《運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)及包裝驗(yàn)證》課件-4.緩沖包裝

運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)及包裝驗(yàn)證緩沖原理及緩沖系數(shù)緩沖原理及緩沖系數(shù)1緩沖材料基本特性-彈性

腳本：生活中我們能接觸到很多常見的緩沖包裝材料，如發(fā)泡聚苯乙烯EPS、發(fā)泡聚乙烯EPE、充氣袋等等。那么，不同類型的緩沖材料其緩沖性能一樣嗎？如果不一樣，怎樣評價不同材料的緩沖性能？緩沖原理及緩沖系數(shù)1緩沖材料基本特性-彈性

腳本：發(fā)泡聚苯乙烯EPS、發(fā)泡聚乙烯EPE、充氣袋等緩沖材料的共性是什么呢？是彈性，彈性是材料具有緩沖能力的基本條件，是緩沖材料區(qū)別于一般結(jié)構(gòu)材料的特征。那么，什么是彈性？所謂彈性，是指固態(tài)物體在外力作用下發(fā)生形變，當(dāng)外力消除，形變也隨之消除的一種特性。本質(zhì)上說，彈性是物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化而引起的一種內(nèi)應(yīng)力。緩沖原理及緩沖系數(shù)1緩沖材料基本特性-彈性

腳本：為了提高某些材料的彈性，改善緩沖性能，常常對實(shí)體材料進(jìn)行發(fā)泡處理。經(jīng)過發(fā)泡處理，實(shí)體材料內(nèi)部充斥了許多氣泡，體積隨之?dāng)U大，這時原材料本身的彈性變得很弱，而表現(xiàn)出一種新的彈性特征，大大改善了材料的緩沖性能，這就是很多緩沖材料都是發(fā)泡材料的主要原因。緩沖原理及緩沖系數(shù)2緩沖原理

跌落沖擊包裝模型緩沖原理及緩沖系數(shù)2緩沖原理

緩沖原理及緩沖系數(shù)2緩沖原理

腳本：以上分析可以看出，緩沖材料之所以具有緩沖特性是因?yàn)榫哂袕椥缘木彌_材料在受到?jīng)_擊時產(chǎn)生形變，吸收了沖擊能量，把沖擊能量轉(zhuǎn)化為緩沖材料的變形能量，以減小產(chǎn)生在產(chǎn)品上的沖擊能量，這就是緩沖原理。值得一提的是，材料的力-形變曲線一般用靜態(tài)壓縮試驗(yàn)獲得，而不是動態(tài)壓縮試驗(yàn)獲得。因?yàn)?，由于動態(tài)壓縮試驗(yàn)沖擊速度太快不太容易精確測取到材料瞬態(tài)壓縮變形的力-形變曲線。力-形變曲線緩沖原理及緩沖系數(shù)3緩沖效率及緩沖系數(shù)

腳本：緩沖材料的吸收能可以用力-形變曲線與橫坐標(biāo)之間的面積表示。由于力-形變曲線受到面積和厚度的制約，不便于材料間的比較和應(yīng)用，工程上通常使用由力-形變曲線通過應(yīng)力-應(yīng)變公式轉(zhuǎn)化而來的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

緩沖原理及緩沖系數(shù)3緩沖效率及緩沖系數(shù)

應(yīng)力-應(yīng)變曲線緩沖原理及緩沖系數(shù)3緩沖效率及緩沖系數(shù)

腳本：由此可知，緩沖系數(shù)越低，則緩沖效率越高，對產(chǎn)品的保護(hù)越好，反之，對產(chǎn)品的保護(hù)越差。同理，緩沖系數(shù)也是一個無量綱的物理量。緩沖原理及緩沖系數(shù)4緩沖系數(shù)的物理意義

緩沖原理及緩沖系數(shù)5緩沖系數(shù)的作用

（1）評價不同緩沖材料緩沖性能的優(yōu)劣；（2）用于緩沖包裝設(shè)計(jì)。緩沖材料基本類型緩沖材料基本類型1緩沖材料的類型

腳本：前面講到，緩沖材料的基本特性是彈性，彈性是材料具有緩沖能力的基本條件，是緩沖材料區(qū)別于一般結(jié)構(gòu)材料的特征。但是，每種材料的彈性是不一樣的，同時其回彈性也有差異。什么是回彈性？回彈性是指緩沖材料在卸載后能恢復(fù)原有形狀和尺寸的能力，通常用回彈率來描述，回彈率定義如下：

腳本：從上式可以看出，壓縮回彈后的厚度越大，則回彈率越大，代表著回彈性越好?；貜椥院玫牟牧夏艹惺芏啻螞_擊而始終保持與產(chǎn)品的接觸，不產(chǎn)生空隙，有利于保護(hù)產(chǎn)品；而回彈性差的材料，幾次承載后，殘留的塑形變形大，與產(chǎn)品貼合的表面產(chǎn)生一定的空隙，容易發(fā)生二次沖擊，增加產(chǎn)品破損的可能性。緩沖材料基本類型1緩沖材料的類型

腳本：前面也講到，形變是產(chǎn)生緩沖特性的重要原因，簡單說就是只要產(chǎn)生形變就能產(chǎn)生緩沖。產(chǎn)生形變的方式有很多種，有的緩沖材料主要通過本體壓縮產(chǎn)生形變，有的緩沖材料主要通過結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生形變，以上兩種方式都是緩沖材料提供緩沖的主要原因。

