缓冲材料及设计资料
缓冲包装材料
缓冲包装材料缓冲包装材料是一种用于保护商品和货物在运输和储存过程中防止碰撞和损坏的材料。
它通常由柔软、轻便且具有吸震性能的材料制成，如泡沫塑料、纸板等。
缓冲包装材料在现代物流中起到至关重要的作用，下面将介绍一些常见的缓冲材料和其优势。
泡沫塑料是一种常见的缓冲包装材料。
它具有轻质、柔软、耐撞性能好等特点。
泡沫塑料材料由于其内部存在大量气泡，可有效减震和缓冲商品在运输过程中的碰撞力，降低商品被损坏的风险。
并且泡沫塑料材料可以根据不同商品的形状进行裁剪和设计，以确保每一个商品都得到适当的防护。
纸板是另一种常见的缓冲包装材料。
纸板由于其较硬的特性，可以提供较高强度的保护。
纸板材料可以用来制作一系列的包装箱、填充物和垫片等。
纸板不仅价格低廉，而且易于回收和循环利用，对环境友好。
除了泡沫塑料和纸板，还有一些其他的缓冲材料，如气泡膜、泡沫颗粒、海绵等。
气泡膜由于其内部存在大量充满气体的小泡，具有很好的缓冲和抗震性能。
泡沫颗粒则可以填充在商品包装箱中，提供更好的缓冲效果。
海绵材料由于其柔软性能，可以适应各种形状的商品，提供全方位的保护。
缓冲包装材料的优势不仅在于其缓冲和保护性能，而且还能够减少物流成本。
合理使用缓冲材料可以减少商品的损坏率，降低退货率，从而节省了企业的运输成本和维修费用。
另外，缓冲材料的材质多样性也为企业提供了更多的选择空间，可以根据不同商品和运输方式选用最适合的缓冲材料。
综上所述，缓冲包装材料在现代物流中起到了至关重要的作用。
它能够提供有效的防护和缓冲，减少商品的损坏风险，同时降低了企业的运输成本。
随着物流行业的不断发展和创新，相信缓冲包装材料也将越来越受重视，并且不断推出更加高效和环保的材料。
28.3缓冲材料性能解析
h2 , 1 h
代入上式中得:
1 2
一、组合材料叠置（串联）
• 非线弹性材料叠置 通过分别对串联的两种非线弹性 材料进行抗压试验，可得到它们的 应力—应变曲线分别为abc和a’b’c’； 连接两曲线同一应力下的对应点， 按 β ∶ α的比例找出一点，连接 这些点就可得到组合材料的串联应 力—应变曲线。
• 线弹性材料叠置
P k1x1
P P P k k1 k2
P k2 x2
k
x x1 x2
k1 k2 k1 k2
假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且 E1＞E2 由
EA k h
可以得出等效弹性模量：E2 ＜ E ＜ E1
一、组合材料的叠置（串联）
• 线弹性材料叠置 E2 ＜ E ＜ E1 结论的求证
• 线弹性材料并列
x x1 x2
PP 1P 2
kx x(k1 k2 )
k EA h
k k1 k2
假设两种线弹性材料的弹性模量不同，且 E1＞E2 由 可以得出等效弹性模量E ：E2 ＜ E ＜ E1 结论与叠置相同。 由此可知：①组合设计的线弹性材料的缓冲效果，其对应 的等效弹性模量与其原始材料的弹性模量有关，数值大小介于 两者之间。 ②等效弹性模量的大小与原始材料的结构尺寸有关，通过 改变结构尺寸可以使等效弹性模量在取值范围内变化。
A
A
类似叠置时绘制曲线的方 法，用 β ∶ α的比例确定 各点，连接出组合材料的并 联应力—应变曲线。
第三节
缓冲特性与缓冲系数
一、缓冲效率 二、缓冲系数 三、影响缓冲系数的因素
一、缓冲效率
设缓冲材料的原始厚度为 h，若在力F的作用下缓冲材 料变形为x，则产生的变形能为：
缓冲包装材料
浅谈缓冲包装材料09包装工程A09160101 白秀英摘要：为了防止产品在物流过程中受到冲击和振动等机械载荷作用引起的损坏，需要对产品进行缓冲包装。
