弹性大的硬性材料

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1、运 输 包 装,机电学院 卢杰,第五章 缓冲包装材料,缓冲包装材料的分类,1 塑料缓冲材料 1.1 分类 按结构分 泡沫塑料（还可按发泡方法细分） 气垫塑料薄膜。 按塑料树脂分 热塑性泡沫塑料（PE,PP,PS,PVC等） 热固性泡沫塑料（PU,酚醛泡沫等）,1.2泡沫塑料,泡沫塑料多孔塑料，是以合成树脂为基体，加入发泡剂及其他添加剂，经发泡作用形成的一种内部具有无数微孔的塑料。,按发泡方法和工艺不同形成的孔结构分 开孔（连通气泡） 闭孔（独立气泡） 混合型 按泡孔现状分 球形 椭球形（椭球长度方向的压缩强度和弹性模量比短轴方 向大2倍）,孔径分 大泡孔（直径大于0.5mm) 小泡孔（直径按大

2、于0.25mm),按泡沫密度分 低发泡（密度0.4g/cm ,气体与固体之比9） 按泡沫体的硬度分 硬质泡沫塑料（弹性模量700kPa) 半硬质泡沫塑料（弹性模量在70-700kPa之间) 软质泡沫塑料（弹性模量70kPa),3,3,3,23 和50% RH条件下的弹性模量,泡沫塑料的特性 密度很小 具有良好的冲击吸收性，防震效果好 机械性能好，具有较好的抗压强度和回弹性能 化学稳定性好 加工性能优良 很好的耐水性和很低的吸湿性 对温度的变化有相当好的稳定性 绝热性能优良，可作绝热材料,（1） EPS(发泡聚苯乙烯)保丽龙,优点： 抗压强度大，成本低，加工性能好（可制成带肋的复杂形状，节约成本

3、）； 光滑的略带弹性的模塑表面不会磨损内装物； 振动阻尼大，即抗振性能好； 不吸水；耐腐蚀、耐油、耐老化； 隔热和绝缘性好； 可接触食品； 热敏感性低，2秒内可自熄； 抗蠕变性能极好； 重载下的缓冲性能好； 缺点： 不耐冲击；性脆，拉伸强度低。 EPS无法自然分解，体积大，不易回收；焚烧时易烧坏焚烧炉部件，而且 产生黑烟和一氧化碳等。 欧盟禁用EPS 寻求性价比与EPS相当的环保型缓冲出来是一大世界难题！,采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂，在一定温度工况下制成的发泡树脂。,（2）EPE(发泡聚乙烯)珍珠棉,是一种低密度、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好的、无毒的、耐腐蚀、阻 水的和易回收的聚乙烯聚合物

4、。 优点： 缓冲性能好，能耐多次冲击，动态变形小； 抗拉强度高； 抗静电性能好； 无尘、无毒环保型化合物，易回收利用 缺点： 比EPS贵； 不能模塑。 应用场合： 较贵重和易碎产品的缓冲包装。,（3） EPP(发泡聚丙烯）拿普龙,优点：性能优于EPE和EPS，但价格高。 环保型（可回收利用、可自然降解）抗压缓冲隔热材料。 具有十分优异的抗震吸能性能、形变后回复率高、很好的耐热性、耐化 学药品、耐油性和隔热性。 质量轻，可大幅减轻物品重量。 易成型（可选用模具成型、裁切成型、刀模冲压成型、粘贴成型） 适用场合：,（4） PU(发泡聚氨基甲酸脂）简称聚氨脂，俗称人造海绵),优点： 极好的缓冲性能好

5、，耐多次冲击，振动阻尼性能良好； 成型简单，可制成复杂形状，改变密度容易； 耐水、耐油、耐腐蚀； 复原性好； 回收容易。 应用场合： 现场发泡，适合包装机械部件、 仪器仪表、陶瓷器皿、玻璃制品等。,（5） EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚橡胶制品) PEF(聚乙烯化学交联高发泡材料),优点： 新型环保材料，具有良好的缓冲隔振性能、回弹性与抗张力高、 韧性强、隔热、防潮、耐腐蚀、无毒、不吸水、成型加工容易； 应用场合： 要求长期使用的包装。 冷库保温材料、机器设备密封缓冲件、 各种精密仪器、医疗刀具、量具的包装内衬等。,EVA缓冲垫,PEF内衬,（6）EPDM(三元乙丙烯人造橡胶，俗称多孔橡胶) CR

