包装缓冲材料详细讲解ppt课件

1、包装缓冲材料详解,运输包装学院 刘洋,1,第二章 缓冲包装材料及其缓冲特性,2,第一节 常用缓冲包装材料,1 塑料缓冲材料 1.1 分类 按结构分 泡沫塑料（还可按发泡方法细分，表6-5） 气垫塑料薄膜。 按塑料树脂分 热塑性泡沫塑料（PE,PP,PS,PVC等） 热固性泡沫塑料（PU,酚醛泡沫等） 按发泡方法和工艺不同形成的孔结构分 开孔 闭孔 混合型 按泡孔现状分 球形 椭球形（椭球长度方向的压缩强度和弹性模量 比短轴方向大2倍）,3,按孔径分 大泡孔（直径大于0.5mm) 小泡孔（直径大于0.25mm) 按泡沫密度分 低发泡（密度0.4g/cm ,气体与固体之比9） 按泡沫体的硬度分 硬

2、质泡沫塑料（弹性模量700kPa) 半硬质泡沫塑料（弹性模量在70-700kPa之间) 软质泡沫塑料（弹性模量70kPa),3,3,3,23 和50% RH条件下的弹性模量,4,1.2 EPS(发泡聚苯乙烯),优点： 抗压强度大，成本低，加工性能好（可制成带肋的复杂形状，节约成本）； 光滑的略带弹性的模塑表面不会磨损内装物； 振动阻尼大，即抗振性能好； 不吸水；耐腐蚀、耐油、耐老化； 隔热和绝缘性好； 可接触食品； 热敏感性低，2秒内可自熄； 抗蠕变性能极好； 重载下的缓冲性能好； 缺点： 不耐冲击；性脆，拉伸强度低。 EPS无法自然分解，体积大，不易回收；焚烧时易烧坏焚烧炉部件，而且 产生黑

3、烟和一氧化碳等。 欧盟禁用EPS 寻求性价比与EPS相当的环保型缓冲出来是一大世界难题！,5,6,1.4 PU(发泡聚氨基甲酸脂） 简称聚氨脂，俗称人造海绵),优点： 极好的缓冲性能好，耐多次冲击，振动阻尼性能良好； 成型简单，可制成复杂形状，改变密度容易； 耐水、耐油、耐腐蚀； 复原性好； 回收容易。 应用场合： 现场发泡，适合包装机械部件、 仪器仪表、陶瓷器皿、玻璃制品等。,7,1.5 EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚橡胶制品) PEF(聚乙烯化学交联高发泡材料),优点： 新型环保材料，具有良好的缓冲隔振性能、回弹性与抗张力高、 韧性强、隔热、防潮、耐腐蚀、无毒、不吸水、成型加工容易； 应用场合

4、： 要求长期使用的包装。 冷库保温材料、机器设备密封缓冲件、 各种精密仪器、医疗刀具、量具的包装内衬等。,EVA缓冲垫,PEF内衬,8,1.6 EPDM(三元乙丙烯人造橡胶，俗称多孔橡胶) CR(氯丁橡胶),EPDM ：具有卓越的耐侯型，耐臭氧，可在130C下长期使用； 能耐强酸、强碱、醇、氧化剂、洗涤剂、油、酮、酯和肼等化学药品的腐蚀；具有优异的耐水、过热和水蒸气的性能。 CR：高档缓冲材料，防震、减震、耐候性、耐酸碱、阻燃性等性能较好。,EPDM,CR,用于精密仪器、医疗设备的运输包装，电子产品的防汽防水包装。,在机械建筑、电器、防水、防腐蚀、防震配件也被大量使用。,9,1.7 EPP(发

5、泡聚丙烯，俗称拿普龙),优点：性能优于EPE和EPS，但价格高。 环保型（可回收利用、可自然降解）抗压缓冲隔热材料。 具有十分优异的抗震吸能性能、形变后回复率高、很好的耐热性、耐化 学药品、耐油性和隔热性。 质量轻，可大幅减轻物品重量。 易成型（可选用模具成型、裁切成型、刀模冲压成型、粘贴成型） 适用场合：,10,11,1.9 塑料薄膜悬挂缓冲包装,采用高强度、高弹性、不易滑动的薄膜来定位产品，防止产品 受到冲击和震动而发生损坏。 优点： 适用于各种形状的产品包装。 包装可以折叠，减少储存空间，也无需专门的设备配合。 可重复使用，减少包装废弃物； 含有30%的可回收物料，可再生利用。 适用场合