本文简单介绍了几种常用的缓冲包装材料及发展动向。
关键词：缓冲包装，材料，塑料，纸质缓冲包装的目的是防止产品在装卸运输等整个流通过程中遭受冲击振动而产生的机械损伤。
包装箱中的缓冲材料的作用，是通过为高速跌落过程中的产品提供达到所需空间的方式来缓解冲击载荷，并消散一定的冲击能，保证产品在可能的恶劣物流条件下不损坏，缓冲材料还可以衰减振动。
每一个产品都有一个极限值，所受的冲击加速度在这个极限值内，产品就不会发生机械损坏，这就是产品的脆度，也叫允许加速度。
当产品在流通过程中所承受的冲击加速度大于脆度时，产品就会损坏。
因此，包装工作者就应该通过包装设计，选用适合的缓冲包装结构和合适的缓冲包装材料，来使产品在装卸、运输、保管等整个流通过程中所受的冲击加速度都小于它的脆度。
根据产品的脆度，通常把产品分为三个等级，１从而采用相应的缓冲方法来进行包装。
第一级40G以下易碎物品第二级41-90G 较脆物品第三级91G以上普通物品众所周知，产品在流通过程中常常会受到比它脆度大的冲击加速度，易脆物品和较脆物品要是没有做好相应的缓冲包装，是不能经受装卸运输过程中产生的冲击加速度的。
过去的缓冲材料有纸、瓦楞纸板、刨花、橡胶、泡沫橡胶等，现在的缓冲包装材料主要可以分为两大类：塑料缓冲材料和纸质缓冲材料。
以下是简单介绍禅境的缓冲材料性质及其性能特点。
1.塑料缓冲材料塑料缓冲材料一般都是合成树脂。
经发泡处理，可以支撑不同性能的泡沫塑料，主要有发泡聚苯乙烯（ＥＰＳ）、发泡聚乙烯（ＥＰＥ）、乙烯一醋酸乙烯共聚物橡塑（ＥＶＡ）、聚氨酯（ＰＵ）、发泡聚丙烯（ＥＰＰ）等发泡塑料和气垫塑料薄膜。
发泡塑料的性能除决定于其本身材质外，主要决定于发泡程度和泡沫性质。
以下是这几种材料简单介绍。
发泡聚苯乙烯即ＥＰＳ，俗称保丽龙。
缓冲包装设计
§§６缓冲包装设计§6－1概述冲击和振动是包装件在流通过程中受到的两种主要负荷，为了减缓内装产品受到外界的冲击和振动，保护产品免受损坏而采取一定防护措施的包装，称为缓冲包装。
缓冲包装的结构形式有多种多样，最常见的是采用弹性材料作缓冲衬垫。
缓冲衬垫的结构形式，因内装产品的质量、形状和尺寸不同而不同，按承载面积通常分为全面缓冲和局部缓冲。
全面缓冲多使用泡沫塑料条、纸板碎粒，薄片或采用现场发泡材料，局部缓冲多采用角垫，侧垫等形式。
缓冲包装设计包括冲击防护设计和振动防护设计。
冲击防护的主要目的是缓和冲击。
以缓冲材料作为内装物和包装箱中间的介质，来吸收冲击能量，延长内装产品承受冲击脉冲作用的时间。
设计时，先根据先决条件，计算缓冲材料的尺寸、形状，选择缓冲材料的种类和缓冲方式。
振动防护的主要目的是调节包装件的固有频率。
选择恰当的阻尼材料，把包装系统对振动的传递率控制在预定的范围内，特别是要避免共振现象。
§6－2缓冲衬垫设计的基本方法一、衬垫结构尺寸设计设计缓冲衬垫的基本要求是在保护产品免遭破损的前提下，选择适当的材料，确定合理的结构形状和尺寸。
设计的基本参数，除产品的重量和尺寸外，还有代表流通环境的跌落高度H，代表产品强度的脆值G，代表材料性能的缓冲特性参数C。
正确应用缓冲材料的特性曲线对包装结构作系统的定量分析，是缓冲结构设计的基本方法。
1. 应用缓冲系统――最大应力（c～σm）曲线设计衬垫尺寸c～σm曲线是表示材料缓冲能力的一种基本曲线，通过静态压缩试验求得。
如图5-12所示为几种常用缓冲衬垫最大缓冲系数――最大应力曲线的实际测试结果。
由图可知：缓冲系数C随最大应力变化的规律是凹谷状，开口向上，谷底最低点的坐标是最小缓冲系数和所对应的最应力。
