第四章緩沖材料教材

第四章緩沖材料的力學(xué)特性§4-1緩沖材料的類型§4-2流變學(xué)基礎(chǔ)§4-3組合材料的力學(xué)特性§4-4緩沖特性與緩沖系數(shù)§4-1緩沖材料的類型泡沫塑料紙質(zhì)緩沖充氣包裝其他形式泡沫塑料泡沫塑料是被廣泛應(yīng)用的包裝緩沖材料,根據(jù)產(chǎn)品易碎性，運輸方式，目的地以及其它特殊情況而設(shè)計。EPEEPSEPPPU泡沫塑料-EPE單層進口多層粘合珍珠棉刀模熱風(fēng)焊與其他材料粘結(jié)制作過程EPE泡沫塑料-EPSEPS整材模具成型填充料原料發(fā)泡顆粒，在模具內(nèi)加熱加壓，成型，制取。利用電熱絲切割不規(guī)則形狀。使用立切機，切成片材。制作泡沫塑料-PU；EPPPU切割，沖壓，粘合正弦線切割EPP模具成型沖壓紙質(zhì)緩沖紙的價格最便宜，原料來源廣大泛，不易溶解，易碎，便于攜帶。紙制品易于腐化，再生回收方便，又可以減少空氣污染，凈化環(huán)境。瓦楞紙箱蜂窩紙板紙漿模塑紙?zhí)畛淙埣埻凹堎|(zhì)緩沖-瓦楞瓦楞紙箱瓦楞包裹紙棧板紙箱沖壓瓦楞紙箱壓制紙襯墊紙質(zhì)緩沖-蜂窩紙板一是復(fù)合材料包裝箱。箱體外層使用戳穿能力強的纖維板或三合板、中層為蜂窩紙芯、內(nèi)壁用草紙板粘合而成；二是全蜂窩紙板包裝箱。即以蜂窩紙為夾芯，內(nèi)外用箱紙板粘合而成；三是內(nèi)襯型包裝箱，以瓦楞紙箱作為箱體，箱內(nèi)上下四壁用蜂窩紙板做襯墊，有較強的防震、抗壓、保溫、抗戳穿能力。

應(yīng)用形式紙質(zhì)緩沖-紙漿模塑紙漿通過網(wǎng)模，沉積纖維，濾掉大部分的水份。移動模向網(wǎng)模擠壓，并加熱，最終成型。紙質(zhì)緩沖-牛皮紙?zhí)畛?，紙桶由牛皮紙纏繞壓制成桶身，然后粘貼底面。填充紙桶充氣包裝AIR-PAQ充氣包裝全包半包兩頭套充氣包裝-充氣設(shè)備空壓機氣壓調(diào)整閥充氣槍充氣套件充氣所需設(shè)備充氣包裝-充氣流程