本體壓縮結(jié)構(gòu)變形緩沖材料基本類型1緩沖材料的類型

腳本：因此，根據(jù)緩沖材料回彈性以及提供緩沖的主要原因，可以將緩沖材料分為兩大類：一類是發(fā)泡體緩沖材料，這類緩沖材料回彈性好且提供緩沖的主要原因是發(fā)泡體本身，主要有EPS、EPE、EPO、氣泡膜、充氣袋等；另一類是結(jié)構(gòu)體緩沖材料，這類緩沖材料回彈性差或幾乎無回彈性且提供緩沖的主要原因是結(jié)構(gòu)本身，主要有瓦楞紙板、蜂窩紙板、紙漿模塑等紙制品包裝材料以及塑料吸塑制品。

發(fā)泡體緩沖材料

結(jié)構(gòu)體緩沖材料腳本：下面對以上兩類材料做簡單介紹：緩沖材料基本類型2發(fā)泡體緩沖材料

腳本：發(fā)泡體緩沖材料主要包括兩類：一類是發(fā)泡塑料類緩沖材料，有EPS、EPE、EPO、EPP、EVA、PU等，其中EPS、EPE是最常用的緩沖包裝材料；另一類是充氣塑料類緩沖材料，如氣泡膜、充氣袋等。

發(fā)泡塑料類充氣塑料類發(fā)泡體緩沖材料緩沖材料基本類型2發(fā)泡體緩沖材料

腳本：發(fā)泡體緩沖材料其主要共性點(diǎn)簡單總結(jié)如下：

（1）發(fā)泡體緩沖材料大多數(shù)材質(zhì)為塑料高分子材料，因此，其自然降解周期長甚至無法自然降解，對自然環(huán)境不夠友好；（2）發(fā)泡體緩沖材料主要通過發(fā)泡材料本體壓縮產(chǎn)生形變提供緩沖保護(hù)；（3）相比結(jié)構(gòu)體緩沖材料，發(fā)泡體緩沖材料回彈性好，能承受多次沖擊而不產(chǎn)生空隙，有利于保護(hù)產(chǎn)品；緩沖材料基本類型2發(fā)泡體緩沖材料

腳本：

（4）大多數(shù)發(fā)泡體緩沖材料壓縮變形過程與一般多孔材料的壓縮特征相似，大致可分為三個階段：彈性階段、屈服平臺階段和壓實(shí)階段，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖所示，屈服平臺區(qū)吸收大量的能量，具有較好的緩沖效果。緩沖材料基本類型2發(fā)泡體緩沖材料

腳本：常用發(fā)泡體緩沖材料其主要差異點(diǎn)簡單總結(jié)如下：

材料種類材料名稱材料成分發(fā)泡原理制件成型工藝制件制圖工具經(jīng)濟(jì)性備注發(fā)泡塑料類EPS聚苯乙烯物理發(fā)泡模壓成型UG/Creo等三維軟件高

EPE聚乙烯物理發(fā)泡擠出工藝+手工粘合UG/Creo等三維軟件中

EPO聚烯烴物理發(fā)泡模壓成型UG/Creo等三維軟件低可與EPS共用模具充氣塑料類氣泡膜聚乙烯充氣擠出工藝+模具吸附成型CAD/AI/CDR等二維軟件高存在慢泄漏的風(fēng)險充氣袋復(fù)合材料充氣擠出工藝+充氣CAD/AI/CDR等二維軟件中存在慢泄漏的風(fēng)險腳本：每種發(fā)泡體緩沖材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)時根據(jù)不同的設(shè)計(jì)場景及設(shè)計(jì)需求選擇合適的緩沖材料。緩沖材料基本類型3結(jié)構(gòu)體緩沖材料

腳本：結(jié)構(gòu)體緩沖材料主要包括兩類：一類是紙結(jié)構(gòu)類緩沖材料，有瓦楞紙板、蜂窩紙板、紙漿模塑等；另一類是吸塑結(jié)構(gòu)類緩沖材料，如PS吸塑制件、PET吸塑制件等。

紙結(jié)構(gòu)類吸塑結(jié)構(gòu)類結(jié)構(gòu)體緩沖材料緩沖材料基本類型3結(jié)構(gòu)體緩沖材料

腳本：結(jié)構(gòu)體緩沖材料其主要共性點(diǎn)簡單總結(jié)如下：

（1）結(jié)構(gòu)體緩沖材料主要為紙類緩沖材料，因此，其可以自然降解，相比發(fā)泡體緩沖材料，對環(huán)境較友好；（2）結(jié)構(gòu)體緩沖材料主要通過結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生形變提供緩沖保護(hù)；（3）相比發(fā)泡體緩沖材料，結(jié)構(gòu)體緩沖材料回彈性較弱，有些變形還不可逆，不能承受多次沖擊，不利于產(chǎn)品保護(hù)。腳本：另外，結(jié)構(gòu)體緩沖材料壓縮特性沒有一定的規(guī)律性，不同結(jié)構(gòu)之間差異較大。緩沖材料基本類型3結(jié)構(gòu)體緩沖材料

腳本：常用結(jié)構(gòu)體緩沖材料其主要差異點(diǎn)簡單總結(jié)如下：

腳本：同樣，每種結(jié)構(gòu)體緩沖材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)時根據(jù)不同的設(shè)計(jì)場景及設(shè)計(jì)需求選擇合適的緩沖材料。材料種類材料名稱材料成分制件成型工藝制件制圖軟件經(jīng)濟(jì)性備注紙結(jié)構(gòu)類瓦楞紙板纖維素刀模+人工粘合CAD/AI/CDR等二維軟件低