① 不同品质的材料，具有不同的缓冲能力； ② 同样品种的材料，密度不同，缓冲特性也不同。
例6-1：重为10kg 的产品，脆值为80g ，要保证从60 cm 的高处跌落而不破损，若用密度为0.031g/cm 3的聚氯乙烯塑料泡沫，（见P99图5-12图线10作衬垫，试计算衬垫所需尺寸。
缓冲包装材料分析
所以有幸接触到不少的缓冲材料，InstapakPUR现场发泡包装foam-in-placepackagingf，吸塑泡罩包装clamshellpackaging，是目前使用比较广泛的缓冲包装材料（不符合环保要求，可模塑、轻质、价格低、包装保护效果优，称为预发泡材料，将预发泡聚苯乙烯珠粒材料注入模具，经过加温、熔化、挤压、催化、发泡形成珍珠棉状发泡片材的塑料材料，主要用作商品的内衬包装，该材料的我们公司也有生产高级厨房用锅具，所以有幸接触到不少的缓冲材料。
保丽龙EPS，伊比龙EPE，拿普龙EPP，匹欧龙EPO, 气泡纸Bubble wrap，Instapak PUR现场发泡包装foam-in-place packaging foam，蜂窝纸板Honeycomb paperboard，纸浆模mold pulp，吸塑泡罩包装clam shell packaging，纸托paperboard nesting等。
聚苯乙烯泡沫塑料（EPS－Expanded Polystyrene）俗名保丽龙，是目前使用比较广泛的缓冲包装材料（不符合环保要求，将来会不断被替代），可模塑、轻质、价格低、包装保护效果优，半硬的均聚物，闭孔结构。
发泡倍率在40倍左右，原料粒子有分302，303，401，403，开头的数字越大，表示粒子越小，更易成型，当然价格就会越高。
一般手工制作的EPS都使用302，如果精度要求较高的话，就需要开模，模具费用适中，有些如果量不大的话，使用水泥模就可以了。
EPS原料是用不到8％的碳氢化合物发泡剂（戊烷）浸泡小粒树脂，加热到85－96℃，发泡剂产生内压，膨胀为聚苯乙烯珠粒，称为预发泡材料。
膨胀倍数25－40，密度16－26mg/cm3。
将预发泡聚苯乙烯珠粒材料注入模具，通低压蒸气加热和二次膨胀使珠粒发泡。
封闭区内的热量与压力使珠粒熔合成为半硬的闭孔泡沫塑料制品。
蒸气透过率和吸水率低，绝缘良好，光滑而微弹性表面不会磨损产品，可模塑成复杂形状，压缩到75％还有很大回复能力，静压蠕变低，压缩强度高，可浸泡阻燃剂和抗静电剂，食品相容好，耐酸、碱和脂肪族化合物，但不耐溶剂与矿物油。
5-第五章-02 运输包装缓冲设计
定义
指包装容器内所剩余的空间，全 部用缓冲材料填充固定，对产品 周围进行全面保护的方法。
特点
一般采用丝状、薄片或粒状的材 料，对形状复杂的产品能良好地 填塞，适合小批量产品包装。
全面缓冲包装应用实例
超轻型泡泡粒包装 可以迅速均匀地填满 各种形状和大小物品 周围的全部空间。 发泡袋现场成形包装 发泡袋自动充满产品与 包装箱之间的空隙形成 产品缓冲垫。 气 垫 包 装 纸 包 装
5 A WG / 100 80 /( 3 . 6 10 ) m 2 2 0 . 0222 ( m ) 222 ( cm )
（2）选择适当的缓冲包装材料计算尺寸
例：用纸箱做内包装，把一重力为100N，脆值为30的产品装 入箱内，用衬垫将它与外包装箱隔开，内装箱每面面积为 2000 cm2，设定等效跌落高度为60cm，试选择适当的缓冲材 料，并计算其尺寸。 解：已知W=100N，G=30，H=60cm,全面缓包A=2000cm2
A W / stD 10 4 200 /( 0 .07 10 5 ) 10 4 285 ( cm 2 )
最小加速度法：
