对缓冲包装材料的尺寸以及应力.ppt

运运 输输 包包 装装                                机电学院机电学院 卢杰卢杰运输运输包装包装第五章第五章 缓冲包装材料缓冲包装材料缓冲包装材料的分类缓冲包装材料的分类1缓冲包装材料的力学性质缓冲包装材料的力学性质2运输运输包装包装缓冲包装材料的分类缓冲包装材料的分类1 1 塑料缓冲材料塑料缓冲材料1.1 1.1 分类分类按结构分按结构分 泡沫塑料（还可按发泡方法细分）泡沫塑料（还可按发泡方法细分） 气垫塑料薄膜气垫塑料薄膜按塑料树脂分按塑料树脂分 热塑性泡沫塑料（热塑性泡沫塑料（PE,PP,PS,PVCPE,PP,PS,PVC等）等） 热固性泡沫塑料（热固性泡沫塑料（PU,PU,酚醛泡沫等）酚醛泡沫等） 运输运输包装包装1.21.2泡沫塑料泡沫塑料v泡沫塑料——多孔塑料，是以合成树脂为基体，加入发泡剂及其他添加剂，经发泡作用形成的一种内部具有无数微孔的塑料 按发泡方法和工艺不同形成的孔结构分按发泡方法和工艺不同形成的孔结构分 开孔（连通气泡）开孔（连通气泡） 闭孔（独立气泡）闭孔（独立气泡） 混合型混合型按泡孔现状分按泡孔现状分 球形球形 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 向大向大2 2倍）倍） 孔径分孔径分 大泡孔（直径大于大泡孔（直径大于0.5mm) 0.5mm) 小泡孔（直径按大于小泡孔（直径按大于0.25mm)0.25mm)运输运输包装包装按泡沫密度分按泡沫密度分 低发泡（密度低发泡（密度>0.4g/cm ,>0.4g/cm ,气体与固体之比气体与固体之比<1.5<1.5）） 中发泡（密度中发泡（密度=0.1-0.4g/cm , =0.1-0.4g/cm , 气体与固体之比气体与固体之比 为为1.5-9 1.5-9 ）） 高发泡（密度高发泡（密度<0.1g/cm <0.1g/cm ，气体与固体之比，气体与固体之比>9>9））按泡沫体的硬度分按泡沫体的硬度分 硬质泡沫塑料（弹性模量硬质泡沫塑料（弹性模量>700kPa)>700kPa) 半半硬硬质质泡泡沫沫塑塑料料（（弹弹性性模模量量在在70-700kPa70-700kPa之之间间) ) 软质泡沫塑料（弹性模量软质泡沫塑料（弹性模量<70kPa)<70kPa) 3 33 33 32323⁰ 和和50% RH50% RH条件下条件下的弹性模量的弹性模量运输运输包装包装p￿泡沫塑料的特性•密度很小•具有良好的冲击吸收性，防震效果好•机械性能好，具有较好的抗压强度和回弹性能•化学稳定性好•加工性能优良•很好的耐水性和很低的吸湿性•对温度的变化有相当好的稳定性•绝热性能优良，可作绝热材料     （（1 1）） EPS( EPS(发泡聚苯乙烯发泡聚苯乙烯) )————保丽龙保丽龙优点：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）；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；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；振动阻尼大，即抗振性能好；• • 不吸水；耐腐蚀、耐油、耐老化；不吸水；耐腐蚀、耐油、耐老化；• • 隔热和绝缘性好；隔热和绝缘性好；• • 可接触食品；可接触食品；• • 热敏感性低，热敏感性低，2 2秒内可自熄；秒内可自熄；• • 抗蠕变性能极好；抗蠕变性能极好；• • 重载下的缓冲性能好；重载下的缓冲性能好；缺点：缺点：• • 不耐冲击；性脆，拉伸强度低。

不耐冲击；性脆，拉伸强度低• • EPS 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 产生黑烟和一氧化碳等产生黑烟和一氧化碳等 欧盟禁用欧盟禁用EPS EPS 寻求性价比与寻求性价比与EPSEPS相当的环保型缓冲出来是一大世界难题！相当的环保型缓冲出来是一大世界难题！采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，在一定温度工况下制成的发泡树脂采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，在一定温度工况下制成的发泡树脂（（2 2））EPE(EPE(发泡聚乙烯发泡聚乙烯) )————珍珠棉珍珠棉是一种低密度、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好的、无毒的、耐腐蚀、阻是一种低密度、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好的、无毒的、耐腐蚀、阻水的和易回收的聚乙烯聚合物水的和易回收的聚乙烯聚合物优点：优点：• • 缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小；缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小；• • 抗拉强度高；抗拉强度高；• • 抗静电性能好；抗静电性能好；• •无尘、无毒环保型化合物，易回收利用无尘、无毒环保型化合物，易回收利用缺点：缺点： • • 比比EPSEPS贵；贵； • • 不能模塑。

