包装工艺的物理学基础

包装工艺学讲义
第一部分 包装工艺基础理论 第二部分 通用包装工艺 第三部分 专用包装工艺 第四部分 包装工艺过程控制

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第一部分 包装工艺基础理论
第一章 包装工艺的物理学基础 第二章 包装工艺的化学基础 第三章 包装工艺的微生物学基础
第四章 包装工艺的气象环境学基础
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第一章 包装工艺的物理学基础
④设计压力破损载荷的计算PCFL PCFL=P•T•M•S•D•A•O•I T—堆码持续时间系数 M—堆码环境湿度系数 S—堆码形式系数 D—满载搬运破损系数 A—纸箱状态和封口方法系数 O—纸箱突出状况和托盘类型系数 I—与内装物相互作用系数
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PCFL KZ E S
1 2
3 4
1 4
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第一章 包装工艺的物理学基础
②散装堆码中堆码负载的计算
P = W(n-1) W—单个包装件的重量 kg
n—堆码层数
③托盘组装堆码中堆码负载的计算 例题：已知纸箱尺寸为500×330×250（mm）,重量为 5.5kg，分5层码在1200×1000（mm）、重量15.5kg的 托盘上，每层放7个纸箱，最多堆码3个托盘，托盘底 面支撑楞宽100（mm），求纸箱的最大堆码负载P。
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第一章 包装工艺的物理学基础
3、储存过程中的损坏 堆码负载：包装件在堆码时受到的最大压力P 压损载荷：造成包装件堆码损坏的堆码负载PCFL 蠕变：受静载荷作用下物体发生单向变形的损坏形式 ①瓦楞纸箱的压损载荷计算公式 K—系数常数； Z—纸箱的承载周长； E—纸板的边缘压溃； S—纸板的挺度。
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第一章 包装工艺的物理学基础
学习要点
1、产品的物理性质。 2、产品的物理变化。 3、力学因素对储运条件的影响。
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第一章 包装工艺的物理学基础
一、基本概念
1、物理性质：物质不需要经过化学变化就能表现出 来的性质。如：温度、熔点、密度、状态等。
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第一章 包装工艺的物理学基础
ⓓ计算纸箱的最大负载：
P=69×2×（500+330）/100 ≈1145N ⓔ考虑持续堆码100天纸箱承载力下降到55%
PCFL=1145/55×100=2082N
ⓕ考虑储存环境的相对湿度纸箱承载力下降到75% PCFL=2082/75×100=2776N ⓖ考虑到纸箱在托盘上的不同堆码形式，还应增加 125%的安全系数 PCFL=2776×1.25=3470N
例题：有一包装件质量为45kg，计算最容易跌落的高度 H=300 ×1/√45 ≈ 44.8(cm) 返回
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第一章 包装工艺的物理学基础
②跌落冲击力和冲击加速度计算 冲量：力和力的作用时间的乘积。描述力对物体作用 时间的累积效应。 动量：物体的质量和运动速度的乘积。描述物体运动 状态的物理量。 动量定理：物体所受合力的冲量等于物体的动量变化。
v2 0
t
时，求两种情
①第一种情况下两种冲百度文库力分别为：
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第一章 包装工艺的物理学基础
F1 F2 1 1 m(0 (v1 )) 10 4.43 8860N t1 0.005 1 1 m(0 (v1 )) 10 4.43 553.8 N t2 0.08
t
②第二种情况下两种冲击力分别为：
F (t ) Fm sin v 2 v1

