空氣墊緩衝包裝承載性驗證及影（yǐng）響分析

前言

　　近年，電（diàn）商經濟迅速發（fā）展，極大促進了商品（pǐn）的地域流（liú）通（tōng），同時，運輸野蠻裝卸的問題也越發突出，使得包裝內容物的損（sǔn）壞率逐年上升。流通中，引起商品（pǐn）損壞的原因主要來自於裝卸和運輸（shū）環境的外（wài）力衝擊，雖速度變化不大（dà）但作用時間短促，因而在瞬間對內容物產生（shēng）較大的（de）衝擊（jī）力（lì），造成損壞。因（yīn）此，具有合適（shì）緩（huǎn）衝效果的緩（huǎn）衝材料在包裝過程中是極為必要的。

　　緩衝材料的曆史悠久，最早可追溯到（dào）稻草（cǎo）、刨花、紙屑等。隨著商品（pǐn）交易的範圍（wéi）和速度（dù）增大，緩衝材料的（de）品類被極大的擴（kuò）充，如今，已經形成了以泡沫塑料為（wéi）主，氣泡薄膜（mó）、紙襯墊、紙張模（mó）塑為輔的緩衝材料體係。泡沫塑料質輕、吸濕性強、價廉物美，具（jù）有良好緩衝效果和吸振性能，但降解和環境（jìng）汙染問題仍有待（dài）解決。紙類緩衝（chōng）材料是一種可降解的環保材料，溫度適應範圍比（bǐ）泡沫塑料更寬，但耐潮性不佳，且價（jià）格（gé）頗高。在這一（yī）背景下，尋求經濟效益（yì）和環保效益的（de）相統一的新型緩衝材料迫在眉睫，“空氣墊緩衝包裝”應運而生。

空氣墊緩衝包裝（zhuāng）的承載性及（jí）驗證方法

　　空氣墊緩衝（chōng）包裝是將一定可壓（yā）縮氣體密封（fēng）在（zài）塑料薄膜袋內實現緩衝作用，具有體積（jī）小、質量輕、彈（dàn）性大、包裝方便、可重複使用的特點，兼具經濟、社（shè）會和環保效益。空氣墊緩衝包裝的（de）緩衝效果是氣體和薄膜袋共同作用的結（jié）果。氣體自身具有擴散性，當其填（tián）充於（yú）塑料薄膜（mó）袋後，能（néng）迅速充滿整個（gè）容器，遇到外界壓迫（pò）時，氣體體（tǐ）積縮小借此吸收衝擊能量。薄（báo）膜袋約束著氣體的體積變化，同時保障氣體的密（mì）封，是空氣（qì）墊緩衝包裝材（cái）料的重要承載容器。

　　目前（qián），空氣墊緩衝包裝材料（liào）的承載性並沒有統一的標準，主要（yào）通過試（shì）驗的方式獲得緩衝曲線，包括壓縮應力（lì）應變曲線、最大加速度曲線等，來驗證被測材料的緩衝承載性能。這些（xiē）試驗（yàn）包括靜態壓縮試驗和動態壓縮試驗，分別依據國標GB/T 8168-2008包裝（zhuāng）用緩衝材料靜態壓縮試驗方法和GB/T 8167-2008包裝用緩衝材料動態壓縮試驗方法。所謂靜態，是指在壓縮機上對試（shì）樣加壓的速度（dù）很慢，如12mm/min，接近於靜態載荷。借助靜態壓縮試驗能獲得靜態壓縮應（yīng）力應變曲線、緩衝係數曲線等，從而了解材料（liào）的靜態緩衝承載性。

