缓冲材料静态缓冲性能的测定
实验一-缓冲材料静态缓冲系数测试
缓冲材料静态缓冲系数测试一、概述缓冲材料的静态缓冲系数测试是通过缓冲材料静态压缩试验实现的。
通过对材料进行静态压缩试验，可以获得缓冲材料的应力—应变曲线，从而计算出材料的缓冲系数，并做出材料的缓冲系数—最大应力（C—σm）曲线。
本试验可以用于评定在静载荷作用下缓冲材料的缓冲性能及其在流通过程中对内装物的保护能力。
试验获得的数据可用于缓冲包装设计，是缓冲垫尺寸设计必不可少的基本参数之一。
因此，通过本试验可以进一步掌握缓冲系数的含义，学会用静态压缩试验测定材料缓冲系数的方法，了解材料缓冲系数的应用。
二、试验原理采用在包装用缓冲材料上低速施加压缩载荷的方法，求取缓冲材料的压缩应力—应变曲线，进而根据缓冲系数的定义计算出缓冲系数。
具体计算公式详见公式（4-22）和公式（4-26）。
三、试验仪器设备可选用微机控制电子式万能试验机，或电子式压缩强度试验仪，或微机控制多功能实验台等。
四、试验样品1．样品材料所用样品可以为块状、片状、丝状、粒状以及成型件等形式的包装用缓冲材料，不适用于金属弹簧及防震橡胶。
例如可用下列材料，发泡聚苯乙烯、发泡聚乙烯、蜂窝纸板或瓦楞纸板等。
2．试验样品的取样试验样品应在放置24h以上的成品中抽取。
当其尺寸不能达到规定的要求时，允许在与生产条件相同的条件下专门制造试验样品。
3．试验样品的尺寸试验样品为规则的直方体形状。
上、下底的面积至少为10cm×10cm。
试验样品的厚度应不小于2.5cm（当厚度小于2.5 cm时允许叠放使用）。
4．试验样品的数量一组试验样品的数量应不少于5件。
5．试验样品的测量（1）长度和宽度分别沿试验样品的长度和宽度方向，用精度不低于0.05 mm 的量具测量两端及中间三个位置的尺寸。
分别求出平均值，并精确到0.1mm。
（2）厚度在试验样品的上表面上放置一块平整的刚性平板，使试验样品受到0.20 0.02 kPa的压缩载荷。
30s后在加载状态下用精度不低于0.05mm 的量具测量四角的厚度。
常用密度EPE的静态压缩缓冲特性试验研究[权威资料]
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常用密度EPE的静态压缩缓冲特性试验研究【摘要】本试验通过研究比较包装设计中几种常用密度（18kg/m3、22 kg/m3、25 kg/m3、28 kg/m3、35kg/m3）的EPE静态缓冲特性，分析了一体成型与多层复合EPE性能差异、不同厂家同密度EPE性能差别、同厂家不同密度EPE性能差别，为包装设计者在进行包装缓冲设计时提供材料特性依据。
以Cmin点设计衬垫厚度，一次成型相对于多层复合EPE可降低13%厚度；密度为25kg/m3的EPE相对于18 kg/m3可降低约9%厚度，密度为28kg/m3的EPE相对于22kg/m3可降低约4%厚度；不同厂家间生产的同密度EPE性能无明显差异性，所得数据有普遍参考价值。
【关键词】EPE 密度静态压缩缓冲特性缓冲系数-最大应力曲线聚乙烯泡沫塑料（EPE），是以低密度聚乙烯（LDPE）为主要原料积压生成的高泡沫聚乙烯制品。
EPE俗称珍珠棉，是一种具有高强缓冲、抗震能力的新型环保发泡材料，具有质轻、防潮、保温、隔音、防摩擦、耐腐蚀等一系列优越的使用特性，同时具有良好的加工性能及可回收再利用，是目前包装设计中使用最为广泛的缓冲材料之一。
不论是缓冲材料的静态压缩还是动态压缩特性试验，有大量学者[1-4]进行了不同角度研究，其中还包括能量法等理论运用[5-6]。
缓冲系数-最大应力曲线是包装缓冲设计中的重要参考指标，而目前正式发布的缓冲材料C-σm 曲线[7]中关于EPE 材料的参考较少，缺乏对包装设计人员的足够指导意义。
有研究表明低密度（低于3.0lb/ft3，即48 kg/m3）EPE材料的缓冲性能随着材料密度的下降而降低[8]，而几种常用密度的EPE间到底性能差异如何是本文讨论的重点。
