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聚乙烯泡沫静态和动态缓冲性能的测定
本文讨论了聚乙烯泡沫的静态和动态缓冲性能的比较。一个动态的因素函数的定义和获得的压缩和缓冲试验的实验数据的分析。考虑到单位体积的变形能，对冲击过程中的最大应变和动应力数据进行估计，并利用动态因子函数对动态效应修正后的压缩数据进行峰值加速度预测。然后，在几乎所有的测试条件的缓冲特性曲线，如不同的跌落高度或厚度的衬垫材料，可以通过一个专门开发的计算机代码使用matlab近似。这项研究可以帮助确定缓冲曲线所有变体的一个特定的缓冲材料的动态因素函数和压缩试验数据的准确性。这个新的程序将大大简化实验过程，以确定缓冲曲线。
关键词：缓冲曲线；动态因子函数；压缩；冲击；聚乙烯泡沫
简介
近年来，大量的努力和资源正在致力于缓冲材料的缓冲适当的关系进行评估，并提出了一些模型来预测缓冲材料的行为。目前确定用多少缓冲材料用保护包装中的应用的行业标准的做法是向缓冲特性曲线。这些冲击与相应的静态应力峰值加速度图揭示了减震性能缓冲材料。
传统的方法获得一个特定的材料缓冲特性曲线是在美国测试和材料协会（ASTM）所描述的D1596,1，但这种方法所需要大量的测试数据比较耗时和费钱。制造商提供的缓冲曲线很少更新，往往过时，为了简化用于确定缓冲曲线的过程中，已经提出了一些替代方法。安索奇和Nende2介绍了一种预计算缓冲曲线形成从节约能源和材料的法律系统的方程。伯吉斯3，4显示了基于分别获得的动态应力和能量密度数据和相应的方程的聚合物材料和从一个单一的缓冲测试能量密度信息缓冲曲线的生成方法。瑞典克朗5，6研究静态和准动态应力–应变压缩数据和峰值加速度之间的关系观测到了影响测试的因素并提出了一种新的从静态或准动态数据生成缓冲曲线的方法。
R ouillard加西亚-马丁内斯-和 罗米欧-加西亚-马丁内兹 成功的应用自制复合复合多层垫由瓦楞纸板。纳瓦罗- javierre等人，比较两个备选标准方法ASTM d1596伯吉斯和Sek方法，利用他们获得的两种典型的缓冲材料的缓冲特性曲线，发泡聚苯乙烯（EPS）和聚乙烯（PE）。这两种替代方法减少获得精确的缓冲曲线的时间。然而，伯吉斯的方法利用传统方法ASTM d1596得到的计算值的缓冲特性曲线，和Sek的方法被认为是一个动态的因素。
本文对缓冲材料的静态和动态缓冲性能之间的差异进行了深入的调查。提出了压缩和冲击数据产生的“动态因子函数”的影响数据。缓冲曲线可以使用此功能和压缩试验数据来确定。
方法论
在一个给定的偏转的影响，缓冲材料产生的瞬时阻力将不同于相同的偏转在静态压缩。在影响CT，阻力产生的质量m的加速度euro;X，如方程（1）
在Fs在静态压缩力的动态冲击效应引起的力，它完全是归因于短暂性的影响和高速度，命名为“动态麦克力量”。因为sigma;0是初始静应力，一个是接触面积和G加速度由于重力作用，将从方程（2）代入方程（1）除以一个生产区在sigma;是静态压缩和sigma;D在静态应力的动态冲击效应引起的动态应力。在方程（4），一个函数法，命名为“动态因素”，可以得到，它是一种简单实用的动态效应性质研究方法。
在sigma;是静态压缩和sigma;D在静态应力的动态冲击效应引起的动态应力。在方程（4），一个函数法，命名为“动态因素”，可以得到的，它是一个简单而有用的研究动态的影响性能的方法。
图1：（a）压缩测试系统和（b）缓冲测试系统。
为了评估缓冲材料的静态和动态性能，本文选用聚乙烯泡沫（乙炔泡沫220）作为实验材料。进行了压缩试验与伺服液压万能试验机可达400毫米/秒的冲击试验用垫的试验机制造的lansmont进行十字头速度进行拉伸制造。图1显示了实验装置。
压缩试验装置如图1A所示。缓冲材料被放置在两个平行板之间，与所施加的力和产生的挠度与高精度的测量通过传感器和一个12位模拟数字转换模块电脑记录。
试验机冲击试验装置如图1B所示。材料的特点是将质量m的式样从高度H下降到A区。一个连接到滚筒的加速度计和一个安装在压板上的激光位移传感器分别用来测量冲击加速度和位移。当受到反弹板后的影响该指南配备气动刹车捕捉屏，附加额外的质量对压板可以允许不同的静载荷。