6、(氯丁橡胶),EPDM ：具有卓越的耐厚型，耐臭氧，可在130C下长期使用； 能耐强酸、强碱、醇、氧化剂、洗涤剂、油、酮、酯和肼等化学药品的腐蚀； 具有优异的耐水、过热和水蒸气的性能。 CR：高档缓冲材料，防震、减震、耐候性、耐酸碱、阻燃性等性能较好。,EPDM,CR,用于精密仪器、医疗设备的运输包装，电子产品的防汽防水包装。,在机械建筑、电器、防水、防腐蚀、防震配件也被大量使用。,1.3 气泡薄膜 （两块塑料薄膜中间夹入空气热合而成）,优点： 具有耐腐蚀、耐霉变、化学稳定性好、不易破碎、无尘、防潮、不吸水、透明、柔软而不磨损内装物、缓冲性能优良。 适用场合：轻型复杂形状易碎产品的缓冲包装。,

7、1.4 气垫缓冲材料,缓冲效果良好 减低材料成本 环保 简单操作 经济,1.5 纸制品缓冲材料 (1)瓦楞纸板,优点： 环保、易裁切、易模切、易黏合、成本低、与瓦楞纸箱好协调、使用范围比泡沫塑料宽 缺点： 对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性差，多次跌落后缓冲能力下降1/3。 适用场合：机电产品的缓冲包装 很多香水、化妆品等都用微细瓦楞纸板做内衬,（2）蜂窝纸板,优点： 具有环保、易黏合、与蜂窝纸箱好协调、使用范围宽。 缺点： 对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性较差； 加工较难，不好模切；比瓦楞纸板贵。 适用场合：,（3）纸浆模塑,优点： 废纸来源广泛

8、、质轻、储运方便、成本低。 有一定的强度、刚度和缓冲性能。 可模塑成与产品轮廓一样的形状、集缓冲、定位、防撞于一身。 有良好的透气性和吸潮性；易于回收、环保。 缺点：纸浆模制作受干燥、能耗等因素的影响，厚度受限制，不能用于重型产品。 纸浆与泡沫塑料混合！ 适用场合：,（4） 纸浆发泡块,利用粉碎后的废纸和淀粉混合、发泡、成型为具有多孔的小块作 缓冲材料，缓冲性能优于EPS 。 优点： 缓冲性能极好。 环保、节约资源。 缺点：运输成本高，适合就近生产 适用场合：电子、仪器和敏感材料的缓冲包装,（5） 纸纤维成型材料（Pillowpack）,利用废纸浆、渣浆等为原料，不经脱水和干燥辊而直接热风干燥

9、 制成的一种弹性好的缓冲材料。 优点： 复原性好，纸面压花或制成瓦楞状其复原性更好。 环保、节约资源。 缺点：运输成本高，适合就近生产,缓冲包装材料的力学性质,缓冲材料的力学特性 在包装力学模型中，一般都把缓冲材料视为理想的弹性体， 也就是在长时间反复振动和多次冲击下，它的弹性仍然均匀、 无变化。实际缓冲材料的弹性，从它们的力形变曲线来看是 相当复杂的。,1线弹性材料。这类缓冲材料的力形变曲线呈 直线性。如果用F表示作用在材料上的力，以x表示在 力F作用下引起的形变，则F与x的关系可用下式表示： 式中k是缓冲材料的弹性系数。,缓冲包装材料的缓冲特性,如果以A表示垂直于外力F的材料截面积。T表示

10、材料未受力的起 始厚度，则线弹性材料的弹性特性也可表示为： 式中E是缓冲材料的弹性模量。 从上式可以看出，k或E越大，则要使材料发生同样的x或所 需的F或也越大。或者说k或E越大，要产生很小的x或，所 需的F或却越大。这种情况对应的缓冲材料呈刚硬态。反之， k或E越小，表明材料容易形变，在很小的F或下可以产生很大 的x或，这种情况对应的缓冲材料呈流体态。 实际上严格说具有线弹性性质的材料是极少的，线弹性材料 意味着在使用范围内力-形变关系遵守虎克定律，也就是使用范 围未超出线弹性，或者说是线弹性范围较大的材料。,缓冲包装材料的缓冲特性,2正切型弹性材料。这类缓冲材料的力-形变曲线呈正切函数 型

