不同厚跨比蜂窩紙板的能量吸收?qǐng)D構(gòu)建

不同厚跨比蜂窩紙板的能量吸收?qǐng)D構(gòu)建

蜂窩紙是一種結(jié)構(gòu)新穎、承載量大、質(zhì)量小、緩沖性能好的綠色材料。受到包裝行業(yè)的廣泛關(guān)注，并在包裝、建筑、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中,蜂窩紙板作為產(chǎn)品的緩沖包裝材料,主要是通過(guò)吸收沖擊和振動(dòng)所引起的能量(通常是動(dòng)能)進(jìn)而保護(hù)產(chǎn)品,能量吸收?qǐng)D法是表征材料緩沖性能的實(shí)驗(yàn)與物理模型相結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)方法,是通過(guò)確定不同規(guī)格緩沖材料在不同應(yīng)變速率下的最佳能量吸收點(diǎn)而繪制的曲線圖,它優(yōu)化了材料相對(duì)密度,考慮環(huán)境因素影響,與傳統(tǒng)緩沖性能表征方法相比具有很大優(yōu)勢(shì)。國(guó)外MaitiSK最早基于3種泡沫材料(彈性、塑性和脆性)的應(yīng)力應(yīng)變曲線,采用能量吸收?qǐng)D法對(duì)其進(jìn)行吸能特性表征,為最佳泡沫材料的選擇和設(shè)計(jì)提供了最初的理論方法,并認(rèn)為木材和蜂窩材料也適用于同一模式。之后國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了大量將能量吸收?qǐng)D法應(yīng)用于泡沫材料的緩沖評(píng)價(jià)文獻(xiàn),為不同泡沫材料的選擇提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù):盧子興、王斌、胡時(shí)勝分別對(duì)復(fù)合泡沫塑料、泡沫鋁合金和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的緩沖吸能特性進(jìn)行了評(píng)估;HaijunYu對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下閉孔泡沫鋁的機(jī)械性能和變形機(jī)理進(jìn)行研究,并得到了解孔徑對(duì)其能量吸收特性的影響。對(duì)紙蜂窩材料能量吸收性能的研究,國(guó)外文獻(xiàn)很少涉及,國(guó)內(nèi)王冬梅基于紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的壓縮試驗(yàn),考慮孔穴結(jié)構(gòu)因素的影響,構(gòu)建了能量吸收?qǐng)D,得出隨著蜂窩胞壁厚度與長(zhǎng)度比值的增加,其能量吸收性能將隨之增大;王志偉采用分段函數(shù)的方法建立了靜態(tài)壓縮條件下紙蜂窩能量吸收與環(huán)境濕度及蜂窩結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系模型,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證,得出了模型的可靠性。1測(cè)試1.1面紙和蜂紙的制備蜂窩紙板為青島某公司提供,樣品采用3種蜂窩材料分別為:200/120/200-30,200/150/200-30,200/170/200-30(3種蜂窩紙板的面紙均為200g/m2的箱板紙,蜂窩紙芯為正六邊形,定量分別為120,150和170g/m2的瓦楞原紙,對(duì)應(yīng)厚度分別為0.246,0.257和0.275mm,其胞壁邊長(zhǎng)均為8.5mm,蜂窩紙板的厚度均為30mm)。1.2靜態(tài)壓縮試驗(yàn)將蜂窩原紙?jiān)嚇釉跇?biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件(23℃,相對(duì)濕度50%)下分別預(yù)處理48h后,參照J(rèn)B/T6544-93塑料拉伸和彎曲彈性模量試驗(yàn)方法,在LRXPlus電子材料試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量各蜂窩原紙的縱向固體模量,每個(gè)試樣從恒溫恒濕箱取出后5min內(nèi)完成測(cè)試。試樣尺寸為125mm×12.7mm,電子材料試驗(yàn)機(jī)的拉伸標(biāo)距是65mm,拉伸速度為1mm/min,進(jìn)行10次重復(fù)試驗(yàn),取平均值。