蜂窩紙板纖維素刀模+人工粘合CAD/AI/CDR等二維軟件中

紙漿模塑纖維素模具成型UG/Creo等三維軟件高

塑料結(jié)構(gòu)類PS吸塑制件、聚苯乙烯模具成型UG/Creo等三維軟件低吸塑制品可共用模具PET吸塑制件聚酯模具成型UG/Creo等三維軟件高常用結(jié)構(gòu)體緩沖材料緩沖材料基本類型4小結(jié)

（1）緩沖材料提供緩沖的主要原因有兩種：一種是發(fā)泡體緩沖；另一種是結(jié)構(gòu)體緩沖。以上兩種提供緩沖的原因通常不是孤立存在的，有時同時發(fā)生作用，具體屬于哪一類緩沖類型主要看哪一種原因占主導(dǎo)地位；（2）由于結(jié)構(gòu)體緩沖材料大多數(shù)情況下變形不可逆，產(chǎn)生塑形變形，很難恢復(fù)彈性，用作緩沖時，容易造成二次沖擊，導(dǎo)致產(chǎn)品破損。因此，進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計(jì)時，選用發(fā)泡體緩沖材料占多數(shù)。緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線1緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線的概念

腳本：根據(jù)緩沖系數(shù)的定義，就可以求出在某一應(yīng)力下的緩沖系數(shù)，改變應(yīng)力就可以計(jì)算出不同的緩沖系數(shù)，從而獲得一組緩沖系數(shù)-應(yīng)力數(shù)據(jù)。以應(yīng)力為橫坐標(biāo)，緩沖系數(shù)為縱坐標(biāo)，可以繪制出一條曲線，這條曲線稱為緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線。繪制緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線方法如下：將靜態(tài)壓縮試驗(yàn)得到的力-形變曲線通過應(yīng)力-應(yīng)變公式轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-應(yīng)變曲線，再將應(yīng)力-應(yīng)變曲線通過緩沖系數(shù)定義轉(zhuǎn)化為緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線。如圖所示：

力-形變曲轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)化為沖系數(shù)-應(yīng)力曲線緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線2緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線數(shù)學(xué)求解法-數(shù)學(xué)公式積分法

腳本：對于某款緩沖材料，如果知道其力-形變曲線或應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式且表達(dá)式可以積分，則可以通過求積分的方式求解其緩沖系數(shù)，獲得緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線。下面以有數(shù)學(xué)表達(dá)式且數(shù)學(xué)表達(dá)式可積分的線彈性材料為例，介紹如下：例如某線彈性材料，其力-形變曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線2緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線數(shù)學(xué)求解法-數(shù)學(xué)公式積分法

腳本：另外同學(xué)們還可以根據(jù)上述方法求解二次冪函數(shù)、正切函數(shù)等函數(shù)型緩沖材料的緩沖系數(shù)，并描繪其緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線，對比一次冪函數(shù)曲線的差異。

緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

腳本：上文講解了通過數(shù)學(xué)的方式求解緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線，此方法的前提是應(yīng)力-應(yīng)變曲線具有明確的數(shù)學(xué)表達(dá)式且表達(dá)式可以積分。但實(shí)際情況是大多數(shù)緩沖材料其應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒法用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)式表達(dá)，所以無法使用上述方法求解。為此要獲得緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線要采取估算的方法近似求解積分面積，即單位體積吸收能，進(jìn)而求解緩沖系數(shù)。兩種方法指導(dǎo)思想是一致的，即運(yùn)用了微積分的思想。簡單示意圖如下：緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

腳本：近似求解的方法，主要包括兩大部分：第一部分，靜態(tài)壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取。利用試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn)測取緩沖材料的力-形變數(shù)據(jù)，提取需要的力-形變原始數(shù)據(jù)；第二部分，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理。利用Excel等數(shù)據(jù)處理工具，將試驗(yàn)測取的力-形變數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)及曲線，再轉(zhuǎn)化為緩沖系數(shù)-應(yīng)力數(shù)據(jù)及曲線。第一部分，靜態(tài)壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取。第二部分，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理腳本：簡單介紹如下。緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

（1）、第一部分：靜態(tài)壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)測取靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法根據(jù)《GB/T8168包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行：緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

腳本：需要注意以下幾點(diǎn)：（a）、試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)可以提取原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；（b）、試樣的尺寸為：長方體形狀，由于試驗(yàn)條件的限制試樣一般取100mm╳100mm，取樣時注意，切邊要整齊；（c）、靜載荷速度為12mm/min±3mm/min；（d）、為保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備，壓縮量一般不超過試樣厚度的80%，根據(jù)厚度大小可以適度調(diào)整壓縮量；（e）、測試的起始位置一般設(shè)置為零，即試樣處于受力與不受力之間，以免后期導(dǎo)出很多無效數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)處理工作量。試驗(yàn)設(shè)備提取始數(shù)據(jù)

試樣壓縮起始位置試樣尺寸腳本：其他注意事項(xiàng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求。準(zhǔn)備完畢，按照試驗(yàn)設(shè)備操作規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn)，導(dǎo)出原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)。緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

