摘 要 對(duì)緩沖包裝的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)越來越得到人們的重視，文章主要闡述了近年來發(fā)展的關(guān)于緩沖包裝材料的沖擊和振動(dòng)測(cè)試方法，同時(shí)，也指出這兩種方法存在的一些問題。

關(guān)鍵詞 包裝材料；沖擊；振動(dòng)；測(cè)試

中圖分類號(hào)：TB484 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）14-0035-02

包裝設(shè)計(jì)專家在進(jìn)行保護(hù)性包裝設(shè)計(jì)選材時(shí)面臨許多挑戰(zhàn)。選擇合適的包裝材料要求權(quán)衡搬運(yùn)、儲(chǔ)存、緩沖特性、制造、客戶要求和費(fèi)用等諸多因數(shù)。防震包裝設(shè)計(jì)的一個(gè)主要任務(wù)就是選擇合適的緩沖材料以降低流通環(huán)境中沖擊與振動(dòng)對(duì)產(chǎn)品的危害，另外一個(gè)任務(wù)是在給定參數(shù)條件下實(shí)現(xiàn)最有效的包裝設(shè)計(jì)。防震包裝設(shè)計(jì)必須要有合理的緩沖材料數(shù)據(jù)。

緩沖包裝材料的測(cè)試有靜態(tài)壓縮和動(dòng)態(tài)壓縮兩種，靜態(tài)試驗(yàn)用于評(píng)價(jià)包裝件儲(chǔ)存、堆碼時(shí)，在靜壓力作用下緩沖材料的性能。動(dòng)態(tài)測(cè)試用于評(píng)價(jià)包裝件在裝卸、搬運(yùn)、運(yùn)輸過程中，由于沖擊、振動(dòng)等動(dòng)載荷的作用下緩沖性能的變化。由于動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)更接近包裝件在流通過程中受到的損害，采用動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)所取得的資料比靜態(tài)壓縮試驗(yàn)得到的資料更符合實(shí)際情況。因此，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)越來越受到人們的重視。

1 沖擊測(cè)試

材料的緩沖特性是進(jìn)行緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，只有知道了材料的緩沖特性，才能進(jìn)行好的緩沖包裝設(shè)計(jì)。沖擊測(cè)試在沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)機(jī)具有一個(gè)可自由跌落的重錘和一個(gè)大的質(zhì)量底座。重錘具有平整的，且能夠完全覆蓋被試樣品的沖擊面，其質(zhì)量可以調(diào)節(jié)。重錘應(yīng)堅(jiān)硬，并且有足夠的剛度，以保證在沖擊過程中不因重錘自身的振動(dòng)而使被測(cè)試波形發(fā)生畸變。重錘的沖擊方向應(yīng)與底座垂直，并以規(guī)定的速度沖擊試驗(yàn)樣品，沖擊誤差不超過2%，同時(shí)，應(yīng)變能以不小于1min的間隔進(jìn)行連續(xù)沖擊。試驗(yàn)機(jī)的底座應(yīng)具有足夠的剛度，其質(zhì)量至少應(yīng)為最大重錘質(zhì)量的50倍。

緩沖材料的沖擊衰減特性通常用緩沖曲線來表示。一條緩沖曲線對(duì)應(yīng)于一種材料類型在不同靜態(tài)載荷和不同跌落高度的加速度值，在坐標(biāo)圖上表現(xiàn)為峰值加速度G's對(duì)于靜態(tài)載荷的曲線。緩沖曲線可由ASTM D1596和MIL的相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)得到，或者按照GB8167-87《包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》要求試驗(yàn)。測(cè)試程序通常是引導(dǎo)一個(gè)預(yù)定質(zhì)量的壓板從某一高度跌落到已知厚度和承載面積的緩沖襯墊上，加速度傳感器附著在壓板上，其值由示波器讀出。在同一靜態(tài)載荷和跌落高度下，重復(fù)進(jìn)行5次試驗(yàn)，取后四組試驗(yàn)結(jié)果的平均值繪制坐標(biāo)點(diǎn)。通過改變壓板重量，改變施加在試驗(yàn)樣品上的靜態(tài)載荷繼續(xù)試驗(yàn)，得到一系列的加速度值，再根據(jù)這些數(shù)值就可以描繪出一條緩沖曲線。繪制一條緩沖曲線，最少需要測(cè)試5組靜態(tài)載荷，每改變一次靜態(tài)載荷，需換用新的試驗(yàn)樣品。

大多數(shù)材料的緩沖曲線形狀如圖1所示。曲線的左邊部分通常表現(xiàn)出較高的加速度傳遞率，在這個(gè)區(qū)域沖擊物體的重量很小，靜態(tài)應(yīng)力相對(duì)較低，不能產(chǎn)生足夠的沖擊力壓縮緩沖材料，因此表現(xiàn)出剛性沖擊的特征，有點(diǎn)像將產(chǎn)品跌落到堅(jiān)硬的表面上。