本试验通过静态压缩缓冲性能测试，比较了一次成型与多层复合EPE性能差异、同厂家的不同密度EPE性能差别以及不同厂家的同密度EPE性能差别。
1 试验1.1 样品本次试验选择了广东地区8家EPE生产厂家提供的5种常用密度EPE材料进行分析，包含密度为18kg/m3、22kg/m3、25kg/m3、2kg/m3、35kg/m3的材料，基本囊括了目前市场常用的EPE密度。
EPE结构因素对静态缓冲性能影响的仿真与试验分析
娟等人[5]对正棱台EPE 缓冲垫进行静态缓冲性能研究，研究表明在同等应力水平下，异型与普通型EPE 缓冲垫能量吸收基本一致，在同等应变水平下，异型EPE 缓冲垫的能量吸收小于普通型EPE 缓冲垫。
载荷较小时，异型EPE 缓冲垫的缓冲系数要小于普通型EPE 缓冲垫，且随着应力的增大，两者间的差距逐渐减小。
作为工程应用人员，除了EPE 结构设计以外，还要综合考虑成本、EPE 材料的加工复杂性、包装操作人员的便捷性、包装件外尺寸对堆栈的影响等因素。
在EPE 的结构设计中需要将多种单因素综合考虑，如材料密度、厚度、材料受压面积和结构变化等。
依据国家标准测试的材料缓冲性能与实践设计中因结构变化对缓冲性能的影响所产生的差别，成为目前EPE 包装设计需要解决的工程问题。
综合考虑EPE 结构因素与标准测试所体现的静态缓冲性能的差别影响，需要由试验对比来反0 引 言商品的有效流通需要缓冲材料的有效保护，缓冲材料中发泡聚乙烯，俗称EPE ，因其良好的缓冲性能而被广泛应用于小型机电产品、仪器、玻璃器皿及食品等缓冲包装[1]。
不少学者及机构对影响EPE 材料静态压缩性能的各个因素进行了分析与研究。
肖雯娟等人[2]对常用密度EPE 、一次成型及多层复合EPE 静态缓冲特性进行试验研究表明，在一定范围内密度大的EPE 缓冲性能更好，在应变＜50%范围内，一次成型EPE 承压优势比多层复合EPE 要好；都学飞[3]对不同厚度EPE 静态试验研究表明，较厚的EPE 缓冲性能较好，另还表明EPE 的载荷-位移曲线呈正切函数特征。
还有学者在EPE 工程应用相关方面进行研究，田芃等人[4]通过4种不同裁切方式静态压缩试验研究比对分析，表明EPE 裁切次数增加使材料刚度降低，说明尺度效应对EPE 性能有明显影响；李淑EPE结构因素对静态缓冲性能影响的仿真与试验分析摘 要：在使用密度为28（±2）kg/m 3EPE 材料进行缓冲设计与包装测试评价的实践工作中，发现按照国标GB/T8168—2008对材料的测试，会因结构变化产生不同的缓冲性能。
缓冲包装材料性能测试
第5章 缓冲包装材料性能测试缓冲包装材料是缓冲包装件的介质层，能够吸收冲击和振动的能量，具有抑制冲击和振动、减少或防止包装件破损的作用。
泡沫塑料、瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑制品、气泡塑料薄膜、气垫袋、粘胶纤维缓冲材料和纸垫等是目前常用的一些缓冲包装材料。
本章主要介绍缓冲包装材料的性能测试，包括静态压缩特性测试、动态缓冲特性测试、蠕变与回复特性测试和振动传递特性测试。
5.1 静态压缩特性测试缓冲包装材料的静态压缩试验是采用在缓冲包装材料上低速施加压缩载荷的方法而求得缓冲包装材料的静态压缩特性及其曲线。
通过静态压缩试验，首先得到缓冲包装材料的应力—应变曲线，计算出单位体积变形能（）、缓冲系数（），从而得到缓冲系数—应变（e C ε−C ）曲线、缓冲系数—变形能（e C −）曲线，再从变形能角度评价缓冲包装材料的静态缓冲特性。
这些数据和曲线可用于缓冲包装设计。
5.1.1 缓冲效率与缓冲系数缓冲效率、缓冲系数是评价缓冲包装材料的冲击吸收性的两个重要概念，对缓冲包装设计具有指导意义。
不同的缓冲包装材料具有不同的弹性特性，对冲击能量的吸收性也不同。