0
(方向相反) 2
m(v 2 (v1 )) 2m v1 F (t )d t F1m F2 m
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2m v1 3.14 10 4.43 27820 N 2 0.005 2m v1 3.14 10 4.43 1740N 2 0.08
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第一章 包装工艺的物理学基础
6、托盘类型
1.双面
2.半双面
3.单面
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Fm
第一章 包装工艺的物理学基础
③产品受到的平均冲击力为：
F 1 (8860 27820 ) / 2 18340 N F 2 (553.8 1740 ) / 2 1147N
④产品受到的最大冲击加速度为： F ma v 3.14 4.43 a1m 1 2783 .45m / s 2 284g 1 0.005 v1 3.14 4.43 a2m 173.97m / s 2 17.75g 2 0.08
Ft P m(v 2 v1 ) 1 F m(v 2 v1 ) t
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第一章 包装工艺的物理学基础
例题：某产品质量为10kg，由1m 高自由跌落到地面而 无反弹，测得冲击作用时间为0.005s，若是落到缓冲材 料上，冲击作用时间为0.08s。
①比较两种冲击下产品受到的平均冲击力。 ②若冲击力呈半正玄波形 F (t ) Fm sin 况下的最大冲击力。 解： v1 2 gh 2 9.8 1 4.43m / s
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第一章 包装工艺的物理学基础
②耐热性:产品承受热能的性质。 影响因素:产品的导热性、膨胀系数、环境因素等。 ③场强变化:指电场、磁场、静电场、辐射场等的 变化。
影响因素:产品的材质、结构等。
④ 光学性质:产品对光的敏感程度。 影响因素:光的强度、材料的透明度、吸光、反射、 折射、色散度等。
2、机械性质：产品在机械运动过程中表现出来的物 理性质，包括力学性质、材料属性、结构形状等。如：尺 寸、质量、硬度、刚度、固有频率、弹性、机械损伤等。 3、影响产品物理性质的因素：
①产品的成份：构成产品的原材料。 ②产品的结构：表面形状、结构尺寸等。
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第一章 包装工艺的物理学基础
第一章 包装工艺的物理学基础
③船舶运输
受发动机和螺旋桨低频周期性振动； 波浪造成的振动和冲击。 ④飞机运输 滑行、起飞或强气流产生的振动；
飞机着陆时产生的冲击；
低气压造成密封包装件的破损。
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第一章 包装工艺的物理学基础
⑤振动传递率公式 1 (2 ) 2 TR 线性振动传递率公式 (1 2 ) 2 (2 ) 2 TR—振动传递率 ξ —阻尼比（ ξ =C/Cc） C—系统阻尼系数 Cc—系统临界阻尼系数 （Cc=2√mk ） K—弹性系数 λ —频率比（λ =f/fn） f—输入频率 fn—系统的固有频率
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堆码形式示意图
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第一章 包装工艺的物理学基础
解：首先确定最大堆码负载的位置 ⓐ最底层纸箱的承载边长：7×2×(500+330)=11620mm 最底层纸箱的总负载：14×7×5.5+2×15.5=570kg ⓑ第三托盘顶层纸箱的承载边长: 2×(500+330+330)+3×330+2×500+16×100=5910mm 第三托盘顶层纸箱的总负载： 10×7×5.5+2×15.5=416kg ⓒ每100mm边长所承载的力为: 最底层：570×9.8/116.2≈48N 第三托盘顶层：416×9.8/59.1≈69N 因此最大堆码负载的位置应在第三托盘顶层。
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第一章 包装工艺的物理学基础
②渗透：指气体或蒸汽直接溶进包装材料的一侧 表面，通过向材料本体的扩散，从另一侧表面析出的 过程。影响因素：分压梯度。 3、机械性质变化：表面形状损伤、尺寸精度、位 置精度、装配精度、硬度等的变化。
4、其它变化
①导热性:指产品传递热能的性质。 影响因素:产品的材质、结构形式、尺寸、加工方 法等。
产品的脆值：产品不发生物理的或功能的损 伤所承受的最大加速度值。用G表示。GB8166-87 《缓冲包装设计方法》
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第一章 包装工艺的物理学基础
①包装件容易跌落的高度计算 H=300×m-1/2 件） H—跌落高度（cm） （经验公式 适用于m>16kg包装
m—包装件质量（kg）
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第一章 包装工艺的物理学基础
分析：若ξ→0
1 当λ→1时，则 TR 2 →∞ 1 当λ <1时，则λ越小，TR值越小；
当λ = 当λ > 时，则TR=1 2 隔振；
2 时，则λ越大，TR值越小。
共振；
非线性弹性系统振动传递率的计算非常复杂，通常采 用对材料进行试验的方法测量，形成振动频率与传递 率曲线。
③外部环境：温度、湿度、压强、时间、电场、磁 场、风沙、热、力、声、光、电等 。
二、产品在流通中的物理变化
1、三态变化（气、液、固） ①挥发与干缩：挥发指液态、液化的气态或固态物 质在常温常压下转变成气态的过程。 影响因素：沸点、环境温度、湿度、相邻气体压力、 流动速度及接触面积等相关。
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第一章 包装工艺的物理学基础
2、运输损坏和运输环境
主要受力形式为振动与冲击 ①铁路运输 路基和铁轨接头产生的周期性振动； 编组连挂、加速、减速、刹车造成的冲击。
②公路运输
路面状况、车辆减震产生的振动； 加速、减速、刹车、散装产生的冲击。
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第一章 包装工艺的物理学基础
三、力学因素对储运条件的影响 1、 装卸环境的影响
2、运输损坏和运输环境
3、储存过程中的损坏
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第一章 包装工艺的物理学基础
三、力学因素对储运条件的影响
1、 装卸环境的影响 碰撞：包装件在能量作用下发生撞击。 冲击：碰撞引起的力的作用。 跌落：垂直向下的碰撞。
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第一章 包装工艺的物理学基础
②溶解（溶化）与风化：溶解指溶质分散于溶剂 中成为溶液的过程。 影响因素：吸湿性、水溶性、吸湿点。
③熔化与凝固：熔化指产品受热后从固态转变为 液态的过程。 影响因素：产品熔点、环境温度。 2、渗漏与渗透 ①渗漏：指气态、液态或粉状固态产品由于包装品 材质或封口质量等原因造成产品的渗出、泄漏现象。 影响因素：包装质量、机械损伤、环境变化等。