对缓冲包装材料的尺寸以及应力

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
产生黑烟和一氧化碳等。
欧盟禁用EPS
（2）EPE(发泡聚乙烯)——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 水的和易回收的聚乙烯聚合物。 优点： • 缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小； • 抗拉强度高； • 抗静电性能好；
孔径分
运输 包装
按泡沫密度分 低发泡（密度>0.4g/cm 3 ,气体与固体之比<1.5）
中发泡（密度=0.1-0.4g/cm
为1.5-9 ） 高发泡（密度<0.1g/cm 按泡沫体的硬度分
3
3
, 气体与固体之比
，气体与固体之比>9）
硬质泡沫塑料（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)
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；
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。
• 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；
适用场合：
（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。
•无尘、无毒环保型化合物，易回收利用
缺点： • 比EPS贵；
• 不能模塑。
应用场合： • 较贵重和易碎产品的缓冲包装。
（3） EPP(发泡聚丙烯）——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）
运输 包装
假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且有E1>E2，由上式
＞
即 E>E2
＜
即 E<E1
E2<E<E1
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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：ε1、ε2分别为两种材料各自的应变； α、β分别为两 种材料各自的厚度占总厚度的比值，故存在α+β=1。
●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。
●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：
（4） 纸浆发泡块
运输 包装
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
（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；
EVA缓冲垫
应用场合：
• 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。
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
（5） 纸纤维成型材料（Pillowpack）
运输 包装
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：
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,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。
缓冲包装材料的缓冲特性
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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aaˊ，bbˊ，ccˊ， ……，将各线段按α：β的比例分割， 把各分割点联成平滑的曲线，也就是
● 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。
缺点：运输成本高，适合就近生产
缓冲包装材料的力学性质
缓冲材料的力学特性
运输 包装
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
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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为初始弹性系数，γ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γ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 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（γ>0） 或越软（γ<0）。
1.4 气垫缓冲材料
缓冲效果良好 减低材料成本 环保 简单操作 经济
1.5 纸制品缓冲材料
运输 包装
(1)瓦楞纸板
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 泡沫塑料宽
缺点：
对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性差， 多次跌落后缓冲能力下降1/3。
23⁰ 和50% RH条件 下的弹性模量
运输 包装
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） EPS(发泡聚苯乙烯)——保丽龙
缓冲包装材料的缓冲特性
2.非线弹性材料。
运输 包装
依据线弹性材料的基本假设，在外力F作用下，
α、β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α+β=1。
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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β：α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。
考虑了在受外力作用时， 两种材料有相同的形变。
缓冲包装材料的缓冲特性
EA=E1A1+E2A2
或
假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且E1>E2， E＞ E＜
运输 包装
E2<E<E1
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
⑴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。 ⑵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 使等效弹性模量的数值在取值范围内连续变化。
运 输 包 装
机电学院 卢杰
第五章 缓冲包装材料
1
运输 包装
缓冲包装材料的分类
缓冲包装材料的力学性质
2
缓冲包装材料的分类 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）
气垫塑料薄膜。 按塑料树脂分 热塑性泡沫塑料（PE,PP,PS,PVC等）
运输 包装
热固性泡沫塑料（PU,酚醛泡沫等）
PEF内衬
（6）EPDM(三元乙丙烯人造橡胶，俗称多孔橡胶) CR(氯丁橡胶) EPDM ：具有卓越的耐厚型，耐臭氧，可在130⁰C下长期使用；
具有优异的百度文库水、过热和水蒸气的性能。
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；
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。
1.2泡沫塑料
运输 包装
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 开孔（连通气泡） 闭孔（独立气泡） 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） 大泡孔（直径大于0.5mm) 小泡孔（直径按大于0.25mm)
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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→∞、F→F0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σ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。
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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x→0时的斜率，称初始弹性系数；db为材料的 形变极限，在x→db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、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。
相当复杂的。
运输 包装
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。
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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越大，则要使材料发生同样的x或ε所 需的F或σ也越大。或者说k或E越大，要产生很小的x或ε，所 需的F或σ却越大。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σ下可以产生很大 的x或ε，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。
CR
EPDM
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。
1.3 气泡薄膜
（两块塑料薄膜中间夹入空气热合而成）
优点：
●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。 适用场合：轻型复杂形状易碎产品的缓冲包装。
运输 包装
适用场合：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
（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：
（3）纸浆模塑
优点：
●废纸来源广泛、质轻、储运方便、成本低。
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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。
缓冲包装材料的缓冲特性
组合材料的力学特性
一、缓冲材料的叠置
运输 包装
组合后的应力—应变曲线。
缓冲包装材料的缓冲特性
运输 包装
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