不能模塑 应用场合：应用场合：• • 较贵重和易碎产品的缓冲包装较贵重和易碎产品的缓冲包装（（3 3）） EPP( EPP(发泡聚丙烯）发泡聚丙烯）————拿普龙拿普龙优点：性能优于优点：性能优于EPEEPE和和EPSEPS，但价格高但价格高 ● ●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、耐油性和隔热性学药品、耐油性和隔热性 ● ●质量轻，可大幅减轻物品重量质量轻，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）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：适用场合： （（4 4）） PU( PU(发泡聚氨基甲酸脂）发泡聚氨基甲酸脂）————简称聚氨脂，俗称人造海绵简称聚氨脂，俗称人造海绵) )优点：优点：• • 极好的缓冲性能好，耐多次冲击，振动阻尼性能良好；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；成型简单，可制成复杂形状，改变密度容易；• • 耐水、耐油、耐腐蚀；耐水、耐油、耐腐蚀；• • 复原性好；复原性好；• • 回收容易。

回收容易应用场合：应用场合：• • 现场发泡，适合包装机械部件、现场发泡，适合包装机械部件、仪器仪表、陶瓷器皿、玻璃制品等仪器仪表、陶瓷器皿、玻璃制品等 （（5 5）） EVA( EVA(乙烯乙烯- -醋酸乙烯共聚橡胶制品醋酸乙烯共聚橡胶制品) ) PEF(PEF(聚乙烯化学交联高发泡材料聚乙烯化学交联高发泡材料) )优点：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、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；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：应用场合：• • 要求长期使用的包装要求长期使用的包装冷库保温材料、机器设备密封缓冲件、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、量具的包装内衬等各种精密仪器、医疗刀具、量具的包装内衬等 EVAEVA缓冲垫缓冲垫PEFPEF内衬内衬（（6 6））EPDM(EPDM(三元乙丙烯人造橡胶，俗称多孔橡胶三元乙丙烯人造橡胶，俗称多孔橡胶) ) CR( CR(氯丁橡胶氯丁橡胶) ) EPDM EPDM ：：具有卓越的耐厚型，耐臭氧，可在具有卓越的耐厚型，耐臭氧，可在130130⁰C C下长期使用；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；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。

具有优异的耐水、过热和水蒸气的性能 CRCR：：高档缓冲材料，防震、减震、耐候性、耐酸碱、阻燃性等性能较好高档缓冲材料，防震、减震、耐候性、耐酸碱、阻燃性等性能较好EPDMEPDMCRCR用于精密仪器、用于精密仪器、医疗设备的运输医疗设备的运输包装，电子产品包装，电子产品的防汽防水包装的防汽防水包装在机械建筑、电在机械建筑、电器、防水、防腐器、防水、防腐蚀、防震配件也蚀、防震配件也被大量使用被大量使用 1.3 1.3 气泡薄膜气泡薄膜（两块塑料薄膜中间夹入空气热合而成）（两块塑料薄膜中间夹入空气热合而成）优点：优点： ●●具有耐腐蚀、耐霉变、化学稳定性好、不易破碎、无尘、防具有耐腐蚀、耐霉变、化学稳定性好、不易破碎、无尘、防潮、不吸水、透明、柔软而不磨损内装物、缓冲性能优良潮、不吸水、透明、柔软而不磨损内装物、缓冲性能优良适用场合：适用场合：轻型复杂形状易碎产品的缓冲包装轻型复杂形状易碎产品的缓冲包装                                                                                                                                                 运输运输包装包装1.4 1.4 气垫缓冲材料气垫缓冲材料l 缓冲效果良好缓冲效果良好l 减低材料成本减低材料成本l 环保环保l 简单操作简单操作l 经济经济运输运输包装包装1.5 1.5 纸制品缓冲材料纸制品缓冲材料(1)(1)瓦楞纸板瓦楞纸板优点：优点： 环保、易裁切、易模切、易黏合、成本低、与瓦楞纸箱好协调、使用范围比环保、易裁切、易模切、易黏合、成本低、与瓦楞纸箱好协调、使用范围比泡沫塑料宽泡沫塑料宽缺点：缺点： 对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性差，对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性差，多次跌落后缓冲能力下降多次跌落后缓冲能力下降1/31/3。

适用场合：适用场合：机电产品的缓冲包装机电产品的缓冲包装很多香水、化妆品等都用微细瓦楞纸板做内衬很多香水、化妆品等都用微细瓦楞纸板做内衬 （（2 2）蜂窝纸板）蜂窝纸板优点：优点：具有环保、易黏合、与蜂窝纸箱好协调、使用范围宽具有环保、易黏合、与蜂窝纸箱好协调、使用范围宽缺点：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；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；比瓦楞纸板贵加工较难，不好模切；比瓦楞纸板贵适用场合：适用场合： （（3 3）纸浆模塑）纸浆模塑优点：优点： ● ●废纸来源广泛、质轻、储运方便、成本低废纸来源广泛、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、集缓冲、定位、防撞于一身可模塑成与产品轮廓一样的形状、集缓冲、定位、防撞于一身 ● ●有良好的透气性和吸潮性；易于回收、环保有良好的透气性和吸潮性；易于回收、环保缺点：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。

