论文摘要
为减少包装废弃物的污染,寻找新的缓冲包装材料和包装技术是当务之急。作为一种新型有发展前途的缓冲包装材料,即在塑料薄膜中充入压力气体的“空气垫”,近年来已开始应用于多种产品的缓冲包装,但目前其承载特性、缓冲机理等性能的研究目前只是刚刚开始。本课题针对不同规格的塑料空气垫进行准静态压缩实验,测定分析其承载性能,初步表征其缓冲性能与变形行为,为该类缓冲材料与结构的应用、产品开发提供技术依据。基于准静态压缩试验,分析充气压力、结构尺寸、压缩速度对空气垫承载能力的影响。结果表明,总体上随着充气压力的增大,空气垫承载力有所提高。但对不同规格试样表现有差异,对小规格空气垫,其充气压力对承载力影响较为显著,但随着规格尺寸增大,其影响显著性不大;同时发现在压缩量相同的情况下,空气垫结构尺寸越小,其压缩载荷越大;在低速率压缩条件下,空气垫承载能力与压缩速度几乎无关。基于空气垫压缩过程中的结构尺寸与内压变化,建立了空气垫承载力的理论计算公式,基于空气垫压缩—变形特征,应用缓冲材料正切型模型表征空气垫压缩变形特征,进行承载力的理论预测与试验结果的分析比较。结果发现理论模型和试验值在压缩量较小时误差较大;随着压缩变形、空气垫规格尺寸增大,相应理论模型和试验结果吻合性提高。通过试验与理论分析,获得了空气垫缓冲系数—压缩应力特征关系,分析相关参数对其缓冲性能的影响。总体上空气垫材料表现出良好的缓冲性能。当承载应力较小时,空气垫缓冲系数变化幅度很大,缓冲性能不稳定;而当承载应力到达一定值时,空气垫表现出稳定的缓冲性能。对应小规格空气垫,随着压缩应力的增大,其缓冲系数趋于一稳定值;对应大规格空气垫,当充气压力超过某一值时,充气压力增加,缓冲系数随之增大。即对于大规格的空气垫,需要适当设计选择空气垫的承载,才能保持其最佳的缓冲性能。对空气垫缓冲包装设计方法进行初探,指出其缓冲垫设计的基本过程。