劉 晶， 劉 乘

(陜西科技大學(xué)設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 前 言

EPS和EPE是包裝中常用的緩沖材料[1,2]，EPE聚乙烯發(fā)泡材料具有質(zhì)輕、軟、抗沖擊、隔熱、無(wú)毒等優(yōu)良特性，對(duì)產(chǎn)品有抗沖擊作用，因而在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)得到了很快的發(fā)展[3].EPS聚苯乙烯泡沫塑料使用壽命長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益顯著[4].彈性形變量是考察緩沖材料性能的重要指標(biāo)，一方面包裝材料厚度減少會(huì)造成包裝箱內(nèi)間隙增加，擴(kuò)大了產(chǎn)品的活動(dòng)空間，不利于對(duì)產(chǎn)品的固定；另一方面會(huì)降低緩沖材料吸收沖擊或振動(dòng)能量的能力，降低緩沖效果，增大產(chǎn)品的損壞機(jī)率[5].本文研究了緩沖系數(shù)最低點(diǎn)的EPE、EPS材料的彈性變形差異，從而更深入地了解了兩種材料的緩沖差異.

1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)試驗(yàn)原理.用自由跌落的重錘對(duì)包裝用緩沖材料施加沖擊載荷,以模擬包裝件跌落時(shí)緩沖材料受到的沖擊作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為一定厚度的緩沖材料在一定跌高下的靜應(yīng)力-最大加速度曲線 ,并可轉(zhuǎn)換為該材料的動(dòng)態(tài)緩沖系數(shù)曲線.其實(shí)驗(yàn)方法、步驟、數(shù)據(jù)處理應(yīng)符合 GB8167-87《包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)方法》要求[6].

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)備.DY-2型沖擊試驗(yàn)機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、電荷放大器、數(shù)據(jù)處理軟件等.測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示.

(3)實(shí)驗(yàn)環(huán)境.實(shí)驗(yàn)溫度：23 ℃，濕度：67%RH.

(4)實(shí)驗(yàn)步驟和方法.①試樣制備:準(zhǔn)備厚度為44 mm、47 mm、46 mm,面積為100×100、120×120、150×150、200×200不等的EPS、EPE試樣若干.②測(cè)量試樣的L、W、H及質(zhì)量,計(jì)算試樣密度,記錄實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度及濕度.③確定實(shí)驗(yàn)跌落高度H，給定重錘質(zhì)量，對(duì)一試樣進(jìn)行5次沖擊，記錄每次沖擊的最大加速度值.④對(duì)若干試樣重復(fù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，記錄它們2～5次的最大加速度的平均值Gm和靜應(yīng)力δst.⑤改變?cè)嚇用娣e重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，以δst為橫坐標(biāo)Gm為縱坐標(biāo)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)并擬合出Gm-δst曲線.⑥選取緩沖系數(shù)最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的靜應(yīng)力沖擊情況下的一組EPE、EPS試樣進(jìn)行觀察，并測(cè)量它們每次沖擊1 min后的厚度.

(5)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定.實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1、表2所示設(shè)定.

表1 EPE動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)試樣參數(shù)設(shè)定值

2 EPS、EPE最大加速度-靜應(yīng)力(Gm-δst)曲線

EPS、EPE最大加速度-靜應(yīng)力(Gm-δst)曲線如圖2、圖3所示.

圖2 EPS最大加速度-靜應(yīng)力曲線 圖3 EPE最大加速度-靜應(yīng)力曲線

3 動(dòng)態(tài)沖擊下EPE、EPS彈性性能的對(duì)比

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

(1)EPE具有很好的恢復(fù)性能，承受沖擊載荷前后的形變量只有2 mm,在第三次沖擊時(shí)基本達(dá)到緩沖極限.

(2)EPS 在承受第一次沖擊時(shí)，能吸收大部分沖擊載荷，產(chǎn)生的形變量比較大，在第三次沖擊時(shí)基本被壓實(shí)，沖擊前后的形變量為7 mm.

5 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖擊后，EPE恢復(fù)原狀的速度快于EPS，EPE的彈性變形率為4.35%，小于EPS的彈性變形率14.89%，且兩組試樣均在第三次沖擊后達(dá)到彈性極限.EPE的回彈性比較好，EPS能承受較大的應(yīng)力，但其回彈性較差.作為考察緩沖材料性能重要指標(biāo)之一的彈性形變量，對(duì)于包裝設(shè)計(jì)具有舉足輕重的作用.此實(shí)驗(yàn)結(jié)果可作為以后設(shè)計(jì)過(guò)程中的參考.

參考文獻(xiàn)

[1] Ozturk U E, Anlas G.Multiple compressive loading and unloading behaviour of polymeric foams[J].J Polym Eng., 2007,27(8):607-619.

[2] 彭國(guó)勛.運(yùn)輸包裝[M].北京：印刷工業(yè)出版社，1999.

[3] 劉 宏,范建州.EPS材料性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].電力學(xué)報(bào),2000,(4):257-260.

[4] GB/T 8167-2008，包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法[S], 2008.

[5] 劉曉艷，鄭華明，曹?chē)?guó)榮.EPS與EPE組合使用的力學(xué)性研[J].包裝工程，2006,(6):17-45.

[6] 彭國(guó)勛.運(yùn)輸包裝[M].北京：印刷工業(yè)出版社，1999.