型产品 纸浆与泡沫塑料混合！纸浆与泡沫塑料混合！适用场合：适用场合： 运输运输包装包装（（4 4）） 纸浆发泡块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，缓冲性能优于缓冲材料，缓冲性能优于EPS EPS 优点：优点： ● ● 缓冲性能极好缓冲性能极好 ● ● 环保、节约资源环保、节约资源缺点：缺点：运输成本高，适合就近生产运输成本高，适合就近生产适用场合：适用场合：电子、仪器和敏感材料的缓冲包装电子、仪器和敏感材料的缓冲包装 运输运输包装包装（（5 5）） 纸纤维成型材料（纸纤维成型材料（PillowpackPillowpack））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制成的一种弹性好的缓冲材料优点：优点： ● ● 复原性好，纸面压花或制成瓦楞状其复原性更好复原性好，纸面压花或制成瓦楞状其复原性更好 ● ● 环保、节约资源环保、节约资源缺点：缺点：运输成本高，适合就近生产运输成本高，适合就近生产 运输运输包装包装缓冲包装材料的力学性质缓冲包装材料的力学性质p 缓冲材料的力学特性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，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、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，从它们的力无变化实际缓冲材料的弹性，从它们的力—形变曲线来看是形变曲线来看是相当复杂的相当复杂的 运输运输包装包装 1 1．线弹性材料．线弹性材料这类缓冲材料的力这类缓冲材料的力—形变曲线呈形变曲线呈直线性如果用直线性如果用F F表示作用在材料上的力，以表示作用在材料上的力，以x x表示在表示在力力F F作用下引起的形变，则作用下引起的形变，则F F与与x x的关系可用下式表示：的关系可用下式表示： 式中式中k k是缓冲材料的弹性系数是缓冲材料的弹性系数运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性如果以如果以A A表示垂直于外力表示垂直于外力F F的材料截面积的材料截面积T T表示材料未受力的起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：始厚度，则线弹性材料的弹性特性也可表示为： 式中式中E E是缓冲材料的弹性模量。

是缓冲材料的弹性模量从上式可以看出，从上式可以看出，k k或或E E越大，则要使材料发生同样的越大，则要使材料发生同样的x x或或εε所所需的需的F F或或σσ也越大或者说也越大或者说k k或或E E越大，要产生很小的越大，要产生很小的x x或或εε，所，所需的需的F F或或σσ却越大这种情况对应的缓冲材料呈却越大这种情况对应的缓冲材料呈刚硬态刚硬态反之，k k或或E E越小，表明材料容易形变，在很小的越小，表明材料容易形变，在很小的F F或或σσ下可以产生很大下可以产生很大的的x x或或εε，这种情况对应的缓冲材料呈，这种情况对应的缓冲材料呈流体态流体态 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围未超出线弹性，或者说是线弹性范围较大的材料 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性2 2．．正切型弹性材料正切型弹性材料。

这类缓冲材料的力这类缓冲材料的力- -形变曲线呈正切函数形变曲线呈正切函数型，如图所示力型，如图所示力F F与形变与形变x x的函数关系可用下式表示：的函数关系可用下式表示： 式中式中k0k0为曲线在为曲线在x→0x→0时的斜率，称初始弹性系数；时的斜率，称初始弹性系数；d db b为材料的形为材料的形变极限，在变极限，在x→dx→db b时时F→∞F→∞具有正切函数型性质的缓冲材料很多，具有正切函数型性质的缓冲材料很多，如泡沫橡胶、棉花、乳胶海绵、碎纸、如泡沫橡胶、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涂胶纤维以及预压后的聚苯乙烯泡沫塑料等等 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性3 3．．双曲正切型弹性材料双曲正切型弹性材料这类缓冲材料的力这类缓冲材料的力- -形变曲线呈双曲形变曲线呈双曲正切型力正切型力F F与形变与形变x x的函数关系可用下式表示：的函数关系可用下式表示： 式中式中k0k0为曲线的初始弹性系数；为曲线的初始弹性系数；F0F0为为x→∞x→∞、、F→F0F→F0时，力时，力F F的的极限值。

极限值从上式可知，在形变从上式可知，在形变x x允许的范围内，允许的范围内，不论不论x x怎么增大，怎么增大，F F或或σσ始终被限制在始终被限制在规定范围内如果选用这种材料作缓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本身的承受能力，起到保护产品的目的 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性4 4．．三次函数型弹性材料三次函数型弹性材料这类缓冲材料的力这类缓冲材料的力- -形变曲线呈三次形变曲线呈三次函数型，如图函数型，如图5-45-4所示力F F与形变与形变x x之间的函数关系可用下式表之间的函数关系可用下式表示：示： 式中式中k0k0为初始弹性系数，为初始弹性系数，γγ是弹性系数增加率是弹性系数增加率这类弹性材料的特性，从力这类弹性材料的特性，从力- -形变曲线形变曲线可以看出，与线弹性材料相比，其不同可以看出，与线弹性材料相比，其不同处在于当变形增加时，随着弹性系数增处在于当变形增加时，随着弹性系数增加率加率γγ的正负性不同，曲线方向成为向的正负性不同，曲线方向成为向上或向下的，弹性系数增加率的绝对值上或向下的，弹性系数增加率的绝对值越大，曲线偏离线弹性直线的速度越大，越大，曲线偏离线弹性直线的速度越大，与之对应的材料也会变的越硬（与之对应的材料也会变的越硬（γ>0γ>0））或越软（或越软（γ<0γ<0）。

