蜂窝纸板动态压缩性能试验研究

丁 勇，李晓茜，石媛媛

（深圳市计量质量检测研究院环境与可靠性实验室，深圳 518000）

蜂窝纸板动态压缩性能试验研究

丁 勇，李晓茜，石媛媛

（深圳市计量质量检测研究院环境与可靠性实验室，深圳 518000）

首先介绍了缓冲材料的特性以及蜂窝纸板作为近些年来出现的一种新型缓冲材料的优越性，接着对缓冲材料动态压缩性能试验方法进行了阐述说明，最后通过一系列试验数据对蜂窝纸板的动态压缩性能进行了分析研究，重点研究了温湿度预处理对蜂窝纸板动态压缩性能的影响。

蜂窝纸板；缓冲材料；动态压缩性能试验

引言

产品在整个物流过程中会经受各种不同的环境应力，尤其是在搬运过程中可能出现的跌落冲击经常会使产品发生严重损坏，造成巨大的经济损失。为了防止产品的损坏，需要使用缓冲材料来降低跌落带来的冲击。所以说缓冲包装就是为了降低冲击损伤，保护产品免受损坏所采取的防护措施，而缓冲包装使用的材料就是缓冲材料。常见的缓冲材料具有以下特性：

1）缓冲材料能够吸收受到冲击时产生的能量，选择合适的缓冲材料就要其吸收性能和所受冲击能量相符合，不然就会发生材料浪费过度包装或者无法保护产品的现象。选择缓冲材料时，应根据不同材料的静应力-最大加速度曲线来选用最适合的材料。

2）缓冲材料能够吸收振动外力从而衰减振动。物流过程中外力产生较大的冲击加速以及振动加速度，这两种外力的共同作用使包装产品产生共振现象，增加振幅极易造成损坏。缓冲材料能够避免这种损坏的产生。

3）缓冲材料收到冲击之后会产生变形，但当外力消除之后，缓冲材料的变形消失恢复到原来形状的一定程度。一般来说吸收能量大而复原性不好的材料并不适合作为缓冲材料。

1 蜂窝纸板特点

蜂窝纸板的制作原理是自然界蜂巢结构原理，它的主要部分——纸芯是把瓦楞原纸用胶粘结方法连接成无数个空心立体正六边形，最后形成的一个整体的受力件，最后在其两面用面纸粘合而成一种新型夹层结构的缓冲材料。

蜂窝纸板做为常见的缓冲材料它具有以下特点：

1）由于蜂窝纸板的独特夹层结构使其与其它缓冲材料比较，在强度相同的情况下有着更轻的质量。另一个蜂窝纸板受到欢迎的原因是它有着其他材料无法比拟的高性价比。

2）蜂窝纸板的独特夹层结构近似各向同性，结构稳

定性较好，不易产生变形，其具有箱式包装材料需要的最重要的特性——突出的抗压能力和抗弯能力。并且其表面比较平整，适用于多种包装设计。

3）蜂窝纸板主要是由柔性的纸芯和面纸做成，具有非常好的韧性和回弹性，与大多数缓冲材料相比有更高的单位体积能量吸收值，现阶段高厚度的蜂窝纸板已经可以替代塑料泡沫缓冲垫。

4）蜂窝纸板夹层结构内部为一个个封闭的小格子，里面充满空气，因此有着优秀的隔声和保温性能。

5）蜂窝纸板全部由可循环再生的纸材制作，使用后可以百分之百地回收再利用，并且不会对环境造成污染。

2 动态压缩性能试验方法

动态压缩性能试验主要用于评定缓冲材料在冲击载荷作用下的缓冲性能及其在物流过程中对产品的保护能力，动态压缩性能试验获得的数据可用于缓冲包装的设计。本试验用自由跌落的重锤对缓冲材料施加冲击载荷，从而模拟物流过程中缓冲材料可能受到的冲击作用，试验结果通过缓冲材料的动态压缩特性曲线来表现。

动态压缩性能试验首先将试验样品放置在试验机的冲击底座的中心位置，并使其中心与重锤的中心保持在同一垂线上。试验中可以固定试验样品，但固定时应不使试验样品产生变形。让试验机的重锤从预先设定的跌落高度冲击试验样品并且连续冲击5次，每次冲击的间隔应该不小于1分钟，记录每次冲击的加速度-时间历程。试验过程中，如果同一样品还未达到5次冲击时就已经确认试验样品严重损坏或者丧失缓冲能力时，则应该中断试验并且更换试验样品。为了能够精确地描绘出最大加速度-静应力曲线，应合理地选择多种重锤质量进行试验，最大加速度取5次连续冲击中后4次的最大加速度的平均值，静应力按照以下公式进行计算：

其中：stδ ——静应力，Pa；

W——重锤的重力，N；

A——试验样品受冲击的表面面积，cm2。

3 蜂窝纸板动态压缩性能试验及分析

本试验的试验样品是普通的六孔蜂窝纸板，厚度有30mm和40mm两种。30mm厚样品全部试验前都放置在常温环境中；40mm厚样品分成两部分，一部分在试验前放置在常温环境中，另一部分在试验前放置在温度（40±2）℃、湿度(95±2）%RH的环境中保持超过24小时。