腳本：如果測試設(shè)備導(dǎo)出的原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)太密，可以按5%壓縮量的步長為間隔提取力-形變數(shù)據(jù)，根據(jù)精度的要求適當(dāng)調(diào)整步長。步長越小，意味著面積分割越細(xì)，面積計(jì)算越接近真實(shí)面積，精度就越高。例如，某設(shè)備測試某密度發(fā)泡聚乙烯EPE靜態(tài)壓縮試驗(yàn)導(dǎo)出的txt格式的部分原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖所示，其第二列、第三列分別為力和形變量數(shù)據(jù)，試樣厚度為50mm，如若按5%壓縮量的步長取數(shù)，則取數(shù)間隔為2.5mm，即第一個數(shù)據(jù)可以取2.4510mm、107.981N；第二個數(shù)據(jù)可取4.8994mm、150.775N；第三個數(shù)據(jù)可取7.3456mm、181.102N，依次類推，直至取完所能取的數(shù)據(jù)。

（2）、第二部分：試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理（a）原始數(shù)據(jù)提取腳本：值得說明的是，不同設(shè)備可能有不同的原始數(shù)據(jù)記錄方式，導(dǎo)出的格式可能也不一樣，這需要根據(jù)實(shí)際情況處理，但基本的取數(shù)原理和方法是一樣的。緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

腳本：利用Excel等表格工具，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變公式計(jì)算出應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，如圖所示：C列和F列為提取的形變量和力數(shù)據(jù)，J列和K列為計(jì)算獲得的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)，在Excel中插入圖表，選擇散點(diǎn)圖，獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線：

（b）計(jì)算并繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線EPE靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

（c）計(jì)算并繪制緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線

緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線3緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線靜態(tài)試驗(yàn)求解法-積分面積估算法

（c）計(jì)算并繪制緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線腳本：需要強(qiáng)調(diào)的是，本試驗(yàn)屬于研究性的試驗(yàn)，不是程序性的試驗(yàn)，因此，要重點(diǎn)掌握試驗(yàn)原理，才能運(yùn)用自如，才能應(yīng)對具體試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各種問題。緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線4緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線的意義

腳本：緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線可以直觀的對比緩沖材料的優(yōu)劣，舉例如下：

兩種20mm厚的材料EPS（24kg/m3）和EPP（16kg/m3），在小應(yīng)力區(qū)域，EPP曲線（草綠色曲線）處在下端，其緩沖效率高于EPS，其緩沖性能優(yōu)于EPP；在大應(yīng)力區(qū)域，EPS曲線（紅色曲線）處在下端，其緩沖效率高于EPP，其緩沖性能優(yōu)于EPP。緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線5小結(jié)

（1）緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線可以通過數(shù)學(xué)公式積分法和積分面積估算法兩種方式獲得，后者是主要的方式；（2）積分面積估算法由靜態(tài)壓縮試驗(yàn)獲取力-形變曲線，通過應(yīng)力應(yīng)變公式轉(zhuǎn)化為應(yīng)力-應(yīng)變曲線，再通過緩沖系數(shù)公式轉(zhuǎn)換為緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線，因此三條曲線都屬于表征緩沖材料緩沖特性的工具范疇；（3）緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線是用于評價不同緩沖材料優(yōu)劣的比較方便的方法。最大加速度-靜應(yīng)力曲線最大加速度-靜應(yīng)力曲線1最大加速度-靜應(yīng)力曲線的概念

腳本：前面講到獲取緩沖系數(shù)-應(yīng)力曲線通常采用靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法，而靜態(tài)壓縮試驗(yàn)與流通過程中的跌落沖擊實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)，主要表現(xiàn)在速度上，例如，包裝件從60cm高度跌落時，緩沖的變形速度高達(dá)3.4m/s，是靜態(tài)壓縮速度（12mm/min）的1.7萬倍，這時緩沖材料阻尼的影響就不能忽略，阻尼將吸收一部分沖擊能，因此，靜態(tài)緩沖系數(shù)與實(shí)際情況有一定的差異，其獲取的數(shù)據(jù)不太適用于緩沖包裝設(shè)計(jì)。為此，需要研究緩沖材料的動態(tài)緩沖特性，表征緩沖材料動態(tài)緩沖特性最重要的曲線是最大加速度-靜應(yīng)力曲線。什么是最大加速度-靜應(yīng)力曲線，先了解一下產(chǎn)品包裝件的跌落沖擊過程。腳本：如圖所示：質(zhì)量為m的產(chǎn)品包裝件從高度H處跌落下來，受到地面的沖擊，沖擊力通過緩沖材料作用到產(chǎn)品上，形成一個沖擊加速度響應(yīng)，如果用加速度傳感器剛性固定在產(chǎn)品上，就能監(jiān)測到響應(yīng)加速度的時間歷程，即加速度-時間曲線，一般為半正弦沖擊波，開口向下的拋物線，一般有一個極大值，這個極大值稱為產(chǎn)品最大加速度響應(yīng)Gm，簡稱最大加速度。根據(jù)產(chǎn)品的脆值理論，如果產(chǎn)品最大加速度響應(yīng)Gm沒有超過產(chǎn)品的脆值，則產(chǎn)品是安全的。因此，監(jiān)測通過緩沖材料作用到產(chǎn)品上的最大加速度響應(yīng)Gm非常有意義。最大加速度-靜應(yīng)力曲線1最大加速度-靜應(yīng)力曲線的概念