运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性5 5．．不规则型弹性材料不规则型弹性材料这类缓冲材料不符合以上这类缓冲材料不符合以上4 4种函数特种函数特性，其力性，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暂时归为一类，称作不规则型弹性材料 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性v组合材料的力学特性组合材料的力学特性 一、缓冲材料的叠置一、缓冲材料的叠置设两种材料组合后的结构是立方体，受力面面积均为设两种材料组合后的结构是立方体，受力面面积均为A A，原始厚，原始厚度分别为度分别为T1T1、、T2T2、、T=T1+T2,T=T1+T2,材料受力方向垂直于受力表面材料受力方向垂直于受力表面1 1．线弹性材料设原始厚度分别为．线弹性材料设原始厚度分别为T1T1、、T2T2的两种线弹性材料的两种线弹性材料的弹性模量分别为的弹性模量分别为E1E1、、E2E2，，在外力在外力F F作用下产生的变形作用下产生的变形分别为分别为x1x1、、x2x2，组合的等，组合的等效弹性模量分别为效弹性模量分别为E E和和x x。

运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性 假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且有假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且有E1>E2E1>E2，由上式，由上式 ＞＞  即即 E>E2E>E2 ＜＜  即即 E

．非线弹性材料在外力作用下，两种非线弹性材料同时变形，形变量在外力作用下，两种非线弹性材料同时变形，形变量x x等于各等于各自形变量之和，自形变量之和，式中：式中：ε1ε1、、ε2ε2分别为两种材料各自的应变；分别为两种材料各自的应变； αα、、ββ分别为两分别为两种材料各自的厚度占总厚度的比值，故存在种材料各自的厚度占总厚度的比值，故存在α+β=1α+β=1 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性曲线（曲线（1 1）和曲线（）和曲线（2 2）分别为两种非线弹性材料的应力）分别为两种非线弹性材料的应力—应应变曲线，叠置组合的应力变曲线，叠置组合的应力—应变曲线可应变曲线可按如下方法得到首先在图线上连接按如下方法得到首先在图线上连接同一应力坐标下曲线（同一应力坐标下曲线（1 1）和曲线（）和曲线（2 2））上的对应点，得线段上的对应点，得线段aaˊaaˊ，，bbˊbbˊ，，ccˊccˊ，，……，将各线段按，将各线段按αα：：ββ的比例分割，的比例分割，把各分割点联成平滑的曲线，也就是把各分割点联成平滑的曲线，也就是组合后的应力组合后的应力—应变曲线。

应变曲线 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性二、缓冲材料的并列二、缓冲材料的并列 设两种材料组合后的结构是立方体，原始厚度都为设两种材料组合后的结构是立方体，原始厚度都为T T，受力，受力面积分别为面积分别为A1A1、、A2A2，，A=A1+A2A=A1+A2，材料受力方向垂直于受力表面材料受力方向垂直于受力表面 1.1.线弹性材料设受力面积分别为线弹性材料设受力面积分别为A1A1、、A2A2的两种线弹性材料的的两种线弹性材料的弹性模量分别为弹性模量分别为E1E1、、E2E2，组合的等效弹性模量为，组合的等效弹性模量为E E，在外力，在外力F F作作用下，两种材料受力分别为用下，两种材料受力分别为F1F1和和F2F2，则，则考虑了在受外力作用时，考虑了在受外力作用时，两种材料有相同的形变两种材料有相同的形变 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性 EA=EEA=E1 1A A1 1+E+E2 2A A2 2 或或假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且E1>E2E1>E2，，E E＞＞ E E＜＜ E E2 2

者之间⑵⑵等效弹性模量的大小与两种原始材料的结构尺寸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寸有关，可以有关，通过改变原始材料的结构尺寸有关，可以使等效弹性模量的数值在取值范围内连续变化使等效弹性模量的数值在取值范围内连续变化运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性2.2.非线弹性材料非线弹性材料依据线弹性材料的基本假设，在外力依据线弹性材料的基本假设，在外力F F作用下，作用下， αα、、ββ分别为两种材料各自的受力面积占总受力面积的分别为两种材料各自的受力面积占总受力面积的比值，存在比值，存在α+β=1α+β=1运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性曲线（曲线（1 1）和曲线（）和曲线（2 2）分别为两种材料的应力）分别为两种材料的应力—应变曲线，应变曲线，并列组合的应力并列组合的应力—应变曲线可按如下方法求得联接同一应应变曲线可按如下方法求得联接同一应变坐标下曲线（变坐标下曲线（1 1）和曲线（）和曲线（2 2）上的对应点；得线段）上的对应点；得线段aa′aa′，，bb′bb′，，cc′cc′……，依据（，依据（5-185-18）式，将各线段按）式，将各线段按ββ：：αα的比的比例分割，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的应力—应变曲线。