在曲線的中間部分，壓板產(chǎn)生的沖擊力增大，襯墊變形加大，加速度在一個(gè)較長的時(shí)間范圍內(nèi)變化，因此產(chǎn)生的沖擊加速度最小。這也是緩沖包裝材料可利用的最有效區(qū)域。在曲線的右邊部分，壓板重量繼續(xù)增大，沖擊力增加，壓板繼續(xù)下落，導(dǎo)致物體與緩沖材料的支撐底部碰撞，產(chǎn)生過載現(xiàn)象。在這部分區(qū)域，材料沒有起到緩沖作用，因此加速度曲線繼續(xù)上升。理想的緩沖包裝設(shè)計(jì)是利用緩沖曲線的中間部份。

2 振動(dòng)測(cè)試

對(duì)較大或易脆的產(chǎn)品來說，緩沖材料的振動(dòng)特性比沖擊特性顯得更為重要。設(shè)計(jì)有效的振動(dòng)衰減系統(tǒng)，包裝設(shè)計(jì)師必須首先知道產(chǎn)品和所選材料的振動(dòng)特性。振動(dòng)測(cè)試在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。緩沖材料對(duì)振動(dòng)的衰減可用它的傳遞率和傳遞率曲線來表示，此時(shí)，緩沖材料和質(zhì)量塊構(gòu)成一個(gè)彈簧質(zhì)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能展示了產(chǎn)品的共振頻率特性。

目前還沒有緩沖包裝材料振動(dòng)試驗(yàn)的正式標(biāo)準(zhǔn)。ASTM D10委員會(huì)曾委派其小組委員會(huì)制定此類標(biāo)準(zhǔn)，但在80年代初至中期掙扎了一段時(shí)間之后，該委員會(huì)便宣告了它一個(gè)不可能的任務(wù)，原因是緩沖材料在承受不同載荷作用下得到的數(shù)據(jù)不一致。唯一廣泛公開的緩沖振動(dòng)數(shù)據(jù)是出現(xiàn)在美國軍用標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)MIL 304 A和B2中，該手冊(cè)還包含了關(guān)于數(shù)據(jù)收集的完整程序。振動(dòng)試驗(yàn)也可按照GB8169-87“包裝用緩沖材料振動(dòng)傳遞特性試驗(yàn)方法”的要求進(jìn)行。

振動(dòng)測(cè)試又包含有正弦和隨機(jī)振動(dòng)兩種。正弦振動(dòng)是給定一個(gè)加速度等級(jí)，在一定的頻率范圍內(nèi)輸入正弦激勵(lì)。隨機(jī)振動(dòng)是給定功率譜密度曲線，在感興趣的頻率范圍內(nèi)輸入隨機(jī)信號(hào)。采用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)苁沟脭?shù)據(jù)更容易收集，而且由于產(chǎn)品在實(shí)際環(huán)境受到的振動(dòng)實(shí)際上都是隨機(jī)性質(zhì)的，因而隨機(jī)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)也更為合理。

圖2是兩種（C-C和T-C）典型的振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備的安裝模式。第一份正式的振動(dòng)數(shù)據(jù)文件，由70年代中期Lansmont公司采用設(shè)備對(duì)美國空軍包裝評(píng)估機(jī)構(gòu)的多種材料進(jìn)行試驗(yàn)獲得。即是后來出版的MIL手冊(cè)304A以及其修訂版304 B2。

放大/衰減曲線圖是由垂直的頻率軸和水平的靜應(yīng)力（負(fù)荷）軸包圍的一個(gè)區(qū)域。中間部分是材料對(duì)輸入激勵(lì)的放大區(qū)域，這也是包裝設(shè)計(jì)師最為關(guān)注的區(qū)域。

圖4中的曲線可以解釋如下：對(duì)于給定的頻率，低的靜態(tài)壓力產(chǎn)生相當(dāng)于輸入激勵(lì)的加速度大小給產(chǎn)品。換句話說，加速度的響應(yīng)/輸入比率大約為1。隨著靜態(tài)應(yīng)力增加，輸入激勵(lì)將被放大，這時(shí)候加速度的響應(yīng)/輸入比率大于1。在更高的應(yīng)力情況下，緩沖材料將衰減振動(dòng)輸入，這時(shí)候加速度的響應(yīng)/輸入比率小于1。

3 一些補(bǔ)充說明

包裝設(shè)計(jì)師進(jìn)行防震包裝設(shè)計(jì)時(shí)，不但應(yīng)十分熟悉包裝材料緩沖曲線和放大/衰減曲線的數(shù)據(jù)，還應(yīng)知道這些數(shù)據(jù)是通過何種方式獲得，這是非常重要的。比如說，同樣是沖擊試驗(yàn)，用ASTM D1596方法得到的數(shù)據(jù)將可能不同于采用ASTM D4168方法測(cè)試得到的數(shù)據(jù)。endprint

