料的振動傳送率曲線等動力學(xué)參數(shù)核對所選緩沖資料。6、優(yōu)化計算緩沖墊的構(gòu)造尺寸。7、校核靜載荷的緊縮蠕變。8、初步估算緩沖包裝系統(tǒng)的本錢。9、根據(jù)實踐流通環(huán)境條件對緩沖包裝系統(tǒng)進(jìn)展部分修正。10、制造包裝樣件供實驗用。11、按設(shè)計的實驗程序進(jìn)展實驗。12、假設(shè)不滿足要求，那么需重新設(shè)計。假設(shè)滿足，那么可同意設(shè)計，并提交設(shè)計報告。實例1美國Critikon的電子醫(yī)療設(shè)備開場時運輸破損率達(dá)40％。實驗發(fā)現(xiàn)沖擊脆值僅38－76；共振頻率為22和35Hz。加緩沖后，18〞-30〞跌落高度實驗均無問題，但緩沖包裝系統(tǒng)的共振頻率剛好也是22Hz,其放大率為9，是破損的關(guān)鍵要素。于是添加振動易損件的剛度，使脆值提高到110以上，并調(diào)整緩沖構(gòu)造，使固有頻率提高到80Hz。新的產(chǎn)品/包裝系統(tǒng)可接受48〞跌落高度，破損率降至0.1%以下。實例2三菱對消費的14〞電視機(jī)實驗發(fā)現(xiàn)，顯象管下部塑料框架的脆值僅為25，四個螺釘?shù)墓潭ㄅぞ厝狈浅夤茏恿懵洹Ｖ皇翘砑庸潭ㄅぞ?0％，改換螺釘墊片，便使產(chǎn)品脆值添加一倍多，大大減少緩沖資料用量，包裝費用減少約一半。代價極少，效果顯著。實例3三菱消費的手提煤油爐，最初設(shè)計的穩(wěn)定用底版邊緣突出76mm，實驗發(fā)現(xiàn)爐體脆值為50，而底版僅5，需很多緩沖資料才干保證底版在流通中不壞，包裝本錢和運輸本錢很高。第一次改良是減少突出長度，從而降低包裝體積，但脆值未提高。后又再底版上添加加強(qiáng)筋，結(jié)果脆值提高到25；同時降低油箱和電機(jī)重心，使包裝與運輸本錢大幅度減少。實例4浙江冰箱廠最初消費的冰箱在運輸中破損嚴(yán)重。實驗發(fā)現(xiàn)是箱體構(gòu)造強(qiáng)度太弱脆值僅28。改型設(shè)計時，對箱體鋼板進(jìn)展二次彎曲翻邊，添加了剛度，資料本錢不變，脆值提高到54。同時選用優(yōu)質(zhì)緩沖資料，運用量減少。結(jié)果，該廠每年可減少200萬包裝、流通和維修費。實例5合肥搪瓷廠消費的櫥柜用5步法設(shè)計：1、根據(jù)GB4857-84并結(jié)合國內(nèi)運輸統(tǒng)計資料，確定產(chǎn)品跌落高度為76cm。2、用EPS緩沖資料，在跌落實驗機(jī)上測得脆值為80。3、根據(jù)4.4cm厚EPS的實測緩沖系數(shù)曲線查得Cmin=3.7對應(yīng)的m＝7。產(chǎn)品重42.5kg,從而可算出t=3.5cm.4、設(shè)計外包裝與緩沖系統(tǒng)原型。5、按國標(biāo)進(jìn)展堆碼、跌落實驗。結(jié)果闡明完全符合要求。實例6國外某食品廠消費薄脆1、2、3，炸脆片1、2，甜餅等6種產(chǎn)品。沖擊實驗闡明，除薄脆3外，其不同方向的有效跌落高度是不同的?？筛膭記_擊面減少包裝資料用量產(chǎn)品底面?zhèn)让娑嗣姹〈?61.0132.148.3薄脆286.4152.463.5薄脆345.745.745.7炸脆片135.635.681.3炸脆片243.227.943.2甜餅62.015.276.2實例7

按緩沖與振動失效確定襯墊尺寸某儀器懸臂關(guān)鍵件fc=60Hz,Gm=30g,包裝件重F＝50kg,與左圖7.6cmEPS曲線相交，其最低點的s＝0.7，得襯墊面積A＝GmF/s＝214.3cm2。計算得包裝系統(tǒng)fn==22.15,由圖可見接近共振點。傳送率Tr=1.7,對于汽車產(chǎn)生2.5g時，產(chǎn)