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。