缓冲材料及设计资料

特性
复原 性 好 稍差 好 好 好 差 一般 差 稍差 无 无
EPE EPS PU EVA XPE/IXP E 瓦楞纸 板 纸浆模 皱纹纸 垫 化纤丝 金属弹 簧 橡胶
缓 冲 性 能 优 优 优 优 优 稍 差 差 不 良 良 不 良 优
密 度 小 小 小 小 小 一 般 大 一 般 小 大 大
尘 埃 度 无 很 小 无 有 无 稍 有 稍 有 大 量 有 无 无
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②重复上述步骤，在冲击高度H和面积A不变的情况下 ，改变缓冲 材料的厚度h，这样每改变一次厚度h，都可以得到一条Gm—σst曲线。 ③同样，在缓冲材料的厚度h和面积A不变的情况下 ，改变冲击高度 H ，也可以得到一族Gm—σst曲线。
曲线1：h=2.25cm 曲线4：h=9.0cm 曲线2：h=4.5cm 曲线3：h=6.75cm 曲线5：h=11.25cm 曲线6：h=13.5cm
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四、缓冲材料与缓冲防振包装设计
4.1缓冲材料力学与理化性质
一、线弹性材料 F
F F0 tan k0 x F0
F=kx
二、正切型弹性材料
o
x
F
2 k0 d b

tan
x
2d b
三、双曲正切型弹性材料
F F0 tan
k0 x F0
四、三次函数型弹性材料
F k0 x x3
ε(%) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 ┆ 顶点 0.93 σ(MPa) 0 0.06 0.13 0.17 0.2 ┆ 0.95 e(J/cm3) 0 0.003 0.12 0.027 0.043 ┆ 0.235 C ∞ 20 10.4 6.18 4.65 ┆ 4.03
根据上表数据，可以绘制出C—σm曲 线、C—ε曲线、C—e曲线。
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通过动态试验法得出的缓冲系数—最大动应力曲线。
2、动态缓冲系数
①设冲击高度为H，缓冲 材料的厚度为h，面积为A， 试验重锤重量为W，可得到 缓冲材料的静应力为
W st A
经过测试，不同的重锤重 量可测得不同的最大冲击加 速度值Gm，由此可以绘制出缓冲材料的最大冲击加速度—静应 力曲线（Gm—σst曲线）
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当缓冲材料达到最大应变εm时，重锤W在高度H所具有的 势能等于缓冲材料的形变能，即 m m WH GmW Ah d WH d m 0 0 Ah A m GmW Ah Gm h C 动态缓冲系数 d A WH H
E E F h Fh
Fh C E 1
定义：缓冲效率的倒数就是缓冲系数，用C表示。
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1、静态缓冲系数
通过静态试验法得出的缓冲系数—静应力曲线。
F/A
x
x/h

将力—形变曲线转变成应力—应变曲线，计算缓冲材料的形变能 E
E Fdx A hd Ah d
成 型 性 良 优 优 良 良 不 可 优 不 可 － 不 可 良
粘 合 性 良 良 良 良 良 优 良 良 － 不 可 良
使 用 范 围 宽 窄 宽 宽 宽 宽 宽 宽 稍 窄 宽 窄
可 燃 性 易 燃 易 燃 易 燃 易 燃 易 燃 易 燃 易 燃 易 燃 易 燃 不 燃 易 燃
薄膜气 垫
薄膜悬 挂
σm（MPa）
根据上表就可绘制出C—σm曲线。
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4.3 缓冲与防振设计
1、缓冲设计
设计的包装体系可以将产品和包装收 到的冲击的传递转变为长脉冲宽度和 低加速度幅值的响应； 包装和产品必须保证在运输过程中的 任何时候不高于设计的落下高度跌落； 同时，产品受到的冲击传递必须低于 产品的脆值风险值。
0 0 0
设e d ，e为单位体积缓冲材料的形变能，所以 E Ahe
0

缓冲系数为
Fh A h C E Ahe e 1
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例：已知密度为0.012g/cm3的缓冲材料由万能材料试验机测试出 的静态应力—应变曲线如图所示，试绘制这种材料的静态缓冲系 数曲线。 解：一般我们用表格法来解题
腐 蚀 性 无 无 无 无 无 无 无 无 无 无 稍 有
吸 水 性 无 无 无 无 无 大 大 大 无 无 大
含 水 量 无 无 微 无 无 有 有 有 无 无 有
防 霉 性 良 良 良 良 良 不 良 不 良 不 良 良 良 不 良
耐 候 性 良 良 良 良 良 良 良 良 良 良 不 良
柔 软 性 良 稍 差 优 优 优 不 良 差 不 良 优 差 优
稍差
稍差
良
优
最 小
极 小
无
无
无
无
无
无
无
无
良
良
良
良
优
优
不 良
良
良
良
宽
宽
易 燃
易 燃
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4.2 缓冲材料的缓冲系数
设缓冲材料的原始厚度为 h，其 产生的变形能为 x
E Hale Waihona Puke Baidu Fdx
0
每个单位厚度缓冲材料吸收的 能量为 E / h 定义缓冲效率为：单位厚度缓冲材料吸收的能量与作用力的 比值，用η表示
GmW 4 ma 10 MPa m 解： m A
W（kg） 1.0 1.3 2.0 3.0 5.0 ┆ 30
m （m/s2） x
656.5 588.0 441.0 323.4 245.0 ┆ 441.0
Gm h C 0.01667am H
C 11.17 10.00 7.50 5.50 4.17 ┆ 7.50 0.066 0.076 0.088 0.097 0.123 ┆ 1.323
0
因此，由 G m- σ st 曲线 可以得出 C 和 σ m 值，从 而绘出动态缓冲系数— 最大动应力曲线（ C — σ m 曲 线 ） 。
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例：将密度为0.035g/cm3的某种缓冲材料制成 10cm×10cm×10cm的试件，在落锤冲击机上进行冲击试验， 各次试验的跌落高度均为60cm，各次试验的重锤质量及测得 最大加速度列于下表，试绘制这种材料的动态C—σm曲线。