文/中國包裝科研測試中心 王偉

本項目的零部件在國內物流運輸中采用陸運的方式。目前，國內缺乏有效評估零部件在物流過程中包裝防護能力的量化要求，無法用數(shù)據(jù)衡量實際物流過程中的風險危害條件。因此迫切希望通過物流監(jiān)測量化風險危害，建立以實驗室測試來驗證包裝可靠性的標準。

本項目對從天津到上海的一批零部件物流運輸進行全程監(jiān)測，以獲取物流風險的量化數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，使實驗室能夠通過數(shù)據(jù)和圖表的形式直觀地了解國內陸運物流全程中產(chǎn)品受到的環(huán)境危害。

一、監(jiān)測設備的安裝

本項目的監(jiān)測設備完成監(jiān)測后再進行數(shù)據(jù)傳輸、解析，獲得沖擊、振動、溫濕度等數(shù)據(jù)。監(jiān)測設備安裝在集裝箱卡車的底板上，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測設備的安裝位置

二、物流過程

這批零部件從天津工廠運至上海工廠，通過公路運輸。

三、數(shù)據(jù)分析

（一）沖擊事件分析

沖擊：在運輸過程中，因跌落、傾倒、汽車剎車、飛機著陸、輪船靠岸時的一種加速度較高、作用時間短（瞬態(tài)）的機械應力對包裝及產(chǎn)品造成的破壞。

沖擊通常用施加在產(chǎn)品上或產(chǎn)品所受到的加速度響應作為試驗變量（單位：g）。沖擊是產(chǎn)品或包裝發(fā)生瞬間突變導致失效的直接原因。

零部件在整個監(jiān)測過程中，沖擊事件強度最大的前10個事件詳細情況如圖2、表1所示，主要發(fā)生在倉庫作業(yè)，是由產(chǎn)品搬運過程中產(chǎn)生的。

圖2 沖擊事件

表1 沖擊事件加速度

（二）選擇加速應力和加載方法

振動是產(chǎn)品相對于其參照位置所作的往復運動，這種往復運動會造成整個包裝件累積性的疲勞或磨損。產(chǎn)品包裝件在運輸環(huán)境中所經(jīng)歷的振動情況隨運輸工具、運行工況、載重量、包裝件結構形式等不同而不同。

產(chǎn)品的運輸過程中，因為路面顛簸、水的波浪、氣流及輪船、飛機發(fā)動機振動的原因，包裝及產(chǎn)品會受到振動或堆碼振動。振動會造產(chǎn)品及包裝的破損。

卡車、輪船、飛機的振動頻率與包裝件的固有頻率相等，會對產(chǎn)品造成更大的損害。如果選用車輛運輸產(chǎn)品，將無法避免各種運輸過程所產(chǎn)生的振動影響。發(fā)動機和車輪所產(chǎn)生的振動將傳入車體，車廂，車架等結構中，由此產(chǎn)生了振動。由于車體結構的懸掛系統(tǒng)和車架的不協(xié)調所產(chǎn)生的振動響應和晃動。

所有震源的多方匯集形成了對包裝和產(chǎn)品的綜合影響。

本項目采用汽車運輸方式，因此影響運輸環(huán)境的基本因素，包括：行駛速度；起動、制動、加減速等；車型；載重量；汽車運輸時的路面狀況等。以上各因素的不同種組合形成實際的運輸振動環(huán)境條件。

物流運輸振動監(jiān)測所獲得的功率譜密度可直接反映運輸全程中的隨機振動危害強度。功率譜密度（Power Spectral Density，PSD）是將原來對時間域的振動描述轉化為頻率域的振動描述，其反映了振動過程在各頻率段的能量分布。均方根加速度（Grms）是個積累的物理量，可以用來表示完整功率譜密度曲線（PSD）的強度。

在本項目中，根據(jù)振動強度記錄，振動能量絕大部分在1～200HZ頻帶內，在此，我們以1～200HZ內的PSD平均值進行分析比較，如圖3所示。

圖3 振動PSD圖譜

（三）溫濕度事件分析

溫度：在運輸過程中溫度變化可能產(chǎn)生極端的影響，驟冷或驟熱。產(chǎn)品處于靜止狀態(tài)時溫度的變化速度可能較慢，但運輸中的溫度變化可能很大。

濕度：相對濕度可能非常高（凝露）或非常低（干燥）。

溫濕度變化對木箱影響較小，會造成木箱翹曲變形、局部膨脹，降低空箱抗壓能力；對紙箱影響大，使紙箱邊壓強度、耐破性降低，典型的如堆碼能力下降

監(jiān)測期間，集裝箱內部溫濕度最大值和最小值如圖4所示。

溫度范圍：23.03℃～39.86℃。

相對濕度范圍：45.8%～72.3%。

圖4 溫濕度環(huán)境

四、模擬運輸試驗方案

因為運輸環(huán)境很復雜、環(huán)境多變，要預測包裝設計能否抵御外界環(huán)境的危害，所以要進行實驗室模擬運輸試驗。

通過實驗室模擬物流環(huán)境進行試驗，結果準確，可對破損狀況精確再現(xiàn)；定性定量分析不同的響應和水平；可對設計原型進行試驗；控制包裝制品和產(chǎn)品包裝質量；獲得包裝改進的信息；外界的不可預見性和不確定性需要增加試驗的嚴酷性。

