泡沫材料

包装工程　PACKAGINGENGINEERINGVol.28No.22007.02

发泡聚乙烯缓冲材料的静态压缩缓冲曲线研究

路冰琳

(中国包装科研测试中心,天津300457)

摘要:本实验是模拟缓冲材料在大型包装件中的使用情况。对比并研究了EPE缓冲材料在预压缩前后所表现出的力学性能和缓冲性能。通过应力-应变曲线描述了EPE缓冲材料的静态压缩力学性能,从转化后的缓冲系数-最大应力曲线中获得最小缓冲系数及所对应的最大应力值。将对使用EPE进行缓冲包装设计起到一定的指导意义。

关键词:EPE;发泡材料;力学性能;缓冲系数;预压缩

中图分类号:TB485.1　文献标识码:A　文章编号:1001-3563(2007)02-0042-03

ResearchonStaticCompressionCushionCurve

ofEPEPolyethyleneFoamingMaterial

LUBing2lin

(ChinaPackagingResearch&TestTianjin)

Abstract:Thetestwassimulationofcushionfor2pr2

icsandcushionperformanceofEPEnopre2loadingsamples.StaticEPEwas"curve."Cushioncoefficient2om2curve.ItshowedtheminimumcushioncoefficientstaticlThepurposeofthispaperwastoprovideinstructionforcushionpackageEPE.

Keywords:EPE;foamingmaterial;mechanicalproperties;cushioncoefficient;pre2loading

　　发泡聚乙烯材料被广泛地用于缓冲包装设计。与发泡聚苯乙烯相比,发泡聚乙烯具备易加工、无需开模、压缩形变恢复性好、弹性较强、清洁卫生、便于回收循环等优点。文中对发泡聚乙烯材料进行预压缩来模拟缓冲材料在包装件中装配后的受力情况。在此条件下通过静态压缩试验研究发泡聚乙烯的缓冲曲线,并对其缓冲性能进行了初步讨论。

试样分成2组A#和B#,每组3个,对每个试样进行编号。

(2)测量每个试样的初始厚度。按顺序测量试样4个角

的厚度,取其平均值。

(3)使用11kg的砝码分别对A#组的3个试样进行预压处

理,环境条件为23℃,RH50%,预压缩时间是24h。

(4)经24h预压缩后,卸载,试样恢复4h后再次测

量试样的厚度,并用拉压试验机以100mm/min的速度

1　样品与方法

1.1　样品

对试样进行压缩,同时采集试样的“压力-形变”数据和曲线。

(5)B#组试样均不做预压缩处理,在拉压试验机上直接以100mm/min的速度对试样进行压缩,同时采集试样的“压力-

试验样品是40.5kg/m的发泡聚乙烯(EPE);试样的尺寸为100mm×100mm×片材原厚;样品数量为6个;试验样品在

23℃,RH50%的环境中预处理24h以上。1.2　设备

3

形变”数据和曲线[1]。

法国ADAMEL的拉压试验机DY25,准确度等级为1%,电脑同步采集系统,游标卡尺,砝码。

1.3　实验方法

(1)参照ISO3386/1:1986[1]和GB/T8168-1987[2],将

2　实验结果

2.1　试样厚度

A组和B组的试样厚度见表1～3。

#

#

收稿日期:2006Ο12Ο27

作者简介:路冰琳(1980-),女,天津人,中国包装科研测试中心助理工程师,主要研究方向为缓冲包装设计、包装材料测试。

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泡沫材料

路冰琳　发泡聚乙烯缓冲材料的静态压缩缓冲曲线研究

表1　A#组试样的厚度(mm)

Tab.1ThicknessofA(mm)

A#组试样的初始厚度1#

t1t2t3t4tT0

#

A#组试样经预压缩并恢复后的厚度1#

t1t2t3t4tT

2#47.1246.6446.4447.3446.8845.76

3#45.7447.0046.9045.3046.24

2#45.9443.7045.1246.9045.4244.55

3#44.7646.1246.0844.4245.34

44.0044.9244.1643.5244.15

42.3043.1443.3242.7442.88

图2　B#组试样的应力-应变曲线

Fig.2Stress2straincurveofB

2.3　缓冲特性曲线

(1)

#

通过计算,可获得试样的厚度变化率,见式(1)厚度变化率(%)=

T-TT0

(3)、(4)可实现应力-应变曲线转化为缓通过公式(2)、

×100

冲系数-最大应力曲线。

　　C=

σ

e

ε

表2　A#组试样的厚度变化率(mm)

Tab.2ChangerateonthicknessofA(mm)

#

(2)(3)(4)

变化率厚度变化率厚度平均变化率

1#-2.88%

2#-3.11%-2.6%

3#-1.95%

ε　　e=σd=A

,无单位;e为单位体积缓冲材料的形变能,

22

m;σ为应力,kg/cm;ε为应变,%;F为压缩力值,kN;A

　B#(b.ickssB(mm)

#

为试样的承压面积,100cm2。

1)经过预压缩的A组试样的缓冲特性曲线,见图3。

3#46.2045.5045.1846.2445.78

#

厚度

t1t2t3t4tT0

1

#45.1047.0047.2645.5646.23

2#45.8046.3646.

