新型包装材料_瓦中瓦_缓冲特性研究

收稿日期:2008Ο11Ο14基金项目:天津市科技攻关计划项目资助(06YF GPNC03400)作者简介:宋海燕(1977-),女,辽宁人,天津科技大学讲师,主要研究方向为运输包装、包装测试及包装过程自动化等。

新型包装材料“瓦中瓦”缓冲特性研究宋海燕,黄利强,孙诚(天津科技大学,天津300222)摘要:增强夹心瓦楞纸板(“瓦中瓦”)是一种新型包装材料。

对6种“瓦中瓦”进行了静态压缩试验,分析其静态缓冲特性,并用性能最好的一种“瓦中瓦”与聚苯乙烯泡沫塑料对电脑主机作缓冲包装,进行振动冲击的对比试验,探索其代替聚苯乙烯泡沫塑料的可能性。

结果表明,“瓦中瓦”是大型家用电器、机电设备等较为理想的环保包装材料和包装容器。

关键词:瓦楞纸板;缓冲性能;静态压缩;包装材料中图分类号:TB484.1;TB485.1;T487　文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2009)02-0019-03St udy on Cus hioning Cha racteristics of a New Type Packaging Material "Wall in Wall"S O N G H ai 2y an ,H UA N G L i 2qi ang ,S U N Cheng(Tianjin University of Science and Technology ,Tianjin 300222,China )Abstract :Enhanced layer corrugated board (Wall in Wall )is a new type packaging material.Six kindsof "Wall in Wall"were tested by static compress and the static cushioning characteristics were obtained.Fi 2nally vibration and shock test were carried out by packing a computer using a "Wall in Wall"with best per 2formance and EPS foam to explore the probability of replacing the EPS foam.The result showed that it is a perfect packaging material and container for household appliance and mechanical and electrical equipment.Key words :corrugated board ;cushioning characteristics ;static compression ;packaging material 随着环保意识的加强,人们越来越重视对环保型缓冲包装材料的研究与开发。

增强夹心瓦楞纸板(“瓦中瓦”)是以普通瓦楞纸板(2层、3层、5层、7层)作面里,又在两层面里纸板之间设有瓦楞纸板的优良结构,大大增加了纸板的强度。

由于“瓦中瓦”是全纸质的包装材料,保留了普通瓦楞纸板防振性好、易制作、可印刷、重量轻、缓冲性能好、可回收再生等优点,还可以通过调整夹心层厚薄、几何形状,来调整改变瓦楞纸板的强度和弹性(缓冲性能)。

是继蜂窝纸板、重型瓦楞纸板、3A 特重型瓦楞纸板之后又一新型包装材料[1]。

目前,对于缓冲材料的缓冲性能,人们研究较多的是蜂窝纸板以及重型瓦楞纸板。

郭彦峰[2-3]、马宴苹[4]等对折叠型及弹力型双瓦楞纸板的动态缓冲特性进行了研究,王冬梅[5]、平幼妹[6]、郭彦峰[7]等对蜂窝纸板,贺丹华[8]、赵振[9]等对蜂窝/纸板复合材料的缓冲性能进行了研究。

本文对6种增强夹心瓦楞纸板("瓦中瓦")进行了静态压缩试验,分析其静态缓冲特性,探索其代替聚苯乙烯泡沫塑料的可能性。

1　试验1.1　样品试样采用天津市外贸纸箱厂生产的B 楞3层和AB 楞5层瓦楞纸板,通过调整夹心层厚度,自制成6种“瓦中瓦”结构。

试样为5层,芯纸为B 楞瓦楞纸板,面纸为AB 楞瓦楞纸板,施胶量150g /m 2。

试样尺寸见表1,结构见图1。

试验环境温度表1　“瓦中瓦”试样尺寸Tab.1Di mension of "Wall in Wall"sa mple试样楞高1/mm 楞高2/mm 楞间距/mm 总厚度/mm 面积/mm 2结构118181352.5300×300结构222221359.5300×300结构327271368.7300×300结构418221356.5300×300结构518271362.5300×300结构622271365.8300×300图1　“瓦中瓦”试样结构Fig.1Structure of "Wall in Wall"91宋海燕等　新型包装材料“瓦中瓦”缓冲特性研究24℃,相对湿度50%。