腳本：為了便于實(shí)際試驗(yàn)測取最大加速度響應(yīng)Gm，需要將上述模型簡單調(diào)整一下。如圖所示：首先，將緩沖材料與產(chǎn)品分開，緩沖材料靜態(tài)置于剛性地面上，產(chǎn)品置于高處；其次，用勻質(zhì)的質(zhì)量塊替代產(chǎn)品。沖擊時，質(zhì)量塊自由落體沖擊到地面緩沖材料上，通過剛性連接在質(zhì)量塊上的加速度傳感器采集最大加速度Gm，這樣就形成了緩沖材料的動態(tài)沖擊模型。動態(tài)沖擊試驗(yàn)與靜態(tài)壓縮試驗(yàn)本質(zhì)上是一致的，都是壓縮，只不過壓縮速度相差巨大。動態(tài)沖擊模型最大加速度-靜應(yīng)力曲線1最大加速度-靜應(yīng)力曲線的概念

最大加速度-靜應(yīng)力曲線1最大加速度-靜應(yīng)力曲線的概念

最大加速度-靜應(yīng)力曲線最大加速度-靜應(yīng)力曲線2最大加速度-靜應(yīng)力曲線的測定

腳本：緩沖材料最大加速度-靜應(yīng)力曲線如何測定？美國Lansmont公司提出緩沖包裝設(shè)計(jì)“六步法”時，給出了與每一個步驟相關(guān)聯(lián)的ASTM（AmericanSocieTyforTesTingandMaTerials）標(biāo)準(zhǔn)，緩沖材料動態(tài)特性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)為ASTMD1596《STandard

TesT

MeThodforDynamicShockCushioningCharacTerisTicsofPackagingMaTerial》，中國引用ASTMD1596修訂為國標(biāo)《GB/T8167包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》。ASTMD1596

GB/T8167腳本：依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)緩沖材料最大加速度-靜應(yīng)力曲線測試方法如下：最大加速度-靜應(yīng)力曲線2最大加速度-靜應(yīng)力曲線的測定

腳本：重量為W的質(zhì)量塊從高度H處落下，對面積為A、厚度為T的緩沖材料試樣進(jìn)行沖擊，用加速度傳感器記錄沖擊加速度峰值Gm，即得到此靜應(yīng)力及其對應(yīng)的最大加速度。保持材料面積A不變，僅改變質(zhì)量塊重量W，靜應(yīng)力即可發(fā)生改變，重復(fù)試驗(yàn)，可以獲得一組最大加速度-靜應(yīng)力數(shù)據(jù)，以緩沖材料的靜應(yīng)力σst=W/A作為橫坐標(biāo)，以最大加速度為縱坐標(biāo)，可獲得在H跌落高度下一條最大加速度-靜應(yīng)力曲線。同理，改變跌落高度H，重復(fù)上述試驗(yàn)，可獲得不同跌落高度的最大加速度-靜應(yīng)力曲線族；（1）、試驗(yàn)原理最大加速度-靜應(yīng)力曲線2最大加速度-靜應(yīng)力曲線的測定

腳本：改變試樣厚度T，重復(fù)上述試驗(yàn)，可獲得不同厚度的最大加速度-靜應(yīng)力曲線族。（1）、試驗(yàn)原理最大加速度-靜應(yīng)力曲線2最大加速度-靜應(yīng)力曲線的測定

腳本：緩沖材料動態(tài)特性試驗(yàn)需要利用緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，緩沖材料沖擊試驗(yàn)機(jī)需滿足相應(yīng)的要求。根據(jù)國標(biāo)《GB/T8167-2008包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行，需要注意以下幾點(diǎn)：（2）、試驗(yàn)方法（a）、試樣的尺寸為直方體形狀，條件允許，試樣一般取200mm╳200mm，取樣時注意切邊整齊；（b）、為保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備，最薄樣品的厚度不宜低于10mm，根據(jù)實(shí)際情況可以適度調(diào)整；其次，應(yīng)從較小的跌落高度開始試驗(yàn)，按照從小到大的順序循序漸進(jìn)的進(jìn)行，以免高度太高，沖擊力過大損壞試驗(yàn)設(shè)備。（c）、應(yīng)力點(diǎn)的選擇即質(zhì)量塊配重的選擇要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，確保測試的數(shù)據(jù)落在需要的范圍內(nèi)，形成有效的曲線，避免增加不必要的工作量。試驗(yàn)設(shè)備測取最大加速度

取樣試樣沖擊試樣腳本：其他注意事項(xiàng)按照標(biāo)準(zhǔn)要求。按照試驗(yàn)設(shè)備操作規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗(yàn)，記錄原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)。最大加速度-靜應(yīng)力曲線2最大加速度-靜應(yīng)力曲線的測定

腳本：利用Excel等數(shù)據(jù)處理工具對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，插入圖表得到相應(yīng)的最大加速度-靜應(yīng)力曲線：（3）、數(shù)據(jù)處理

腳本：根據(jù)《GB/T8167包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》，每個應(yīng)力點(diǎn)需重復(fù)測試不少于5次，每條曲線需要選擇5種以上重錘質(zhì)量進(jìn)行測試，如圖所示，因此緩沖材料動態(tài)壓縮試驗(yàn)的工作量非常大。最大加速度-靜應(yīng)力曲線2最大加速度-靜應(yīng)力曲線的測定

腳本：利用Excel等數(shù)據(jù)處理工具對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，插入圖表得到相應(yīng)的最大加速度-靜應(yīng)力曲線：（3）、數(shù)據(jù)處理

腳本：根據(jù)《GB/T8167包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》，每個應(yīng)力點(diǎn)需重復(fù)測試不少于5次，每條曲線需要選擇5種以上重錘質(zhì)量進(jìn)行測試，如圖所示，因此緩沖材料動態(tài)壓縮試驗(yàn)的工作量非常大。最大加速度-靜應(yīng)力曲線3發(fā)泡材料最大加速度-靜應(yīng)力曲線