6、： 即可用于运输包装，又可用于销售包装。,12,Sealed Air Co.Korrvu悬挂式(suspension)缓冲包装用高强度、高弹性、高韧性、低滑动塑料薄膜，粘结在瓦楞纸板框架上，产品被夹在两个薄膜框架内。 适合电子零部件包装的高性能保护技术。,13,14,2.2 蜂窝纸板,优点： 具有环保、易黏合、与蜂窝纸箱好协调、使用范围宽。 缺点： 对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性较差； 加工较难，不好模切；比瓦楞纸板贵。 适用场合：,15,2.3 纸浆模,优点： 废纸来源广泛、质轻、储运方便、成本低。 有一定的强度、刚度和缓冲性能。 可模塑成与产品轮廓一样的形状、集缓

7、冲、定位、防撞于一身。 有良好的透气性和吸潮性；易于回收、环保。 缺点：纸浆模制作受干燥、能耗等因素的影响，厚度受限制，不能用于重型产品。 纸浆与泡沫塑料混合！ 适用场合：,16,2.4 纸浆发泡块,利用粉碎后的废纸和淀粉混合、发泡、成型为具有多孔的小块作缓冲材料，缓冲性能优于EPS 。 优点： 缓冲性能极好。 环保、节约资源。 缺点：运输成本高，适合就近生产 适用场合：电子、仪器和敏感材料的缓冲包装,17,2.5 纸纤维成型材料（Pillowpack）,利用废纸浆、渣浆等为原料，不经脱水和干燥辊而直接热风干燥制成的一种弹性好的缓冲材料。 优点： 复原性好，纸面压花或制成瓦楞状其复原性更好。

8、环保、节约资源。 缺点：运输成本高，适合就近生产,18,第二节 缓冲材料的力学特性,在包装力学模型中，一般都把缓冲材料视为理想的弹性体， 也就是在长时间反复振动和多次冲击下，它的弹性仍然均匀、 无变化。实际缓冲材料的弹性，从它们的力形变曲线来看是 相当复杂的。 1线弹性材料。这类缓冲材料的力形变曲线呈 直线性。如果用F表示作用在材料 上的力，以x表示在力F作用下引起 的形变，则F与x的关系可用下式表示： 式中k是缓冲材料的弹性系数。,19,如果以A表示垂直于外力F的材料截面积。T表示材料未受力的起 始厚度，则线弹性材料的弹性特性也可表示为： 式中E是缓冲材料的弹性模量。 从上式可以看出，k或E

9、越大，则要使材料发生同样的x或所 需的F或也越大。这种情况对应的缓冲材料呈刚硬态。反之， k或E越小，表明材料容易形变，在很小的F或下可以产生很大 的x或，这种情况对应的缓冲材料呈流体态。 实际上严格说具有线弹性性质的材料是极少的，线弹性材料 意味着在使用范围内力-形变关系遵守虎克定律，也就是使用范 围未超出线弹性，或者说是线弹性范围较大的材料。,20,2正切型弹性材料。这类缓冲材料的力-形变曲线呈正切函数 型，如图所示。力F与形变x的函数关系可用下式表示： 式中k0为曲线在x0时的斜率，称初始弹性系数；db为材料的形变极限，在xdb时F。 具有正切函数型性质的缓冲材料很多， 如泡沫橡胶、棉花

10、、乳胶海绵、碎纸、 涂胶纤维以及预压后的聚苯乙烯泡沫塑 料等等。,21,3双曲正切型弹性材料。这类缓冲材料的力-形变曲线呈双曲正切型。力F与形变x的函数关系可用下式表示： 式中k0为曲线的初始弹性系数；F0为x、FF0时，力F的 极限值。 从上式可知，在形变x允许的范围内， 不论x怎么增大，F或始终被限制在 规定范围内。如果选用这种材料作缓 冲包装材料，在冲击过程中，传递到 内装产品上的力可被限制到小于产品 本身的承受能力，起到保护产品的目的。,22,4三次函数型弹性材料。这类缓冲材料的力-形变曲线呈三次 函数型，如图5-4所示。力F与形变x之间的函数关系可用下式表 示： 式中k0为初始弹性系