1.2　设备采用西北机器厂生产的压力试验机(YE -50型)。

1.3　方法根据《包装国家标准汇编》中G B 8168-87对试样进行静态压缩试验,测试并记录这6种“瓦中瓦”的力-形变。

每种结构3个试样,取其平均值进行数据处理,分别得到力-形变曲线、应力-应变曲线和缓冲系数-应力曲线,分析其缓冲性能。

选出缓冲性能最好的一种结构与聚苯乙烯泡沫塑料,分别对电脑主机进行缓冲包装,使衬垫设计尺寸相同。

通过对两种结构的缓冲包装件进行跌落和振动试验,比较两种结构的缓冲和抗振性能,探索“瓦中瓦”代替聚苯乙烯泡沫塑料的可能性。

2　结果与讨论2.1　缓冲特性分析1)6种结构“瓦中瓦”的力-形变曲线见图2,可以看出,6图2　力-形变曲线Fig.2Force -displacement curve种结构的初始弹性系数基本相同,但结构1和结构2略大,缓冲材料的抗压性能较好,结构3最小,材料容易变形。

当受到外界静压力时,“瓦中瓦”在形变初期(<15mm )所表现出来的力学性能接近于双曲正切曲线,与蜂窝纸板、聚苯乙烯泡沫塑料等材料受力初期表现的力学性质相同;形变后期(>15mm )接近正切曲线。

2)6种结构“瓦中瓦”的应力-应变曲线见图3。

可以看图3　应力-应变曲线Fig.3Stress -strain curve出,结构1和结构4单位体积吸收变形能较多,它们的楞高较低。

进行缓冲包装设计时,在保证作用到产品上的破坏力小于产品的易损值时,单位体积缓冲材料吸收能量越大的,所需材料越少。

3)6种结构“瓦中瓦”的缓冲系数-应力曲线见图4,最图4　缓冲系数-应力曲线Fig.4Cushioning coefficient -stress curve小缓冲系数值见表2。

结果表明,结构1具有最小缓冲系数,表2　最小缓冲系数值Tab.2Mini mum of cus hioning coefficient试样最小缓冲系数试样最小缓冲系数结构1 3.108结构4 3.440结构2 3.339结构5 3.926结构34.569结构63.932可以达到最高缓冲效率。

4)通过静态压缩试验,初始弹性系数、单位体积吸收变形能和最小缓冲系数的数据表明,结构1具有较好的缓冲性能。

2.2　包装件测试分析选用结构1“瓦中瓦”与聚苯乙烯泡沫塑料对某电脑主机作缓冲包装,两种衬垫的尺寸一致,外包装箱采用0201型纸箱。

2.2.1　振动试验采用两种缓冲衬垫包装的包装件经受正弦振动时,产品的振动加速度与频率曲线见图5,可以看出,频率为5.7～30Hz图5　振动加速度-频率曲线Fig.5Vibration acceleration -f requency curve时,产品加速度大致相同;频率为30～35.7Hz 时“瓦中瓦”略2包装工程　PAC KA GIN G EN GIN EERIN G Vol.30No.22009.02大;频率为35.7～43.5Hz 时,“瓦中瓦”略小。

二者包装的产品加速度响应非常相似,对内装物的保护程度差不多,都有效地保护了产品。

2.2.2　跌落冲击试验采用两种缓冲衬垫包装的包装件经受相同条件的垂直跌落冲击试验时,产品的加速度响应见图6,包装件编号按照包图6　冲击试验产品加速度响应Fig.6Product acceleration of shock test装标准进行。

图6表明两种包装件在经受跌落冲击时,产品上的加速度响应相差不大,在2,3,5,6面上“瓦中瓦”缓冲衬垫包装比聚苯乙烯泡沫衬垫包装大3g 左右,但4面上小4.8g 。

因此“瓦中瓦”与聚苯乙烯泡沫衬垫基本可以相媲美。

3　结论1)通过静态压缩试验,“瓦中瓦”缓冲材料在受到外界静压力时所表现出来的力学性能接近于双曲正切曲线,与蜂窝纸板、聚苯乙烯泡沫塑料等材料受力初期表现的力学性质相同。