腳本：按以上方法對常用的發(fā)泡體緩沖材料EPS、EPE進(jìn)行試驗(yàn)，獲取其最大加速度-靜應(yīng)力曲線，如圖所示。

同一高度不同厚度EPS、EPE最大加速度-靜應(yīng)力曲線最大加速度-靜應(yīng)力曲線3發(fā)泡材料最大加速度-靜應(yīng)力曲線

腳本：按以上方法對常用的發(fā)泡體緩沖材料EPS、EPE進(jìn)行試驗(yàn)，獲取其最大加速度-靜應(yīng)力曲線，如圖所示。

同一高度厚度不同密度EPS、EPE最大加速度-靜應(yīng)力曲線同一高度厚度密度EPS、EPE最大加速度-靜應(yīng)力曲線從以上曲線可以看出：（a）、發(fā)泡體緩沖材料最大加速度-靜應(yīng)力曲線是開口向上的拋物線，有極小值點(diǎn)，即有最小最大加速度，其對應(yīng)的應(yīng)力即為最佳緩沖設(shè)計(jì)點(diǎn)，根據(jù)應(yīng)力公式σs=W/A，由產(chǎn)品重量可以確定最佳緩沖面積；（b）、拋物線兩端向上翹，表示兩端都不宜用作緩沖設(shè)計(jì)，根據(jù)應(yīng)力公式，產(chǎn)品重量一定的情況下，兩端分別代表著緩沖面積大和小，即緩沖面積大小都不是最佳緩沖設(shè)計(jì)點(diǎn)；（c）、從同一跌落高度曲線看，厚度越大，曲線越處在下方，說明，緩沖材料厚度越大，緩沖性能越好。最大加速度-靜應(yīng)力曲線4最大加速度-靜應(yīng)力曲線的意義

最大加速度-靜應(yīng)力曲線是可以直接用于緩沖包裝設(shè)計(jì)的，相比靜態(tài)緩沖特性，動態(tài)緩沖特性更符合實(shí)際情況。根據(jù)最大加速度-靜應(yīng)力曲線，選擇較小最大加速度進(jìn)行設(shè)計(jì)，是確定最佳緩沖面積的基本原則。動應(yīng)力-能量曲線動應(yīng)力-能量曲線1動應(yīng)力-能量曲線的概念

腳本：最大加速度-靜應(yīng)力曲線雖然具有較高的實(shí)用價值，但是獲取一組緩沖曲線的試驗(yàn)工作量非常大，獲取一條曲線至少需要測試5個應(yīng)力點(diǎn)，每個應(yīng)力點(diǎn)需要連續(xù)沖擊5次才能獲取一個有效數(shù)據(jù)，同時，需要測試不同的跌落高度，需要測試不同的厚度，需要測試不同的密度等；另外，由于質(zhì)量塊配重范圍等試驗(yàn)條件的限制，某些數(shù)據(jù)無法通過試驗(yàn)獲取。動態(tài)試驗(yàn)配重塊動應(yīng)力-能量曲線1動應(yīng)力-能量曲線的概念

腳本：為此，廣大學(xué)者都在尋找便捷的方法。其主要思想是研究最大加速度G與靜應(yīng)力σs、跌落高度H、緩沖厚度t之間是否存在本構(gòu)關(guān)系，是否可以通過少量的已知最大加速度-靜應(yīng)力數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)學(xué)表達(dá)式，再求解未知數(shù)據(jù)，以減少試驗(yàn)的工作量。美國學(xué)者M(jìn)atthewDaum在GaryBurgess等前人研究的基礎(chǔ)上提出了動應(yīng)力－能量法。動應(yīng)力-能量曲線1動應(yīng)力-能量曲線的概念

動應(yīng)力-能量曲線1動應(yīng)力-能量曲線的概念

腳本：以單位體積吸收能為橫坐標(biāo)，以動應(yīng)力為縱坐標(biāo)繪制的曲線即為動應(yīng)力-能量曲線。MatthewDaum在他的論文中依次對密度為1.25pcf(約20kg/m3)的EPS和NovaChemical生產(chǎn)的密度為1.2pcf(約19kg/m3)發(fā)泡樹脂Arcel730進(jìn)行測試及數(shù)據(jù)擬合，擬合精度分別達(dá)到95.44%和99.02%，精度非常高，表明此方法適用于閉孔泡沫材料。這也是他提出動應(yīng)力-能量法的依據(jù)。1.25pcfEPS動應(yīng)力-能量曲線1.2pcfArcel730動應(yīng)力-能量曲線腳本：自動應(yīng)力-能量法提出之后，國內(nèi)外很多學(xué)者對動應(yīng)力-能量法進(jìn)行了各種應(yīng)用研究，大部分研究表明采用動應(yīng)力-能量法能預(yù)測任意高度的緩沖曲線，操作簡便，且其是基于試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，可以得到更為精確完整的緩沖曲線。對于閉孔泡沫材料來說，動應(yīng)力-能量法能獲得相當(dāng)精確的緩沖曲線。因此，此方法有一定的實(shí)用價值。動應(yīng)力-能量曲線2動應(yīng)力-能量曲線的繪制

