Свяжитесь с нами

+7 (495) 989-43-69


(многоканальный)

e-mail: arz-p@arzpuck.ru

8-926-917-76-62
8-926-917-76-69

+7 (499) 123-54-44,
+7 (499) 124-56-63,
+7 (499) 797-49-76,
+7 (499) 127-67-40,
+7 (499) 127-18-78,
+7 (499) 755-71-13.

Украшения своими руками - делаем елочные игрушки вместе с детьми!

Защита от механических воздействий

Материалы, издавна использовавшиеся для защиты предметов во время транспортирования и хранения, — это древесная стружка, солома, мятая или измельченная бумага, целлюлозная вата, плетеное волокно. Они и сегодня используются в тех или иных количествах, хотя в значительной мере их место заняли амортизационные материалы на полимерной основе, которые обеспечивают более надежную защиту за счет их более точной подгонки по размерам и форме к упаковываемому предмету.

Пожалуй, наиболее популярными из защитных полимеров являются вспененные. Они представляют собой пластики, плотность которых значительно снижена путем создания в массе материала ячеистой структуры. Для создания защитной упаковки газ под давлением пропускают через расплав полимера. Нагреваясь, газ создает пустые ячейки — лакуны. Лакунам позволяют расти до требуемого размера, а затем фиксируют путем охлаждения материала. Этот процесс можно применять к целому ряду термопластов и получать в итоге как жесткие, так и эластичные пенопласты.

Жесткие пенопласты — это технические структуры, получаемые по схеме «реакция-инжекция-формовка». Жесткий пенополиуретан используется в качестве пенного наполнителя при так называемой упаковке пена на месте (о ней см. ниже).

Необходимые данные

Правильный выбор материала и его количества для конкретной упаковочной конструкции зависит в большинстве случаев от трех-четырех параметров. Существуют даже установленные практическим путем величины, которые для простоты можно подставлять в расчеты вместо некоторых переменных. В большинстве случаев такой упрощенный подход оказывается достаточным, чтобы полностью обеспечить адекватное решение.

Таблица 16.1. Типичные транспортные воздействия на упакованные предметы

Транспортное средствоЧастота, ГцG-фактор
Грузовой вагон в движении0,9-11000,1-2,0
Грузовой вагон, сцепленный с тележкой, при скорости 9 миль в часНет данных18
Грузовик в движении0,08-5000,03-2,0
Судно в море1,0-11000,05-0,3

Таблица 16.2. Фактор хрупкости для различных товаров

ТоварG-фактор
Точные инструменты15
Электронное оборудование25
Телевизионные приемники50
Холодильники и стиральные машины100
Оборудование125

Прежде всего мы должны знать степень хрупкости предмета, подлежащего упаковке; затем мы должны принять во внимание внешние воздействия, которым он будет подвергнут, и, наконец, мы должны знать характеристики имеющихся в наличии амортизационных материалов, чтобы суметь выбрать из них пригодный и самый экономичный.

Типичные воздействия, которым подвергаются перевозимые предметы, — это вибрации и удары, сообщаемые транспортным средством (табл. 16.1). Если мы сумеем выразить эти воздействия через так называемый G-фактор, то получим один из параметров, необходимых для выбора надлежащего способа упаковки. G-фактор — это минимальное значение силы, под воздействием которой происходит повреждение предмета (оно может меняться в случае изменений условий транспортирования). На него может влиять также смещение хрупкой составляющей внутри упаковки или даже внутри самого предмета. G-фактор измеряется в единицах ускорения g, где g ускорение свободного падения (9,81 м/с2).