对于曲线最低点对应的加速度值最小，缓冲效果 更好，产品的安全性更高。则取T=4cm曲线的最 低点E点作设计。 5 0 . 04 10 Pa 对应的： st
5 2 A WG / 90 50 /( 0 . 7 10 ) 0 . 0643 ( m ) m 2 2 643 ( cm ) 750 ( cm ) 可行
T CH / G 3 . 3 60 / 50 3 . 96 ( cm )
2.最大加速度 G m～静应力 st 曲线应用
特性曲线
EPE缓冲包装设计
ap
式中：
= η* as
ap
as
——产品的最大响应加速度。 ——包装件在共振频率时受到的最大加速度。
η ——缓冲材料在共振频率时的振动传递率。
3、计算缓冲材料的厚度如下：
T
=
H C* ［G］
-
三、按以下公式方法计算出来的值
σ
二、利用缓冲系数——最大应力曲线设计缓冲包装时的计算方法如下：
W σ = ［ G ］*- * 10 4 m A
1、 确定缓冲系数值、最大应力曲线值，如果选择同种材料缓冲系数最小的，则所需要的材料厚度为最 小。
2、如果要求缓冲材料之厚度为最小， 则必须确定最小缓冲系数值的最大应力值。 由此， 值得注意的是，
W σ = - * 10 4 st A
W σ = ［ G ］* - * 10 4 m A
还应考虑到下列情况，即对计算结果予以修正。 1、在缓冲设计计算时，应校核产品在载荷方向上与缓冲材料的接触部分的强度，如果该
部位不能承受
W σ = ［ G ］* - * 10 4 式中的最大应力，则应重新计算尺寸。 m A
Te
式中：Te ——修正厚度，cm.。 Cr ——蠕变系数，%。
=T
* (1+C r )
总之，由于不同的温湿度条件下缓冲材料的缓冲性能存在着差异，应根据流通过程中可能出现的 环境条件修正计算缓冲材料的尺寸。
密级资料
内部公开
修正计算
一、利用最大加速度——静应力曲线设计缓冲包装时的计算程序如下： 首先计算缓冲材料所受到的静应力：
σs t =
W A
缓冲减震材料
缓冲减震材料
缓冲减震材料是一种能够吸收冲击能量并减少振动传递的材料。
它们在各种工
业和民用应用中发挥着重要作用，包括汽车、航空航天、建筑、运动器材等领域。
本文将介绍缓冲减震材料的种类、特性和应用，以及未来的发展趋势。
首先，缓冲减震材料可以分为弹性材料和非弹性材料两大类。
弹性材料如橡胶、弹簧等能够通过形变吸收冲击能量，然后恢复原状。
而非弹性材料如泡沫塑料、凝胶等在受到冲击时会发生永久形变，从而减少冲击传递。
不同的应用场景需要不同类型的材料来实现最佳的缓冲减震效果。
其次，缓冲减震材料具有吸能、耐磨、耐腐蚀、耐高低温等特性。
这些特性使
得它们可以在恶劣的环境中长时间稳定地工作，保护设备和结构免受损坏。
例如，汽车减震器中的橡胶垫能够吸收路面震动，提高乘坐舒适性和操控稳定性；建筑结构中的减震垫能够减少地震和风力对建筑物的影响，提高结构的安全性。
此外，缓冲减震材料在未来的发展中将继续追求更高的性能和更广泛的应用。
随着科学技术的不断进步，新型材料和制造工艺的出现将为缓冲减震材料的发展带来新的机遇和挑战。
例如，纳米材料、复合材料、智能材料等将为缓冲减震材料的性能提升和多功能化应用提供可能性。
综上所述，缓冲减震材料在工程领域中具有重要的地位和作用。
它们不仅可以
保护设备和结构，提高工作效率和安全性，还可以改善产品的使用体验和性能表现。
随着科技的进步和应用需求的不断增加，缓冲减震材料将会迎来更加广阔的发展前景，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
