动态冲击下EPE、EPS弹性变形的对比分析

刘 晶， 刘 乘

(陕西科技大学设计与艺术学院， 陕西 西安 710021)

0 前 言

EPS和EPE是包装中常用的缓冲材料[1,2]，EPE聚乙烯发泡材料具有质轻、软、抗冲击、隔热、无毒等优良特性，对产品有抗冲击作用，因而在国内市场得到了很快的发展[3].EPS聚苯乙烯泡沫塑料使用寿命长，性能稳定，经济效益显著[4].弹性形变量是考察缓冲材料性能的重要指标，一方面包装材料厚度减少会造成包装箱内间隙增加，扩大了产品的活动空间，不利于对产品的固定；另一方面会降低缓冲材料吸收冲击或振动能量的能力，降低缓冲效果，增大产品的损坏机率[5].本文研究了缓冲系数最低点的EPE、EPS材料的弹性变形差异，从而更深入地了解了两种材料的缓冲差异.

1 实验过程

(1)试验原理.用自由跌落的重锤对包装用缓冲材料施加冲击载荷,以模拟包装件跌落时缓冲材料受到的冲击作用，实验结果表示为一定厚度的缓冲材料在一定跌高下的静应力-最大加速度曲线 ,并可转换为该材料的动态缓冲系数曲线.其实验方法、步骤、数据处理应符合 GB8167-87《包装用缓冲材料动态压缩实验方法》要求[6].

图1 实验设备

(2)实验设备.DY-2型冲击试验机、数据采集系统、电荷放大器、数据处理软件等.测试系统如图1所示.

(3)实验环境.实验温度：23 ℃，湿度：67%RH.

(4)实验步骤和方法.①试样制备:准备厚度为44 mm、47 mm、46 mm,面积为100×100、120×120、150×150、200×200不等的EPS、EPE试样若干.②测量试样的L、W、H及质量,计算试样密度,记录实验环境温度及湿度.③确定实验跌落高度H，给定重锤质量，对一试样进行5次冲击，记录每次冲击的最大加速度值.④对若干试样重复进行上述实验，记录它们2～5次的最大加速度的平均值Gm和静应力δst.⑤改变试样面积重复上述实验，以δst为横坐标Gm为纵坐标将实验数据描点并拟合出Gm-δst曲线.⑥选取缓冲系数最低点对应的静应力冲击情况下的一组EPE、EPS试样进行观察，并测量它们每次冲击1 min后的厚度.

(5)实验参数设定.实验参数如表1、表2所示设定.

表1 EPE动态冲击实验试样参数设定值

2 EPS、EPE最大加速度-静应力(Gm-δst)曲线

EPS、EPE最大加速度-静应力(Gm-δst)曲线如图2、图3所示.

图2 EPS最大加速度-静应力曲线 图3 EPE最大加速度-静应力曲线

3 动态冲击下EPE、EPS弹性性能的对比

表3 实验结果

4 实验结果分析

(1)EPE具有很好的恢复性能，承受冲击载荷前后的形变量只有2 mm,在第三次冲击时基本达到缓冲极限.

(2)EPS 在承受第一次冲击时，能吸收大部分冲击载荷，产生的形变量比较大，在第三次冲击时基本被压实，冲击前后的形变量为7 mm.

5 结束语

在进行动态冲击后，EPE恢复原状的速度快于EPS，EPE的弹性变形率为4.35%，小于EPS的弹性变形率14.89%，且两组试样均在第三次冲击后达到弹性极限.EPE的回弹性比较好，EPS能承受较大的应力，但其回弹性较差.作为考察缓冲材料性能重要指标之一的弹性形变量，对于包装设计具有举足轻重的作用.此实验结果可作为以后设计过程中的参考.

参考文献

[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] 彭国勋.运输包装[M].北京：印刷工业出版社，1999.

[3] 刘 宏,范建州.EPS材料性能的实验研究[J].电力学报,2000,(4):257-260.

[4] GB/T 8167-2008，包装用缓冲材料动态压缩试验方法[S], 2008.

[5] 刘晓艳，郑华明，曹国荣.EPS与EPE组合使用的力学性研[J].包装工程，2006,(6):17-45.

[6] 彭国勋.运输包装[M].北京：印刷工业出版社，1999.