所有标本都是由一个大的PE泡沫板切成均匀厚度为25.4毫米而制成。所有压缩和缓冲试验的标本的尺寸大小为100times;100mm。在万能试验机上进行压缩试验，把十字头速度分别设定为0.1，0.2，0.5，1，2，5，10，50，200，300和400毫米/秒，在同等条件下，每一次试验均有效进行五次。在三个下降高度为30，60和90厘米进行缓冲试验，试样质量下降了7公斤，造成的相对初始冲击速度分别为2.42，3.43和4.20m/s。在同等条件下，每一次试验均有效进行五次。
结果与讨论
压缩试验
在压缩过程中，缓冲材料经历弹塑性变形。图2显示了从一个P 1毫米/秒十字头速度压缩试验得到的压缩应力特性泡沫，其中应变表示偏转除以原来的厚度和乘以100%，和应力表示除以分区的作用力。从图2中可以看出在上升的曲线开始坡道显示附近的弹性行为，而行为主要是塑料的高应力。这些行为有很多相似的缓冲材料ALS，如EPS，聚氨酯，聚乙烯泡沫和纸板。
在压缩过程中，缓冲材料经历弹塑性变形。图2显示了从一个十字头速度为1毫米/秒的压缩试验得到的PE泡沫压缩应力特性，其中应变表示偏转除以原来的厚度乘以100%，和应力表示由缓冲区划分的作用力。从图2，可以看出，一个斜坡上升曲线的开始显示近弹性行为，而行为主要是塑料对于较高的施加应力。这些行为类似于许多缓冲材料，如EPS，聚氨酯、PE泡沫和瓦楞纸板。
缓冲测试
PE泡沫在垫层试验中的冲击过程也经历了弹塑性变形。在冲击过程中，弹性变形有助于保持保护和包容产功能在产品连续下降过程中。塑性变形，通常发生在更高的负载，消耗更多的能量，是不可逆的。
图3显示了加速度冲击脉冲和压板位置的影响过程。从图3可以看出，在冲击脉冲开始时加速度大大增加。这个CAN是由于形成一个压缩空气垫之间的压板和缓冲材料以及在缓冲材料的许多封闭的细胞。因此，它是重要的是要建立建立准确的即时当压板与缓冲材料接触。压板的位置可以从激光传感器确定时，压板上休息的缓冲材料。。
图3显示了加速度冲击脉冲和压板位置的影响过程。它可以从图3中可以看出，在冲击脉冲开始时加速度大大增加。这可能是由于在压板和缓冲材料以及作为缓冲材料中的许多封闭单元之间形成了一个压缩空气垫。因此，重要的是要确认精确的时间当压板与缓冲材料接触时。压板位置可确定从激光传感器在台板上休息的缓冲材料。在这个实验中，它被认为是27mm。
图4显示了一个从PE泡沫在跌落高度为60厘米时进行缓冲试验而得到的缓冲应力特性缓冲力特性，其中应变表示偏移量除以原始厚度乘以100%，应力表示由缓冲区划分的冲击力，和冲击力的是产品的质量和加速度值压板。初始加速度值选取点的压板位置为27 mm时，如图4所示，初始应力大于零，图4的分析解释了这一现象。在图4中，下部曲线（卸荷线）表明，残余应变为27%的影响后，很大程度上是因为在由压缩空气向细胞壁传热引起的细胞压力暂时减少，这一过程会在几分钟内随着缓冲的恢复而逆转。残余应变在1 h后最终变低。图4中两条曲线之间的面积乘以缓冲体积就是在撞击中损失的能量。
图2：厚度和面积分别为 25.4mm，0.01m2的聚乙烯泡沫，十字头速度为1毫米/ s进行压缩试验的压缩应力特性
图3：厚度和面积分别为 25.4mm，0.01m2的聚乙烯泡沫加速度与下降60厘米高度的试验压板位置。
图4：厚度和面积分别为 25.4mm，0.01m2的聚乙烯泡沫跌落高度为60 cm的缓冲试验缓冲应力特性
动态应力解
比较图2和图4，每个曲线的上升部分（加载线）被选中，并且压缩和缓冲试验之间的应力差异，命名为“动态应力”，可以得到如图5所示（双箭头），这是sigma;D如式（4），而较低的如图5显示的sigma;如式（4）。
图6A显示了动态应力之间的关系，压缩试验十字头速度速度和应变以0.2毫米/秒和跌落高度分别为30，60和90厘米进行缓冲测试，图6b，c和d显示了十字头速度为1,50和400mm／s压缩试验的情况下的压缩试验，从图6，可以看出，在最初的动态应力大大增加，当应变约为8%时达到峰值。在此之后，动态应力随挠度轻轻增加并在较高的下降高度增加。应变率和速度之间的关系：应变率=速度/厚度，所以图6a–d也显示了应变率与动应力之间的关系。
图5：十字头速度为1mm／s跌落高度为60厘米的缓冲试验和压缩测试试验的比较
图6：不同十字头速度和跌落高度为30，60和90厘米的压缩试验的动应力、速度与应变的关系。（a）十字头速度为0.2mm/s的压缩试验；（b）十字头速度为1mm/s的压缩试验；（C）十字头速度为50mm/s的压缩试验；及（d）十字头速度为400mm/s的压缩试验
