一種柱狀空氣墊緩沖包裝設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用柱狀空氣墊做為產(chǎn)品緩沖包裝時柱狀空氣墊的設(shè)計方法，更具體 地，是有關(guān)柱狀緩沖空氣墊充氣壓力和氣室直徑的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 緩沖包裝是電子產(chǎn)品、家用電器、儀器儀表、玻璃陶瓷等各種易損易碎物品運(yùn)輸過 程中不可缺少的環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品運(yùn)輸安全起著重要的作用。目前常用的緩沖包裝材料主要有 發(fā)泡塑料、紙板等。隨著綠色包裝興起和"限塑令"的實(shí)施，發(fā)泡塑料由于無法自然分解且燃 燒時具有毒性等劣勢，成為實(shí)現(xiàn)綠色包裝的重大阻礙，在緩沖包裝材料市場上沖到重大沖 擊。用紙板作為緩沖材料在后期的包裝處理階段，無疑比發(fā)泡塑料具有極大優(yōu)勢，但前期紙 板生產(chǎn)需要耗費(fèi)大量資源，生產(chǎn)過程中也具有污染性。在這種情況下，使用自然空氣填充的 新型包裝系統(tǒng)一柱狀空氣墊(又稱緩沖氣柱袋)受到各界重視，成為最具環(huán)保概念的緩沖包 裝材料之一，表現(xiàn)出極大的發(fā)展?jié)摿ΑＥc泡沫塑料、瓦楞紙板、蜂窩紙板等緩沖包裝材料相 比較，柱狀空氣墊的彈性、濕度穩(wěn)定性、復(fù)原性、弱吸濕性比較優(yōu)良，同時具有結(jié)構(gòu)簡單、應(yīng) 用范圍廣、良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，正柱狀空氣墊具有以上優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用越來越廣泛。
[0003] 雖然不少文獻(xiàn)公開了柱狀空氣墊的緩沖性能的影響因素，以及緩沖性能隨各因素 的變化趨勢，但并未給出柱狀空氣墊緩沖包裝的設(shè)計方法。目前，在工程應(yīng)用中，柱狀空氣 墊仍舊是依據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，然后通過跌落試驗驗證設(shè)計的合理性，降低了設(shè)計效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供這一種柱狀空氣墊緩沖包裝的設(shè)計方法，克服 現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種柱狀空氣墊緩沖包裝的設(shè)計方法，其特征 是，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，測量直柱體產(chǎn)品跌落面的等效長度LP和等效寬度％或測量直柱體產(chǎn)品的高 度HP和直徑D P，測量直柱體產(chǎn)品質(zhì)量m;
[0007] 步驟2,確定柱狀空氣墊氣室長度L，氣柱袋寬度W，當(dāng)包裝直柱體產(chǎn)品時，取L = WP、 W=LP 或取 L = HP、W=DP;
[0008] 步驟3,確定柱狀空氣墊的最大等效應(yīng)力〇me3,產(chǎn)品所受的沖擊加速度6"最大不能超 過產(chǎn)品脆值G。，柱狀空氣墊收到的最大等效應(yīng)力為
，由Gm^G。得，要保證產(chǎn)品 在跌落過程中不破損，柱狀空氣墊受的等效應(yīng)力必須滿足：
[0010]其中，g為重力加速度，
[0011]以產(chǎn)品位于破損與不破損臨界狀態(tài)時進(jìn)行計算，允許作用在氣柱袋上的最最大等 效應(yīng)力為：
[0013] 步驟4，針對柱狀空氣墊緩沖包裝設(shè)計的已知條件，分為兩種情況進(jìn)行設(shè)計：
[0014] 第一種:氣室厚度一定，求最佳充氣氣壓，
[0015] (1)計算柱狀空氣墊緩沖性能需要滿足的條件，當(dāng)包裝件從一定高度跌落下來，由 產(chǎn)品安全條件，可得
[0017]其中，C為柱狀空氣墊緩沖系數(shù);Η為產(chǎn)品跌落高度;D為氣室厚度。