30mm厚样品试验重锤跌落冲击高度选择（50，100，200，300，600，800，1000）mm七种高度，而在选择静应力的时候为了取得更加合理的数据在不同的高度选择的静应力也略有区别。前4个高度静应力选择（0.002，0.005，0.007，0.01，0.015，0.021）Mpa六种，后3个高度静应力则选择了（0.00145，0.002，0.005，0.007，0.01）Mpa五种。样品在同一高度和同一静应力共进行5次冲击，后4次采集到的最大加速度值取平均值作为该点的最大加速度值。如果试验中采集到的最大加速度值超过800G，立即更换新的样品重新测试；二次采集到的最大加速度值还超过800G，则放弃该点数

据的采集。本试验试验结果见图1，从图中可以看出蜂窝纸板作为一种缓冲材料在比较小的静应力作用下，也就是说在单位面积承受的重量比较小的情况下，缓冲效果反而会比较差，尤其是在冲击高度比较低的情况时基本接近于无缓冲的状态。这是由于本次使用的蜂窝纸板属于比较硬的一种，过小的冲击几乎无法使该蜂窝纸板产生一定量的变形，从而蜂窝纸板无法吸收冲击的能量，也就没法起到缓冲的作用。但是当静应力比较大的时候可以看到即使重锤冲击的高度不断上升，蜂窝纸板仍然具有良好的缓冲性能。

图1 最大加速度-静应力曲线（30mm厚度蜂窝纸板）

图2 最大加速度-静应力曲线（40mm厚度蜂窝纸板，50mm重锤冲击高度）

图3 最大加速度-静应力曲线（40mm厚度蜂窝纸板，100mm重锤冲击高度）

图4 最大加速度-静应力曲线（40mm厚度蜂窝纸板，200mm重锤冲击高度）

图5 最大加速度-静应力曲线（40mm厚度蜂窝纸板，300mm重锤冲击高度）

40mm厚样品试验重锤跌落冲击高度选择（50，100，200，300）mm四种高度，而在选择静应力的时候选择了（0.002，0.005，0.007，0.01，0.015，0.021）Mpa六种，最大加速度值采集的方法同30mm厚样品。常温预处理样品和温湿度预处理样品分别采集数据然后进行比较，试验数据见图2-图5。图中曲线（a）是常温放置样品的最大加速度-静应力曲线，曲线（b）是在温度（40±2）℃、湿度(95±2）%RH的高温高湿环境中放置24小时后的最大加速度-静应力曲线。从曲线可以看出在较小的静应力作用下，预处理后的样品在各个高度都有着比常温放置的样品更好的缓冲效果。这是由于高温高湿预处理之后样品变软，即使是很小的静应力作用也会产生一定的变形，从而实现缓冲将最大加速度降低。但是这种情况随着静应力的变大会变得越来越不明显，当静应力超过0.015Mpa之后，常温放置样品和高温高湿预处理样品的缓冲性能基本相同。从图中我们还可以发现常温放置样品在0.002Mpa静应力作用下不同高度的最大加速度值基本相同，这说明在此静应力作用下300mm以下高度的冲击还无法使本次试验的蜂窝纸板产生一定量的变形而起到明显的缓冲作用。而高温高湿预处理的样品由于变软的影响，在0.002Mpa静应力作用下随着冲击高度的变大，最大加速度值也呈上升的趋势。可以预见如果高度继续提高，那么高温高湿预处理的样品在0.002Mpa静应力作用下的最大加速度值有可能会超过常温放置的样品。我们可以发现，高温高湿预处理使得蜂窝纸板在小静应力受到低高度冲击时有着更好的缓冲表现，但是在冲击高度达到一定程度之后反而会使其缓冲效果下降。这就要求我们在做包装设计的时候要充分考虑温度湿度的因素，避免不合理的包装方案。

4 总结

蜂窝纸板作为新兴的缓冲材料有着多种优于其他缓冲材料的特点，目前被越来越多的人所接受。但是人们在做蜂窝纸板动态压缩性能试验时往往都是将常温放置的产品直接进行试验。这样虽然试验会相对简单，可是蜂窝纸板制作材料的特点决定了其对温度湿度有着一定的敏感度，我们在使用蜂窝纸板进行包装设计的时候应考虑这个因素，使包装设计达到更好的效果。

[1]苏远，汤伯森.缓冲包装理论和应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]GB/T 8167-2008,包装用缓冲材料动态压缩试验方法[S].

[3]王一临. 缓冲包装与缓冲包装材料[J].包装工程，1988, 04.

丁勇（1982.04），男（汉族），辽宁，中级工程师，硕士研究生，环境可靠性测试。

李晓茜（1988.12），女（汉族），山东，工程师，硕士研究生，环境可靠性测试。

石媛媛（1983.10），女（汉族），安徽，中级工程师，硕士研究生，力学分析。

The Research of Dynamic Compression Test of Honeycomb Cardboard

DING Yong, LI Xiao-xi, SHI Yuan-yuan
（Environmental and Reliability Laboratory, Shenzhen Academy of Metrology & Quality Inspection, Shenzhen 518000）

This paper first introduces the characteristics of cushioning materials and the advantages of honeycomb cardboard emerged in recent years. And then the test of dynamic compression of cushioning materials is introduced. Finally, the dynamic compression characteristics of honeycomb are investigated using the data from the test. The investigation focuses on the effects of temperature/humidity preconditioning on the dynamic compression characteristics.

honeycomb cardboard; cushioning materials; test of dynamic compression

TS77

B

1004-7204（2015）02-0016-04