CN109100223A - 缓冲包装材料密实化应变的确定方法 - Google Patents

缓冲包装材料密实化应变的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，包括对缓冲包装材料进行静态压缩试验，绘制力‑位移曲线，再根据力—位移曲线换算得到应力‑应变曲线，计算应力‑应变曲线上各点的单位体积变形能，缓冲包装材料的能量吸收效率，根据不同应力值对应的能量吸收效率，确定缓冲包装材料的密实化应变，即材料丧失缓冲特性前的最大应变，进而确定缓冲包装材料缓冲吸能特性。

Description

缓冲包装材料密实化应变的确定方法
技术领域
本发明属于缓冲包装材料缓冲性能技术领域，具体涉及一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法。
背景技术
产品从生产出来到开始使用要经过一系列的运输、保管、堆码和装卸过程，最后再将其置于一定的环境之中。产品从生产到使用的过程中都会有力作用在产品之上，并使产品发生机械变形，为了防止产品遭受损坏，就要设法减小外力的影响，采用缓冲包装材料将产品包裹起来，能有效减缓内装物受到冲击和振动，保护其免受损坏。
缓冲包装材料又称防震包装材料，特点是质轻、保温、隔音、强度大和刚性好，具有优良的缓冲吸能特性，因此广泛用于包装、缓冲衬垫、家具和建材等领域。常用的缓冲包装材料主要包括泡沫塑料和纸类缓冲包装材料。
检测确定缓冲包装材料的缓冲吸能特性，即确定缓冲包装材料能吸收多少能量是缓冲设计的关键性因素，只有确定缓冲包装材料的最大吸收能量，才能根据不同材料的特性将其用于实际生产中。
缓冲包装材料的缓冲吸能特性主要与纸蜂窝的承载性能和承受变形情况有关。目前对缓冲包装材料缓冲吸能特性的研究大多集中在缓冲包装材料压缩临界载荷和动态压损问题上，很少有缓冲包装材料承压变形极限方面的研究。
通过对缓冲包装材料的压缩试验，可得到其压缩曲线，缓冲包装材料在压缩过程中会经历典型的三个阶段：线弹性区、平台区和密实化区。在其压缩进入密实化区前，存在着一个压缩应力峰值，为了研究方便，定义此值为临界密实化应变，简称密实化应变εD，此时材料变形开始进入密实化阶段，同时，也表明材料基本不再具有缓冲吸能特性。因此，准确确定缓冲包装材料的密实化应变对判断材料的缓冲吸能特性强弱至关重要。
目前，缓冲包装材料的密实化应变仅是一个相对概念，尚无准确计算的方法，采用绘图法确定，耗时长且误差较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，解决了现有方法不能准确确定缓冲包装材料密实化应变，判断缓冲包装材料缓冲吸能特性强弱的问题。
本发明采用的技术方法是，一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，具体包括以下步骤：
步骤1，对缓冲包装材料进行静态压缩试验，绘制力-位移曲线；
步骤2，对步骤1的力—位移曲线进行换算处理，得到应力-应变曲线；
步骤3，计算应力-应变曲线上各点的单位体积变形能；
步骤4，根据应力-应变曲线上各点的单位体积变形能，计算缓冲包装材料的能量吸收效率；
步骤5，根据缓冲包装材料的能量吸收效率，计算缓冲包装材料的密实化应变，即材料丧失缓冲性前的最大应变。
本发明的技术特征还在于，
所述步骤2中，计算缓冲材料应力的表达式为：
σ＝F/A×106
式中，σ为压缩应力，P为压缩载荷，A为试验样品承载面积；
计算缓冲材料的压缩应变的表达式为：
ε＝X/T
式中，ε为压缩应变，X为形变量，T为试验样品原始厚度。
所述步骤3中，应力应变曲线上任意一点(εa,σa)的单位体积变形能计算公式为：
所述步骤4中，计算缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)的公式为：
所述步骤5中，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时，
式中，εi表示应力-应变曲线上任一点对应的应变量值。
所述步骤1中，对缓冲包装材料进行静态压缩试验前，优选的先对材料进行恒温恒湿预处理。
对材料进行恒温恒湿预处理的设置温度为23℃，设置湿度为65％。
所述步骤1中，静态压缩试验机优选用万能材料试验机。
本发明的有益效果是，通过对缓冲包装材料的静态压缩试验，获取材料的应力-应变曲线，进而准确计算出材料的密实化应变，确定缓冲包装材料缓冲吸能特性，解决了现有方法不能准确确定缓冲包装材料缓冲吸能特性强弱的问题。
附图说明
图1是传统纸蜂窝经过静态压缩试验获取的应力—应变曲线图；
图2是本发明实施例1的一种正六边形蜂窝纸板经过静态压缩试验获取的应力—应变曲线图；
图3是与图2的应力—应变曲线相对应的能量吸收效率—应变曲线图；
图4是本发明实施例2的一种C型瓦楞纸板经过静态压缩试验获取的应力—应变曲线图；
图5是与图4的应力—应变曲线相对应的能量吸收效率—应变曲线图；
图6是本发明实施例3的一种BC型瓦楞纸板经过静态压缩试验获取的应力—应变曲线图；
图7是与图6的应力—应变曲线相对应的能量吸收效率—应变曲线图；
图8是本发明实施例3的一种发泡聚丙烯EPP材料经过静态压缩试验获取的应力—应变曲线图；
图9是与图8的应力—应变曲线相对应的能量吸收效率—应变曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不局限于该具体实施方式。
本发明缓冲包装材料密实化应变的确定方法，具体包括以下步骤：
步骤1，参照缓冲包装材料静态压缩试验方法(GB/T 8168-2008)，以及温湿度调节处理标准(GB/T 4857.2-2005)，将试验样品置于恒温恒湿箱中进行预处理，设置温度为23℃，相对湿度为65％，处理时间为24～48h。试验前测量试验样品的厚度，并作为其原始厚度(T)。用万能材料试验机对缓冲包装材料进行静态压缩试验，以一定的压缩速度沿厚度方向对试验样品逐渐增加载荷，得到压缩力—位移曲线。
步骤2，对步骤1得到的压缩力—位移曲线F-X进行标准化处理，获取压缩应力-应变曲线，缓冲包装材料压缩应力的计算公式如下：
σ＝F/A×106
式中，σ为压缩应力，单位为Pa；P为压缩载荷，单位为N；A为试验样品承载面积，单位为mm2。
缓冲包装材料压缩应变的计算公式如下：
ε＝X/T
式中，ε为压缩应变；X为形变量，单位为mm；T为试验样品原始厚度，单位为mm。
缓冲包装材料的σ-ε曲线包括典型的三个阶段，第一阶段为线弹性变形阶段，即材料弹性变形末出现初始峰应力前的阶段；第二阶段为平台区阶段，压缩应力在某一水平值上下波动，该水平值称为平台应力；第三阶段为密实化阶段，密实化开始时的应变称为密实化应变εD，此时σ-ε曲线开始急剧上升，缓冲材料被完全压缩，几乎无缓冲性能，见图1。