11、数，是弹性系数增加率。 这类弹性材料的特性，从力-形变曲线 可以看出，与线弹性材料相比，其不同 处在于当变形增加时，随着弹性系数增 加率的正负性不同，曲线方向成为向 上或向下的。 吊装弹簧结构、木屑、塑料丝、 涂胶纤维等材料属于这一类弹性体,23,5不规则型弹性材料。这类缓冲材料不符合以上4种函数特 性，其力-形变曲线很难用一个数学公式来表达，大部分高分子 发泡材料属于这类弹性体，为了区别起见，把这类弹性体材料 暂时归为一类，称作不规则型弹性材料。,24,第三节 组合材料的力学特性,一、缓冲材料的叠置 设两种材料组合后的结构是立方体，受力面面积均为A，原始厚度分别为T1、T2、T=T1+T2,

12、材料受力方向垂直于受力表面。 1线弹性材料。设原始厚度分别为T1、T2的两种线弹性材料的弹性模量分别为E1、E2，在外力F作用下产生的变形分别为x1、x2，组合的等效弹性模量分别为E和x。,注：两种材料受力相同,25,假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且有E1E2，由上式 即 EE2 即 EE1,E2EE1,26,2非线弹性材料。 在外力作用下，两种非线弹性材料同时变形，形变量x等于各 自形变量之和， 式中：1、2分别为两种材料各自的应变； 、分别为两种材料各自的厚度占总厚度的比值，故存在+=1。,27,曲线（1）和曲线（2）分别为两种非线弹性材料的应力应 变曲线，叠置组合的应力应变曲线可 按

13、如下方法得到。首先在图线上连接 同一应力坐标下曲线（1）和曲线（2） 上的对应点，得线段aa，bb，cc， ，将各线段按：的比例分割， 把各分割点联成平滑的曲线，也就是 组合后的应力应变曲线。,28,二、缓冲材料的并列 设两种材料组合后的结构是立方体，原始厚度都为T，受力 面积分别为A1、A2，A=A1+A2，材料受力方向垂直于受力表面。 1.线弹性材料。设受力面积分别为A1、A2的两种线弹性材料的 弹性模量分别为E1、E2，组合的等效弹性模量为E，在外力F作 用下，两种材料受力分别为F1和F2，则 注：受外力作用时， 两种材料有相同的形变。,29,EA=E1A1+E2A2 或 假设两种线弹性

14、材料的弹性模量不同，且E1E2，,E,E,E2EE1,30,2.非线弹性材料。 曲线（1）和曲线（2）分别为两种材料的应力应变曲线， 并列组合的应力应变曲线可按如下方法求得。联接同一应 变坐标下曲线（1）和曲线（2）上的对应点；得线段aa， bb，cc，依据（5-18）式，将各线段按：的比 例分割，把各分割点联结成平滑的曲线，这就得到了组合后 的应力应变曲线。,31,结论： 组合设计的缓冲效果，其对应的等效弹性模量与两种原始材料的弹性模量有关，数值大小介于两者之间。组合后的应力应变曲线介于两种原始材料的应力应变曲线之间。 等效弹性模量的大小与两种原始材料的结构尺寸有关，通过改变原始材料的结构尺

15、寸有关，可以使等效弹性模量的数值在取值范围内连续变化。,32,第四节 缓冲效率和缓冲系数,一、缓冲效率,缓冲包装材料非线性变形曲线,33,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：,缓冲效率：压缩状态下单位厚度的缓冲包装材料所吸收的 能量（E/T)与压缩载荷之比。,理想缓冲效率：压缩变形极限时，缓冲包装材料单位变 形量所吸收的能量(E/db)与压缩载荷之比。,34,缓冲材料的结构需要满足： 单位体积的吸收能要大 材料给予内装产品的作用力要小 因此，要求缓冲效率要大。,35,二、缓冲系数,缓冲系数是表示缓冲材料特性的一个重要参数，对 于非线性缓冲材

16、料，在设计其使用尺寸时，广泛利用 材料的缓冲系数进行。,缓冲系数与缓冲效率互为倒数关系,36,37,缓冲系数的物理意义：缓冲材料的应力与该应力下单位体积缓冲材料吸收的能量之比。,材料应力应变曲线下的曲边三角形的面积,38,第五节 缓冲特性曲线,材料的缓冲系数是通过试验测得的，通常使用的方法有静态压缩试验方法和动态压缩试验方法。得到的曲线分别为静态缓冲特性曲线和动态缓冲特性曲线。,39,评价缓冲包装材料的静态缓 冲特性,缓冲系数 应力曲线,缓冲系数应变 曲线,一、静态缓冲特性曲线,在材料的应力-应变曲线取不同的点，有不同的最大应力，不同的最大应力又有不同的缓冲系数。因此，缓冲系数不是常数，而是最

