蜂窩紙板動態(tài)壓縮性能試驗研究

丁 勇，李曉茜，石媛媛

（深圳市計量質(zhì)量檢測研究院環(huán)境與可靠性實驗室，深圳 518000）

蜂窩紙板動態(tài)壓縮性能試驗研究

丁 勇，李曉茜，石媛媛

（深圳市計量質(zhì)量檢測研究院環(huán)境與可靠性實驗室，深圳 518000）

首先介紹了緩沖材料的特性以及蜂窩紙板作為近些年來出現(xiàn)的一種新型緩沖材料的優(yōu)越性，接著對緩沖材料動態(tài)壓縮性能試驗方法進行了闡述說明，最后通過一系列試驗數(shù)據(jù)對蜂窩紙板的動態(tài)壓縮性能進行了分析研究，重點研究了溫濕度預(yù)處理對蜂窩紙板動態(tài)壓縮性能的影響。

蜂窩紙板；緩沖材料；動態(tài)壓縮性能試驗

引言

產(chǎn)品在整個物流過程中會經(jīng)受各種不同的環(huán)境應(yīng)力，尤其是在搬運過程中可能出現(xiàn)的跌落沖擊經(jīng)常會使產(chǎn)品發(fā)生嚴重損壞，造成巨大的經(jīng)濟損失。為了防止產(chǎn)品的損壞，需要使用緩沖材料來降低跌落帶來的沖擊。所以說緩沖包裝就是為了降低沖擊損傷，保護產(chǎn)品免受損壞所采取的防護措施，而緩沖包裝使用的材料就是緩沖材料。常見的緩沖材料具有以下特性：

1）緩沖材料能夠吸收受到?jīng)_擊時產(chǎn)生的能量，選擇合適的緩沖材料就要其吸收性能和所受沖擊能量相符合，不然就會發(fā)生材料浪費過度包裝或者無法保護產(chǎn)品的現(xiàn)象。選擇緩沖材料時，應(yīng)根據(jù)不同材料的靜應(yīng)力-最大加速度曲線來選用最適合的材料。

2）緩沖材料能夠吸收振動外力從而衰減振動。物流過程中外力產(chǎn)生較大的沖擊加速以及振動加速度，這兩種外力的共同作用使包裝產(chǎn)品產(chǎn)生共振現(xiàn)象，增加振幅極易造成損壞。緩沖材料能夠避免這種損壞的產(chǎn)生。

3）緩沖材料收到?jīng)_擊之后會產(chǎn)生變形，但當(dāng)外力消除之后，緩沖材料的變形消失恢復(fù)到原來形狀的一定程度。一般來說吸收能量大而復(fù)原性不好的材料并不適合作為緩沖材料。

1 蜂窩紙板特點

蜂窩紙板的制作原理是自然界蜂巢結(jié)構(gòu)原理，它的主要部分——紙芯是把瓦楞原紙用膠粘結(jié)方法連接成無數(shù)個空心立體正六邊形，最后形成的一個整體的受力件，最后在其兩面用面紙粘合而成一種新型夾層結(jié)構(gòu)的緩沖材料。

蜂窩紙板做為常見的緩沖材料它具有以下特點：

1）由于蜂窩紙板的獨特夾層結(jié)構(gòu)使其與其它緩沖材料比較，在強度相同的情況下有著更輕的質(zhì)量。另一個蜂窩紙板受到歡迎的原因是它有著其他材料無法比擬的高性價比。

2）蜂窩紙板的獨特夾層結(jié)構(gòu)近似各向同性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)

定性較好，不易產(chǎn)生變形，其具有箱式包裝材料需要的最重要的特性——突出的抗壓能力和抗彎能力。并且其表面比較平整，適用于多種包裝設(shè)計。

3）蜂窩紙板主要是由柔性的紙芯和面紙做成，具有非常好的韌性和回彈性，與大多數(shù)緩沖材料相比有更高的單位體積能量吸收值，現(xiàn)階段高厚度的蜂窩紙板已經(jīng)可以替代塑料泡沫緩沖墊。

4）蜂窩紙板夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)部為一個個封閉的小格子，里面充滿空氣，因此有著優(yōu)秀的隔聲和保溫性能。

