缓冲包装材料的冲击与振动测试研究

　　摘 要 对缓冲包装的动态试验越来越得到人们的重视，文章主要阐述了近年来发展的关于缓冲包装材料的冲击和振动测试方法，同时，也指出这两种方法存在的一些问题。

　　关键词 包装材料；冲击；振动；测试

　　中图分类号：TB484 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0035-02

　　包装设计专家在进行保护性包装设计选材时面临许多挑战。选择合适的包装材料要求权衡搬运、储存、缓冲特性、制造、客户要求和费用等诸多因数。防震包装设计的一个主要任务就是选择合适的缓冲材料以降低流通环境中冲击与振动对产品的危害，另外一个任务是在给定参数条件下实现最有效的包装设计。防震包装设计必须要有合理的缓冲材料数据。

　　缓冲包装材料的测试有静态压缩和动态压缩两种，静态试验用于评价包装件储存、堆码时，在静压力作用下缓冲材料的性能。动态测试用于评价包装件在装卸、搬运、运输过程中，由于冲击、振动等动载荷的作用下缓冲性能的变化。由于动态压缩试验更接近包装件在流通过程中受到的损害，采用动态压缩试验所取得的资料比静态压缩试验得到的资料更符合实际情况。因此，动态试验越来越受到人们的重视。

　　1 冲击测试

　　材料的缓冲特性是进行缓冲包装结构设计的基础，只有知道了材料的缓冲特性，才能进行好的缓冲包装设计。冲击测试在冲击试验机上进行。试验机具有一个可自由跌落的重锤和一个大的质量底座。重锤具有平整的，且能够完全覆盖被试样品的冲击面，其质量可以调节。重锤应坚硬，并且有足够的刚度，以保证在冲击过程中不因重锤自身的振动而使被测试波形发生畸变。重锤的冲击方向应与底座垂直，并以规定的速度冲击试验样品，冲击误差不超过2%，同时，应变能以不小于1min的间隔进行连续冲击。试验机的底座应具有足够的刚度，其质量至少应为最大重锤质量的50倍。

　　缓冲材料的冲击衰减特性通常用缓冲曲线来表示。一条缓冲曲线对应于一种材料类型在不同静态载荷和不同跌落高度的加速度值，在坐标图上表现为峰值加速度G's对于静态载荷的曲线。缓冲曲线可由ASTM D1596和MIL的相关试验标准得到，或者按照GB8167-87《包装用缓冲材料动态压缩试验方法》要求试验。测试程序通常是引导一个预定质量的压板从某一高度跌落到已知厚度和承载面积的缓冲衬垫上，加速度传感器附着在压板上，其值由示波器读出。在同一静态载荷和跌落高度下，重复进行5次试验，取后四组试验结果的平均值绘制坐标点。通过改变压板重量，改变施加在试验样品上的静态载荷继续试验，得到一系列的加速度值，再根据这些数值就可以描绘出一条缓冲曲线。绘制一条缓冲曲线，最少需要测试5组静态载荷，每改变一次静态载荷，需换用新的试验样品。

　　大多数材料的缓冲曲线形状如图1所示。曲线的左边部分通常表现出较高的加速度传递率，在这个区域冲击物体的重量很小，静态应力相对较低，不能产生足够的冲击力压缩缓冲材料，因此表现出刚性冲击的特征，有点像将产品跌落到坚硬的表面上。

　　在曲线的中间部分，压板产生的冲击力增大，衬垫变形加大，加速度在一个较长的时间范围内变化，因此产生的冲击加速度最小。这也是缓冲包装材料可利用的最有效区域。在曲线的右边部分，压板重量继续增大，冲击力增加，压板继续下落，导致物体与缓冲材料的支撑底部碰撞，产生过载现象。在这部分区域，材料没有起到缓冲作用，因此加速度曲线继续上升。理想的缓冲包装设计是利用缓冲曲线的中间部份。

　　2 振动测试

　　对较大或易脆的产品来说，缓冲材料的振动特性比冲击特性显得更为重要。设计有效的振动衰减系统，包装设计师必须首先知道产品和所选材料的振动特性。振动测试在振动试验台上进行。缓冲材料对振动的衰减可用它的传递率和传递率曲线来表示，此时，缓冲材料和质量块构成一个弹簧质量系统，该系统能展示了产品的共振频率特性。

　　目前还没有缓冲包装材料振动试验的正式标准。ASTM D10委员会曾委派其小组委员会制定此类标准，但在80年代初至中期挣扎了一段时间之后，该委员会便宣告了它一个不可能的任务，原因是缓冲材料在承受不同载荷作用下得到的数据不一致。唯一广泛公开的缓冲振动数据是出现在美国军用标准手册MIL 304 A和B2中，该手册还包含了关于数据收集的完整程序。振动试验也可按照GB8169-87“包装用缓冲材料振动传递特性试验方法”的要求进行。