步骤3，计算缓冲包装材料应力—应变曲线上任意一点(εa,σa)的单位体积变形能E，其计算表达式如下：
步骤4，根据缓冲包装材料应力—应变曲线上任意一点(εa,σa)的单位体积变形能E，计算该缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)，其计算表达式如下：
步骤5，根据该缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)，计算缓冲包装材料的密实化应变，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时
材料的密实化应变，即材料在丧失缓冲性前的最大应变，材料的密实化应变越小，材料进行缓冲时产生的形变越小，材料的缓冲性能越好，故根据缓冲包装材料的密实化应变可确定其缓冲吸能特性。
实施例1
确定一种正六边形蜂窝纸板密实化应变的方法，其具体步骤如下：
步骤1，先对该材料进行恒温恒湿预处理，设置温度为23℃，设置湿度为65％，测定出该材料厚度为40mm，再采用万能材料试验机对该材料进行静态压缩试验，根据试验结果绘制力-位移曲线；
步骤2，对步骤1的力—位移曲线进行换算处理，得到应力-应变曲线(见图2)，应力应变的计算公式如下：
σ＝F/A×106
ε＝X/T
式中，σ为压缩应力，单位为Pa；P为压缩载荷，单位为N；A为试验样品承载面积，单位为mm2。
ε为压缩应变；X为形变量，单位为mm；T为试验样品原始厚度，单位为mm。
步骤3，计算步骤2应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算表达式如下：
步骤4，根据应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算材料的能量吸收效率η(εa)，计算表达式如下：
绘制能量吸收效率—应变曲线，即η-ε曲线(见图3)；
步骤5，根据η-ε曲线，确定出该材料的密实化应变，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时
经过计算，本实施例正六边形蜂窝纸板密实化应变εD＝0.75117，即η取得最大值所对应的坐标点(0.75117,0.59062)的横坐标值。
实施例2
确定一种C型瓦楞纸板密实化应变的方法，其具体步骤如下：
步骤1，先对该材料进行恒温恒湿预处理，设置温度为23℃，设置湿度为65％，测定出该材料厚度为25mm，再采用万能材料试验机对该材料进行静态压缩试验，根据试验结果绘制力-位移曲线；
步骤2，对步骤1的力—位移曲线进行换算处理，得到应力-应变曲线(见图4)，应力应变的计算公式如下：
σ＝F/A×106
ε＝X/T
式中，σ为压缩应力，单位为Pa；P为压缩载荷，单位为N；A为试验样品承载面积，单位为mm2。
ε为压缩应变；X为形变量，单位为mm；T为试验样品原始厚度，单位为mm。
步骤3，计算步骤2应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算表达式如下：
步骤4，根据应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算材料的能量吸收效率η(εa)，计算表达式如下：
绘制能量吸收效率—应变曲线，即η-ε曲线(见图5)；
步骤5，根据η-ε曲线，确定出该材料的密实化应变，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时
经过计算，本实施例C型瓦楞纸板的密实化应变εD＝0.71867，即η取得最大值时所对应的坐标点(0.71867,0.79098)的横坐标值。
实施例3
确定一种BC型瓦楞纸板密实化应变的方法，其具体步骤如下：
步骤1，先对该材料进行恒温恒湿预处理，设置温度为23℃，设置湿度为65％，测定出该材料厚度为28mm，再采用万能材料试验机对该材料进行静态压缩试验，根据试验结果绘制力-位移曲线，
步骤2，对步骤1的力—位移曲线进行换算处理，得到应力-应变曲线(见图6)，应力应变的计算公式如下：
σ＝F/A×106
ε＝X/T
式中，σ为压缩应力，单位为Pa；P为压缩载荷，单位为N；A为试验样品承载面积，单位为mm2。
ε为压缩应变；X为形变量，单位为mm；T为试验样品原始厚度，单位为mm。
步骤3，计算步骤2应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算表达式如下：
步骤4，根据应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算材料的能量吸收效率η(εa)，计算表达式如下：
绘制能量吸收效率—应变曲线，即η-ε曲线(见图7)；
步骤5，根据η-ε曲线，确定出该材料的密实化应变，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时
经过计算，本实施例BC型瓦楞纸板的密实化应变εD＝0.78051，即η取得最大值时所对应的坐标点(0.78051,0.98082)的横坐标值。
实施例4
确定一种发泡聚丙烯EPP材料密实化应变的方法，其具体步骤如下：
步骤1，先对该材料进行恒温恒湿预处理，设置温度为23℃，设置湿度为65％，测定出该材料厚度为30mm，再采用万能材料试验机对该材料进行静态压缩试验，根据试验结果绘制力-位移曲线，
步骤2，对步骤1的力—位移曲线进行换算处理，得到应力-应变曲线(见图8)，应力应变的计算公式如下：
σ＝F/A×106
ε＝X/T
式中，σ为压缩应力，单位为Pa；P为压缩载荷，单位为N；A为试验样品承载面积，单位为mm2。
ε为压缩应变；X为形变量，单位为mm；T为试验样品原始厚度，单位为mm。
步骤3，计算步骤2应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算表达式如下：
步骤4，根据应力-应变曲线上各点的单位体积变形能E，计算材料的能量吸收效率η(εa)，计算表达式如下：
绘制能量吸收效率—应变曲线，即η-ε曲线(见图9)；
步骤5，根据η-ε曲线，确定出该材料的密实化应变，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时
经过计算，本实施例发泡聚丙烯EPP材料的密实化应变εD＝0.68778，即η取得最大值时所对应的坐标点(0.68778,0.37411)的横坐标值。
对比以上四个具体实施例中材料的密实化应变测量计算结果，可知，实施例4发泡聚丙烯EPP材料的缓冲吸能特性最好。