17、大应力的函数，这个函数的曲线称为缓冲系数最大应力曲线。,40,（一）静态压缩试验,压力试验机,试验原理,1、试验原理,41,试样的制作与处理 试验前24h以上的温湿度调节处理 抽取试样每组不小于5个 试样的大小直方体形状，面积不小于10cm*10cm，厚度不小于2.5cm,2、试验方法,42,在电子万能材料试验机上以（123）mm/min的速度沿厚度方向对试样逐渐增加载荷。,静态压缩 测试方法,43,测量并记录压缩应变及其增量,测量并记录与应变对应的压缩应力 及增量,计算变形能增量e及压缩应力对应的 变形能e,计算 /e，得到缓冲系数C,C曲线、Ce 曲线、 C 曲线,3、绘制曲线,44,（二

18、）静态缓冲特性曲线,缓冲系数C最大应力m曲线,45,二、动态缓冲特性曲线,动态试验过程中，机械能守恒，则： 缓冲系数： 其中：,46,在H和h取定后，Gm和 都只是 的函数，上面这个参数方程建立了Gm和 之间的函数关系，方程的曲线称为最大加速度静应力曲线。 在绘制最大加速度静应力曲线时，先要固定跌落高度，取不同的衬垫厚度建立参数方程，每取一个衬垫厚度，就有一个对应的曲线，在同一跌落高度下，曲线是一个曲线族。取不同的跌落高度绘出的曲线族是不同的。,47,已知材料的缓冲系数最大应力曲线，就可以绘出最大加速度静应力曲线，反之亦然。两者可以互相变换。 一种材料只有一条缓冲系数最大应力曲线，而最大加速度

19、静应力曲线是一个跌落高度一张图，一张图上一个厚度一条曲线。,48,（一）动态缓冲测试,动态压缩试验原理图,测试原理,用自由跌落的重锤对缓冲包装材料施加冲击载荷，模拟装卸、运输过程中缓冲包装材料受到的冲击作用，求得缓冲包装材料的动态缓冲特性及曲线,49,动态压缩特性测试-测试系统,50,动态压缩特性测试-试验设备,51,动态压缩特性测试测试方法,试样的制作与处理 试验前24h以上的温湿度调节处理 抽取试样每组不小于5个 试样的大小直方体形状，厚度不小于2.5cm 试样尺寸的测量,52,动态压缩特性测试测试方法,试验步骤,将试样放置在缓冲试验机的底座中心,1,使预定载荷的冲击台从预定等效跌落高度

20、落下，冲击试样，连续冲击五次，记录每 次冲击的加速度时间曲线，取后4次的最 大加速度平均值为该试样的最大冲击加速 度。每个载荷至少取五个试样。,2,改变砝码质量，至少选择5种以上的重锤 重量进行试验。,1,3,53,动态压缩特性测试缓冲特性曲线,发泡聚乙烯的Gm-st曲线,返回,54,三、影响缓冲系数的因素,动态与静态缓冲系数的差别,55,影响缓冲系数的因素,温度对缓冲系数的影响,56,影响缓冲系数的因素,预处理对缓冲系数的影响,57,第六节 缓冲材料的全面评价,1 冲击能量的吸收性有效地减少传递到内装产品上的冲击。 并非吸能大的材料就一定满足缓冲要求综合考虑材料、体积、产品重量、冲 击力的大

21、小吸收能量与冲击能量相适应。,弹性大的硬性材料，吸能多产品重量大、受冲击力大的场合。 弹性小的软性材料，吸能少产品比重小、受冲击力小的场合。,2 振动能量的吸收性避免共振 缓冲材料的传递率Tr 材料的成分、密度、工艺条件、温度 阻尼将材料的振动能量转化为热能和塑性形变 能,形成对振动的衰减 。,缓冲材料名称 阻尼比 聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料 0.08-0.20 聚氨酯泡沫塑料 0.10-0.50 橡胶 0.02-0.16 硅橡胶 0.11-0.23 钢质螺旋弹簧 0.008-0.016,58,3 回弹性 定义缓冲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。,回弹性差的材料 几次冲击后结构尺寸变化较大影响缓冲性能破损； 几次冲击后材料尺寸变小,空隙加大二次冲击破损。 吸收能量大而回弹性能差的材料,一般不宜作缓冲材料。 回弹性差的材料可用于仅发生一次大冲击的场合,利用塑性变形吸收冲击能量。,59,4 蠕变性, 定义指缓冲材料在受