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缓冲包装材料设计


缓冲包装:用天津缓冲材料或其他缓冲元件保护内容产品,避免过量冲击而造成破损的一种技术。

组成:外容器+缓冲介质层+内容产品(作为介质的缓冲包装材料决定了缓冲包装的主要因素)。

按品质分类


纤维类


       纤维形结构:木屑,纸制品,纸浆模,纸屑,稻草,瓦楞纸等;


       动物纤维:毛皮,羊毛,羽毛,毛毡等;


       矿物纤维:石棉,玻璃纤维等;


泡沫类


       天然泡沫材料:软木等;


       合成泡沫材料:泡沫塑料,泡沫橡胶等;


弹簧类:金属丝弹簧,板弹簧,橡胶弹簧等;


按物理形态分:预制成型的各种垫片、垫块、垫圈等;


             现场发泡;散状填料,如纸屑,刨花等。


对缓冲材料的要求


1.良好的弹性和恢复性;


2.良好的缓冲性能,能以较小的体积吸收较大的冲击能量;


3.良好的阻尼性能,以衰减包装系统的振动能量,起隔振或减振作用;  


4.成本低,容易采购;


5.温湿度稳定性;


6.破碎和减耗性:缓冲体破损或粉碎——缓冲失效——破碎的游粒进入制品———影响质量——破碎性越小越好;


7.氢离子浓度:Ph值在6.2~8.0内,否则受潮后产生酸度——腐蚀制品;


8.化学稳定性:保持抵抗霉变、耐药物、耐油污的能力;


9.工艺性:加工性能(钻孔、切割),热熔性(浇铸成型),不产生尘沫飞扬及刺激性气味;


10.吸潮性:吸潮,缓冲效果差,金属腐蚀,吸潮性越小越好;


11.废弃性:废弃物要易于处理,便于销毁;


12.良好的弹性和恢复性。



缓冲材料的力学性质


弹性是材料具有缓冲能力的基本条件。


缓冲材料: 线弹性材料非线弹性材料(一般缓冲材料都处于弹性、塑性和粘滞阻尼相交汇的流变状态)缓冲材料的各种弹性状态,可用力——变形曲线来表述。为提高材料的弹性,改善缓冲性能——对实体材料进行发泡。



发泡材料的特点:变形泊松比=0,即在受压方向(纵向)变形时,横向不变形; ——理想的缓冲衬垫重要的条件之一。实体则不同,如橡胶块,变形泊松比=0.5。受拉伸和受压缩时,变形情况与实体材料有很大不同。材料不同,发泡方法不同——气泡的形状、尺寸和分布也就不同,导致同一材料变形的方向性差异。纤维材料或合成橡胶——弹性的方向性差异。



影响缓冲系数的因素


缓冲系数受材料性质和外界条件有关。


外界条件


试验方法:静态   压缩速度的影响。


             动态   非弹性阻尼的大小与材料的形变速率成正比。




温度:温度升高缓冲系数的最小值增大。


预处理:预处理后缓冲系数的最小值增加,——材料的力学松弛造成的。


缓冲材料的全面评价


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。



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


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。



• 回弹性:



To——压缩前的原始厚度;  Ts——压缩后的厚度。


通过材料静压试验测定,其压缩量通常取原始厚度的20%,并连续加载24小时。




• 预处理(预压缩,使之发生塑性变形)——防止二次冲击。预压缩以后应力曲线的变化。


蠕变性


• 定义——指缓冲材料在受到静外力作用下,随着时间的延长使变形相应增大的一种现象。



• 包装件长期贮存——缓冲材料产生蠕变——结构尺寸变小,产生空隙——产品破损率上升。要求良好的抗蠕变性能。




• 蠕变率:


蠕变影响因素:材料性能;外力的大小、作用时间;环境温度。温度升高、外力增大,蠕变速率也相应加快。


温度稳定性


• 缓冲材料的物理性能与环境温度密切相关;



• 热塑性材料  低温,很硬的玻璃态,弹性模量很大


高温,较软的高弹态。



• 热固性材料——性能?能否作为缓冲材料?与热塑性材料有何区别?



• 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


缓冲材料                         最低使用温度(℃)


聚氨酯泡沫材料                           -30


聚苯乙烯泡沫材料                        -20


聚乙烯泡沫材料                           -50


动物纤维                                   -40


泡沫橡胶                                   -20


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;


• 缓冲材料吸水后,缓冲性能会受到很大影响。——金属制品生锈,瓦楞纸箱强度降低。 ——防潮处理。




耐破损性


• 缓冲材料在冲击和振动作用下——破损;



• 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,会产生碎片和灰尘——表面破坏,粉尘等;



要求一定的强度、耐破损和耐磨性。



化学稳定性


影响化学稳定性的因素:


材料的性能;


化学结构和成分;


使用温度。




缓冲材料应有:


较好的化学稳定性;


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;


PH值应在6.0-8.0范围内。



物理相容性


缓冲材料与内装产品是直接接触,二者的物理性质应相适应,避免发生有害的物理作用。表面摩擦,摩擦产生静电,吸附灰尘或其它物质等。



缓冲包装的形式


缓冲包装的定义:以缓和冲击为目的的包装。


常见形式:用有弹性的材料或弹性元件作缓冲衬垫,吸收冲击能量,延长内装产品承受冲击脉冲作用的时间。

缓冲包装的分类:  全面缓冲包装。


局部缓冲包装


悬浮式缓冲包装



一. 全面缓冲包装特点


1.对产品进行全面缓冲防护;


2.减小材料厚度和包装件体积;


3.适合小批量产品包装;


4.丝状、薄片状或粒状材料或现场发泡。



二。局部缓冲包装特点


1.在受力或易损部位进行缓冲;


2.厚度可变;


3.节省包装材料;


4.适于大批量形状不规则产品的包装,应用最广。



确定设计的基本参数


产品重量、结构形状和尺寸,代表流通环境条件的等效跌落高度。




  a. 经验公式法


人工装卸中,包装件的跌落高度与重量的关系式:


                 h=300×W-1/2


                 h—跌落高度,cm


                 W—重量,Kg(>16kg)




  b. 标准量值法(根据产品重量、最大尺寸范围及运输条件直接查表)


     国标GB4857.5—84            跌落试验高度


     日本JISI0202                自由跌落试验条件


     美国军用标准MIL—P—116H    自由跌落试验条件。




代表产品特性的脆值参数




a.试验法:通过脆值试验,再根据价值大小、强度偏差、重要程度,考虑运输中破损的风险度,确定许用脆值。



b.标准量值法


  美国军用标准     MILHDBK304


  美国MTS标准


  日本防卫厅规格     NDS


  英国综合防护手册


  根据产品属性、价值大小、重要程度,综合各国标准确定一个合理的许用脆值。



c.理论估算法:根据产品结构、尺寸、材料特性,用力学模型计算推导出产品的脆值。



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