3245.5646.0146.00

2.2　压缩特性曲线

1)经过预压缩的A组试样应力-应变曲线,见图1。

#

图3　A#组试样的缓冲系数-最大应力曲线(常温)

Fig.3Cushioncoefficient2staticloadingcurveofA

#

#

2)未经预压缩的B组试样的缓冲特性曲线,见图4。

图1　A#组试样的应力-应变曲线(常温)

Fig.1Stress2straincurveofA

#

#

图4　B#组试样的缓冲系数-最大应力曲线(常温)

2)未经预压缩的B组试样应力-应变曲线,见图2。Fig.4Cushioncoefficient2staticloadingcurveofB

#

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泡沫材料

包装工程　PACKAGINGENGINEERINGVol.28No.22007.02

A组和B组使用同种类同生产批次的缓冲材料,A组和B组试样的初始平均厚度分别为45.76mm和46.00mm,A组

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#

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本一致,而在粘滞阻尼阶段,经过预压缩的试样呈现出应力屈服点,而不像未经预压的试样那样应力连贯递增。这说明发泡缓冲材料在预压阶段其泡孔结构、大小、数量均受到影响并发生变化,改变了其力学性能,并最终导致其缓冲性能受到影响。

缓冲材料的这种力学表现直接影响和改变了其缓冲性能,见图3和图4。与未经预压缩的试样不同,经预压缩的试样呈现出2个缓冲系数,并分别出现在不同的静应力点上。

试样经预压缩后的厚度变为44.55mm,比初始厚度减少了2.

6%。经静态压缩后2组试样表现出不同的力学性能,A组试

#

样的应力-应变曲线出现了应力屈服点,随后应力有所下降,并再次攀升。2组实验所获得的缓冲系数也不一致。未经预压缩的实验组,试样表现出一个最小缓冲系数,约为4,最大静应力为1.6kg/cm2;而经过预压缩的试样则表现出2个数值不同的缓冲系数,分别约为3.5和4,对应的最大静应力分别为

3.4kg/cm和1.4kg/cm。

2

2

4　结　语

在产品的运输包装设计过程中,使用发泡聚乙烯作为缓冲

3　实验讨论

缓冲系数是与材料的初始成型厚度无关的,它是取决于缓冲材料的材质、密度以及生产工艺。一般的发泡缓冲材料,是处于弹性、塑性和粘滞阻尼3种性能相交汇的流变状态,从而表现出非线性的力学特征[3]。从图1和图2中可以看到缓冲材料的这3种力学性能的表现,应力-应变曲线大致可以分为

3种力学表现阶段,如图1中的1-弹性阶段;2-塑性阶段;3-粘滞阻尼阶段。

包装材料时,需要考虑缓冲材料在外包装箱内将会预先承受一定的压力。在这种情况下,缓冲材料不仅会产生一定的形变,而且缓冲材料所呈现出的最小缓冲系数也会与材料的初始状态有所差别。需要充分掌握缓冲材料的力学性能和缓冲性能,才能设计出可靠的运输包装件,。

。,,即,顺式结构链段之间也要顺着外力方向舒展开;另一方面,分子链之间还要产生相对滑动,产生粘性变形。当外力较小时,前者是可逆的弹性变形,而后者是不可逆的形变。粘弹性变形的特点是应变落后于应力,如图1的第3阶段,显然应力的变化速度超过了应变的变化速度,并且趋于无限增大。

A组和B组的试样在弹性阶段和塑性阶段的力学表征基

#

#

参考文献:

[1]　ISO3386/121986,PolymericMaterialsCellularFlexible2determina2

tionofStress2strainCharacteristicinCompression2low2densityMateri2als[S].

[2]　GB/T816821987,包装用缓冲材料静态压缩试验方法[S].[3]　彭国勋,潘松年.运输包装[M].北京:印刷工业出版社,1999.

(上接第38页)

产和研究时,要注明薄膜材料的厚度,而且最好有厚度检测设备,以便进行严格控制。

(3)鉴于篇幅所限,未讨论其他种类薄膜的厚度与透湿率

[2]　皮林格 O G[德],巴纳 A L[美].食品用塑料包装材

料———阻隔功能、传质、品质保证和立法[M].范家起,张玉霞,译.北京:化学工业出版社,2004.

[3]　姜允中.包装膜的气体渗透机理与各种测试方法的分析比较

[J].塑料包装,2004,14(3):46-48.

[4]　赵江.薄膜水蒸气透过率测试方法的分析与比较[J].包装工程,

2005,26(3):230-231.

[5]　魏岩梅.干燥性食品塑料包装防湿寿命计算[J].包装工程,

2004,25(2):20-21.

[6]　赫恩南德兹 R J[美],等.塑料包装———性能、加工、应用、条

的关系,而且得到的只是经验函数方程,尚未得到适用更为广泛的PET薄膜厚度与透湿率的理论方程。以后可以通过实验建立更多种类的薄膜在不同温度时的函数关系方程,以利于建立更为普遍适用的相关方程。

例[M].杨鸣波,译.北京:化学工业出版社,2004.

参考文献:

[1]　潘松年.包装工艺学[M].2版.北京:印刷工业出版社,2004.

[7]　汪荣鑫.数理统计[M].西安:西安交通大学出版社,2005.

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