將蜂窩紙板試樣在溫度為(23±2)℃,相對(duì)濕度為50%,65%,80%和90%下分別預(yù)處理48h后,參照GB/T1453-2005夾層結(jié)構(gòu)或芯子平壓性能試驗(yàn)方法進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn),每個(gè)試樣從恒溫恒濕箱取出后5min內(nèi)完成測(cè)試。對(duì)蜂窩紙板施加恒定軸向加載速度(12±3)mm/min,式樣尺寸100mm×100mm,對(duì)各種試驗(yàn)條件均做5次重復(fù)試驗(yàn)(各用一個(gè)試樣)。2結(jié)果與討論2.1縱向固體模量測(cè)定對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的蜂窩原紙進(jìn)行拉伸試驗(yàn),測(cè)試并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下蜂窩原紙縱向固體模量,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。Es0為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下(23℃,相對(duì)濕度50%)蜂窩原紙縱向固體模量。2.2發(fā)酵溫度對(duì)植物基多模量的影響蜂窩紙板靜態(tài)壓縮緩沖特性,大多是通過(guò)其應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下3種不同規(guī)格蜂窩紙板靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線見(jiàn)圖1;不同相對(duì)濕度條件下蜂窩紙板(200/120/200-30)的靜態(tài)緩沖曲線見(jiàn)圖2。從圖1和2可以看出,在線彈性階段,曲線斜率變化都不大,這說(shuō)明蜂窩紙板的彈性模量主要取決于蜂窩芯層結(jié)構(gòu),材質(zhì)和環(huán)境濕度對(duì)其影響很小;在彈塑性和塑性階段,隨芯層定量的增加,蜂窩紙板的臨界應(yīng)力和平臺(tái)應(yīng)力都逐漸增大,其能量吸收性能隨之提高;隨環(huán)境相對(duì)濕度的增大,蜂窩紙板臨界應(yīng)力和平臺(tái)應(yīng)力都明顯減小,其能量吸收性能隨之下降。2.3單因素對(duì)通過(guò)靜態(tài)壓縮能量吸收的影響由不同厚跨比(蜂窩芯層胞壁厚度t與蜂窩芯層胞壁邊長(zhǎng)l之比)蜂窩紙板在不同濕度條件下的靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線,通過(guò)計(jì)算機(jī)編程,利用MATLAB程序得到其能量吸收?qǐng)D。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下不同厚跨比蜂窩紙板的靜態(tài)壓縮能量吸收?qǐng)D見(jiàn)圖3?？芍?隨厚跨比的逐漸增大,蜂窩紙板最佳能量吸收點(diǎn)(包跡線所連接的曲線肩點(diǎn))向右上方偏移,其單位體積吸收能量的能力增強(qiáng)。23℃下相對(duì)濕度對(duì)同種蜂窩紙板靜態(tài)壓縮能量吸收的影響見(jiàn)圖4。蜂窩紙板隨濕度的增大,其最佳能量吸收點(diǎn)(包跡線所連接的曲線肩點(diǎn))向左下方偏移,其單位體積吸收能量的能力減弱。不同相對(duì)濕度條件下,不同厚跨比蜂窩紙板的包跡線匯總于同一坐標(biāo)系,使得在同一張能量吸收?qǐng)D中包含了應(yīng)變速率、蜂窩結(jié)構(gòu)及環(huán)境濕度等信息,見(jiàn)圖5,借助該靜態(tài)壓縮能量吸收?qǐng)D,利用插值法可進(jìn)行蜂窩結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的優(yōu)選,進(jìn)而指導(dǎo)緩沖包裝設(shè)計(jì)。3發(fā)酵板及含氟流量檢測(cè)蜂窩紙板的彈性模量主要取決于蜂窩芯層結(jié)構(gòu),材質(zhì)和環(huán)境濕度對(duì)其影響很小;隨芯層原紙定量的增加,蜂窩紙板的臨界應(yīng)力和平臺(tái)應(yīng)力都逐漸增大,其能量吸收性能隨之提高。構(gòu)建不同厚