腳本：動應(yīng)力-能量曲線是基于最大加速度-靜應(yīng)力曲線擬合獲得的，是將這些數(shù)據(jù)用一種數(shù)學(xué)表達(dá)式串聯(lián)起來。因此獲取動應(yīng)力-能量曲線及其數(shù)學(xué)表達(dá)式首先要測取部分最大加速度-靜應(yīng)力數(shù)據(jù)，以此進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合。其繪制步驟如下：腳本：記錄原始數(shù)據(jù)，用Excel等數(shù)據(jù)處理工具對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。（一）測取最大加速度-靜應(yīng)力曲線動應(yīng)力-能量曲線2動應(yīng)力-能量曲線的繪制

腳本：根據(jù)最大動應(yīng)力與單位體積吸收能公式，在Excel等數(shù)據(jù)處理工具中編輯公式進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，獲得最大動應(yīng)力和單位體積吸收能數(shù)據(jù)后，插入散點(diǎn)圖：腳本：用指數(shù)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，趨勢線選用指數(shù)函數(shù)類型，獲取擬合公式表達(dá)式和擬合精度，從而識別a、b值，代入原方程，得到動應(yīng)力-能量方程。（二）動應(yīng)力-能量曲線的擬合動應(yīng)力-能量曲線2動應(yīng)力-能量曲線的繪制

腳本：值得一提的是，動應(yīng)力-能量曲線數(shù)據(jù)擬合時，原始數(shù)據(jù)的單位不同，則擬合出的材料動應(yīng)力-能量曲線特征常數(shù)a、b值也不同，使用時需注意。動應(yīng)力-能量曲線3動應(yīng)力-能量曲線的意義

腳本：根據(jù)測取的數(shù)據(jù)通過擬合分析可以求得a、b值，將a、b值帶入到動應(yīng)力-能量方程即可獲得材料動態(tài)緩沖特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)表達(dá)式就可以求得任意應(yīng)力下的最大加速度。根據(jù)公式在Excel表格工具中編輯相應(yīng)的函數(shù)，當(dāng)輸入某一應(yīng)力時，即可以計(jì)算出此應(yīng)力下的最大加速度值；相反，也可以通過編輯公式，當(dāng)輸入某一最大加速度時，即可以計(jì)算出此最大加速度值下對應(yīng)的應(yīng)力。因此動應(yīng)力-能量曲線主要作用是根據(jù)動應(yīng)力-動能量方程估算那些無法試驗(yàn)獲得或大量試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)，大大減輕試驗(yàn)的工作量。（1）每種密度的材料對應(yīng)一組特定的a、b值，故a、b值即為緩沖材料的動應(yīng)力-能量方程特征常數(shù)。（2）根據(jù)特征常數(shù)a、b值，就可以計(jì)算任意應(yīng)力下的最大加速度值，就可以反過來用作評估特定的材料在某一應(yīng)力下最大加速度值，以估算那些無法試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)特征常數(shù)a、b值，就可以計(jì)算出任意高度、任意厚度的最大加速度值-靜應(yīng)力曲線，減少了試驗(yàn)的工作量。動應(yīng)力-能量曲線4小結(jié)

腳本：動應(yīng)力-能量曲線大大的減少了最大加速度-靜應(yīng)力曲線測取的工作量，提高了工作效率。但需要說明的是：（1）動態(tài)應(yīng)力-能量方程是基于發(fā)泡體材料測試擬合識別參數(shù)得到的方程，此方法的本質(zhì)是數(shù)據(jù)擬合、數(shù)值分析，不是公式推導(dǎo)，因此不一定適用于其它材料，具體要看數(shù)據(jù)的擬合精度；（2）動態(tài)應(yīng)力-能量法的本質(zhì)是最大加速度-靜應(yīng)力曲線，是基于最大加速度-靜應(yīng)力曲線的創(chuàng)新應(yīng)用，是對最大加速度-靜應(yīng)力曲線的有效補(bǔ)充，兩者沒有本質(zhì)的區(qū)別；（3）動態(tài)應(yīng)力-能量法的核心思想是得到加速度與應(yīng)力、緩沖厚度和跌落高度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，本質(zhì)上是將物質(zhì)宏觀性質(zhì)的物理關(guān)系通過數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)出來，因此，動應(yīng)力-能量法擬合曲線不可能與實(shí)際數(shù)據(jù)完全一致。材料成型技術(shù)：原紙古代造紙術(shù)造紙術(shù)是中國古代四大發(fā)明之一蔡倫像（1）發(fā)明于西漢時期、改進(jìn)于東漢時期；（2）東漢元興元年（105年）蔡倫改進(jìn)了造紙術(shù)。是現(xiàn)代紙的淵源。古代造紙工藝蔡倫造紙工藝圖抄紙第一是原料的分離，就是用漚浸或蒸煮的方法讓原料在堿液中脫膠，并分散成纖維狀；第二是打漿，就是用切割和捶搗的方法切斷纖維，并使纖維帚化，而成為紙漿；第三是抄造，即把紙漿滲水制成漿液，然后用撈紙器（篾席）撈漿，使紙漿在撈紙器上交織成薄片狀的濕紙；第四是干燥，即把濕紙曬干或晾干，揭下就成為紙張?，F(xiàn)代造紙工藝1、制漿的過程

