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(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)并以能量吸收法作為理論基礎(chǔ)，分析結(jié)構(gòu)參數(shù)和楞向?qū)ζ渚彌_性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，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(guān)系密切，垂直時的緩沖性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于平行方向。這也為該種結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計提供依據(jù)，同時也為其與別的結(jié)構(gòu)形式組合提供能量分配數(shù)據(jù)上的參考。

【關(guān)鍵詞】緩沖襯墊 瓦楞紙板 能量吸收

為了避免在運(yùn)輸過程中，產(chǎn)品受到?jīng)_擊、跌落或振動等機(jī)械載荷的影響，添加緩沖結(jié)構(gòu)是一種常用且有效的方法。

目前學(xué)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(shù)優(yōu)化做了研究，在建立瓦楞紙板襯墊緩沖模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用阻尼最小二乘法對緩沖襯墊的物理參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。王振林、奚德昌等對折疊三角形瓦楞紙板襯墊結(jié)構(gòu)緩沖能力做了探討，通過簡化力學(xué)模型和對比性實(shí)驗(yàn)探討了折疊三角形瓦楞紙板襯墊結(jié)構(gòu)緩沖能力與其截面尺寸、結(jié)構(gòu)折疊層數(shù)的關(guān)系。

本文選取了0940型瓦楞紙板襯墊進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

試驗(yàn)材料：瓦楞紙板、白乳膠。

本次試驗(yàn)通過改變結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，進(jìn)行試驗(yàn)。本次試驗(yàn)用的瓦楞紙板是由天津科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供的E型瓦楞紙板，紙板定量為250/200-150/1E。

實(shí)驗(yàn)儀器：瓦楞紙板厚度測定儀，儀器型號YQ-Z-46。

紙板打樣機(jī)，儀器型號PRPDUCER1317。

電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，儀器型號3369。

本次試驗(yàn)中，分別以承載面積（s）和側(cè)板高度（h）為單一變量，進(jìn)行對比。第一種情況：底板寬度和側(cè)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(cè)板高度為變量。

最終成型尺寸如下：

底板寬度（w）為50mm和側(cè)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(cè)板高度（h）分別是30mm、40mm、50mm、60mm和70mm。

1.2 靜態(tài)壓縮試驗(yàn)

試驗(yàn)前后，記錄實(shí)驗(yàn)室的溫濕度。本次試驗(yàn)，試驗(yàn)前：溫度31℃，濕度60%。試驗(yàn)后：溫度31℃，濕度64%。

（1）試驗(yàn)前，了解試驗(yàn)的要求和步驟，參考GB8168“包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法”，利用電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，儀器型號3369。本次試驗(yàn)采用A法，先用電腦軟件創(chuàng)建試驗(yàn)方法，確定試樣側(cè)板高度和承載面積，壓縮速率（本次試驗(yàn)采用12mm/min）和壓縮率（取側(cè)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(diào)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(yàn)方法中的尺寸參數(shù)和壓縮率，再進(jìn)行試驗(yàn)。

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(qiáng)度較高；加載方向垂直于瓦楞紙板楞向時，強(qiáng)度較低，但襯墊的緩沖效果較好。所以加載方向?qū)彌_襯墊的性能研究也會有很大的影響。根據(jù)自身需要的情況下，設(shè)計襯墊的結(jié)構(gòu)，并且注意紙板楞向。

2 結(jié)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(yàn)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(cè)側(cè)板發(fā)生彎曲，很少會發(fā)生偏移的現(xiàn)象。主要是因?yàn)槊娣e大，受到的壓縮載荷比較均勻。承載面積小于140mm×140mm2的試樣，側(cè)板會發(fā)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(guī)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(shù)-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(xiàn)了一個短暫的最大值之后又再次呈下降趨勢直到達(dá)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(wěn)的數(shù)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(yīng)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(shù)據(jù)，也就是當(dāng)面積為130mm×130mm2時，此時的緩沖系數(shù)，也是比較小的，是緩沖效果最好的面積數(shù)值。

2.2 側(cè)板高度對緩沖襯墊的緩沖性能影響

通過對試驗(yàn)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(fù)相關(guān)。襯墊高度沒有達(dá)到40mm之前，也就是處在產(chǎn)品受力時，能量吸收的效果比較好的過程。因此，在側(cè)板高度為40mm時，雖然緩沖系數(shù)不是5個尺寸中最小的，但是數(shù)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(jié)論

綜合上述試驗(yàn)的數(shù)據(jù)及分析，得到以下結(jié)論：（1）0940型瓦楞紙板緩沖襯墊，在側(cè)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(shù)都是面積大約在130mm×130mm2且緩沖系數(shù)的值接近于1.5。在單位體積內(nèi)，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(cè)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(wěn)定性差。（3）瓦楞紙板的楞向?qū)ζ涑休d力和吸能量有很大的關(guān)系，當(dāng)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(shè)計緩沖墊時，要注意選擇正確的楞向。

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