纸质缓冲材料能量吸收特性研究进展

振动与冲击

第２９卷第５期

ＪＯＵＲＮＡＩ。ＯＦ

ＶＩＦＩＲＡｌ＂ＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ

纸质缓冲材料能量吸收特性研究进展

鄂玉萍１，王志伟２

（１．江南大学机械工程学院，江苏无锡２１４１２２；２．暨南大学包装工程研究所，广东珠海５１９０７０）

摘要：综述了两类常用纸质缓冲材料能茸吸收特性的研究进展，从缓冲吸能影响闪素及规律两方面总结国内外

研究侧重点和取得的成果，并着重就环境湿度和应变率对纸质缓冲材料吸能特性影响的研究现状进行了阐述。提ｆｆ｛考虑环境湿度和应变率，建立蜂窝纸板和瓦楞纸板能量吸收理论预报模型，构建兼具普适性、准确性和简便性的纸质缓冲材料吸能特性表征方法，并应用于缓冲包装优化设计中，是今后研究的霞点。

关键词：纸质；缓冲包装；蜂窝纸板；瓦楞纸板中图分类号：ＴＢ４８４．１；ＴＢ４８５．１

文献标识码：Ａ

冲击和振动是物流中引起产品破损的主要因素，需设计相应的物流防护包装。针对冲击工况设计的防护包装，其实质是吸收和消耗冲击能量，使传递到产品上的最大作用力低于其损伤阀值，其防护效果主要取决于缓冲材料或结构的能量吸收特性。

缓冲材料的种类很多ｉｌ’２Ｊ，泡沫塑料凭借价格和缓冲性能上的优势一度成为广泛使用的缓冲材料，却因难降解、污染环境的瓶颈问题而与“绿色、环保”理念背道而驰。严重的环境问题迫使人们把目光转移到环保型缓冲包装材料的研发和应用上。纸质缓冲材料以质轻价廉、成型性好、缓冲性能优良、易回收利用、可自然降解等特点成为环保缓冲包装材料的新宠。蜂窝纸板和瓦楞纸板是目前使用最多的纸质缓冲包装材料∞’４Ｊ，其优秀的缓冲吸能特性在应用中得到彰显。

蜂窝纸板和瓦楞纸板缓冲技术的最大优势就是灵活性和可设计性，根据这两种材料缓冲吸能影响因素和规律，利用不同的吸能机理，采用不同的材质配比和结构形式，可设计出满足特定物流工况的缓冲吸能元件。因此，研究纸质缓冲材料能量吸收特性影响因素和规律至关重要。

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验条件等方面入手，实验研究蜂窝胞元边长、胞壁厚度、孔径比、蜂窝纸板厚度、温湿度及预压缩等因素对蜂窝纸板承载能力和缓冲吸能特性的影响，而研究原纸性能及加工条件等因素影响规律的文献相当有限。王冬梅”１认为蜂窝胞元的胞壁厚跨比是影响蜂窝纸板能量吸收能力的关键因素，压缩临界载荷和平台应力随胞壁厚跨比的增加而增加，密实化应变却随胞壁厚跨比的增加而减小；孙亚平Ｍ１比较了未贴面蜂窝芯、蜂窝纸板与剥离面纸后的蜂窝芯三者的平压强度，发现未贴面蜂窝芯的平压强度大于蜂窝纸板，而剥离面纸的蜂窝芯的平压强度小于蜂窝纸板，可从蜂窝纸板加工过程产生强度损耗的角度解释该现象；张安宁＂１研究了多层叠置蜂窝纸板的压缩特性，认为多层厚度相等的蜂窝纸板叠置后，其平压强度大于与叠置后厚度相等的单层板平压强度，但多层厚度不等的蜂窝纸板叠置后的平压强度却小于与叠置后厚度相等的单层板平压强度；李厚民等｜８’研究预压缩处理对蜂窝纸板力学特性和能量吸收特性的影响，认为预压缩处理的蜂窝纸板二次加载时，初始峰值应力明显降低，但平台应力保持不变，缓冲效果较为理想。

国内部分学者从理论上对蜂窝纸板缓冲吸能特性的预测和表征进行了积极探索。Ｌｕ—ｏ考虑了蜂窝胞壁的各向异性、初始缺陷和大变形等特性，以分段函数的形式在各变形阶段分别建立由剥离强度和环压强度控制的蜂窝纸板临界屈曲载荷计算公式；Ｗａｎｇ¨０ｌ基于准静态压缩应力一应变曲线构建了表征蜂窝纸板能量吸收特性的能量吸收图，并通过分析蜂窝纸板缓冲吸能特性影响因素，建立了以蜂窝胞壁厚跨比为关键参数的能量吸收模型。

国外对蜂窝纸板研究较少，对其他材质和构型的蜂窝夹层板研究较多，所做的研究以理论研究为主，辅以实验研究和数值模拟。在理论研究方面，Ｇｉｂｓｏｎ…１对等壁厚正六边形蜂窝结构的系统研究堪称该领域的经典；ＷｉｅｒｚｂｉｃｋｉＬ１副利用能量守恒定律和最小能量原理，

蜂窝纸板缓冲吸能特性研究进展

影响因素研究是蜂窝纸板缓冲吸能特性研究的基

础和重点。国内外学者就影响因素进行了大量实验研究，归纳起来，影响因素主要包括组分材料性能、工艺条件、几何参数、结构形式和试验条件等（图１）。掌握这些影响因素及影响规律，可为缓冲包装的设计和优化提供依据。

国内学者多从蜂窝纸板结构形式、几何参数和试

基金项目：国家自然科学基金资助（５０７７５１００）

收稿Ｈ期：２００９—０３—１９修改稿收到日期：２００９—０５—１１第一作者鄂玉萍女，博士生，１９８２年生

通讯作者王志伟男，博士，教授，博士生导师，１９６３年生