瓦楞紙板緩沖襯墊的性能研究

荊明浩 金佳麗 劉靜 栗靜

【摘 要】本文研究的是0940折疊型瓦楞紙板緩沖襯墊。通過靜態壓縮實驗并以能量吸收法作為理論基礎，分析結構參數和楞向對其緩沖性能的影響。研究發現，隨著襯墊承載面積的增大，緩沖襯墊最大承載力也增大。隨著高度的增大，最大承載力隨之減小，而且楞向與承載壓力方向與關系密切，垂直時的緩沖性能要遠遠優越于平行方向。這也為該種結構尺寸參數設計提供依據，同時也為其與別的結構形式組合提供能量分配數據上的參考。

【關鍵詞】緩沖襯墊 瓦楞紙板 能量吸收

為了避免在運輸過程中，產品受到沖擊、跌落或振動等機械載荷的影響，添加緩沖結構是一種常用且有效的方法。

目前學者已對瓦楞紙板緩沖襯墊有大量研究，許文才、李華等對瓦楞紙板襯墊的緩沖性能及物理參數優化做了研究，在建立瓦楞紙板襯墊緩沖模型的基礎上，應用阻尼最小二乘法對緩沖襯墊的物理參數進行了優化。王振林、奚德昌等對折疊三角形瓦楞紙板襯墊結構緩沖能力做了探討，通過簡化力學模型和對比性實驗探討了折疊三角形瓦楞紙板襯墊結構緩沖能力與其截面尺寸、結構折疊層數的關系。

本文選取了0940型瓦楞紙板襯墊進行分析。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設備

試驗材料：瓦楞紙板、白乳膠。

本次試驗通過改變結構尺寸參數，進行試驗。本次試驗用的瓦楞紙板是由天津科技大學實驗室提供的E型瓦楞紙板，紙板定量為250/200-150/1E。

實驗儀器：瓦楞紙板厚度測定儀，儀器型號YQ-Z-46。

紙板打樣機，儀器型號PRPDUCER1317。

電子萬能材料試驗機，儀器型號3369。

本次試驗中，分別以承載面積（s）和側板高度（h）為單一變量，進行對比。第一種情況：底板寬度和側板高度為常量，承載面積為變量。第二種情況：承載面積和底板寬度固定，側板高度為變量。

最終成型尺寸如下：

底板寬度（w）為50mm和側板高度（h）為50mm，承載面積（s）分別為120mm×120mm2、130mm×130mm2、140mm×140mm2、150mm×150mm2和160mm×160mm2。

承載面積（s）為150mm×150mm2和底板寬度（w）為50mm，側板高度（h）分別是30mm、40mm、50mm、60mm和70mm。

1.2 靜態壓縮試驗

試驗前后，記錄實驗室的溫濕度。本次試驗，試驗前：溫度31℃，濕度60%。試驗后：溫度31℃，濕度64%。

（1）試驗前，了解試驗的要求和步驟，參考GB8168“包裝用緩沖材料靜態壓縮試驗方法”，利用電子萬能材料試驗機，儀器型號3369。本次試驗采用A法，先用電腦軟件創建試驗方法，確定試樣側板高度和承載面積，壓縮速率（本次試驗采用12mm/min）和壓縮率（取側板高度的80%），并且確定最終可以得到壓縮載荷-壓縮位移曲線。

（2）將試樣放在壓盤中間，調整好壓盤高度，將軟件上的位移和載荷清零，然后開始測試。

（3）換不同尺寸的試樣，要更改試驗方法中的尺寸參數和壓縮率，再進行試驗。

1.3 施加載荷方向

加載方向平行于瓦楞紙板楞向時，瓦楞紙板承受強度較高；加載方向垂直于瓦楞紙板楞向時，強度較低，但襯墊的緩沖效果較好。所以加載方向對緩沖襯墊的性能研究也會有很大的影響。根據自身需要的情況下，設計襯墊的結構，并且注意紙板楞向。

2 結果與討論

2.1 承載面積對緩沖襯墊的緩沖性能影響

通過對試驗過程的觀察，承載面積大于140mm×140mm2的瓦楞紙板緩沖襯墊，壓潰形式大多為，兩側側板發生彎曲，很少會發生偏移的現象。主要是因為面積大，受到的壓縮載荷比較均勻。承載面積小于140mm×140mm2的試樣，側板會發生偏移。通過觀察可以知道，最大壓縮載荷會隨著承載面積的增大而增大，但是單位體積能量的變化是不規律的。曲線的變化沒有一直呈上升或下降的趨勢，而是階段性的上升然后下降。從曲線的形狀來看，最小緩沖系數-承載面積曲線和壓縮載荷-承載面積曲線相似：而單位體積能量-承載面積近似于一條直線，呈下降趨勢。

在襯墊面積不斷增加的同時，在140mm×140mm2中出現了一個短暫的最大值之后又再次呈下降趨勢直到達到150mm×150mm2的峰值。而面積在120mm×120mm2和130mm×130mm2時幾乎處于一個趨于平穩的數值時是最適合緩沖的面積。而對于吸能來說，在單位體積吸能處于圖中較大值時，所對應的面積是襯墊緩沖最好的。而吸能在隨面積增大的過程中，并呈一個接近完全下降的趨勢。綜合兩種情況。最后可以得到綜合數據，也就是當面積為130mm×130mm2時，此時的緩沖系數，也是比較小的，是緩沖效果最好的面積數值。

2.2 側板高度對緩沖襯墊的緩沖性能影響

通過對試驗過程的觀察，襯墊的高度在突然加至40mm時，吸收能量和最大承受載荷都會加速減小，而且吸收能量的上升趨勢變得平緩。所以從變化上來看，高度的增加與吸能量和載荷量呈負相關。襯墊高度沒有達到40mm之前，也就是處在產品受力時，能量吸收的效果比較好的過程。因此，在側板高度為40mm時，雖然緩沖系數不是5個尺寸中最小的，但是數值相差不大，綜合單位體積吸收的能量和最大壓縮載荷，高度為40mm時，瓦楞紙板緩沖襯墊的緩沖性能較好。

結論

綜合上述試驗的數據及分析，得到以下結論：（1）0940型瓦楞紙板緩沖襯墊，在側板高度和底板寬度不變時，承載面積越大，它可以承受的載荷就越大。襯墊的最小緩沖系數都是面積大約在130mm×130mm2且緩沖系數的值接近于1.5。在單位體積內，吸收能量曲線的大致走向是下降的。（2）承載面積和底板寬度不變，側板高度變化時，承載的載荷會隨著高度的增加而減小。高度越高，重心就高，繼而穩定性差。（3）瓦楞紙板的楞向對其承載力和吸能量有很大的關系，當與承載力方向垂直時的襯墊的緩沖性能要比與其平行時的好很多。所以在設計緩沖墊時，要注意選擇正確的楞向。

參考文獻

[1]許文才，張文凱，李華等.瓦楞紙板襯墊的緩沖性能及物理參數優化[J].包裝工程，2003，24（2）：6—12.

[2]宋超，王振林，奚德昌.折疊三角形瓦楞紙板襯墊結構緩沖能力的探討[J].包裝工程，2002，23（5）：113-114，120.

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