發(fā)泡塑料緩沖設(shè)計中材料的密度選擇

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1、發(fā)泡塑料緩沖設(shè)計中材料的密度選擇資料轉(zhuǎn)??2009-07-0421:53??閱讀63???評論0?字號:大大?中中?小小?聚合物泡沫塑料的力學(xué)性能主要由基體聚合物性質(zhì)、聚合物體積比(或者泡沫塑料密度)和泡體結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)決定。也就是說,泡沫塑料的密度也是一個很重要的因素。而泡沫塑料的密度與發(fā)泡倍數(shù)有直接的關(guān)系。筆者通過幾種不同密度EPS材料的靜、動態(tài)壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù),運(yùn)用發(fā)泡塑料的能量吸收理論研究成果,討論了這些材料的單向壓縮性能以及密度選擇在緩沖包裝設(shè)計中的應(yīng)用。這一研究將為合理選擇包裝材料的密度提供一定的理論依據(jù)。1泡沫塑料緩沖

2、性能及其能量吸收性泡沫塑料的緩沖性質(zhì),最早由Woolam進(jìn)行了研究,他提出了用無量綱參數(shù)確定能量吸收的方法,Miltz等由準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)曲線來預(yù)測泡沫塑料的緩沖性質(zhì)。他們提出用有效性參數(shù)來代表壓縮泡沫塑料的能量吸收率,Yossifon等基于量綱相似參數(shù)提出的簡單數(shù)學(xué)模型,描述了軟泡沫在沖擊條件下的性質(zhì)。泡沫塑料的能量吸收問題,Rusch較早進(jìn)行了研究,并提出可以用3個無量綱量來描述材料的吸能特性。Schwaber提出了如下見解:泡沫塑料變形過程中的能量損耗包括由基體變形產(chǎn)生的能量損耗、基體單元間(比如支柱)的摩擦產(chǎn)生的能量損耗、

3、開孔泡沫塑料中流體的粘性流動產(chǎn)生的能量損耗(氣動阻尼)閉孔結(jié)構(gòu)中氣體的不可逆壓縮產(chǎn)生的能量損耗。Kurauchi等研究了硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在壓縮下的能量吸收問題,Maiti等還提出了構(gòu)造能量吸收圖的方法,能量吸收圖表示了某一密度范圍內(nèi)單位體積泡沫塑料吸收的能量與峰值應(yīng)力的關(guān)系。如果選擇了臨界損傷應(yīng)力,那么能量吸收圖將給出不超過峰值應(yīng)力而吸收最大能量的泡沫塑料密度Avalle和Belingardi等討論了EPP、PUR、EPS等泡沫塑料的能量吸收性,并繪出了相應(yīng)的能量-應(yīng)力圖。綜上所述,目前對于工程用泡沫塑料,特別是高密度聚氨酯泡

4、沫塑料和包裝用泡沫塑料的研究大都集中在對其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的描述和沖擊黏彈性能的分析。很少專門考慮材料密度對其性能的影響以及這種影響對于包裝緩沖材料選擇的意義。本文從試驗(yàn)角度考察不同密度材料的能量吸收性,同時以此為依據(jù)指導(dǎo)材料密度的選擇。2泡沫塑料的單向壓縮試驗(yàn)及其分析分別通過靜態(tài)、動態(tài)壓縮試驗(yàn)測得不同密度材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線或加速度-時間曲線,據(jù)此分析材料的壓縮性能以及材料對壓縮、沖擊能量的吸收性能。2.1試驗(yàn)樣品制備與處理實(shí)驗(yàn)選取新航(蘇州)發(fā)泡塑料有限公司生產(chǎn)的四種不同密度(0,020g/cm3、0.022g/cm3、0.0

5、27g/cm3和0.050g/cm3)的EPS發(fā)泡塑料作為實(shí)驗(yàn)材料,試樣的尺寸規(guī)格統(tǒng)一為100mmXl00mmX35mm。考慮實(shí)際流通環(huán)境情況,在23℃,相對溫度50%的條件下對所有樣品進(jìn)行24h溫濕度預(yù)處理。分別在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮與垂直沖擊壓縮試驗(yàn)。2.2材料的壓縮試驗(yàn)及分析采用國家輕工業(yè)包裝制品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心的LRXPlus電于材料試驗(yàn)機(jī)及其數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)環(huán)境中,對材料進(jìn)行最大應(yīng)變量為90%的準(zhǔn)靜態(tài)單向壓縮試驗(yàn),得到材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖1。'700')this.width='700';"border=0

6、>圖1:不同密度EPS得靜態(tài)壓縮曲線采用DY-2型跌落試驗(yàn)機(jī),在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下,以60cm的跌落高度對試樣進(jìn)行沖擊壓縮試驗(yàn),得到材料的壓縮加速度-時間關(guān)系曲線(見圖2)。從圖1可以看出:1)EPS泡沫塑料屬于雙曲正切型彈塑性材料。在小應(yīng)變情況下,材料表現(xiàn)出較好的彈性;隨著載荷的增加材料發(fā)生了彈性屈曲,隨后曲線呈現(xiàn)出較長的平滑階段,說明材料發(fā)生了較大的塑性變形,應(yīng)力隨應(yīng)變的增加增長緩慢,大部分壓縮能量被材料吸收或耗散。正是材料在此階段的大變形吸收了外界給予的能量(壓縮、振動或沖擊)。隨著應(yīng)變量的增加,材料結(jié)構(gòu)被破壞,對能量的吸收減

7、小,材料傳遞的應(yīng)力也開始急劇上升。2)不同密度的試樣有著不同的壓縮性能,通常密度高的材料在彈性變形階段有著較大的彈性系數(shù),同時屈服應(yīng)力也較大,材料的壓實(shí)強(qiáng)化階段也來得較早。反映出由密度決定的材料結(jié)構(gòu)對整體壓縮性能的影響。'700')this.width='700';"border=0>圖2:不同密度EPS得沖擊壓縮G-t曲線同樣,沖擊壓縮圖線也反映出了材料性能的差異,密度越大,材料結(jié)構(gòu)越緊密,初始彈性也越大,傳遞到產(chǎn)品上的加速度(力)也增長較快,峰值越大,沖擊持續(xù)的時間也相應(yīng)的減少。3EPS材料的壓縮能量吸收性3.1EPS準(zhǔn)靜態(tài)

8、壓縮情況下的能量吸收衡量材料緩沖性能的一個重要指標(biāo)是材料對沖擊、壓縮能量的吸收或耗散,一般以一定應(yīng)力下材料吸收的最大能量或材料對能量的吸收效率來表示。'700')this.width='700';"border=0>圖3:不同密度EPS的靜壓能量吸收-應(yīng)力曲線圖

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