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不
良
差
优
良
宽
易
有
良
燃
皱纹纸 垫
差
不
一
大
无
大
有
不
良
不
不
良
宽
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良
般
量
良
良
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燃
化纤丝
稍差
良
小
有
无
无
无
良
良
优
－
－
稍
易
窄燃ຫໍສະໝຸດ 金属弹 簧无不大
无
无
无
无
良
良
差
不
不
宽
不
良
可
可
燃
橡胶
无
优
大
无
稍
大
有
不
不
优
良
良
窄
易
有
良
良
燃
薄膜气
稍差
良
最
无
无
无
无
良
良
优
不
良
宽
易
垫
小
良
燃
薄膜悬
稍差
优
极
无
无
无
无
良
良
优
良
良
宽
易
挂
小
燃
4.2 缓冲材料的缓冲系数
曲线1：2.25 曲线2：4.5 曲线3：6.75 曲线4：9.0 曲线5：11.25 曲线6：13.5
当缓冲材料达到最大应变εm时，重锤W在高度H所具有 的势能等于缓冲材料的形变能，即
A hmdW H mdW H
0
0
A h
m
GmW A
动态缓冲系数 C m dGm AWW AH hGH mh 0
解：采用全面缓冲方式，有 A = 625 2，则静应力为
st W A 1 0 4 2 5 1 5 0 2 5 1 0 4 0 .0 2 4 1 0 5P a
软
型
合
用
燃
性
度
性
性
量
性
性
性
性
性
范
性
能
围
好
小
无
无
无
无
良
良
良
良
良
易
优
宽
燃
EPS
稍差
优
小
很
无
无
无
良
良
稍
优
良
窄
易
小
差
燃
PU
好
优
小
无
无
无
微
良
良
优
优
良
宽
易
燃
EVA
好
优
小
有
无
无
无
良
良
优
良
良
宽
易
燃
XPE/IXP
好
优
小
无
无
无
无
良
良
优
良
良
宽
易
E
燃
瓦楞纸 板
差
稍
一
稍
无
大
有
不
良
不
不
优
宽
易
差
般
有
良
良
可
燃
纸浆模
一般
差
大
稍
无
大
有
m G A W 1 0 4 1 0 0 2 3 0 0 0 0 1 0 4 0 .1 5 1 0 5 P a
查表知，当m0.15105Pa时，材料⑦（密度为0.012的泡
沫橡胶）有最小缓冲系数，且C = 3.5
故缓冲垫厚度为 hH GC3.536007cm
●利用动态—σ曲线 例：某产品重量为150N，脆值为55，允许的跌落高度为60， 产品为边长为25的正方体。拟采用下图所示缓冲材料，试求 衬垫应有的厚度。
设缓冲材料的原始厚度为 h，其
产生的变形能为
x
E 0 Fdx
每个单位厚度缓冲材料吸收的
能量为 E / h
定义缓冲效率为：单位厚度缓冲材料吸收的能量与作用力的
比值，用η表示
EF E
h
Fh
定义：缓冲效率的倒数就是缓冲系数，用C表示。
C 1 Fh E
1、静态缓冲系数
通过静态试验法得出的缓冲系数—静应力曲线。
3、缓冲材料的选择与衬垫用量设计
●在静态C—σm曲线中找出相应的σm值。由
m
GmW[G]W得到面积 AA
A
G W
m
，厚度 h C H
[G ]
●在动态—σ曲线中找出相应的σ值。因此
mG m st G st
因此，在已知缓冲材料的静态C—σm曲线和动态— σ曲线中的任一条的情况下，再结合产品的重量、 脆值、等效跌落高度，就可以进行缓冲衬垫的计算。
CGH mh0.01667am
W（）
x m （2）
σm（）
