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1、缓冲防振包装设计一.缓冲材料1、缓冲材料基本性能要求所谓缓冲材料是指能吸收冲击和振动的机械能,并将其转化为变形能的材料。它能把施加于包装货物上的冲击和振动力缓和地传递于内部产品上，为此缓冲材料既要有弹性又要有粘滞性。为了应对各种恶劣工况和有利于环保,它还需要其他一些基本特性。总体而言,必备的基本特性有:①对冲击能量的吸收性缓冲材料对冲击能量应具有良好的吸收性能，从而有效地减小传递到内装产品上的冲击，这一点是选择缓冲材料首先应考虑的因素。②对振动能量的吸收性缓冲材料对振动的传递除与材料的成分、密度、工艺条件
2、以及温度有关外，还与阻尼有关。阻尼将材料的振动能量转化为热能和塑性形变能，形成对振动的衰减。一般情况下，材料的阻尼越大，对振动的衰减也越大。在振动系统中，材料的阻尼特性常用阻尼比来描述，阻尼比是一个与阻尼成正比的物理量。下面是国外资料介绍的几种缓冲材料的阻尼比（见表1）：表1常用缓冲材料的阻尼比缓冲材料名称阻尼比聚乙烯或聚苯乙烯泡沫塑料0.08~0.2聚氨酯泡沫塑料0.1~0.5橡胶0.02~0.16硅橡胶0.118~0.23钢质螺旋弹簧0.008~0.016③其他还有：回弹性：蠕变性、温度稳定性、湿度稳
3、定性、耐破损性、；化学稳定性等。2、缓冲材料的变形特性缓冲材料的变形特性,大致分为两大类:弹性型(resilienttype)和压溃型(collapsibletype),而弹性型又可分为两大类:线性型(lineartype)和非线性型(non-lineartype)。目前工程上广泛使用的缓冲材料大多是非线性弹性材料。1）线性弹性体(图1)在反复压缩过程中不产生塑性变形,有如金属弹簧。载荷与变形成正比关系,刚度系数k为常数。其载荷—变形表达式为2）双直线弹性体(图2)又称分段线性材料，它具有两种不同的刚度系
4、数值。当变形达到某一临界值(ds)时,材料变得坚硬(k1),可避免产品受到大的冲击力时发生触底现象。其载荷—变形表达式为3）三次函数弹性体(图3)通常无压缩极限，当受到相当高压力时还可测到其压缩变形的变化。其变形与载荷函数关系可近似表达为这类材料多为纤维性材料,如木丝、干草、醋酸纤维丝、发泡塑料草等,组合拉伸吊装弹簧也属此类。4）正切型弹性体(图4)又称硬特性材料。当变形量较小时,变形图线近似于一直线（k0）当载荷到达某一特定点后，刚度突然急剧增大，需要极大的载荷才能产生很小的变形(db为变形极限)，此时
5、接近于一种坚固型材料。这种情况类似于材料受压硬化或触底现象。载荷-变形关系可近似表达为此类材料多为高分子发泡材料、泡沫橡胶、海绵、纸条、棉花等。5）双曲正切型弹性体(图5)又称软特性材料。当在某一点前,压力呈直线上升(k0),过了此点后,载荷增加不大时变形量却增加很大,甚至载荷几乎可以不增加(载荷极限PO)。此时载荷变形关系可近似用双曲线的切线函数来表达。这是一种最佳形式的缓冲材料。此类材料如充气袋、压缩橡胶气枕、瓦楞纸板(未压垮时)。6）不规则弹性体(图6)这种材料的载荷变形关系很难用较确切的函数式来表
6、达,但可用试验方法绘出材料弹性曲线。实际上大多数高分子发泡材料皆属于不规则弹性体。7）组合型材料的力学特性常见的多种缓冲材料组合的方法有很多，最基本的是叠置和并列两种方法。缓冲材料的叠置——类似于弹簧的串联形式，其刚度组合系数：或缓冲材料的并列——类似于弹簧的并联，其刚度组合系数：式中、分别为两种线弹性材料的弹性系数3、缓冲系数C材料缓冲系数C，表征了衬垫材料吸收产品动能并转化为变形能的能力,其表达式为式中σm为对应于最大应变时的最大应力(MPa)Um为材料的单位体积应变能(N·cm/cm3)P为作用载荷
7、(N)t为材料厚度(m)E为材料变形能（N·m或J）显然,缓冲系数越小,表明在同样变形条件下应力越小,传递到产品上的力也越小。在静态载荷作用下和在动态载荷作用下材料缓冲性能是不同的,故缓冲系数C也有静态与动态之分(图7)。静态载荷是指材料压缩变形速度在12±3mm/min的情况,模拟仓储堆码中材料受到的静压力。动态载荷是指材料压缩变形速度在3.4m/s的情况,模拟运输过程中受到的冲击力。工程设计中用到的材料静态缓冲系数C与最大应力σm曲线,如图8所示。工程设计中还常用到表示材料动态缓冲性能的最大应力σs与
8、最大冲击加速度Gm曲线,如图9所示。图8中各材料缓冲系数C随最大应力σm的变化规律呈开口向上的山谷形,其谷底一点的坐标表示了最小缓冲系数Cmin和对应的最大应力。由于在不同最大应力下材料具有不同的缓冲系数,故设计时应选择最小(或较小)缓冲系数值及对应的最大应力值。同时,不同品种材料具有不同的缓冲能力,故设计时,对应于不同应力状态应选择具有不同缓冲能力的材料。图9表示某种材料(如聚苯乙烯)在一定跌落高度下所测出的最大静应力σs和