11、，如图所示。力F与形变x的函数关系可用下式表示： 式中k0为曲线在x0时的斜率，称初始弹性系数；db为材料的形变极限，在xdb时F。 具有正切函数型性质的缓冲材料很多， 如泡沫橡胶、棉花、乳胶海绵、碎纸、 涂胶纤维以及预压后的聚苯乙烯泡沫塑 料等等。,缓冲包装材料的缓冲特性,3双曲正切型弹性材料。这类缓冲材料的力-形变曲线呈双曲正切型。力F与形变x的函数关系可用下式表示： 式中k0为曲线的初始弹性系数；F0为x、FF0时，力F的 极限值。 从上式可知，在形变x允许的范围内， 不论x怎么增大，F或始终被限制在 规定范围内。如果选用这种材料作缓 冲包装材料，在冲击过程中，传递到 内装产品上的力可被

12、限制到小于产品 本身的承受能力，起到保护产品的目的。,缓冲包装材料的缓冲特性,4三次函数型弹性材料。这类缓冲材料的力-形变曲线呈三次 函数型，如图5-4所示。力F与形变x之间的函数关系可用下式表 示： 式中k0为初始弹性系数，是弹性系数增加率。 这类弹性材料的特性，从力-形变曲线 可以看出，与线弹性材料相比，其不同 处在于当变形增加时，随着弹性系数增 加率的正负性不同，曲线方向成为向 上或向下的，弹性系数增加率的绝对值 越大，曲线偏离线弹性直线的速度越大， 与之对应的材料也会变的越硬（0） 或越软（0）。,缓冲包装材料的缓冲特性,5不规则型弹性材料。这类缓冲材料不符合以上4种函数特 性，其力-

13、形变曲线很难用一个数学公式来表达，大部分高分子 发泡材料属于这类弹性体，为了区别起见，把这类弹性体材料 暂时归为一类，称作不规则型弹性材料。,缓冲包装材料的缓冲特性,组合材料的力学特性 一、缓冲材料的叠置 设两种材料组合后的结构是立方体，受力面面积均为A，原始厚 度分别为T1、T2、T=T1+T2,材料受力方向垂直于受力表面。 1线弹性材料。设原始厚度分别为T1、T2的两种线弹性材料 的弹性模量分别为E1、E2， 在外力F作用下产生的变形 分别为x1、x2，组合的等 效弹性模量分别为E和x。,缓冲包装材料的缓冲特性,假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且有E1E2，由上式 即 EE2 即 EE1

14、,E2EE1,缓冲包装材料的缓冲特性,2非线弹性材料。 在外力作用下，两种非线弹性材料同时变形，形变量x等于各 自形变量之和， 式中：1、2分别为两种材料各自的应变； 、分别为两种材料各自的厚度占总厚度的比值，故存在+=1。,缓冲包装材料的缓冲特性,曲线（1）和曲线（2）分别为两种非线弹性材料的应力应 变曲线，叠置组合的应力应变曲线可 按如下方法得到。首先在图线上连接 同一应力坐标下曲线（1）和曲线（2） 上的对应点，得线段aa，bb，cc， ，将各线段按：的比例分割， 把各分割点联成平滑的曲线，也就是 组合后的应力应变曲线。,缓冲包装材料的缓冲特性,二、缓冲材料的并列 设两种材料组合后的结构

15、是立方体，原始厚度都为T，受力 面积分别为A1、A2，A=A1+A2，材料受力方向垂直于受力表面。 1.线弹性材料。设受力面积分别为A1、A2的两种线弹性材料的 弹性模量分别为E1、E2，组合的等效弹性模量为E，在外力F作 用下，两种材料受力分别为F1和F2，则 考虑了在受外力作用时， 两种材料有相同的形变。,缓冲包装材料的缓冲特性,EA=E1A1+E2A2 或 假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且E1E2，,E,E,E2EE1,缓冲包装材料的缓冲特性,组合设计的缓冲效果，其对应的等效弹性模量与两种原始材料的弹性模量有关，数值大小介于两者之间。 等效弹性模量的大小与两种原始材料的结构尺寸有关，通过改变原始材料的结构尺寸有关，可以使等效弹性模量的数值在取值范围内连续变化。,缓冲包装材料的缓冲特性,2.非线弹性材料。 依据线弹性材料的基本假设，在外力F作用下，,、分别为两种材料各自的受力面积占总受力面积的 比值，存在+=1。,缓冲包装材料的缓冲特性,曲线（1）和曲线（2）分别为两种材料的应力应变曲线， 并列组合的应力应变曲线可按如下方法求得。联接同一应 变坐标下曲线（1）和曲线（2）上的对应点；得线段aa， bb，cc，依据（5-18）式，将各线段按：的比 例分割，把各分割点联结成平滑的曲线，这就得到了组合后 的应