制漿為造紙的第一步，一般將木材轉(zhuǎn)變成紙漿的方法有機(jī)械制漿法、化學(xué)制漿法和半化學(xué)制漿法等三種。2、調(diào)制過程

一般常見的調(diào)制過程大致可分為以下三步驟：a.散漿b.打漿c.加膠與充填。紙料的調(diào)制為造紙的另一重點(diǎn)，紙張完成后的強(qiáng)度、色調(diào)、印刷性的優(yōu)劣、紙張保存期限的長短直接與它有關(guān)。3、抄造過程抄造過程主要為將使稀的紙料均勻的交織和脫水，再經(jīng)干燥、壓光、卷紙、裁切、選別、包裝。原紙纖維化學(xué)成分原紙纖維的主要成分是纖維素，半纖維素和木質(zhì)素，占比分別為約40～50%，10～30%和20～30%。纖維素（cellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖。纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種多糖。紙具有吸水性：一方面是毛細(xì)現(xiàn)象；另一方面，纖維具有親水性。原紙纖維形態(tài)1、現(xiàn)代抄紙前的纖維形態(tài)絲絮狀的原紙纖維交織在一起，沒有形成一定的方向性。原紙纖維形態(tài)2、現(xiàn)代抄紙后的纖維形態(tài)掃描電鏡（SEM）原紙纖維形成一定的方向性，形成縱向和橫向原紙的纖維方向原紙纖維縱橫向力學(xué)性能差異：一般縱向的力學(xué)性能指標(biāo)大于橫向力學(xué)性能指標(biāo)。GB/T452.1-2002紙和紙板縱橫向的測定原紙纖維縱橫向縱向橫向原紙的規(guī)格屬性定量：根據(jù)《GB/T4687-2007紙、紙板、紙漿及相關(guān)術(shù)語》等標(biāo)準(zhǔn)定義如下原紙的性能屬性1、橫向環(huán)壓強(qiáng)度及指數(shù)橫向環(huán)壓強(qiáng)度及指數(shù)：根據(jù)《

GB/T2679.8-2016紙和紙板環(huán)壓強(qiáng)度的測定》標(biāo)準(zhǔn)定義如下：原紙的性能屬性2、耐破度及耐破指數(shù)耐破度及耐破指數(shù)：根據(jù)《GB/T454-2020紙耐破度的測定》標(biāo)準(zhǔn)定義如下：以kPa表示。原紙國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13024-2016箱紙板GB/T13023-2008瓦楞芯(原)紙《GB/T13024-2016箱紙板》、《GB/T13023-2008瓦楞芯(原)紙》分別對制造瓦楞紙板的面紙和瓦楞紙作了等級標(biāo)準(zhǔn)的劃分。材料成型技術(shù)：瓦楞紙板瓦楞紙板的發(fā)明1、起源于英國1856年愛德華·查爾斯·比利與愛德華·愛麗斯·阿倫兩人發(fā)明了在紙上加壓成波紋瓦楞，作為帽子的內(nèi)襯用來透氣并吸汗，申請并獲得瓦楞紙板制造技術(shù)的專利，標(biāo)志著瓦楞紙板技術(shù)正式誕生。2、發(fā)展于美國1871年美國人阿爾伯特·瓊斯(AlbertJones)發(fā)明了單面瓦楞紙板（無面紙的坑形紙板），用來作為緩沖材料，取代草和鋸末。用于包裝玻璃燈罩和類似的易碎物品,獲得美國第一個專利權(quán)。1920年雙瓦楞紙板問世，其用途迅速擴(kuò)大。在第一次世界大戰(zhàn)期間，瓦楞紙箱在運(yùn)輸包裝中僅占20%。但在第二次世界大戰(zhàn)期間，瓦楞紙箱在運(yùn)輸包裝中已占到80%。瓦楞紙箱現(xiàn)已成為現(xiàn)代商業(yè)和貿(mào)易中使用最廣泛的包裝容器，也是當(dāng)今世界各國采用最重要的包裝形式之一。1874年,美國的奧利佛.倫格開發(fā)出貼上面紙的瓦楞紙板，開始用于瓶子﹑壇子的包裝。由于紙板制造技術(shù)的進(jìn)步以及市場需求的迅速擴(kuò)大，美國的紙箱逐漸取代木箱成為最主要的包裝容器。瓦楞紙板的成型原理瓦楞紙板生產(chǎn)線成型原理：熱壓成型瓦楞紙板的核心部件核心部件：瓦楞輥加熱示意圖瓦楞輥瓦楞紙板生產(chǎn)線組成部分1、單面機(jī)；2、雙面機(jī)；單面機(jī)（單面瓦楞）成型示意圖雙(三)面機(jī)（單面瓦楞復(fù)合）成型示意圖瓦楞紙板生產(chǎn)線組成部分注：瓦楞紙板生產(chǎn)線，一般不能實(shí)現(xiàn)橫向壓線3、縱橫切壓痕機(jī)瓦楞紙板的規(guī)格屬性1、瓦楞形狀（基于瓦楞輥）╳√GB/T6544-2008瓦楞紙板一般分類方式。不符合實(shí)際情況（實(shí)際只用一種UV形）瓦楞紙板的規(guī)格屬性2、瓦楞楞型（基于瓦楞輥）GB/T6544-2008瓦楞紙板瓦楞紙板的規(guī)格屬性3、瓦楞楞率（基于瓦楞輥）瓦楞楞率：瓦楞紙的使用長度與面紙使用長度之比（瓦楞紙展開后的長度與未展開長度之比）不同楞型紙板的楞率不同：A=1.51，B=1.36，C=1.44，E=1.31，F(xiàn)=1.23（數(shù)據(jù)僅供參考）由于生產(chǎn)廠家所用瓦楞輥的初始規(guī)格不同以及在機(jī)器上運(yùn)行時長磨損差異，楞率也各有差異。楞率是對瓦楞芯紙（即瓦楞紙）額外消耗紙板長度的描述，楞率越高，紙板用紙成本就越