随着楞高的增加,“瓦中瓦”缓冲材料的初始刚度不断减小。

2)通过正弦振动试验和垂直跌落冲击试验进行包装件测试,“瓦中瓦”瓦楞纸板衬垫与泡沫塑料衬垫包装的产品加速度响应基本一致,“瓦中瓦”缓冲材料的缓冲性能略差于泡沫塑料,但可以通过调整夹心层的厚度及楞高等方法来进一步提高“瓦中瓦”缓冲材料的缓冲性能。

3)用“瓦中瓦”瓦楞纸板衬垫来替代泡沫塑料衬垫进行计算机等设备的包装是完全可行的,将是大型家用电器、机电设备等较为理想的环保包装材料和包装容器。

参考文献:[1]　叶伯彰.新型环保包装材料“瓦中瓦”[J ].包装世界,2003,(3):76.[2]　郭彦峰,付云岗,马宴苹.折叠型双瓦楞纸板衬垫动态缓冲特性的试验研究[J ].包装工程,2008,29(2):1-3.[3]　郭彦峰,许文才,付云岗,等.双瓦楞纸板衬垫结构的动态缓冲特性分析[J ].包装工程,2008,29(4):7-9.[4]　马宴苹,骆光林,郭彦峰,等.弹力型双瓦楞纸板衬垫动态缓冲性能的试验研究[J ].包装工程,2006,27(6):92-94.[5]　王冬梅.蜂窝纸板压缩破坏机理研究[J ].包装工程,2006,27(1):37-39.[6]　平幼妹,余本农,邵文泉.蜂窝纸板平压实验的研究[J ].包装工程,2005,26(5):115-117.[7]　郭彦峰,张景绘,许文才,等.蜂窝纸板及其衬垫缓冲特性研究[J ].包装工程,2002,23(5):110-112.[8]　贺丹华,王双飞,黄崇杏,等.蜂窝/E 形瓦楞复合纸板的缓冲特性的研究[J ].包装工程,2008,29(2):15-16.[9]　赵振,陈黎敏.瓦楞纸板和蜂窝纸板的力学性能研究[J ].包装工程,2005,26(3):5-7.(上接第3页)参考文献:[1]　郭彦峰,张景绘.蜂窝纸板动态缓冲特性及振动传递特性的试验研究[J ].西安交通大学学报,2003,(5):539-541.[2]　平幼妹,余本农,等.蜂窝纸板平压实验的研究[J ].包装工程,2005,26(5):115-117.[3]　孙亚平,卢立新.纸蜂窝结构参数对面外承载能力的影响[J ].江南大学学报,2004,(1):52-55.[4]　徐朝阳,李大纲.纸木复合蜂窝夹心包装材料物理力学性质研究[J ].包装工程,2007,28(1):30-33.[5]　李厚民.蜂窝纸板受压时的有限元分析[J ].包装工程,2006,27(1):54-56.[6]　L EMAITER J ,PLUMTREE A.Application of Damage Concepts toPredict Creep Fatigue Failures[J ].J Engng Mater T ech ,1979,101(10):284-287.[7]　张子龙,张双寅.随即取向短纤维增强SMC 复合材料疲劳损伤模型[J ].航空学报,1995,16(4):501-504.[8]　L EMA ITR J.A Continuous Damage Mechanics Model for Duc 2tile Fracture[J ].Transactions of ASME Journal of Engineering.Materials and Tcchnology ,1985,107:83-89.[9]　L EMAITR J ,DU FAILL Y J.Damage Measurement s [J ].Engi 2neering Fracture Mechanics ,1987,28(5,6):643-651.[10]范志超,蒋家羚,陈学东.16MnR 钢疲劳与循环蠕变交互作用损伤力学模型[J ].浙江大学学报,2006,(2):317-321.[11]李玲,李大刚,徐平,等.疲劳/蠕变交互作用下竹木复合层合板断裂损伤研究[J ].北京林业大学学报,2006,28(增刊2):124-127.[12]宋之敏,黄晚霞,刘民治,等.疲劳/蠕变复合作用下聚苯乙烯的断裂行为[J ].中国塑料,2002,16(6):31-33.[13]ASME.Interpretation of ASME Boiler and Pressure Vessel Code[K].Case1331-5,1972.(余不详)[14]L A GN EBOR G R ,A T TERMO R.Effect of Combined Low 2cycleFatigue and Creep on t he Life of Austenitic Stainless Steels[J ].Met Trans ,1971,2(7):1821-1827.12宋海燕等　新型包装材料“瓦中瓦”缓冲特性研究。