　　靜態壓縮試驗過程簡單易行，費用低、耗時短，利用壓縮儀器，如i-Boxtek 1700紙箱抗（kàng）壓試驗儀器，參考GB/T8168方法A進行檢（jiǎn）測。試驗前，對空氣墊樣（yàng）品進行厚度測量，作為原始厚度。將上壓板以12.7mm/min的速度沿厚度方向對試驗樣（yàng）品逐漸（jiàn）增加載荷。壓縮過程中，儀器係統自動記錄壓縮力和相應的變（biàn）形量，繪製“力值-變（biàn）形量曲線（xiàn）”、“力值-時間曲線”和“變形量-時間曲線”三條曲線。當（dāng）壓縮載荷急劇增加（jiā）時停止試驗，卸去載荷3min後測量（liàng）試驗後樣品的厚度。根據公式1和（hé）公（gōng）式2計算壓縮（suō）應力和壓縮應（yīng）變。

　　式中，α—— 壓縮應力（Pa）；P —— 壓縮載荷（N）；A —— 試驗樣品承載麵積（mm²）; ε_a  —— 方法A試驗時壓縮應變（%）；T —— 試驗樣（yàng）品原（yuán）始厚（hòu）度（mm）；T_j —— 試驗（yàn）樣品試驗後的（de）厚度（mm）。

　　相（xiàng）較於靜態壓縮試驗，動態壓縮試驗條件更加接近（jìn）實際情況。它是利（lì）用衝擊（jī）試驗機上（shàng）的重錘以一定的衝擊能量衝擊試樣，獲得最大衝擊（jī）加速度。通過改變重錘的跌（diē）落高度（dù）和重量，求得一（yī）係列的最大加速度，從而（ér）可以得到緩衝材料的緩衝性能曲線。根據GB/T 8167的要（yào）求，需要測試多次獲（huò）得不同高度、不同厚度條件下的試驗數據，因（yīn）此動態壓縮試驗具有耗時長、成本高、過程複雜等缺點。

空氣墊（diàn）緩衝包裝的承（chéng）載性（xìng）影響分析（xī）和檢驗方法

　　空氣墊緩衝包裝的諸多工藝（yì）參數和流通環境，如薄膜材料（liào）的拉伸性、包裝整（zhěng）體（tǐ）的密封質（zhì）量、充氣壓力等，都會在一（yī）定程度上影響其（qí）承載性和緩衝效果。

空氣墊緩衝包裝薄膜拉伸性能

　　空氣墊受衝擊發生（shēng）形變（biàn）的過程，也是空氣墊薄膜材料拉伸的過程。薄膜（mó）拉伸至斷裂，可以（yǐ）視為兩個階段：線彈性區（qū）和塑（sù）性區。起初，試樣由（yóu）自由狀態逐漸變為繃緊狀態，進（jìn）入線彈性區，超出彈性形變極限後進（jìn）入塑性變形區。薄膜沿外力作用方向進行分子（zǐ）取向、重排、滑移，發生屈服，原組態被破壞，整（zhěng）個結晶模式發生重排，晶區和非晶（jīng）區出現較大（dà）範圍的相對移動（dòng）。第二個（gè）塑性變形階段，薄膜分子不僅沿外力作用方向進行分子取向、重排（pái）和滑移，而且分子主鏈之間部分發生（shēng）斷裂。薄（báo）膜的（de）拉伸性能是通過薄膜材料在拉斷前承受的最（zuì）大應力值來表征（zhēng），通常采用拉力機進行試驗。拉（lā）伸性能越好意味著（zhe）薄膜材（cái）料在承載壓力（lì）方麵更具優（yōu）勢，為空氣墊的緩衝作用提供了更加可靠的保障（zhàng）。

空氣墊緩衝包裝袋密（mì）封質量

　　密封，是（shì）空氣墊各項性能發揮的前提和基（jī）礎。包裝的密封性能主要表現在包裝袋的完整性和封邊的封合質量兩方（fāng）麵。封邊在熱（rè）封操作時，高溫處理會影響到封邊周圍材料的（de）機械強度，如拉伸性能（néng），所以（yǐ）熱封邊及其周圍部位常常會成為空（kōng）氣（qì）墊（diàn）緩衝薄（báo）膜袋密封性的薄弱點。當衝擊作用於空氣墊時，薄膜袋的封邊受到強大且分布不均勻（yún）的空氣壓力，承壓強度最低的部分最先出現破裂和氣體泄漏，從而（ér）導致空（kōng）氣墊緩衝作用的失（shī）效。因此，評判空氣墊緩衝包裝的密封（fēng）質量，一方麵是薄膜袋的耐壓強度，另一方麵則是封邊的熱合強度（dù）。

