摘要：空氣墊是一種應(yīng)用廣泛的緩沖包裝材料，集經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益于一體。承載性，是其緩沖效果重要決定因素，通過靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)該性能的數(shù)據(jù)化表征。通過分析發(fā)現(xiàn)，空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數(shù)和流通環(huán)境，如薄膜材料的拉伸性、包裝整體的密封質(zhì)量、充氣壓力等，都會(huì)在一定程度上影響其承載性和緩沖效果，建議相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)對上述因素的試驗(yàn)監(jiān)測和研究。
關(guān)鍵詞：空氣墊緩沖包裝、承載性、薄膜拉伸、密封質(zhì)量、充氣壓力
前言
近年，電商經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，極大促進(jìn)了商品的地域流通，同時(shí)，運(yùn)輸野蠻裝卸的問題也越發(fā)突出，使得包裝內(nèi)容物的損壞率逐年上升。流通中，引起商品損壞的原因主要來自于裝卸和運(yùn)輸環(huán)境的外力沖擊，雖速度變化不大但作用時(shí)間短促，因而在瞬間對內(nèi)容物產(chǎn)生較大的沖擊力，造成損壞。因此，具有合適緩沖效果的緩沖材料在包裝過程中是極為必要的。
緩沖材料的歷史悠久，早可追溯到稻草、刨花、紙屑等。隨著商品交易的范圍和速度增大，緩沖材料的品類被極大的擴(kuò)充，如今，已經(jīng)形成了以泡沫塑料為主，氣泡薄膜、紙襯墊、紙張模塑為輔的緩沖材料體系。泡沫塑料質(zhì)輕、吸濕性強(qiáng)、價(jià)廉物美，具有良好緩沖效果和吸振性能，但降解和環(huán)境污染問題仍有待解決。紙類緩沖材料是一種可降解的環(huán)保材料，溫度適應(yīng)范圍比泡沫塑料更寬，但耐潮性不佳，且價(jià)格頗高。在這一背景下，尋求經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的相統(tǒng)一的新型緩沖材料迫在眉睫，“空氣墊緩沖包裝”應(yīng)運(yùn)而生。
空氣墊緩沖包裝的承載性及驗(yàn)證方法
空氣墊緩沖包裝是將一定可壓縮氣體密封在塑料薄膜袋內(nèi)實(shí)現(xiàn)緩沖作用，具有體積小、質(zhì)量輕、彈性大、包裝方便、可重復(fù)使用的特點(diǎn)，兼具經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)保效益?？諝鈮|緩沖包裝的緩沖效果是氣體和薄膜袋共同作用的結(jié)果。氣體自身具有擴(kuò)散性，當(dāng)其填充于塑料薄膜袋后，能迅速充滿整個(gè)容器，遇到外界壓迫時(shí)，氣體體積縮小借此吸收沖擊能量。薄膜袋約束著氣體的體積變化，同時(shí)保障氣體的密封，是空氣墊緩沖包裝材料的重要承載容器。
目前，空氣墊緩沖包裝材料的承載性并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要通過試驗(yàn)的方式獲得緩沖曲線，包括壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線、大加速度曲線等，來驗(yàn)證被測材料的緩沖承載性能。這些試驗(yàn)包括靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，分別依據(jù)國標(biāo)GB/T 8168-2008包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法和GB/T 8167-2008包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法。所謂靜態(tài)，是指在壓縮機(jī)上對試樣加壓的速度很慢，如12mm/min，接近于靜態(tài)載荷。借助靜態(tài)壓縮試驗(yàn)?zāi)塬@得靜態(tài)壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線、緩沖系數(shù)曲線等，從而了解材料的靜態(tài)緩沖承載性。
靜態(tài)壓縮試驗(yàn)過程簡單易行，費(fèi)用低、耗時(shí)短，利用壓縮儀器，如i-Boxtek 1700紙箱抗壓試驗(yàn)儀器，參考GB/T8168方法A進(jìn)行檢測。試驗(yàn)前，對空氣墊樣品進(jìn)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?qū)υ囼?yàn)樣品逐漸增加載荷。壓縮過程中，儀器系統(tǒng)自動(dòng)記錄壓縮力和相應(yīng)的變形量，繪制“力值-變形量曲線”、“力值-時(shí)間曲線”和“變形量-時(shí)間曲線”三條曲線。當(dāng)壓縮載荷急劇增加時(shí)停止試驗(yàn)，卸去載荷3min后測量試驗(yàn)后樣品的厚度。根據(jù)公式1和公式2計(jì)算壓縮應(yīng)力和壓縮應(yīng)變。
α = P/A ×106 ------------------------------ 1
εa = (T-T_j)/T ------------------ 2
式中，α—— 壓縮應(yīng)力(Pa)；P —— 壓縮載荷(N)；A —— 試驗(yàn)樣品承載面積(mm2); εa —— 方法A試驗(yàn)時(shí)壓縮應(yīng)變(%)；T —— 試驗(yàn)樣品原始厚度(mm)；Tj —— 試驗(yàn)樣品試驗(yàn)后的厚度(mm)。
相較于靜態(tài)壓縮試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)條件更加接近實(shí)際情況。它是利用沖擊試驗(yàn)機(jī)上的重錘以一定的沖擊能量沖擊試樣，獲得大沖擊加速度。通過改變重錘的跌落高度和重量，求得一系列的大加速度，從而可以得到緩沖材料的緩沖性能曲線。根據(jù)GB/T 8167的要求，需要測試多次獲得不同高度、不同厚度條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)具有耗時(shí)長、成本高、過程復(fù)雜等缺點(diǎn)。
