第四章缓冲材料教材

第四章缓冲材料的力学特性§4-1缓冲材料的类型§4-2流变学基础§4-3组合材料的力学特性§4-4缓冲特性与缓冲系数§4-1缓冲材料的类型泡沫塑料纸质缓冲充气包装其他形式泡沫塑料泡沫塑料是被广泛应用的包装缓冲材料,根据产品易碎性，运输方式，目的地以及其它特殊情况而设计。EPEEPSEPPPU泡沫塑料-EPE单层进口多层粘合珍珠棉刀模热风焊与其他材料粘结制作过程EPE泡沫塑料-EPSEPS整材模具成型填充料原料发泡颗粒，在模具内加热加压，成型，制取。利用电热丝切割不规则形状。使用立切机，切成片材。制作泡沫塑料-PU；EPPPU切割，冲压，粘合正弦线切割EPP模具成型冲压纸质缓冲纸的价格最便宜，原料来源广大泛，不易溶解，易碎，便于携带。纸制品易于腐化，再生回收方便，又可以减少空气污染，净化环境。瓦楞纸箱蜂窝纸板纸浆模塑纸填充全纸纸桶纸质缓冲-瓦楞瓦楞纸箱瓦楞包裹纸栈板纸箱冲压瓦楞纸箱压制纸衬垫纸质缓冲-蜂窝纸板一是复合材料包装箱。箱体外层使用戳穿能力强的纤维板或三合板、中层为蜂窝纸芯、内壁用草纸板粘合而成；二是全蜂窝纸板包装箱。即以蜂窝纸为夹芯，内外用箱纸板粘合而成；三是内衬型包装箱，以瓦楞纸箱作为箱体，箱内上下四壁用蜂窝纸板做衬垫，有较强的防震、抗压、保温、抗戳穿能力。

应用形式纸质缓冲-纸浆模塑纸浆通过网模，沉积纤维，滤掉大部分的水份。移动模向网模挤压，并加热，最终成型。纸质缓冲-牛皮纸填充，纸桶由牛皮纸缠绕压制成桶身，然后粘贴底面。填充纸桶充气包装AIR-PAQ充气包装全包半包两头套充气包装-充气设备空压机气压调整阀充气枪充气套件充气所需设备充气包装-充气流程

1.装入产品2.气袋充气3.充气完毕其他形式-希悦尔气泡垫充气填充包现场发泡悬空包装其他形式-耐帆塑料中空板可折叠钢制周转箱胶合板木箱§4-2流变学基础流变学是在胡克的弹性理论和牛顿的粘性理论的基础上发展起来的，关于变形与流动的科学缓冲材料是由弹性、塑性、粘性三要素所构成的物质，称为粘弹塑性物体一、弹性弹性：物体在力的作用下发生变形，去掉外力时，能恢复其原有的状态，称为弹性弹性力：外力作用下，物体内部产生阻止变形，力图恢复原来状态的力（内部应力），而去掉外力时随状态的恢复，其内部应力也随之消失，这种内部应力称为弹性力一、弹性线性弹性实际缓冲材料中很少存在，一般缓冲材料都处于弹性、塑性、粘性交汇的流变状态而表现出非线性特征一、弹性正切曲线弹性体-压缩临界值这种弹性体当变位增大，弹力就慢慢变强，当增大至压缩临界值时，弹性系数急剧增大一、弹性三次函数弹性体-初始弹性系数-弹性系数增加率金属弹簧吊钩的组合一、弹性双曲正切弹性体-力的渐近值当缓冲材料传递到内装物上达到最大力F0这一力的渐近值时，力不再增大双曲正切弹性体曲线下的面积最大，缓冲能力最高可用比其他缓冲材料少的体积取得相同的缓冲效果对于瓦楞纸、泡沫塑料、蜂窝纸板等，在受负荷的初期，具有双曲正切弹性体的特征一、弹性不规则弹性体大部分的高分子发泡材料的力与变形之间没有固定的程式，只能靠试验得到其弹性曲线这类弹性体大多是双曲正切过渡到正切曲线一、弹性双直线弹性体产品发生触底时，产品第二次缓冲，相当于外箱材料的缓冲一、弹性--缓冲材料变形所吸收的冲击能量二、塑性物体在弹性限内对外力有弹性表现，但一旦超过该界限就会发生流动，以致造成永久变形或破坏，这种性质成为塑性三、粘性粘性：即阻尼，是指物体受力作用时，与速度有关的阻力实际缓冲材料的阻尼是材料本身阻碍变形的一种阻力。由内部摩擦和内部结构形状所引起粘性和弹性的组合，能发挥缓冲材料缓冲和隔振的有效作用四、蠕变蠕变：是保持一定静压状态下，变形随时间而进行的现象蠕变与载荷大小直接相关蠕变不仅与载荷、时间有关，还与温度有关五、滞后滞后：材料在加载卸载的过程中应力-应变曲线不重合的现象§4-3组合材料的力学特性把特性不同的两种材料组合装配，可以获得区别于二种原始材料的新的弹性系统，以适应缓冲包装结构的不同需要，同时通过组合手段来改善材料性能，开拓材料的应用§4-3组合材料的力学特性一、并联系统§4-3组合材料的力学特性一、并联系统静压缩变形相同，受力不同σ=ασ1+βσ2结论：两种材料并联组合，所获得的弹性系数高于原始弹性系数，承受冲击时两种材量同时受力，根据冲击力大小的不同产生不同的变形以满足不同的冲击力要求§4-3组合材料的力学特性二、串联组合§4-3组合材料的力学特性二、串联组合受到的压力相同，而产生不同的变形ε=αε1+βε2结论：两种材料串联组合，所获得的弹性系数介于原始弹性系数之间，再承受冲击时，两种材料同时发生变形，弹性大的先达到压缩极限，其余载荷由弹性小的材料承担，这种情况对形状特殊的内装物缓冲包装有重要意义§4-4缓冲特性与缓冲系数一、缓冲系数的物理意义二、缓冲系数的推导公式三、缓冲系数的静态测试四、缓冲系数的动态测试五、动静态缓冲曲线的应用