1.裝入產(chǎn)品2.氣袋充氣3.充氣完畢其他形式-希悅爾氣泡墊充氣填充包現(xiàn)場發(fā)泡懸空包裝其他形式-耐帆塑料中空板可折疊鋼制周轉(zhuǎn)箱膠合板木箱§4-2流變學(xué)基礎(chǔ)流變學(xué)是在胡克的彈性理論和牛頓的粘性理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，關(guān)于變形與流動的科學(xué)緩沖材料是由彈性、塑性、粘性三要素所構(gòu)成的物質(zhì)，稱為粘彈塑性物體一、彈性彈性：物體在力的作用下發(fā)生變形，去掉外力時，能恢復(fù)其原有的狀態(tài)，稱為彈性彈性力：外力作用下，物體內(nèi)部產(chǎn)生阻止變形，力圖恢復(fù)原來狀態(tài)的力（內(nèi)部應(yīng)力），而去掉外力時隨狀態(tài)的恢復(fù)，其內(nèi)部應(yīng)力也隨之消失，這種內(nèi)部應(yīng)力稱為彈性力一、彈性線性彈性實際緩沖材料中很少存在，一般緩沖材料都處于彈性、塑性、粘性交匯的流變狀態(tài)而表現(xiàn)出非線性特征一、彈性正切曲線彈性體-壓縮臨界值這種彈性體當(dāng)變位增大，彈力就慢慢變強，當(dāng)增大至壓縮臨界值時，彈性系數(shù)急劇增大一、彈性三次函數(shù)彈性體-初始彈性系數(shù)-彈性系數(shù)增加率金屬彈簧吊鉤的組合一、彈性雙曲正切彈性體-力的漸近值當(dāng)緩沖材料傳遞到內(nèi)裝物上達到最大力F0這一力的漸近值時，力不再增大雙曲正切彈性體曲線下的面積最大，緩沖能力最高可用比其他緩沖材料少的體積取得相同的緩沖效果對于瓦楞紙、泡沫塑料、蜂窩紙板等，在受負荷的初期，具有雙曲正切彈性體的特征一、彈性不規(guī)則彈性體大部分的高分子發(fā)泡材料的力與變形之間沒有固定的程式，只能靠試驗得到其彈性曲線這類彈性體大多是雙曲正切過渡到正切曲線一、彈性雙直線彈性體產(chǎn)品發(fā)生觸底時，產(chǎn)品第二次緩沖，相當(dāng)于外箱材料的緩沖一、彈性--緩沖材料變形所吸收的沖擊能量二、塑性物體在彈性限內(nèi)對外力有彈性表現(xiàn)，但一旦超過該界限就會發(fā)生流動，以致造成永久變形或破壞，這種性質(zhì)成為塑性三、粘性粘性：即阻尼，是指物體受力作用時，與速度有關(guān)的阻力實際緩沖材料的阻尼是材料本身阻礙變形的一種阻力。由內(nèi)部摩擦和內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀所引起粘性和彈性的組合，能發(fā)揮緩沖材料緩沖和隔振的有效作用四、蠕變?nèi)渥儯菏潜３忠欢o壓狀態(tài)下，變形隨時間而進行的現(xiàn)象蠕變與載荷大小直接相關(guān)蠕變不僅與載荷、時間有關(guān)，還與溫度有關(guān)五、滯后滯后：材料在加載卸載的過程中應(yīng)力-應(yīng)變曲線不重合的現(xiàn)象§4-3組合材料的力學(xué)特性把特性不同的兩種材料組合裝配，可以獲得區(qū)別于二種原始材料的新的彈性系統(tǒng)，以適應(yīng)緩沖包裝結(jié)構(gòu)的不同需要，同時通過組合手段來改善材料性能，開拓材料的應(yīng)用§4-3組合材料的力學(xué)特性一、并聯(lián)系統(tǒng)§4-3組合材料的力學(xué)特性一、并聯(lián)系統(tǒng)靜壓縮變形相同，受力不同σ=ασ1+βσ2結(jié)論：兩種材料并聯(lián)組合，所獲得的彈性系數(shù)高于原始彈性系數(shù)，承受沖擊時兩種材量同時受力，根據(jù)沖擊力大小的不同產(chǎn)生不同的變形以滿足不同的沖擊力要求§4-3組合材料的力學(xué)特性二、串聯(lián)組合§4-3組合材料的力學(xué)特性二、串聯(lián)組合受到的壓力相同，而產(chǎn)生不同的變形ε=αε1+βε2結(jié)論：兩種材料串聯(lián)組合，所獲得的彈性系數(shù)介于原始彈性系數(shù)之間，再承受沖擊時，兩種材料同時發(fā)生變形，彈性大的先達到壓縮極限，其余載荷由彈性小的材料承擔(dān)，這種情況對形狀特殊的內(nèi)裝物緩沖包裝有重要意義§4-4緩沖特性與緩沖系數(shù)一、緩沖系數(shù)的物理意義二、緩沖系數(shù)的推導(dǎo)公式三、緩沖系數(shù)的靜態(tài)測試四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試五、動靜態(tài)緩沖曲線的應(yīng)用

一、緩沖系數(shù)的物理意義

緩沖過程的能量分析

表示緩沖材料變形至最大Xm時所吸收的能量一、緩沖系數(shù)的物理意義

作用在緩沖材料上的應(yīng)力：

作用在緩沖材料上的應(yīng)變：

單位體積緩沖材料吸收的沖擊能量：一、緩沖系數(shù)的物理意義假設(shè)受沖擊時，能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫彌_材料的變形能，那么能量轉(zhuǎn)換公式為：一、緩沖系數(shù)的物理意義選擇緩沖材料種類和結(jié)構(gòu)尺寸時要求：盡可能減小產(chǎn)品上受到的沖擊力盡可能多地吸收沖擊能量綜合兩種因素，用公式來表示緩沖系數(shù)：一、緩沖系數(shù)的物理意義緩沖系數(shù)