　　薄膜袋的耐壓（yā）強度是通過內加壓試驗獲得（dé）的，業（yè）內也稱作爆（bào）破試驗。通過向薄膜袋內充入一定壓力的氣體直至破裂（liè），即（jí）能精確測定薄膜袋的最大承壓力。就空氣墊緩衝包裝材料而言，所使用的薄（báo）膜多為柔軟高彈材料，具有優異的拉伸性和變形率，會隨（suí）著充入（rù）氣體的增加出現明顯的形變，使得最大承壓力的測試（shì）變的困難。在實際應用中，空（kōng）氣墊緩衝薄膜袋（dài）被填塞在商（shāng）品和外包裝（zhuāng）之（zhī）間，受到二者的擠壓，受力情況有（yǒu）別於一般的自由膨脹。基於上述情況，建（jiàn）議內加壓試驗中引入（rù）約束板試驗裝（zhuāng）置，如圖1，將待測（cè）樣品置於約束板上下夾板之間，實現對薄膜袋（dài）的加壓（yā）膨（péng）脹及材料的拉（lā）伸變形的有效（xiào）控製（zhì），將壓力轉移至熱封邊處，從而極大提高了耐壓施力的均勻性，也更貼近實際情況。

圖1. 約束板裝（zhuāng）置

　　封邊熱合（hé）強度是使用拉力機測得的，材料在（zài）受力方向一致、力值均勻的情況下（例（lì）如剝離），熱封邊抵抗分離的能力。上述耐壓（yā）強度試驗直觀的暴露（lù）了（le）薄膜袋封邊承（chéng）壓薄弱部位（wèi），於此同時，熱（rè）封強度（dù）參數亦能對封邊各部位的牢（láo）固度給出具體的數據評價（jià），二者相輔相成，有利（lì）於從根源解決影響（xiǎng）空氣墊緩衝包裝密封質量的問題（tí）。

空氣墊內部初始氣壓

　　空氣墊緩衝包裝的初始充氣壓（yā）力目前（qián）沒有（yǒu）統（tǒng）一（yī）的標準，但不同的充氣壓力（lì）對於同規格空氣墊的緩衝承載效果多有不（bú）同。筆者對一款具（jù）有（yǒu）7個承載氣室的空氣墊分別充入40kPa、60kPa和90 kPa，氣室厚10mm，采用方（fāng）法（fǎ）A進行靜態壓（yā）縮試驗。根據公式（shì）1和公式2對測試結果進行計算，見表1。

表1 不同充氣壓力的空氣（qì）墊靜態壓縮試驗結果

　　從上表中可以發現，隨著充（chōng）氣壓力的增大，空氣墊（diàn）緩衝包裝的承載能力有所提高。這一結論對提高（gāo）空氣墊的緩衝性能有所助益（yì），同時也對（duì）空氣墊（diàn）薄膜袋的（de）密封質量和抗壓性能提出了更加嚴苛的（de）要求。但也要注意的是，充氣壓力的增加需適（shì）度，如果太大，空氣墊過硬，起不到緩衝作用，反之，則（zé）緩衝效果不明顯。合適的壓力需經過反複的試驗數據來獲（huò）得。

總結

　　空氣墊是一種應用廣泛的緩衝包裝材料，集經濟（jì）環保效益於一體。承（chéng）載性，是其緩衝效果重要決定因素（sù），通過靜態壓縮試驗和動態壓縮（suō）試驗能實現該性（xìng）能的數（shù）據化表征。通過（guò）分析發現（xiàn），空氣墊緩衝包裝的諸多工藝參（cān）數和流（liú）通（tōng）環境，如薄膜材料的拉伸性、包裝整體的密封質量、充氣壓力等，都會在一定程度上影響（xiǎng）其承載性和緩衝效果，建議（yì）相關企業加強對上述因素的（de）試驗監測和（hé）研究。