Claims (8)

1.一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对缓冲包装材料进行静态压缩试验，绘制力-位移曲线；
步骤2，对步骤1的力—位移曲线进行换算处理，得到应力-应变曲线；
步骤3，计算应力-应变曲线上各点的单位体积变形能；
步骤4，根据应力-应变曲线上各点的单位体积变形能，计算缓冲包装材料的能量吸收效率；
步骤5，根据缓冲包装材料的能量吸收效率，计算缓冲包装材料的密实化应变，即材料丧失缓冲性前的最大应变。
2.根据权利要求1所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，所述步骤2中，计算缓冲材料应力的表达式为：
σ＝F/A×106
式中，σ为压缩应力，P为压缩载荷，A为试验样品承载面积；
计算缓冲材料的压缩应变的表达式为：
ε＝X/T
式中，ε为压缩应变，X为形变量，T为试验样品原始厚度。
3.根据权利要求2所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，所述步骤3中，应力应变曲线上任意一点(εa,σa)的单位体积变形能计算公式为：
4.根据权利要求3所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，所述步骤4中，计算缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)的公式为：
5.根据权利要求4所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，所述步骤5中，当缓冲包装材料的能量吸收效率η(εa)达到最大值时，对应的应变即为材料的密实化应变值，此时，
式中，εi表示应力-应变曲线上任一点对应的应变量值。
6.根据权利要求1所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，所述步骤1中，对缓冲包装材料进行静态压缩试验前，优选的先对材料进行恒温恒湿预处理。
7.根据权利要求6所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，对材料进行恒温恒湿预处理的设置温度为23℃，设置湿度为65％。
8.根据权利要求1所述的一种缓冲包装材料密实化应变的确定方法，其特征在于，所述步骤1中，静态压缩试验机优选用万能材料试验机。
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