5）蜂窩紙板全部由可循環(huán)再生的紙材制作，使用后可以百分之百地回收再利用，并且不會對環(huán)境造成污染。

2 動態(tài)壓縮性能試驗方法

動態(tài)壓縮性能試驗主要用于評定緩沖材料在沖擊載荷作用下的緩沖性能及其在物流過程中對產(chǎn)品的保護能力，動態(tài)壓縮性能試驗獲得的數(shù)據(jù)可用于緩沖包裝的設(shè)計。本試驗用自由跌落的重錘對緩沖材料施加沖擊載荷，從而模擬物流過程中緩沖材料可能受到的沖擊作用，試驗結(jié)果通過緩沖材料的動態(tài)壓縮特性曲線來表現(xiàn)。

動態(tài)壓縮性能試驗首先將試驗樣品放置在試驗機的沖擊底座的中心位置，并使其中心與重錘的中心保持在同一垂線上。試驗中可以固定試驗樣品，但固定時應(yīng)不使試驗樣品產(chǎn)生變形。讓試驗機的重錘從預(yù)先設(shè)定的跌落高度沖擊試驗樣品并且連續(xù)沖擊5次，每次沖擊的間隔應(yīng)該不小于1分鐘，記錄每次沖擊的加速度-時間歷程。試驗過程中，如果同一樣品還未達到5次沖擊時就已經(jīng)確認試驗樣品嚴重損壞或者喪失緩沖能力時，則應(yīng)該中斷試驗并且更換試驗樣品。為了能夠精確地描繪出最大加速度-靜應(yīng)力曲線，應(yīng)合理地選擇多種重錘質(zhì)量進行試驗，最大加速度取5次連續(xù)沖擊中后4次的最大加速度的平均值，靜應(yīng)力按照以下公式進行計算：

其中：stδ ——靜應(yīng)力，Pa；

W——重錘的重力，N；

A——試驗樣品受沖擊的表面面積，cm2。

3 蜂窩紙板動態(tài)壓縮性能試驗及分析

本試驗的試驗樣品是普通的六孔蜂窩紙板，厚度有30mm和40mm兩種。30mm厚樣品全部試驗前都放置在常溫環(huán)境中；40mm厚樣品分成兩部分，一部分在試驗前放置在常溫環(huán)境中，另一部分在試驗前放置在溫度（40±2）℃、濕度(95±2）%RH的環(huán)境中保持超過24小時。

30mm厚樣品試驗重錘跌落沖擊高度選擇（50，100，200，300，600，800，1000）mm七種高度，而在選擇靜應(yīng)力的時候為了取得更加合理的數(shù)據(jù)在不同的高度選擇的靜應(yīng)力也略有區(qū)別。前4個高度靜應(yīng)力選擇（0.002，0.005，0.007，0.01，0.015，0.021）Mpa六種，后3個高度靜應(yīng)力則選擇了（0.00145，0.002，0.005，0.007，0.01）Mpa五種。樣品在同一高度和同一靜應(yīng)力共進行5次沖擊，后4次采集到的最大加速度值取平均值作為該點的最大加速度值。如果試驗中采集到的最大加速度值超過800G，立即更換新的樣品重新測試；二次采集到的最大加速度值還超過800G，則放棄該點數(shù)

據(jù)的采集。本試驗試驗結(jié)果見圖1，從圖中可以看出蜂窩紙板作為一種緩沖材料在比較小的靜應(yīng)力作用下，也就是說在單位面積承受的重量比較小的情況下，緩沖效果反而會比較差，尤其是在沖擊高度比較低的情況時基本接近于無緩沖的狀態(tài)。這是由于本次使用的蜂窩紙板屬于比較硬的一種，過小的沖擊幾乎無法使該蜂窩紙板產(chǎn)生一定量的變形，從而蜂窩紙板無法吸收沖擊的能量，也就沒法起到緩沖的作用。但是當(dāng)靜應(yīng)力比較大的時候可以看到即使重錘沖擊的高度不斷上升，蜂窩紙板仍然具有良好的緩沖性能。