C
1.0
656.5
0.066
11.17
1.3
588.0
0.076
10.00
2.0
441.0
0.088
7.50
3.0
323.4
0.097
5.50
5.0
245.0
0.123
4.17
┆
┆
┆
┆
30
441.0
1.323
7.50
根据上表就可绘制出C—σm曲线。
因此，由σ曲线可以
得出C和σm值，从而绘
出动态缓冲系数—最大
动应力曲线（C—σm曲
线
）
。
例：将密度为0.0353的某种缓冲材料制成10×10×10的试件， 在落锤冲击机上进行冲击试验，各次试验的跌落高度均为60， 各次试验的重锤质量及测得最大加速度列于下表，试绘制这种 材料的动态C—σm曲线。
解： mG m A Wm am104M Pa
2、动态缓冲系数
通过动态试验法得出的缓冲系数—最大动应力曲线。
①设冲击高度为H，缓冲 材料的厚度为h，面积为A， 试验重锤重量为W，可得到 缓冲材料的静应力为
st
W A
经过测试，不同的重锤重
量可测得不同的最大冲击加
速度值，由此可以绘制出缓冲材料的最大冲击加速度—静应力 曲线（—σ曲线）
②重复上述步骤，在冲击高度H和面积A不变的情况下 ，改变缓 冲材料的厚度h，这样每改变一次厚度h，都可以得到一条—σ曲线。 ③同样，在缓冲材料的厚度h和面积A不变的情况下 ，改变冲击高度 H ，也可以得到一族—σ曲线。
●利用静态C—σm曲线 例：把一重力为100N，脆值为30的产品装入箱内， 用衬垫将它与包装箱隔开，包装箱内部每面面积为 20002，设定等效跌落高度为60，试选择适当的缓冲 材料进行全面缓冲 ，并计算其尺寸
最大静应力。单位为105
解：已知W = 100N，G = 30g，H = 60 ▲采用全面缓冲方式，有A = 20002，则
4.3 缓冲与防振设计
1、缓冲设计
设计的包装体系可以将产品和包装收 到的冲击的传递转变为长脉冲宽度和 低加速度幅值的响应； 包装和产品必须保证在运输过程中的 任何时候不高于设计的落下高度跌落； 同时，产品受到的冲击传递必须低于 产品的脆值风险值。
2、缓冲包装的形式
• 全面缓冲包装法 • 是指包装容器内所剩的空间全部用缓冲材料填空。 • 局部缓冲包装法 • 是对产品的拐角、棱及侧面进行衬垫缓冲的方法。 • 悬浮缓冲包装法 • 是用弹簧把产品悬吊在包装容器内。
四、缓冲材料与缓冲防振包装设计
4.1缓冲材料力学与理化性质
一、线弹性材料
F
二、正切型弹性材料
o
x
F
F0
tan
k0 x F0
F 2k0db tan x
2db
三、双曲正切型弹性材料
F
F0
tan
k0 x F0
四、三次函数型弹性材料
Fk0xx3
特性 EPE
复原
缓
密
尘
腐
吸
含
防
耐
柔
成
粘
使
可
性
冲
度
埃
蚀
水
水
霉
候
F/A x/h
将力—形变曲线转变成应力—应变曲线，计算缓冲材料的形变能 E
E 0 xF d x0 A h d A h 0 d
设e
d
0
，e为单位体积缓冲材料的形变能，所以
EAhe
缓冲系数为
C1FEhAAhehe
例：已知密度为0.0123的缓冲材料由万能材料试验机测试出的 静态应力—应变曲线如图所示，试绘制这种材料的静态缓冲系数 曲线。
解：一般我们用表格法来解题
ε(%)
σ()
e(3)
C
0
0
0
∞
0.1
0.06 0.003
20
0.2
0.13
0.12
10.4
0.3
0.17 0.027 6.18
0.4
0.2
0.043 4.65
┆
┆
┆
┆
顶点 0.93
0.95 0.235 4.03
根据上表数据，可以绘制出C—σm 曲线、C—ε曲线、C—e曲线。