空氣墊緩沖包裝的承載性影響分析和檢驗(yàn)方法
空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數(shù)和流通環(huán)境，如薄膜材料的拉伸性、包裝整體的密封質(zhì)量、充氣壓力等，都會(huì)在一定程度上影響其承載性和緩沖效果。
空氣墊緩沖包裝薄膜拉伸性能
空氣墊受沖擊發(fā)生形變的過程，也是空氣墊薄膜材料拉伸的過程。薄膜拉伸至斷裂，可以視為兩個(gè)階段：線彈性區(qū)和塑性區(qū)。起初，試樣由自由狀態(tài)逐漸變?yōu)榭嚲o狀態(tài)，進(jìn)入線彈性區(qū)，超出彈性形變極限后進(jìn)入塑性變形區(qū)。薄膜沿外力作用方向進(jìn)行分子取向、重排、滑移，發(fā)生屈服，原組態(tài)被破壞，整個(gè)結(jié)晶模式發(fā)生重排，晶區(qū)和非晶區(qū)出現(xiàn)較大范圍的相對移動(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(jìn)行分子取向、重排和滑移，而且分子主鏈之間部分發(fā)生斷裂。薄膜的拉伸性能是通過薄膜材料在拉斷前承受的大應(yīng)力值來表征，通常采用拉力機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。拉伸性能越好意味著薄膜材料在承載壓力方面更具優(yōu)勢，為空氣墊的緩沖作用提供了更加可靠的保障。
空氣墊緩沖包裝袋密封質(zhì)量
密封，是空氣墊各項(xiàng)性能發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)。包裝的密封性能主要表現(xiàn)在包裝袋的完整性和封邊的封合質(zhì)量兩方面。封邊在熱封操作時(shí)，高溫處理會(huì)影響到封邊周圍材料的機(jī)械強(qiáng)度，如拉伸性能，所以熱封邊及其周圍部位常常會(huì)成為空氣墊緩沖薄膜袋密封性的薄弱點(diǎn)。當(dāng)沖擊作用于空氣墊時(shí)，薄膜袋的封邊受到強(qiáng)大且分布不均勻的空氣壓力，承壓強(qiáng)度低的部分zui先出現(xiàn)破裂和氣體泄漏，從而導(dǎo)致空氣墊緩沖作用的失效。因此，評判空氣墊緩沖包裝的密封質(zhì)量，一方面是薄膜袋的耐壓強(qiáng)度，另一方面則是封邊的熱合強(qiáng)度。
薄膜袋的耐壓強(qiáng)度是通過內(nèi)加壓試驗(yàn)獲得的，業(yè)內(nèi)也稱作爆破試驗(yàn)。通過向薄膜袋內(nèi)充入一定壓力的氣體直至破裂，即能測定薄膜袋的大承壓力。就空氣墊緩沖包裝材料而言，所使用的薄膜多為柔軟高彈材料，具有優(yōu)異的拉伸性和變形率，會(huì)隨著充入氣體的增加出現(xiàn)明顯的形變，使得大承壓力的測試變的困難。在實(shí)際應(yīng)用中，空氣墊緩沖薄膜袋被填塞在商品和外包裝之間，受到二者的擠壓，受力情況有別于一般的自由膨脹?；谏鲜銮闆r，建議內(nèi)加壓試驗(yàn)中引入約束板試驗(yàn)裝置，如圖1，將待測樣品置于約束板上下夾板之間，實(shí)現(xiàn)對薄膜袋的加壓膨脹及材料的拉伸變形的有效控制，將壓力轉(zhuǎn)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(shí)際情況。
圖1. 約束板裝置
封邊熱合強(qiáng)度是使用拉力機(jī)測得的，材料在受力方向一致、力值均勻的情況下(例如剝離)，熱封邊抵抗分離的能力。上述耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)直觀的暴露了薄膜袋封邊承壓薄弱部位，于此同時(shí)，熱封強(qiáng)度參數(shù)亦能對封邊各部位的牢固度給出具體的數(shù)據(jù)評價(jià)，二者相輔相成，有利于從根源解決影響空氣墊緩沖包裝密封質(zhì)量的問題。
空氣墊內(nèi)部初始?xì)鈮?/strong>
空氣墊緩沖包裝的初始充氣壓力目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但不同的充氣壓力對于同規(guī)格空氣墊的緩沖承載效果多有不同。筆者對一款具有7個(gè)承載氣室的空氣墊分別充入40kPa、60 kPa和90 kPa，氣室厚10mm，采用方法A進(jìn)行靜態(tài)壓縮試驗(yàn)。根據(jù)公式1和公式2對測試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，見表1。
從上表中可以發(fā)現(xiàn)，隨著充氣壓力的增大，空氣墊緩沖包裝的承載能力有所提高。這一結(jié)論對提高空氣墊的緩沖性能有所助益，同時(shí)也對空氣墊薄膜袋的密封質(zhì)量和抗壓性能提出了更加嚴(yán)苛的要求。但也要注意的是，充氣壓力的增加需適度，如果太大，空氣墊過硬，起不到緩沖作用，反之，則緩沖效果不明顯。合適的壓力需經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來獲得。
總結(jié)
空氣墊是一種應(yīng)用廣泛的緩沖包裝材料，集經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益于一體。承載性，是其緩沖效果重要決定因素，通過靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)?zāi)軐?shí)現(xiàn)該性能的數(shù)據(jù)化表征。通過分析發(fā)現(xiàn)，空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數(shù)和流通環(huán)境，如薄膜材料的拉伸性、包裝整體的密封質(zhì)量、充氣壓力等，都會(huì)在一定程度上影響其承載性和緩沖效果，建議相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)對上述因素的試驗(yàn)監(jiān)測和研究。