圖1 最大加速度-靜應(yīng)力曲線（30mm厚度蜂窩紙板）

圖2 最大加速度-靜應(yīng)力曲線（40mm厚度蜂窩紙板，50mm重錘沖擊高度）

圖3 最大加速度-靜應(yīng)力曲線（40mm厚度蜂窩紙板，100mm重錘沖擊高度）

圖4 最大加速度-靜應(yīng)力曲線（40mm厚度蜂窩紙板，200mm重錘沖擊高度）

圖5 最大加速度-靜應(yīng)力曲線（40mm厚度蜂窩紙板，300mm重錘沖擊高度）

40mm厚樣品試驗重錘跌落沖擊高度選擇（50，100，200，300）mm四種高度，而在選擇靜應(yīng)力的時候選擇了（0.002，0.005，0.007，0.01，0.015，0.021）Mpa六種，最大加速度值采集的方法同30mm厚樣品。常溫預(yù)處理樣品和溫濕度預(yù)處理樣品分別采集數(shù)據(jù)然后進行比較，試驗數(shù)據(jù)見圖2-圖5。圖中曲線（a）是常溫放置樣品的最大加速度-靜應(yīng)力曲線，曲線（b）是在溫度（40±2）℃、濕度(95±2）%RH的高溫高濕環(huán)境中放置24小時后的最大加速度-靜應(yīng)力曲線。從曲線可以看出在較小的靜應(yīng)力作用下，預(yù)處理后的樣品在各個高度都有著比常溫放置的樣品更好的緩沖效果。這是由于高溫高濕預(yù)處理之后樣品變軟，即使是很小的靜應(yīng)力作用也會產(chǎn)生一定的變形，從而實現(xiàn)緩沖將最大加速度降低。但是這種情況隨著靜應(yīng)力的變大會變得越來越不明顯，當(dāng)靜應(yīng)力超過0.015Mpa之后，常溫放置樣品和高溫高濕預(yù)處理樣品的緩沖性能基本相同。從圖中我們還可以發(fā)現(xiàn)常溫放置樣品在0.002Mpa靜應(yīng)力作用下不同高度的最大加速度值基本相同，這說明在此靜應(yīng)力作用下300mm以下高度的沖擊還無法使本次試驗的蜂窩紙板產(chǎn)生一定量的變形而起到明顯的緩沖作用。而高溫高濕預(yù)處理的樣品由于變軟的影響，在0.002Mpa靜應(yīng)力作用下隨著沖擊高度的變大，最大加速度值也呈上升的趨勢?？梢灶A(yù)見如果高度繼續(xù)提高，那么高溫高濕預(yù)處理的樣品在0.002Mpa靜應(yīng)力作用下的最大加速度值有可能會超過常溫放置的樣品。我們可以發(fā)現(xiàn)，高溫高濕預(yù)處理使得蜂窩紙板在小靜應(yīng)力受到低高度沖擊時有著更好的緩沖表現(xiàn)，但是在沖擊高度達到一定程度之后反而會使其緩沖效果下降。這就要求我們在做包裝設(shè)計的時候要充分考慮溫度濕度的因素，避免不合理的包裝方案。

4 總結(jié)

蜂窩紙板作為新興的緩沖材料有著多種優(yōu)于其他緩沖材料的特點，目前被越來越多的人所接受。但是人們在做蜂窩紙板動態(tài)壓縮性能試驗時往往都是將常溫放置的產(chǎn)品直接進行試驗。這樣雖然試驗會相對簡單，可是蜂窩紙板制作材料的特點決定了其對溫度濕度有著一定的敏感度，我們在使用蜂窩紙板進行包裝設(shè)計的時候應(yīng)考慮這個因素，使包裝設(shè)計達到更好的效果。

[1]蘇遠，湯伯森.緩沖包裝理論和應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]GB/T 8167-2008,包裝用緩沖材料動態(tài)壓縮試驗方法[S].

[3]王一臨. 緩沖包裝與緩沖包裝材料[J].包裝工程，1988, 04.

丁勇（1982.04），男（漢族），遼寧，中級工程師，碩士研究生，環(huán)境可靠性測試。

李曉茜（1988.12），女（漢族），山東，工程師，碩士研究生，環(huán)境可靠性測試。

石媛媛（1983.10），女（漢族），安徽，中級工程師，碩士研究生，力學(xué)分析。

The Research of Dynamic Compression Test of Honeycomb Cardboard

DING Yong, LI Xiao-xi, SHI Yuan-yuan
（Environmental and Reliability Laboratory, Shenzhen Academy of Metrology & Quality Inspection, Shenzhen 518000）

This paper first introduces the characteristics of cushioning materials and the advantages of honeycomb cardboard emerged in recent years. And then the test of dynamic compression of cushioning materials is introduced. Finally, the dynamic compression characteristics of honeycomb are investigated using the data from the test. The investigation focuses on the effects of temperature/humidity preconditioning on the dynamic compression characteristics.

honeycomb cardboard; cushioning materials; test of dynamic compression

TS77

B

1004-7204（2015）02-0016-04