在流通过程中，当包装件满足产品所承受的冲击强度小于脆值时，若单位体积缓冲包装材料所吸收的冲击能量越多，则包装件所需用的缓冲包装材料也越少，在相同流通条件下的运输费用和包装成本也越低。
（1）缓冲效率图5-1是缓冲包装材料的静态压缩试验原理图，上压板对试样施加载荷，加载速度控制在12±3mm/min 范围内，几乎接近于静态加载。
图5-1 静态压缩试验原理图 1-上压板；2-试样；3-下压板缓冲效率是一个无量纲的物理量，指在压缩状态下单位厚度的缓冲包装材料所吸收的能量（TE）与压缩载荷之比，即FTE F T E==η （5-1） 式中 η—缓冲效率；T —试样厚度；F —压缩载荷；E —试样所吸收的能量。
式（5-1）表明，缓冲效率越大，单位体积缓冲包装材料所吸收的能量就越多，则包装件所需用的缓冲包装材料就越少。
缓冲材料静态缓冲性能的测定
缓冲材料静态缓冲性能的测定1、实验内容理解缓冲系数的概念，掌握静态缓冲系数的测试方法2、实验目的1）、熟悉仪器的原理及使用方法，学习分析实验结果2）、了解流通环境中缓冲包装对运输包装件的作用3）、掌握国家标准测试方法，了解分析实验产生误差的原因3、实验原理及相关标准1）、本实验原理是通过拉力试验机对试样世家静态压缩负荷时测定缓冲材料的变形情况，经过数据分析和处理后得出的静态性能的方法。
可分为A法（不进行预处理）和B法（进行预处理后再实验）2）相关标准①按GB/T 4857.17的规定准备试验样品，数量一般不少于3件；②按GB/T 4857.1 的规定，对试验样品各部位进行编号(只要求了解)；③按GB/T 4857.2的规定，选定试验样品的实际工作环境对试验样品进行温湿度预处理（只要求了解）；④按GB/T 8168-2008的规定，对试样进行静态压缩试验4、实验设备HD-604S电脑式伺服拉力试验机游标卡尺5、实验步骤A法（不进行预处理）1)试样的采集：试样尺寸为100*100mm，高度25±0.2mm（当厚度小于25mm时允许叠放）。
试样各处高度相差不大于0.1 mm,两端面与主轴必须垂直。
每组试样不少于3个(为节省材料和时间，只做一次)。
2)环境预处理：在标准环境湿度（23℃±2℃，50％±2％）下进行状态调节，时间为24小时。
3)测试试样厚度：在试样样品的上表面上放置一块平整的刚性平板，使试验样品受到0.2±0.02kpa的压缩载荷。
30s后在载荷状态下测量试样四角的厚度，求出平均值（T）（精确到0.1mm）4)将拉伸机的开关拨到“1”位置，打开计算机和软件5)将试样放在两平压板件，使试样上下端面与平压板重合。
通过微调按钮，使上平板贴近试样上端面，但不产生压力。
6)进入软件工作界面，先进行测前设置（1）点击“试样资料选择”旁边的修改按钮，输入试样的宽度、厚度及标距，点击“确定”按钮。
普通货物运输包装设计与测试—缓冲包装材料测试
发泡缓冲材料的缓冲性能通常用缓冲系数与最大静应力的曲线来表示。 静态缓冲系数实验（以发泡聚乙烯为例 ）：
➢ 试样及试验设备： 1.试样：试样密度为40.5kg/m3，样品尺寸为100mm×100mm×片材原厚，样品6个；
试验样品在23℃，RH50%的环境中预处理24h以上。 2.试验设备：法国ADAMEL的拉压试验机DY25，准确度等级为1%，电脑同步采集
T0
45.76
厚度平均变化率（%）= (T1 1)100% T0
A组试样经预压缩并恢复后的厚度
四角
T1 T2 T3 T4 T
1# 42.30 43.14 43.32 42.74 42.88
2# 45.94 43.70 45.12 46.90 45.42
3# 44.76 46.12 46.08 44.42 45.34
➢ 实验结果——压缩特性曲线的绘制
图1 A组试样的应力-应变曲线（常温）
图1 未经预压缩的B组试样应力-应变曲线
应力-应变曲线可分为三种力学表现阶段：弹性阶段、塑性阶段和粘滞阻尼阶段
缓冲系数的测试方法
➢ 实验结果——缓冲系数曲线的绘制 应力-应变曲线转化为缓冲系数-最大静应力曲线由下式完成：
C
e