应变曲线 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性通过以上对非线弹性材料的叠置和并列两种组合方法的讨论，通过以上对非线弹性材料的叠置和并列两种组合方法的讨论，可以清楚的认识到：可以清楚的认识到：⑴⑴对于同一种弹性材料的应力对于同一种弹性材料的应力—应变曲线是相同的，其形状应变曲线是相同的，其形状不受结构尺寸变化的影响组合后的应力不受结构尺寸变化的影响组合后的应力—应变曲线，不仅与应变曲线，不仅与原始材料的应力原始材料的应力—应变曲线有关，还与原始材料的结构尺寸有应变曲线有关，还与原始材料的结构尺寸有关，通过改变原始材料的结构尺寸，可以使组合后的应力关，通过改变原始材料的结构尺寸，可以使组合后的应力—应应变曲线的形状改变变曲线的形状改变⑵⑵组合后的应力组合后的应力—应变曲线介于两种原始材料的应力应变曲线介于两种原始材料的应力—应变应变曲线之间曲线之间运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性例：已知受力面积为例：已知受力面积为5cm25cm2、厚度为、厚度为4cm4cm的两种方形缓冲材料，其的两种方形缓冲材料，其力力—形变表达式分别为形变表达式分别为 F F1 1=2x=2x1 1+0.12x+0.12x1 13 3，，F F2 2=3x=3x2 2+0.32 x+0.32 x2 23 3设计这两种材料的并列放置，其中材料设计这两种材料的并列放置，其中材料1 1的受力面积为的受力面积为3cm23cm2，材，材料料2 2的受力面积为的受力面积为2cm22cm2，总的受力面积为，总的受力面积为5cm25cm2。

求组合后的力求组合后的力—形变表达式形变表达式解：首先，根据已知条件，先求两种非线弹性材料的应力解：首先，根据已知条件，先求两种非线弹性材料的应力—应变表达式：应变表达式： σ1=F1/A σ2=F2/A (1)σ1=F1/A σ2=F2/A (1) 式中式中A=5cm2A=5cm2 运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性考虑到应力考虑到应力—应变性质与材料的结构尺寸无关，在组合前后应变性质与材料的结构尺寸无关，在组合前后材料的应力材料的应力—应变表达式不变组合后的应力为：应变表达式不变组合后的应力为： (2)(2)式中式中A1=3cm2A1=3cm2，，A2=2cm2A2=2cm2，将（，将（1 1）分别代入（）分别代入（2 2）得）得 (3)(3)                             运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性由（由（3 3）式，组合后的力表达式为）式，组合后的力表达式为 (4)(4)将已知条件分别代入（将已知条件分别代入（4 4）式，并且考虑到并列放置后，两）式，并且考虑到并列放置后，两种材料的形变相同，即种材料的形变相同，即x1=x2=xx1=x2=x，可得，可得                                                          运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性v缓冲效率缓冲效率缓冲包装材料非线性变形曲线缓冲包装材料非线性变形曲线运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性 假设缓冲材料是立方体，受力面垂直于外力假设缓冲材料是立方体，受力面垂直于外力F F，原始厚度为，原始厚度为T T。

缓冲材料在力缓冲材料在力F F作用下的变形能作用下的变形能E E为：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（能量（E/T)E/T)与压缩载荷之比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形量所吸收的能量(E/db)(E/db)与压缩载荷之比与压缩载荷之比运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性 　　 因此，缓冲材料的结构需要满足：因此，缓冲材料的结构需要满足：u 单位体积的吸收能要大单位体积的吸收能要大u 材料给予内装产品的作用力要小材料给予内装产品的作用力要小   运输运输包装包装缓冲包装材料的缓冲特性缓冲包装材料的缓冲特性v缓冲系数缓冲系数 缓冲系数是表示缓冲材料特性的一个重要参缓冲系数是表示缓冲材料特性的一个重要参数，对于非线性缓冲材料，在设计其使用数，对于非线性缓冲材料，在设计其使用尺寸时，广泛利用材料的缓冲系数进行。

尺寸时，广泛利用材料的缓冲系数进行运输运输包装包装缓冲系数的测试方法缓冲系数的测试方法静态压缩试验法静态压缩试验法——静态缓冲系数静态缓冲系数1动态压缩试验法动态压缩试验法——动态缓冲系数动态缓冲系数2运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试v静态缓冲系数静态缓冲系数 缓冲材料的变形能：缓冲材料的变形能： 运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试Text应力应力σσ单位体积单位体积 变形能变形能eTextText缓冲系数缓冲系数应变应变εε运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试评价缓冲包装评价缓冲包装评价缓冲包装评价缓冲包装材料的静态缓材料的静态缓材料的静态缓材料的静态缓 冲特性冲特性冲特性冲特性缓冲系数缓冲系数—应力曲线应力曲线应力应力—应变应变曲线曲线力力—变形变形曲线曲线缓冲系数缓冲系数—变形能变形能曲线曲线缓冲系数缓冲系数—应变应变曲线曲线运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试——测试方法测试方法压力试验机压力试验机采用在缓冲包装采用在缓冲包装材料上低速施加材料上低速施加压缩载荷的方法压缩载荷的方法而求得缓冲包装而求得缓冲包装材料的静态压缩材料的静态压缩特性及其曲线。

