瓦楞纸板缓冲衬垫的性能研究

荆明浩 金佳丽 刘静 栗静

【摘 要】本文研究的是0940折叠型瓦楞纸板缓冲衬垫。通过静态压缩实验并以能量吸收法作为理论基础，分析结构参数和楞向对其缓冲性能的影响。研究发现，随着衬垫承载面积的增大，缓冲衬垫最大承载力也增大。随着高度的增大，最大承载力随之减小，而且楞向与承载压力方向与关系密切，垂直时的缓冲性能要远远优越于平行方向。这也为该种结构尺寸参数设计提供依据，同时也为其与别的结构形式组合提供能量分配数据上的参考。

【关键词】缓冲衬垫 瓦楞纸板 能量吸收

为了避免在运输过程中，产品受到冲击、跌落或振动等机械载荷的影响，添加缓冲结构是一种常用且有效的方法。

目前学者已对瓦楞纸板缓冲衬垫有大量研究，许文才、李华等对瓦楞纸板衬垫的缓冲性能及物理参数优化做了研究，在建立瓦楞纸板衬垫缓冲模型的基础上，应用阻尼最小二乘法对缓冲衬垫的物理参数进行了优化。王振林、奚德昌等对折叠三角形瓦楞纸板衬垫结构缓冲能力做了探讨，通过简化力学模型和对比性实验探讨了折叠三角形瓦楞纸板衬垫结构缓冲能力与其截面尺寸、结构折叠层数的关系。

本文选取了0940型瓦楞纸板衬垫进行分析。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设备

试验材料：瓦楞纸板、白乳胶。

本次试验通过改变结构尺寸参数，进行试验。本次试验用的瓦楞纸板是由天津科技大学实验室提供的E型瓦楞纸板，纸板定量为250/200-150/1E。

实验仪器：瓦楞纸板厚度测定仪，仪器型号YQ-Z-46。

纸板打样机，仪器型号PRPDUCER1317。

电子万能材料试验机，仪器型号3369。

本次试验中，分别以承载面积（s）和侧板高度（h）为单一变量，进行对比。第一种情况：底板宽度和侧板高度为常量，承载面积为变量。第二种情况：承载面积和底板宽度固定，侧板高度为变量。

最终成型尺寸如下：

底板宽度（w）为50mm和侧板高度（h）为50mm，承载面积（s）分别为120mm×120mm2、130mm×130mm2、140mm×140mm2、150mm×150mm2和160mm×160mm2。

承载面积（s）为150mm×150mm2和底板宽度（w）为50mm，侧板高度（h）分别是30mm、40mm、50mm、60mm和70mm。

1.2 静态压缩试验

试验前后，记录实验室的温湿度。本次试验，试验前：温度31℃，湿度60%。试验后：温度31℃，湿度64%。

（1）试验前，了解试验的要求和步骤，参考GB8168“包装用缓冲材料静态压缩试验方法”，利用电子万能材料试验机，仪器型号3369。本次试验采用A法，先用电脑软件创建试验方法，确定试样侧板高度和承载面积，压缩速率（本次试验采用12mm/min）和压缩率（取侧板高度的80%），并且确定最终可以得到压缩载荷-压缩位移曲线。

（2）将试样放在压盘中间，调整好压盘高度，将软件上的位移和载荷清零，然后开始测试。

（3）换不同尺寸的试样，要更改试验方法中的尺寸参数和压缩率，再进行试验。

1.3 施加载荷方向

加载方向平行于瓦楞纸板楞向时，瓦楞纸板承受强度较高；加载方向垂直于瓦楞纸板楞向时，强度较低，但衬垫的缓冲效果较好。所以加载方向对缓冲衬垫的性能研究也会有很大的影响。根据自身需要的情况下，设计衬垫的结构，并且注意纸板楞向。

2 结果与讨论

2.1 承载面积对缓冲衬垫的缓冲性能影响

通过对试验过程的观察，承载面积大于140mm×140mm2的瓦楞纸板缓冲衬垫，压溃形式大多为，两侧侧板发生弯曲，很少会发生偏移的现象。主要是因为面积大，受到的压缩载荷比较均匀。承载面积小于140mm×140mm2的试样，侧板会发生偏移。通过观察可以知道，最大压缩载荷会随着承载面积的增大而增大，但是单位体积能量的变化是不规律的。曲线的变化没有一直呈上升或下降的趋势，而是阶段性的上升然后下降。从曲线的形状来看，最小缓冲系数-承载面积曲线和压缩载荷-承载面积曲线相似：而单位体积能量-承载面积近似于一条直线，呈下降趋势。

在衬垫面积不断增加的同时，在140mm×140mm2中出现了一个短暂的最大值之后又再次呈下降趋势直到达到150mm×150mm2的峰值。而面积在120mm×120mm2和130mm×130mm2时几乎处于一个趋于平稳的数值时是最适合缓冲的面积。而对于吸能来说，在单位体积吸能处于图中较大值时，所对应的面积是衬垫缓冲最好的。而吸能在随面积增大的过程中，并呈一个接近完全下降的趋势。综合两种情况。最后可以得到综合数据，也就是当面积为130mm×130mm2时，此时的缓冲系数，也是比较小的，是缓冲效果最好的面积数值。

2.2 侧板高度对缓冲衬垫的缓冲性能影响

通过对试验过程的观察，衬垫的高度在突然加至40mm时，吸收能量和最大承受载荷都會加速减小，而且吸收能量的上升趋势变得平缓。所以从变化上来看，高度的增加与吸能量和载荷量呈负相关。衬垫高度没有达到40mm之前，也就是处在产品受力时，能量吸收的效果比较好的过程。因此，在侧板高度为40mm时，虽然缓冲系数不是5个尺寸中最小的，但是数值相差不大，综合单位体积吸收的能量和最大压缩载荷，高度为40mm时，瓦楞纸板缓冲衬垫的缓冲性能较好。

结论

综合上述试验的数据及分析，得到以下结论：（1）0940型瓦楞纸板缓冲衬垫，在侧板高度和底板宽度不变时，承载面积越大，它可以承受的载荷就越大。衬垫的最小缓冲系数都是面积大约在130mm×130mm2且缓冲系数的值接近于1.5。在单位体积内，吸收能量曲线的大致走向是下降的。（2）承载面积和底板宽度不变，侧板高度变化时，承载的载荷会随着高度的增加而减小。高度越高，重心就高，继而稳定性差。（3）瓦楞纸板的楞向对其承载力和吸能量有很大的关系，当与承载力方向垂直时的衬垫的缓冲性能要比与其平行时的好很多。所以在设计缓冲垫时，要注意选择正确的楞向。

参考文献

[1]许文才，张文凯，李华等.瓦楞纸板衬垫的缓冲性能及物理参数优化[J].包装工程，2003，24（2）：6—12.

[2]宋超，王振林，奚德昌.折叠三角形瓦楞纸板衬垫结构缓冲能力的探讨[J].包装工程，2002，23（5）：113-114，120.

[3]何慧君等.瓦楞纸板衬垫缓冲性能的研究[J].包装工程，1999，Vol.20，No.3：20-22.

[4]李兆元.典型瓦楞纸板结构件的缓冲性能及其计算机仿真[D].江南大学，2008.

[5]刘晔，王振林，周建伟等.三重组合瓦楞纸板压缩承载规律的实验研究.包装工程2003，24（03）：43—45.