实验一-缓冲材料静态缓冲系数测试

缓冲材料静态缓冲系数测试
一、概述
缓冲材料的静态缓冲系数测试是通过缓冲材料静态压缩试验实现的。

通过对材料进行
静态压缩试验，可以获得缓冲材料的应力—应变曲线，从而计算出材料的缓冲系数，并做
出材料的缓冲系数—最大应力（C—σm）曲线。

本试验可以用于评定在静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设计，是缓冲垫尺寸设计必不可少的基本参
数之一。

因此，通过本试验可以进一步掌握缓冲系数的含义，学会用静态压缩试验测定材
料缓冲系数的方法，了解材料缓冲系数的应用。

二、试验原理
采用在包装用缓冲材料上低速施加压缩载荷的方法，求取缓冲材料的压缩应力—应变
曲线，进而根据缓冲系数的定义计算出缓冲系数。

具体计算公式详见公式（4-22）和公式（4-26）。

三、试验仪器设备
可选用微机控制电子式万能试验机，或电子式压缩强度试验仪，或微机控制多功能实
验台等。

四、试验样品
1．样品材料
所用样品可以为块状、片状、丝状、粒状以及成型件等形式的包装用缓冲材料，不适
用于金属弹簧及防震橡胶。

例如可用下列材料，发泡聚苯乙烯、发泡聚乙烯、蜂窝纸板或
瓦楞纸板等。

2．试验样品的取样
试验样品应在放置24h以上的成品中抽取。

当其尺寸不能达到规定的要求时，允许在与生产条件相同的条件下专门制造试验样品。

3．试验样品的尺寸
试验样品为规则的直方体形状。

上、下底的面积至少为10cm×10cm。

试验样品的厚度应不小于2.5cm（当厚度小于2.5 cm时允许叠放使用）。

4．试验样品的数量
一组试验样品的数量应不少于5件。

5．试验样品的测量
（1）长度和宽度
分别沿试验样品的长度和宽度方向，用精度不低于0.05 mm 的量具测量两端及中间三
个位置的尺寸。

分别求出平均值，并精确到0.1mm。

（2）厚度
在试验样品的上表面上放置一块平整的刚性平板，使试验样品受到0.20 0.02 kPa的压
缩载荷。

30s后在加载状态下用精度不低于0.05mm 的量具测量四角的厚度。

求出平均值，
并精确到0.1 mm。

测定丝状、粒状等试验样品的厚度时，可采用压缩箱进行测量（参考GB 8168-87附件）。

（3）密度
①用感量为0.01g 以上的天平称量试验样品的质量，并记录该测定值。

②按下式计算试验样品的密度：
T
W L m ⋅⋅=
ρ式中， ρ — 实验样品的密度，g/cm 3；
L — 实验测得样品的长度，cm ；W — 实验测得样品的宽度，cm ；T — 实验测得样品的厚度，cm ；m — 实验样品的质量，g 。

五、试验步骤
1．静态压缩试验
用微机控制电子式万能试验机或其它压缩仪器设备，对试验样品进行压缩加载，如果是丝状、粒状等试验样品，可以利用压缩箱进行试验。

上压板的压缩移动速度为12±
3mm/min ，接近于静压力，随着压力的不断增加，缓冲材料的厚度不断减少，变形量不断增加，得到应力—应变曲线。

2．缓冲系数曲线的绘制
利用应力—应变曲线计算出静态缓冲系数，然后绘制出材料的缓冲系数—最大应力曲线（C—σm 曲线）。

步骤如下：
①将应力－应变曲线下的面积分为若干个小区域，并计算各分点的, 值；i σi ε②求各应力区段的变形能的增量，并计算各应力所对应的变形能；i u ∆i σi u ③计算各应力所对应的缓冲系数；
i σi C ④以为纵坐标，为横坐标，则可做出缓冲系数－最大应力曲线（曲线）。

C σm C σ-计算缓冲系数C 及绘制C—σm 曲线的详细程序，参见表4-5。

六、实验报告
1.绘制出材料的缓冲系数一最大应力(C —σm )曲线；
2.绘制出材料的缓冲系数—应变(C —ε)曲线。

附件：绘制C—σm 曲线的基本程序
缓冲包装材料的静态压缩试验是在缓冲包装材料上低速施加压缩载荷，从而求得缓冲包装材料的静态缓冲特性及其曲线。

通过静态压缩试验，首先得到材料的应力—应变曲线，由此计算出不同应力水平情况下的单位体积变形能、缓冲系数，从而得到缓冲系数—最大应力曲线（即C—σm 曲线）。

静态试验所用加载设备一般采用电子万能材料试验机（也可以是压缩试验仪），加载速度一般取为12mm/min ，接近于静态载荷。

测定缓冲系数C 及绘制C —σm 曲线的基本程序如下（如图4-30）：
①将应力－应变曲线下的面积分为若干个小区域，区域划分越小，则计算精度越高；
如按应力取10个间隔点，对应得到应变。

σi σ)102,1(⋅⋅⋅=，i i ε)102,1(⋅⋅⋅=，i ②计算各分点的, 值。

i σi ε)102,1(⋅⋅⋅=，i ③求各应力区段的变形能的增量，即计算各区域的面积：
i u ∆)
)((1121---+=∆i i i i i u εεσσ④计算各应力所对应的变形能：
i σi u )
,2,1(i k u u k
i ⋅⋅⋅=∆=∑⑤计算各应力所对应的缓冲系数：
i σi C i
i
i u C σ=
⑥以为纵坐标，为横坐标，则可作出缓冲系数－最大应力曲线（曲线）。

C σm C σ-下面举一个例子，用表格的形式说明缓冲系数计算的程序，如表4-5所示。

该表计算的是发泡聚乙烯（密度ρ=0.022 g/cm 3）材料缓冲系数数据处理过程，该材料的应力—应变曲线见图4-30，最终绘制的C—σm 曲线见图4-31。

表4-5 确定发泡聚乙烯（密度ρ=0.022 g/cm 3）缓冲系数的数据处理程序
(105Pa )
u ∆)
)((112
1---+=∆i i i i i u εεσσ (105N ⋅ m / m 3)
u
i u u ∑∆=(105N ⋅ m / m 3)
i
i
i u C σ=
8 1.580.6470.11190.3719 4.25
9 1.950.6940.08290.4548 4.29
10 3.060.7740.20040.6548 4.67
同理，我们也可以绘制出材料的缓冲系数—应变(C—ε)曲线；以及绘制出材料的缓冲系数—变形能(C—u)曲线。

但缓冲系数－最大应力曲线（C—σm曲线）应用最为广泛。

图4-32给出了常见缓冲材料的缓冲系数—最大应力曲线，这些数据资料为后面的缓冲垫尺寸设计提供了非常重要的基础数据。

图4-30 发泡聚乙烯材料 —ε曲线与应变能计算
图4-32 常见材料的缓冲系数—最大应力曲线。