確定試驗方案的流程包括：試驗項目的確定、試驗方法的選擇、試驗參數(shù)、試驗順序、試驗結果的評定等。

試驗項目的確定：查明流通過程中的每個環(huán)節(jié)，查明每個環(huán)節(jié)包含的危害、危害程度及發(fā)生危害的可能性來制定試驗項目。

試驗方法的選擇：根據(jù)包裝件在裝卸、運輸、儲存等流通環(huán)節(jié)中實際可能遇到的危害因素及典型的包裝損壞情況，設計出與實際流通過程相一致的包裝件損壞類型的試驗方法。

確定試驗參數(shù)：恰當?shù)卮_定和選用這些量值的大小，主要取決于引起危害的因素、危害產(chǎn)生應力的大小、所選試驗項目對模擬或重現(xiàn)這些應力的危害程度。

試驗順序：單項試驗在試驗前進行溫濕度調節(jié)預處理，多項試驗首先應根據(jù)流通過程各環(huán)節(jié)所含危害的實際情況，確定若干個試驗項目，并根據(jù)這些危害出現(xiàn)的先后次序，合理安排試驗順序。

試驗結果的評定：外包裝破損情況，是否會在以后的流通過程和使用中造成危害或潛在的危害。內包裝的破損情況，包括密封包裝是否仍保持密封性，緩沖材料是否破損。定位件是否破損、移位而失去定位作用等。產(chǎn)品的破損情況，一般只作外觀檢查，必要時應作性能試驗。

包裝試驗的類型包括對比試驗、評價試驗和探索試驗。對比試驗:把新設計的包裝與原包裝進行對比試驗。通過試驗不僅能測定新設計的包裝是否比原包裝好，還能在一定程度上測出它們之間的差別程度。

評價試驗:對包裝件、容器或材料進行流通過程和使用條件的模擬試驗。根據(jù)試驗結果評價包裝件、容器或材料在流通過程中及實際使用中可能發(fā)生的情況。

探索試驗:收集一些現(xiàn)有的材料和包裝結構，進行某些試驗，找出性能最佳者用于包裝設計。

（一）試驗程序

1.樣品標示（如圖5所示）

圖5 樣品標示

2.環(huán)境溫濕度試驗

試驗參數(shù)

試驗溫濕度：38℃，RH85%；ISTA 3E。

試驗時間：72小時。

3.沖擊試驗1（試驗參數(shù)）

沖擊方位：5F、6F、2F和4F。

沖擊速度：1.22m/s；ASTM D4169 LevelII。

沖擊次數(shù)：每個面各沖擊1次。

試驗后檢查，包裝件是否有破損，產(chǎn)品是否有損壞或功能失效。

4.跌落試驗1（試驗參數(shù)）

跌落方位：3-5E、2-3E、3-6E和3-4E。

跌落高度：230mm。

跌落次數(shù)：每條棱各跌落1次。

5.振動試驗

目的：模擬在運輸過程樣品所受到的振動危害。

試驗參數(shù)：

加速度均方根（ Grms ）：0.76g。

振動時間：3h（建議振動時間）。

振動圖譜（如表2、圖6所示）。

表2 隨機振動圖譜

圖6 隨機振動圖譜

試驗后檢查，包裝件是否有破損，產(chǎn)品是否有損壞或功能失效。

6.沖擊試驗2（試驗參數(shù)）

沖擊方位：5F、6F、2F和4F。

沖擊速度：1.75m/s，ASTM D4169 LevelII。

沖擊次數(shù)：每個面各沖擊1次。

試驗后檢查，包裝件是否有破損，產(chǎn)品是否有損壞或功能失效。

7.跌落試驗2（試驗參數(shù)）

跌落方位：3-5E、2-3E、3-6E和3-4E。

跌落高度：229mm。

跌落次數(shù)：每條棱各跌落1次。

試驗后檢查，包裝件是否有破損，產(chǎn)品是否有損壞或功能失效。

五、結束語

經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得出以下結論：

根據(jù)物流監(jiān)控采集的數(shù)據(jù)進行分析，再根據(jù)現(xiàn)有的ASTM D4169標準中的規(guī)定，可以制定出實驗室模擬試驗方案，在實驗室環(huán)境中模擬再現(xiàn)在物流環(huán)境中的溫濕度、振動、沖擊等危害，可以作為產(chǎn)品的定型試驗或是設計驗收試驗。