盡管材料的緩沖數(shù)據(jù)對(duì)于包裝設(shè)計(jì)師來說非常重要，但是在使用過程我們也應(yīng)該注意以下一些問題。

1）歷史上，沖擊衰減特性被認(rèn)為是緩沖材料的唯一特性，而忽視了包裝中的其他變量，比如容器、磨擦和空氣動(dòng)力學(xué)等的影響。這些因數(shù)能導(dǎo)致防震包裝設(shè)計(jì)達(dá)不到最優(yōu)效果，甚至使其行為失效。

2）盡管材料特性測(cè)試數(shù)據(jù)適用于不同材料之間的比較，但未必確信它就如何適合于某一具體的包裝設(shè)計(jì)。主要的保護(hù)性包裝供應(yīng)商之一Sealed Air公司曾提出了一種叫做“In-package”的測(cè)試方法，由于更接近包裝材料的實(shí)際工作狀況，此種方法獲得的數(shù)據(jù)相比于傳統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)更適用于設(shè)計(jì)師預(yù)測(cè)包裝系統(tǒng)的表現(xiàn)。

緩沖包裝材料的測(cè)試是一項(xiàng)永不停止的工作，完善的材料數(shù)據(jù)庫對(duì)于設(shè)計(jì)有效的包裝系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)余時(shí)間是非常重要的。

參考文獻(xiàn)

[1]李沛生.我國運(yùn)輸包裝工業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2004（08）：55-58.

[2]Dale Root. Lansmont Six-Step Method for cushioned package development[R]. October 1988， Revised February 1992， April 1997.

[3]Mindlin R.D. Dynamics of package cushioning. Bell system technical journal， 1945， 24： 353-467.

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[5]Xi Dechang， Chen Qinghua， Pen Nanling， Zheng Zhiyin. The Vibration and Shock Testing in China， （1） Vibration Isolation and Cushioning of Binary Stage Item Packaging，（2） Vibration Isolation and Cushioning of Packaged Articles Connected by an Elastic Element， 5th IAPRI Conference Papers， 1986， 1（2）.

[6]MIL-STD-810E， Environmental testing methods and engineering guidelines[S].US Military Standards，1989.

作者簡介

陳元龍（1979-），男，貴州遵義人，講師，碩士學(xué)位，研究方向：材料與建筑工程。

盡管材料的緩沖數(shù)據(jù)對(duì)于包裝設(shè)計(jì)師來說非常重要，但是在使用過程我們也應(yīng)該注意以下一些問題。

1）歷史上，沖擊衰減特性被認(rèn)為是緩沖材料的唯一特性，而忽視了包裝中的其他變量，比如容器、磨擦和空氣動(dòng)力學(xué)等的影響。這些因數(shù)能導(dǎo)致防震包裝設(shè)計(jì)達(dá)不到最優(yōu)效果，甚至使其行為失效。

2）盡管材料特性測(cè)試數(shù)據(jù)適用于不同材料之間的比較，但未必確信它就如何適合于某一具體的包裝設(shè)計(jì)。主要的保護(hù)性包裝供應(yīng)商之一Sealed Air公司曾提出了一種叫做“In-package”的測(cè)試方法，由于更接近包裝材料的實(shí)際工作狀況，此種方法獲得的數(shù)據(jù)相比于傳統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)更適用于設(shè)計(jì)師預(yù)測(cè)包裝系統(tǒng)的表現(xiàn)。

緩沖包裝材料的測(cè)試是一項(xiàng)永不停止的工作，完善的材料數(shù)據(jù)庫對(duì)于設(shè)計(jì)有效的包裝系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)余時(shí)間是非常重要的。

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作者簡介

陳元龍（1979-），男，貴州遵義人，講師，碩士學(xué)位，研究方向：材料與建筑工程。

盡管材料的緩沖數(shù)據(jù)對(duì)于包裝設(shè)計(jì)師來說非常重要，但是在使用過程我們也應(yīng)該注意以下一些問題。

1）歷史上，沖擊衰減特性被認(rèn)為是緩沖材料的唯一特性，而忽視了包裝中的其他變量，比如容器、磨擦和空氣動(dòng)力學(xué)等的影響。這些因數(shù)能導(dǎo)致防震包裝設(shè)計(jì)達(dá)不到最優(yōu)效果，甚至使其行為失效。

2）盡管材料特性測(cè)試數(shù)據(jù)適用于不同材料之間的比較，但未必確信它就如何適合于某一具體的包裝設(shè)計(jì)。主要的保護(hù)性包裝供應(yīng)商之一Sealed Air公司曾提出了一種叫做“In-package”的測(cè)試方法，由于更接近包裝材料的實(shí)際工作狀況，此種方法獲得的數(shù)據(jù)相比于傳統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)更適用于設(shè)計(jì)師預(yù)測(cè)包裝系統(tǒng)的表現(xiàn)。

緩沖包裝材料的測(cè)試是一項(xiàng)永不停止的工作，完善的材料數(shù)據(jù)庫對(duì)于設(shè)計(jì)有效的包裝系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)余時(shí)間是非常重要的。

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作者簡介

陳元龍（1979-），男，貴州遵義人，講師，碩士學(xué)位，研究方向：材料與建筑工程。