最合理，表示同樣緩沖效果下，用料最少，或者說在同樣的載荷作用下，單位厚度材料吸收的沖擊能量越多越好一、緩沖系數(shù)的物理意義緩沖系數(shù)的定義：在靜態(tài)載荷作用下，緩沖材料所受應(yīng)力σ與單位體積緩沖材料吸收的能量E之比二、緩沖系數(shù)的推導(dǎo)公式二、緩沖系數(shù)的推導(dǎo)公式H—產(chǎn)品允許的最大跌落高度Gm—產(chǎn)品最大沖擊加速度（可用脆值代替）H，Gm是涉及命題中不能更改的已知量，只有c是可以通過選擇更換材料以變更的參數(shù)，它影響包裝結(jié)構(gòu)尺寸，也影響緩沖效果二、緩沖系數(shù)的推導(dǎo)公式緩沖系數(shù)c不是定量，而是變量，受密度、受力、變形、能量等各種因素的影響。把這些量的關(guān)系制成曲線圖，進行緩沖包裝設(shè)計時，就是從這些曲線中選擇最適當(dāng)?shù)闹刀?、緩沖系數(shù)的推導(dǎo)公式PackagingMaterialType包裝材料DropHeight跌落高度CushionThickness襯墊厚度SingleorMultipleDrops單一或多次跌落二、緩沖系數(shù)的推導(dǎo)公式三、緩沖系數(shù)的靜態(tài)測試GB/T8168-1987

包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗方法Testingmethodofstaticcompressionforpackagingcushioningmaterials試驗?zāi)康模?/p>

用于評定在靜態(tài)載荷作用下緩沖材料的緩沖性能及其在流通過程中對內(nèi)裝物的保護能力，試驗獲得的數(shù)據(jù)可用于緩沖包裝三、緩沖系數(shù)的靜態(tài)測試試驗原理在緩沖材料上低速施加壓縮載荷（加壓速度12±3mm/min)，求取緩沖材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線，及c-σ曲線試驗設(shè)備壓縮試驗機試驗樣品直方體，底面積尺寸至少10×10cm厚度不小于2.5cm數(shù)量不少于5件三、緩沖系數(shù)的靜態(tài)測試試驗步驟測量并記錄應(yīng)變量ε及其增量

ε測量并記錄與ε相應(yīng)的σ及其增量σ求出各壓力區(qū)段的變形能的增量E及其累積值E計算比值σ/E，即得c應(yīng)變量ε應(yīng)變增量Δε應(yīng)力σ應(yīng)力增量Δσ能量增量ΔE能量E緩沖系數(shù)C10.100.100.6411.6410.0320.0322020.150.051.1040.4630.0440.07614.530.200.051.4780.3740.0650.14110.540.300.101.7320.2540.1610.3025.750.400.101.9860.2540.1860.4884.160.500.103.3220.3360.2120.7033.370.600.102.8040.4820.2560.9592.980.700.103.5590.7550.3181.2272.890.800.104.9361.3770.4251.7022.9100.900.107.8172.8810.6382.3403.3四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試GB/T8167-1987

包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗方法Testingmethodofdynamiccompressionforpackagingcushioningmaterials試驗?zāi)康模河糜谠u定在沖擊作用下緩沖材料的緩沖性能及其在流通過程中對內(nèi)裝物的保護能力，試驗獲得的數(shù)據(jù)可用于緩沖包裝四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試試驗原理用自由跌落的重錘對包裝用緩沖材料施加沖擊載荷（沖擊速度3.4m/s)，以模擬裝載中緩沖材料受到的沖擊作用，試驗結(jié)果表示為緩沖材料的動態(tài)壓縮特性，求取緩沖材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，及

c-σst曲線試驗設(shè)備落錘式?jīng)_擊試驗機四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試試驗步驟將試驗樣品放置在試驗機的底座，并使其中心與重錘中心在同一垂線上，適當(dāng)固定試驗樣品使試驗機的重錘從預(yù)定的跌落高度沖擊試驗樣品，連續(xù)沖擊5次，每次的沖擊脈沖間隔不小于1min。記錄每次的沖擊加速度如果試驗樣品發(fā)生損壞，則中斷試驗四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試試驗步驟沖擊試驗結(jié)束3min后，測量試驗樣品的厚度，作為動態(tài)壓縮試驗后的厚度用同樣的方法對組內(nèi)的其余試驗樣品進行沖擊試驗根據(jù)需要，改變重錘質(zhì)量，試驗樣品的厚度，及等效跌落高度，用同樣的方法進行試驗四、緩沖系數(shù)的動態(tài)測試試驗步驟為了精確描繪加速度-靜應(yīng)力曲線，應(yīng)合理選擇5種以上重錘質(zhì)量，進行試驗計算緩沖系數(shù)

及靜應(yīng)力σst靜應(yīng)力σs加速度G試樣厚t跌落高度H緩沖系數(shù)C最大應(yīng)力σm0.014655605.420.910.02565604.661.120.03485604.01.440.04475603.921.880.05495604.12.450.07545604.53.770.10675605.66.700.013601060100.780.024510607.50.900.033310605.50.990.052510604.171.250.082310603.831.840.102410604.02.400.203310605.56.600.