特性及其曲线 试验原理试验原理运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试——测试方法测试方法v试样的制作与处理试样的制作与处理 试验前试验前——24h24h以上的温湿度调节处理以上的温湿度调节处理 抽取试样抽取试样——每组不小于每组不小于5 5个个 试样的大小试样的大小——直方体形状，厚度不小于直方体形状，厚度不小于2.5cm2.5cm 试样尺寸的测量试样尺寸的测量运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试——测试方法测试方法 A A 法试验法试验       以（以（12 12 3 3））mm/minmm/min的速度的速度沿厚度方向对试沿厚度方向对试验逐渐增加载荷验逐渐增加载荷静态压缩静态压缩测试方法测试方法 B B 法试验法试验 试验前以试样试验前以试样厚度厚度0 0～～65%65%之间之间的某一变形量反的某一变形量反复压缩试样复压缩试样1010次次运输运输包装包装静态压缩特性测试静态压缩特性测试——绘制曲线绘制曲线测量并记录压缩应变测量并记录压缩应变εε及其增量及其增量ΔεΔε测量并记录与应变对应的压缩应力测量并记录与应变对应的压缩应力σσ及增量及增量ΔσΔσ计算变形能增量计算变形能增量ΔΔe e及压缩应力对应的及压缩应力对应的变形能变形能e e计算计算σσ /e/e，得到缓冲系数，得到缓冲系数C CC C—εεε曲线、曲线、C C—e e曲线、曲线、C C—σσ曲线曲线运输运输包装包装静态缓冲特性曲线静态缓冲特性曲线缓冲系数缓冲系数C——最大应力最大应力σσm m曲线曲线运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试v动态缓冲系数动态缓冲系数 从预定高度自由跌落的重从预定高度自由跌落的重锤对缓冲包装材料施加冲击载锤对缓冲包装材料施加冲击载荷时重锤所承受的最大加速度，荷时重锤所承受的最大加速度，一般采用重力加速度的倍数一般采用重力加速度的倍数GmGm来表示。

来表示 动态压缩试验原理图动态压缩试验原理图动态缓冲特性动态缓冲特性运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试动态试验过程中，机械能守恒，则：动态试验过程中，机械能守恒，则：缓冲系数：缓冲系数： 其中：其中：运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试——缓冲特性曲线缓冲特性曲线 发泡聚乙烯的发泡聚乙烯的Gm-σσstst曲线曲线 返回返回运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试用自由跌落的重锤用自由跌落的重锤对缓冲包装材料施对缓冲包装材料施加冲击载荷，模拟加冲击载荷，模拟装卸、运输过程中装卸、运输过程中缓冲包装材料受到缓冲包装材料受到的冲击作用，求得的冲击作用，求得缓冲包装材料的动缓冲包装材料的动态缓冲特性及曲线态缓冲特性及曲线 试验原理试验原理运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试- -测试系统测试系统底底 座座试样M电荷放电荷放大器大器模拟低通模拟低通滤波器滤波器A/D转转换器换器计计算算机机测速装置测速装置计数器计数器采集指令数据采集与处理系统数据采集与处理系统缓冲试验机缓冲试验机重锤重锤导柱导柱加速度传感器加速度传感器运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试- -试验设备试验设备运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试——测试方法测试方法v试样的制作与处理试样的制作与处理 试验前试验前——24h24h以上的温湿度调节处理以上的温湿度调节处理 抽取试样抽取试样——每组不小于每组不小于5 5个个 试样的大小试样的大小——直方体形状，厚度不小于直方体形状，厚度不小于2.5cm2.5cm 试样尺寸的测量试样尺寸的测量运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试——测试方法测试方法v试验步骤试验步骤将试样放置在缓冲试验机的底座中心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使预定载荷的冲击台从预定等效跌落高度落下，冲击试样，连续冲击五次，记录每落下，冲击试样，连续冲击五次，记录每次冲击的加速度次冲击的加速度—时间曲线，取后时间曲线，取后4次的最次的最大加速度平均值为该试样的最大冲击加速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每个载荷至少取五个试样2改变砝码质量，至少选择改变砝码质量，至少选择5种以上的重锤种以上的重锤重量进行试验重量进行试验1 3运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试——缓冲特性曲线缓冲特性曲线 发泡聚乙烯的发泡聚乙烯的Gm-σσstst曲线曲线 返回返回运输运输包装包装动态压缩特性测试动态压缩特性测试——缓冲特性曲线缓冲特性曲线C-C-σσm m曲线曲线运输运输包装包装影响缓冲系数的因素影响缓冲系数的因素1 压缩速度压缩速度 动态压缩加载速率动态压缩加载速率大，材料形变速率是大，材料形变速率是静态压缩的静态压缩的1.7万倍，万倍，材料内部阻尼增大，材料内部阻尼增大，得到的缓冲系数有一得到的缓冲系数有一定差异 动态与静态缓冲系数的差别动态与静态缓冲系数的差别运输运输包装包装影响缓冲系数的因素影响缓冲系数的因素2 温温 度度 缓冲包装材料的缓冲包装材料的应力应力-应变曲线与温应变曲线与温度有关，温度不同，度有关，温度不同，得到的缓冲系数得到的缓冲系数-最最大应力曲线也不同大应力曲线也不同温度对缓冲系数的影响温度对缓冲系数的影响运输运输包装包装影响缓冲系数的因素影响缓冲系数的因素3 预处理预处理 试样在试验前的试样在试验前的预处理处理，对缓冲预处理处理，对缓冲包装材料的尺寸以及包装材料的尺寸以及应力应力- -应变曲线，缓应变曲线，缓冲特性曲线都有影响。