系统，游标卡尺，砝码。
缓冲系数的测试方法
➢ 实验过程：
参照ISO 3386/1:1986和GB/T 8168—2008,将试样分成2组A和B，每组3个，对每个 试样进行编号。步骤如下：
• 测量每个试样的初始厚度。按顺序测量四个角的厚度，取其平均值。 • 使用11kg的砝码分别对A组的3个试样进行预压处理，环境条件为23℃，RH50%， 预压缩时间是24h。 • 经24h预压缩之后，卸载，试样恢复4h后再次测量试样的厚度，并用拉压试验机以 100mm/min的速度对试样进行压缩，同时采集试样的“压力-形变”数据和曲线。 • B组试样均不做预处理，在拉压试验机上直接以100mm/min的速度对试样进行压缩， 同时采集试样的“压力-形变”数据和曲线。
组合蜂窝纸板缓冲性能的静态试验研究
２ 组 合板 其 中一个 板 面积 变化 对 比试验 ． 板 ） 小
均为 ７ ０ ｍｍ×７ ０ｍｍ×３ ５ｍｍ， 比 ５ 不 同的大 对 组
板 面积 （ １ 进行 压 缩 试 验 ， 析 下 板 尺 寸 的变 化 表 ） 分 对应 力 一应 变 曲线和缓 冲系数 的影 响．
验． 试验设 备采用 Ｓ ＡＮＳＨｗＴ一５ ０ ０ Ｎ 微机 １ ５１ ０ｋ
［ 稿 日期 ］２ １ — Ｏ — ２ 收 ＯＯ ３ ４ ［ 金 项 目］湖 北 省 教 育 厅 科 学 技 术研 究计 划 指 导性 项 目（ ２ ０ １ ０ ） 基 Ｂ ０ ９４ ４ ［ 者 简 介 ］朱 若 燕 （ ９ ６ ，女 ， 西 泰 合 人 ， 北 工 业 大 学 教 授 ， 究 方 向 为包 装 材 料 与 结 构 的动 力 学 特性 作 １５ 一） 江 湖 研
［ 图分 类 号 ］Ｔ ４ 中 Ｂ８
［ 献标 识 码］ Ａ 文 ：
蜂 窝纸板 由纸 芯 上 下表 面粘 贴 面纸 而 成 ， 芯 纸 采 用 的是 六边 形蜂 窝结构 ， 而为蜂 窝纸板 （ １ ． 故 图 ）
控 制 电子万 能材料试 验机 ． 材料 为武 汉荷力 胜蜂 窝材料 有 限公 司提供 的蜂 窝纸 板 ， 芯定 量 为 １ ５ｇ ｃ ， 纸是 定 量 为 １ ５ 纸 ０ ／ ｍ。 面 ７ ｇｃ ／ ｍ。的 Ｃ级再 生纸 ， 度均 为 ３ 厚 ５ｍｍ． 为 了充分研 究组合 板结 构 的缓 冲性 能和 面积参
图 ２ 叠 置 组 合 蜂 窝 纸 板 布 置 、 载 示 意 图 加
１６ ０
湖 北 工 业 大 学 学
报
２１ ０ Ｏ年 第 ４期
借 由力 位 移数 据 可 以计 算应 力 一应变 关 系 ， 继
缓冲材料性能的测试
图9-29缓冲材料振动传递特性试验系统 1：夹持装置 2：缓冲材料 3：质量块4：加速度传感器
在振动台面上和质量块上各安装一个加速度传感器。在上部试样上表 面放置一刚性平板，一般使上部试样受到0.7kPa的静压力，并将平板与 振动台表面固接。为防止试验过程中试样和质量块移位，可以加装固定 装置（参见图9-30）。试验时采用正弦定加速度扫频振动。激励加速度 一般定为0.5g，试验过程中若产生过强共振可降低激励加速度。从下限 频率3Hz开始扫频振动试验，经过共振点，直到所测得振动传递率减小 到0.2以下停止试验。扫频速率为倍频程1/2倍频程min或1倍频程/min。 试验过程中记录质量块的加速度和振动台台面的加速度，传递率及与之 对应的频率。以传递率为纵坐标，频率为横坐标绘出传递率－频率曲线。
试验场地:试验场地面积至少要比试验样品底部面积大50％，使试 验样品处于喷淋面积之内。如果有必要对场地温度进行控制时，可以对 试验场地进行隔热或加热处理，在没有特殊要求时，喷淋温度和试验场 地的温度应在5～30℃间，一般取25±2℃。场地地面应有很强的防水性 能，并且应设置格条地板或足够容量的排水口，以使喷洒的水能自动排 出，不致使试验样品浸在水中。试验场地的高度要适当，使喷水嘴与试 验包装件顶部之间的距离至少为2m，以保证水滴垂直滴落。
