包装缓冲材料详解

Sealed Air Co.Korrvu悬挂式(suspension)缓冲包装
用高强度、高弹性、高韧性、低滑动塑料薄膜，粘结 在瓦楞纸板框架上，产品被夹在两个薄膜框架内。 适合电子零部件包装的高性能保护技术。
2.2 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。
Fra Baidu bibliotek
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。
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。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。
缓冲材料的结构需要满足：
单位体积的吸收能要大 材料给予内装产品的作用力要小
因此，要求缓冲效率要大。
二、缓冲系数
缓冲系数是表示缓冲材料特性的一个重要参数，对 于非线性缓冲材料，在设计其使用尺寸时，广泛利用 材料的缓冲系数进行。
缓冲系数与缓冲效率互为倒数关系
缓冲系数的物理意义：缓冲材料的应力与该应力 下单位体积缓冲材料吸收的能量之比。
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。
优点：
● 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
第二节 缓冲材料的力学特性
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 相当复杂的。 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。
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。
第三节 组合材料的力学特性
一、缓冲材料的叠置
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。
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；具有优异的耐水、过热和水蒸气的性能。
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。 CR 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。
软质泡沫塑料（弹性模量<70kPa) 23⁰ 和50% RH条件 下的弹性模量
1.2 EPS(发泡聚苯乙烯)
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；
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
组合后的应力—应变曲线。
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
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。 吊装弹簧结构、木屑、塑料丝、 涂胶纤维等材料属于这一类弹性体
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。
PEF内衬
1.6 EPDM(三元乙丙烯人造橡胶，俗称多孔橡胶) CR(氯丁橡胶) EPDM ：具有卓越的耐侯型，耐臭氧，可在130⁰C下长期使用；
注：受外力作用时， 两种材料有相同的形变。
或
E＞
EA=E1A1+E2A2
E＜ 假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且E1>E2，
E2<E<E1
2.非线弹性材料。 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。
评价缓冲包装材料的静 态缓 冲特性 缓冲系数— 应力曲线
缓冲系数— 应变 曲线 缓冲系数— 变形能 曲线
1、试验原理
适用场合：
2.4 纸浆发泡块
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
2.5 纸纤维成型材料（Pillowpack）
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。
• 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。
1.5 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：
适用场合：
2.3 纸浆模
优点：
●废纸来源广泛、质轻、储运方便、成本低。
●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！
一、缓冲效率
第四节 缓冲效率和缓冲系数
缓冲包装材料非线性变形曲线
假设缓冲材料是立方体，受力面垂直于外力F，原始厚度为T。 缓冲材料在力F作用下的变形能E为：
缓冲效率：压缩状态下单位厚度的缓冲包装材料所吸收的 能量（E/T)与压缩载荷之比。
理想缓冲效率：压缩变形极限时，缓冲包装材料单位变 形量所吸收的能量(E/db)与压缩载荷之比。
注：两种材料受力相同
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
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。
材料应力应变曲线下的曲边三角形的面积
第五节 缓冲特性曲线
材料的缓冲系数是通过试验测得的，通常 使用的方法有静态压缩试验方法和动态压缩 试验方法。得到的曲线分别为静态缓冲特性 曲线和动态缓冲特性曲线。
一
静态缓冲特性曲线 动态缓冲特性曲线
二
一、静态缓冲特性曲线
力—变形 曲线
应力—应变 曲线
在材料的应力-应变曲线取不同 的点，有不同的最大应力，不同的 最大应力又有不同的缓冲系数。因 此，缓冲系数不是常数，而是最大 应力的函数，这个函数的曲线称为 缓冲系数最大应力曲线。
气垫塑料薄膜。 按塑料树脂分 热塑性泡沫塑料（PE,PP,PS,PVC等）
热固性泡沫塑料（PU,酚醛泡沫等）
按发泡方法和工艺不同形成的孔结构分 开孔 闭孔 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）
按孔径分
大泡孔（直径大于0.5mm) 小泡孔（直径大于0.25mm)
包装缓冲材料详解
运输包装学院 刘洋
第二章 缓冲包装材料及其缓冲特性
1 2 3 4 5 6
第一节 常用缓冲材料 第二节 缓冲材料的力学特性 第三节 组合材料的力学特性 第四节 缓冲效率和缓冲系数 第五节 缓冲特性曲线
第六节 缓冲材料的全面评价
第一节 常用缓冲包装材料
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，表6-5）
• 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；
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
寻求性价比与EPS相当的环保型缓冲出来是一大世界难题！
1.4 PU(发泡聚氨基甲酸脂） ——简称聚氨脂，俗称人造海绵) 优点：
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。
EPDM
1.7 EPP(发泡聚丙烯，俗称拿普龙) 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）
结论： 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。组合后的应力—应变曲线介于两 种原始材料的应力—应变曲线之间。 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。
按泡沫密度分 低发泡（密度>0.4g/cm3 ,气体与固体之比<1.5）
3 , 气体与固体之比 中发泡（密度=0.1-0.4g/cm
为1.5-9 ）
3
高发泡（密度<0.1g/cm
，气体与固体之比>9）
按泡沫体的硬度分
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
适用场合：
1.9 塑料薄膜悬挂缓冲包装
采用高强度、高弹性、不易滑动的薄膜来定位产品，防止产品 受到冲击和震动而发生损坏。
优点：
● 适用于各种形状的产品包装。
● 包装可以折叠，减少储存空间，也无需专门的设备配合。 ● 可重复使用，减少包装废弃物； ● 含有30%的可回收物料，可再生利用。 适用场合： 即可用于运输包装，又可用于销售包装。