一、缓冲系数的物理意义

缓冲过程的能量分析

表示缓冲材料变形至最大Xm时所吸收的能量一、缓冲系数的物理意义

作用在缓冲材料上的应力：

作用在缓冲材料上的应变：

单位体积缓冲材料吸收的冲击能量：一、缓冲系数的物理意义假设受冲击时，能量全部转变为缓冲材料的变形能，那么能量转换公式为：一、缓冲系数的物理意义选择缓冲材料种类和结构尺寸时要求：尽可能减小产品上受到的冲击力尽可能多地吸收冲击能量综合两种因素，用公式来表示缓冲系数：一、缓冲系数的物理意义缓冲系数

最合理，表示同样缓冲效果下，用料最少，或者说在同样的载荷作用下，单位厚度材料吸收的冲击能量越多越好一、缓冲系数的物理意义缓冲系数的定义：在静态载荷作用下，缓冲材料所受应力σ与单位体积缓冲材料吸收的能量E之比二、缓冲系数的推导公式二、缓冲系数的推导公式H—产品允许的最大跌落高度Gm—产品最大冲击加速度（可用脆值代替）H，Gm是涉及命题中不能更改的已知量，只有c是可以通过选择更换材料以变更的参数，它影响包装结构尺寸，也影响缓冲效果二、缓冲系数的推导公式缓冲系数c不是定量，而是变量，受密度、受力、变形、能量等各种因素的影响。把这些量的关系制成曲线图，进行缓冲包装设计时，就是从这些曲线中选择最适当的值二、缓冲系数的推导公式PackagingMaterialType包装材料DropHeight跌落高度CushionThickness衬垫厚度SingleorMultipleDrops单一或多次跌落二、缓冲系数的推导公式三、缓冲系数的静态测试GB/T8168-1987

包装用缓冲材料静态压缩试验方法Testingmethodofstaticcompressionforpackagingcushioningmaterials试验目的：

用于评定在静态载荷作用下缓冲材料的缓冲性能及其在流通过程中对内装物的保护能力，试验获得的数据可用于缓冲包装三、缓冲系数的静态测试试验原理在缓冲材料上低速施加压缩载荷（加压速度12±3mm/min)，求取缓冲材料应力-应变曲线，及c-σ曲线试验设备压缩试验机试验样品直方体，底面积尺寸至少10×10cm厚度不小于2.5cm数量不少于5件三、缓冲系数的静态测试试验步骤测量并记录应变量ε及其增量

ε测量并记录与ε相应的σ及其增量σ求出各压力区段的变形能的增量E及其累积值E计算比值σ/E，即得c应变量ε应变增量Δε应力σ应力增量Δσ能量增量ΔE能量E缓冲系数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、缓冲系数的动态测试GB/T8167-1987

包装用缓冲材料动态压缩试验方法Testingmethodofdynamiccompressionforpackagingcushioningmaterials试验目的：用于评定在冲击作用下缓冲材料的缓冲性能及其在流通过程中对内装物的保护能力，试验获得的数据可用于缓冲包装四、缓冲系数的动态测试试验原理用自由跌落的重锤对包装用缓冲材料施加冲击载荷（冲击速度3.4m/s)，以模拟装载中缓冲材料受到的冲击作用，试验结果表示为缓冲材料的动态压缩特性，求取缓冲材料的应力-应变曲线，及

c-σst曲线试验设备落锤式冲击试验机四、缓冲系数的动态测试四、缓冲系数的动态测试试验步骤将试验样品放置在试验机的底座，并使其中心与重锤中心在同一垂线上，适当固定试验样品使试验机的重锤从预定的跌落高度冲击试验样品，连续冲击5次，每次的冲击脉冲间隔不小于1min。记录每次的冲击加速度如果试验样品发生损坏，则中断试验四、缓冲系数的动态测试试验步骤冲击试验结束3min后，测量试验样品的厚度，作为动态压缩试验后的厚度用同样的方法对组内的其余试验样品进行冲击试验根据需要，改变重锤质量，试验样品的厚度，及等效跌落高度，用同样的方法进行试验四、缓冲系数的动态测试试验步骤为了精确描绘加速度-静应力曲线，应合理选择5种以上重锤质量，进行试验计算缓冲系数

及静应力σst静应力σs加速度G试样厚t跌落高度H缓冲系数C最大应力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.