冲特性曲线都有影响预处理对缓冲系数的影响预处理对缓冲系数的影响运输运输包装包装缓冲材料的全面评价缓冲材料的全面评价1 1 冲击能量的吸收性冲击能量的吸收性————有效地减少传递到内装产品上的冲击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、冲综合考虑材料、体积、产品重量、冲击力的大小击力的大小————吸收能量与冲击能量相适应吸收能量与冲击能量相适应 弹性大的硬性材料，吸能多弹性大的硬性材料，吸能多——产品重量大、受冲击力大的场合产品重量大、受冲击力大的场合 弹性小的软性材料，吸能少弹性小的软性材料，吸能少——产品比重小、受冲击力小的场合产品比重小、受冲击力小的场合 2 2 振动能量的吸收性振动能量的吸收性——避免共振避免共振缓冲材料的传递率缓冲材料的传递率Tr Tr 材料的成分、密度、工艺条件、温度材料的成分、密度、工艺条件、温度 阻尼阻尼——将材料的振动能量转化为热能和塑性形变将材料的振动能量转化为热能和塑性形变 能能, ,形成对振动的衰减形成对振动的衰减 。

   缓冲材料名称缓冲材料名称 阻尼比阻尼比 聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料 0.08-0.200.08-0.20 聚氨酯泡沫塑料聚氨酯泡沫塑料 0.10-0.500.10-0.50 橡胶橡胶 0.02-0.160.02-0.16 硅橡胶硅橡胶 0.11-0.230.11-0.23 钢质螺旋弹簧钢质螺旋弹簧 0.008-0.0160.008-0.016 运输运输包装包装3 3 回弹性回弹性• 定义定义——缓冲材料在受冲击和振动的情况下缓冲材料在受冲击和振动的情况下, ,具备的恢复原来具备的恢复原来尺寸和形状的能力尺寸和形状的能力, ,称为回弹性。

称为回弹性 回回弹弹性性差差的的材材料料 几几次次冲冲击击后后—结结构构尺尺寸寸变变化化较较大大—影影响响缓缓冲冲性能性能——破损；破损； 几几次次冲冲击击后后—材材料料尺尺寸寸变变小小, ,空空隙隙加加大大—二二次次冲击冲击—破损• 吸收能量大而回弹性能差的材料吸收能量大而回弹性能差的材料, ,一般不宜作缓冲材料一般不宜作缓冲材料• 回回弹弹性性差差的的材材料料可可用用于于仅仅发发生生一一次次大大冲冲击击的的场场合合, ,利利用用塑塑性性变变形吸收冲击能量形吸收冲击能量 •σε缓冲材料的全面评价缓冲材料的全面评价运输运输包装包装4 4 蠕变性蠕变性• • 定定义义————指指缓缓冲冲材材料料在在受受到到静静外外力力作作用用下下, ,随随着着时时间间的的延延长长使使变形相应增大变形相应增大的一种现象的一种现象• • 包包装装件件长长期期贮贮存存————缓缓冲冲材材料料产产生生蠕蠕变变————结结构构尺尺寸寸变变小小, ,产产生空隙生空隙————产品破损率上升产品破损率上升 要求良好的抗蠕变性能。