[0018]以產(chǎn)品位于破損與不破損臨界狀態(tài)時進(jìn)行計算，柱狀空氣墊的緩沖系數(shù)最大為
[0020] (2)依據(jù)計算出的緩沖系數(shù)求解柱狀空氣墊對應(yīng)的應(yīng)變。忽略壓縮過程中的氣體 溫度變化，由克拉伯龍方程可得，作用在柱狀空氣墊上的壓力與氣柱袋厚度方向變形之間 的關(guān)系可表不為：
[0022]其中，F(xiàn)為作用在柱狀空氣墊上的壓力，X為柱狀空氣墊氣室厚度壓縮變形量;Ρο為 氣室充氣壓力，
[0025] %表示等效應(yīng)力，
[0026]求解方程，可計算出柱狀空氣墊緩沖系數(shù)為C時柱狀空氣墊對應(yīng)的應(yīng)變ε，或者利
[0027] (3)利用應(yīng)力、應(yīng)變和氣室壓力之間的關(guān)系計算適合的充氣壓力，計算公式為
[0029]設(shè)計的充氣壓力只要不大于Ρο,均能滿足緩沖要求；
[0030]第二種:充氣壓力一定，設(shè)計最小氣室厚度，
[0031] (1)依據(jù)步驟3計算的最大等效應(yīng)力，計算此時氣柱袋的應(yīng)變，計算公式為
[0033] (2)依據(jù)應(yīng)變計算緩沖系數(shù)為
[0035] (3)依據(jù)產(chǎn)品脆值、產(chǎn)品跌落高度和柱狀空氣墊緩沖系數(shù)，計算氣室厚度為
[0037]氣柱袋氣室厚度只要不小于D，均能滿足緩沖要求。
[0038] 進(jìn)一步的，所述直柱體產(chǎn)品是長方體產(chǎn)品或者圓柱體產(chǎn)品。
[0039] 本發(fā)明提供的一種柱狀空氣墊緩沖包裝的設(shè)計方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有 益效果：
[0040] 1.本方法利用空氣靜力學(xué)知識，利用幾個簡單的計算公式即可完成狀空氣墊緩沖 包裝設(shè)計，簡化了設(shè)計流程，提高了緩沖設(shè)計效率。
[0041] 2.在壓縮過程中，產(chǎn)品與柱狀空氣墊的接觸面積是不斷變化的，本方法引入了等 效應(yīng)力來進(jìn)行設(shè)計，降低了計算難度，提高了設(shè)計精度，提高了設(shè)計效率。
【附圖說明】
[0042] 圖1是本發(fā)明的柱狀空氣墊緩沖包裝設(shè)計流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明，以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本 發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0044] 依據(jù)產(chǎn)品的尺寸、重量和脆值等產(chǎn)品特性首先確定柱狀空氣墊的寬度和氣室長 度。引入最大等效應(yīng)力的概念，并依據(jù)跌落過程中最大沖擊加速度與產(chǎn)品脆值的關(guān)系，確定 柱狀空氣墊的最大等效應(yīng)力。忽略跌落過程中空氣溫度變化和柱狀空氣墊薄膜材料的彈性 變形，利用空氣靜力學(xué)理論，建立了緩沖系數(shù)與柱狀空氣墊在厚度方向應(yīng)變的數(shù)學(xué)關(guān)系。在 氣室厚度已知的情況下，依據(jù)應(yīng)力、應(yīng)變和氣室充氣氣壓之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，設(shè)計出最佳氣室 壓力。在氣室壓力一定的情況下，依據(jù)脆值、跌落高度和緩沖系數(shù)之間的關(guān)系，設(shè)計出最小 氣室厚度。
[0045] 在柱狀空氣墊緩沖包裝中最重要的參數(shù)是氣室厚度和氣室壓力，不同氣室厚度的 柱狀空氣墊在充入不同的氣室壓力時，其緩沖性能不同。本發(fā)明所提出的方法按圖1所示， 對柱狀空氣墊的氣室厚度和氣室壓力進(jìn)行設(shè)計。具體實(shí)施步驟如下：
[0046] 步驟1，獲取產(chǎn)品特性:測量產(chǎn)品的尺寸，如果產(chǎn)品為立方體，獲得跌落面的等效長 度1^和等效寬度WP，