动态因素的解决方案
动态因素可以用方程（4）计算。图7a显示了动态因素，速度，十字头速度为0.2mm/s的压缩试验应变，和跌落高度为30，60和90厘米的缓冲实验之间的关系。图7b，c和d显示了十字头速度为1，50和400毫米/秒的压缩试验的动态的因素。从图7可以看出，动态因子随挠度略有减小，随跌落高度增加而增大，图7a–d也显示了应变率和动态因素之间的关系。
如图7所示，动态因素随应变和速度（或应变率）变化。如果用一个函数描述一个缓冲材料的动态因子，会很方便。通过线性回归得到动态因子-应变的线性拟合曲线。
在不同的十字头速度进行压缩试验和不同的跌落高度进行缓冲试验可以产生不同的动态因子函数。表1显示了在十字头速度为0.1–400毫米/秒和跌落高度为30，60和90厘米的动态因素函数，它们显示了对于动态因素的最佳拟合线方程，其中ε是应变，这是一个百分比值。
从表1可以看出，动态因素主要受十字头速度的影响和轻微的缓冲试验下降高度。随着十字头速度从0.1变化到400毫米/秒，动力因子函数的斜率和截距变低。然而，不同动态因子函数的结果在同一应变接近。
图7：动态因素、速度与不同十字头速度的压缩试验及跌落高度分别为30，60和90mm的缓冲试验的应变之间的关系（a）十字头速度为0.2毫米/秒的压缩测试；（b）十字头速度为1毫米/秒的压缩测试；（c）十字头速度为50毫米/秒的压缩测试；和（d）十字头速度为400毫米/秒的压缩测试。
表1:十字头速度在0.1–400毫米/秒的压缩试验和跌落高度为30，60和90厘米的缓冲 试验的动态因子函数
缓冲曲线预测
缓冲材料的静态压缩与由此产生的缓冲曲线有一定的关系。一旦动态因素是已知的，脆值G的估算可由动态因子函数校正的动态效应的压缩数据来预测，正如可用方程（5）解释。
其中脆性G代表峰值加速度，它是重力加速度G的倍数
考虑到变形能来预测最大挠度有必要需要吸收质量下降的动能，如方程所解释（6）。
其中E是变形的能量，T是缓冲材料厚度，ε是应变。
变形能等于质量能量。因为每单位体积的变形能量E在最大应变处可以由sigma;0h / T来解，正如方程（8）来解释，每单位体积的变形能量映射到最大估计应变值ε和最大动应力数据（DF）sigma;。
预测峰值加速度和缓冲曲线的步骤如下，这里有一个专门开发的计算机代码，用MATLAB。
步骤1：选择动态因子函数和压缩数据，利用他们的倍数方程（6）计算动应力然后，动态应力——应变曲线和单位体积能量——应变曲线可以生成。
用厚度为 50.8mm和缓冲面积为0.01m2的聚乙烯泡沫板和一个十字头速度为0mm／s的压缩测试和对于一个给定的跌落高度为60厘米，质量为7kg的缓冲测试，其动态因子函数可从表1中查找，DF=-4.17times; 10-3x 1.25。一个200mm十字头速度为200mm/s的压缩测试数据也被选中计算。图8显示了动应力计算结果——应变曲线和单位体积能量——应变曲线。
步骤2：设置跌落高度H和厚度t来预测特殊的缓冲曲线并设置一系列
静态应力sigma;0。
通常情况下，下降高度h为30，45，60，75，90，105和120mm其中的一个值，和静态应力sigma;从1 kPa到其由单位体积最大能量确定的最大值。
步骤3：计算出单位体积的变形：sigma;0h / T
步骤4：从图8底部单位体积能量值处绘制一个水平线，然后对比相应的应变；从相应的应变对应的应力-应变曲线（图8的顶部）绘制相应的水平线。
步骤5：用方程（5）求解脆性G。
步骤6：转到步骤2，改变静态应力sigma;0然后得到一系列静态应力和脆值
数据（sigma;0,G），因此产生缓冲高度h和厚度t的缓冲曲线。
一个动态因子函数可以适用于特定材料的所有变体。所以，如果只有一个
动态因子函数和一个压缩测试数据被选中，几乎所有测试的缓冲曲线条件都可以得到。图9显示了跌落高度为30，45，60，75和90厘米和厚度为50.8mm及面积为0.01m2 的PE泡沫的缓冲曲线的预测结果，其中动态因子函数：DF =-4.17 times; 10-3x 1.25是从表1中随机抽取的；压缩试验的十字头速度为200毫米/
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