图9-30 试样安装方法
传递率为
(9-38) 式中 AI－激励加速度
AR－响应加速度 对其余4组试样在相同条件下完成试验，在同一频率坐标 下对传递率求平均得到传递率－频率曲线。
试样承受静应力对传递率的影响：对于相同的试样，当 试验应力不同时，其共振频率、共振频率处的传递率和放大 区的频率范围都挥发生变化。通过对多个应力点重复上述扫 频试验，得到一系列传递率曲线，据此可以得出如图9-31的 缓冲材料振动传递特性与静应力的关系图。其中横坐标是静 应力，纵坐标是频率，上、下两条曲线间的区域是振动放大 区，该区域中间的曲线是共振频率fn随静应力的变化曲线 （谐振线）。在缓冲包装设计中我们利用该关系图通过改变 设计静应力来控制包装件的共振特性。
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缓冲材料静态缓冲性能的测定
1、实验内容
理解缓冲系数的概念，掌握静态缓冲系数的测试方法
2、实验目的
1）、熟悉仪器的原理及使用方法，学习分析实验结果
2）、了解流通环境中缓冲包装对运输包装件的作用
3）、掌握国家标准测试方法，了解分析实验产生误差的原因
3、实验原理及相关标准
1）、本实验原理是通过拉力试验机对试样世家静态压缩负荷时测定缓冲材料的变形情况，经过数据分析和处理后得出的静态性能的方法。
可分为A法（不进行预处理）和B法（进行预处理后再实验）
2）相关标准
①按GB/T 4857.17的规定准备试验样品，数量一般不少于3件；
②按GB/T 4857.1 的规定，对试验样品各部位进行编号(只要求了解)；
③按GB/T 4857.2的规定，选定试验样品的实际工作环境对试验样品进行温湿度预处理（只要求了解）；
④按GB/T 8168-2008的规定，对试样进行静态压缩试验
4、实验设备
HD-604S电脑式伺服拉力试验机
游标卡尺
5、实验步骤
A法（不进行预处理）
1)试样的采集：试样尺寸为100*100mm，高度25±0.2mm（当厚
度小于25mm时允许叠放）。
试样各处高度相差不大于0.1 mm,两端面与主轴必须垂直。
每组试样不少于3个(为节省材料和时间，只做一次)。
2)环境预处理：在标准环境湿度（23℃±2℃，50％±2％）下进行状
态调节，时间为24小时。
3)测试试样厚度：在试样样品的上表面上放置一块平整的刚性平板，
使试验样品受到0.2±0.02kpa的压缩载荷。
30s后在载荷状态下测量试样四角的厚度，求出平均值（T）（精确到0.1mm）
4)将拉伸机的开关拨到“1”位置，打开计算机和软件
5)将试样放在两平压板件，使试样上下端面与平压板重合。
通过微调
按钮，使上平板贴近试样上端面，但不产生压力。
6)进入软件工作界面，先进行测前设置
（1）点击“试样资料选择”旁边的修改按钮，输入试样的宽度、厚度及标距，点击“确定”按钮。
（2）在“控制方案选择”中选择“压缩”，再点击“修改”按钮，将“定速度的控制值”改为15mm/min，在“切换条件”中选中“位移≥”，条件值设为24mm（此值根据试样标距而定，此次试样的标距为30mm左右），点击“确定”按钮。
7）进行测试结果设置：点击“测试结果”按钮，进入设置界面。
点击“修改”按钮，在“名称列表中”选中第二个“自动取点”；在Word报表模板中选择“T3.doc”模板；在“报表图形选择”中选中“应力-应变”；在“测试自动切换到”中，选择“应力-应变”；点击“确定”按钮。
8）设置好后，点击“开始测试”按钮，开始试验。
9）待测试完成自动停止后，点击“复位”按钮，使上压板回位，系统返回待机状态。
10）在“测试结果”界面中，点击“输出Word报表”及“原始数据Excel”，保存试验数据。
B法（进行预处理）
该试验的1）、2）步与A法相同；第三步以试样标距的20%的变形载荷反复压缩10次(为节省材料和时间，只做一次)，卸载30min后按A法的第三步测试厚度；此后的4）~10）与A法相同。