要求良好的抗蠕变性能• • 蠕变率：蠕变率：蠕变影响因素：蠕变影响因素： 材料性能材料性能 外力的大小、作用时间外力的大小、作用时间 环境温度；环境温度； 温度升高、外力增大温度升高、外力增大, ,蠕变速率也相应加快蠕变速率也相应加快—— 压缩前的原始厚度；压缩前的原始厚度；——压缩后的厚度；压缩后的厚度； 缓冲材料的全面评价缓冲材料的全面评价运输运输包装包装5 5 温度稳定性温度稳定性• • 缓冲材料的物理性能与环境温度密切相关；缓冲材料的物理性能与环境温度密切相关；• • 热塑性材料热塑性材料 低温，很硬的玻璃态，弹性模量很大低温，很硬的玻璃态，弹性模量很大 高温，较软的高弹态高温，较软的高弹态• • 选择的缓冲材料应在较大的使用温度范围内，保持其缓冲性能不变选择的缓冲材料应在较大的使用温度范围内，保持其缓冲性能不变• • 常见缓冲材料的最低使用温度：常见缓冲材料的最低使用温度： 缓冲材料缓冲材料 最低使用温度（最低使用温度（℃℃））聚氨酯泡沫材料聚氨酯泡沫材料 -30-30聚苯乙烯泡沫材料聚苯乙烯泡沫材料 -20-20聚乙烯泡沫材料聚乙烯泡沫材料 -50-50动物纤维动物纤维 -40-40泡沫橡胶泡沫橡胶 -20-20缓冲材料的全面评价缓冲材料的全面评价运输运输包装包装6 6 湿度稳定性湿度稳定性• • 许多缓冲材料是易于吸湿的。

吸收的水量决定于环境的相对湿度；许多缓冲材料是易于吸湿的吸收的水量决定于环境的相对湿度；• • 缓冲材料吸水后，缓冲性能会受到很大影响缓冲材料吸水后，缓冲性能会受到很大影响————金属制品生锈，瓦楞纸金属制品生锈，瓦楞纸箱强度降低箱强度降低 ————防潮处理防潮处理7 7 耐破损性耐破损性   • • 缓冲材料在冲击和振动作用下缓冲材料在冲击和振动作用下————破损；破损； • • 缓冲材料在受到反复的冲击与振动时缓冲材料在受到反复的冲击与振动时————与内装物经常接触并摩擦，会与内装物经常接触并摩擦，会产生碎片和灰尘产生碎片和灰尘————表面破坏，粉尘等；表面破坏，粉尘等；要求要求一定的强度、耐破损和耐磨性一定的强度、耐破损和耐磨性8 8 化学稳定性化学稳定性影响化学稳影响化学稳定性的因素定性的因素材料的性能材料的性能化学结构和成分化学结构和成分使用温度使用温度缓冲材料应有缓冲材料应有：  • 较好的化学稳定性；较好的化学稳定性； • 耐油、耐酸、耐碱和抗微生物的侵蚀；耐油、耐酸、耐碱和抗微生物的侵蚀； • 与内装物的化学成分相适应。

与内装物的化学成分相适应• PH PH值应在值应在6.0-8.06.0-8.0范围内范围内缓冲材料的全面评价缓冲材料的全面评价运输运输包装包装9 9 物理相容性物理相容性    缓缓冲冲材材料料与与内内装装产产品品是是直直接接接接触触，，二二者者的的物物理理性性质质应应相相适适应，避免发生有害的物理作用应，避免发生有害的物理作用 表面摩擦；表面摩擦； 摩擦产生静电；摩擦产生静电； 吸附灰尘或其它物质等吸附灰尘或其它物质等缓冲材料的全面评价缓冲材料的全面评价运输运输包装包装思考题思考题1 1．根据力．根据力- -形变曲线，常用的缓冲材料可分为哪几种？形变曲线，常用的缓冲材料可分为哪几种？2 2．线弹性缓冲材料叠置和并列后的弹性有何变化？．线弹性缓冲材料叠置和并列后的弹性有何变化？3 3．．同同一一种种弹弹性性材材料料的的应应力力- -应应变变曲曲线线的的形形状状是是否否受受结结构构尺尺寸寸变变化化的的影影响响？？组组合后的应力合后的应力- -应变曲线的形状是否受结构尺寸变化的影响？应变曲线的形状是否受结构尺寸变化的影响？4 4．．已已知知受受力力面面积积为为1010平平方方厘厘米米，，厚厚度度为为3 3厘厘米米的的两两种种方方形形缓缓冲冲材材料料，，其其力力- -形形变表达式分别为：变表达式分别为： （（1 1））  设设计计这这两两种种材材料料并并列列放放置置，，其其中中材材料料1 1的的受受力力面面积积为为7 7平平方方厘厘米米，，材材料料2 2的的受受力力面面积积为为3 3平平方方厘厘米米，，总总的的受受力力面面积积为为1010平平方方厘厘米米，，求求组组合合后后的的力力----形形变表达式。

变表达式2 2））  设设计计这这两两种种材材料料叠叠置置，，其其中中材材料料1 1的的受受力力面面积积和和材材料料2 2的的受受力力面面积积均均为为1010平方厘米，材料平方厘米，材料1 1厚度厚度1cm,1cm,材料材料2 2厚度厚度2cm,2cm,求组合后的力求组合后的力----形变表达式形变表达式5 5．缓冲效率与哪些参数有关？静态缓冲系数与动态缓冲系统有何区别？．缓冲效率与哪些参数有关？静态缓冲系数与动态缓冲系统有何区别？6 6．可用哪些参数来评价缓冲材料的性能？．可用哪些参数来评价缓冲材料的性能？。