G-фактор можно определить на ударном стенде или при помощи испытаний на удар. При этом достаточно точные результаты можно получить и простым методом проб и ошибок. Воспользуйтесь упаковкой, близкой по размерам и материалу к предполагаемой конструкции, и выберите амортизационный материал, для которого известны кривые зависимости пика торможения от давления (рис.. 16.1, 16.2 и 16.3). Проведите серию испытаний на удар, уменьшая с каждым испытанием толщину материала до тех пор, пока не произойдет повреждение. Пик ускорения на кривой до повреждения покажет приблизительное значение хрупкости предмета (некоторые примеры приведены в табл. 16.2).

Различные защитные материалы обеспечивают разные уровни защиты при высоте падения

Рис. 16.1. Различные защитные материалы обеспечивают разные уровни защиты при высоте падения 76,2 см (30 дюймов) и температуре окружающей среды 21 °С . Другие значения толщины, высоты падения или температуры приводят к сдвигу кривых вверх или вниз, но не оказывают существенного влияния на их положение на горизонтальной оси

Необходимо знать и вес пакуемого предмета, и площадь его опорной поверхности. Деление веса на площадь даст нам величину давления в кПа. Если у предмета площади опорных поверхностей с разных сторон различны, при вычислениях следует использовать наименьшую из них.

Важно также знать, каким воздействиям упакованный предмет может подвергаться при погрузках. С объектами весом до 4,5 кг (К) фунтов) можно обращаться как с баскетбольным мячом; более тяжелые объекты обычно поднимают на высоту пояса и затем роняют (табл. 16.3). Необходимо установить количество ударов, которое объект должен выдержать во время обращения и хранения.

Таблица 16.3. Типичная высота падения объектов

Общий вес, фунтыТип обращенияВысота урона, дюймы
0-201 человек роняет42
21-501 человек несет36
51-2502 человека несут30
251-500Автопогрузчик24
501-1000Автопогрузчик18
1000 и вышеАвтопогрузчик12

динамические зависимости защитных свойств полиуретана от его толщины

Рис. 16.2. Кривые показывают динамические зависимости защитных свойств полиуретана от его толщины. Если степень хрупкости отдельного предмета такова, что он может противостоять воздействию в 50 g, а давление на единицу его опорной поверхности равняется 1,03 кило-паскалей, точка пересечения будет лежать выше кривой для толщины материала 5,1 см (как показано). Любая кривая ниже этой точки указывает толщину материала, достаточную для адекватной защиты. Текучесть, которая становится существенным фактором при высоких значениях давления (показаны на кривых пунктиром), может привести к потере 75% толщины

Затем необходимо выбрать тип и толщину амортизационного материала, которые удовлетворяли бы всем описанным выше условиям.

Тип амортизационного материала определяется, исходя из свойств упаковываемого предмета. Сделать правильный выбор помогают кривые зависимости G-фактора от давления (отношения масса/опорная поверхность), которые предоставляются производителями для различных материалов (некоторые справочные кривые приведены на рис. 16.1). Проведите горизонтальную линию на уровне G-фактора (степени хрупкости) предмета, подлежащего упаковке, и вертикальную линию на значении давления, полученного делением массы предмета на площадь его опорной поверхности. Отметьте точку пересечения этих линий. Любая кривая, которая проходит ниже этой точки, показывает, какой материал и какой толщины можно использовать для упаковки данного предмета. Для иллюстрации рассмотрим следующий пример. Так как в основе большинства схем для упругих упаковочных материалов заложена высота падения 76,2 см (30 дюймов), будем считать это нашим стандартом (рис. 16.2 и 16.3).

Вес6,8 кг (15 фунтов)
Несущая поверхность25,4 × 25,4 см (10 × 10 дюймов)
Хрупкость50 g
Потенциальные воздействияпадение с высоты 76 см (30 дюймов)

динамические защитные свойства формованного пенополистирола разной толщины

Рис. 16.3. Кривые иллюстрируют динамические защитные свойства формованного пенополистирола разной толщины. Найдите точку, где хрупкость предмета пересекается с критическим весом. Кривая, которая окажется ближе всего к этой точке и одновременно ниже ее, показывает наиболее эффективную толщину материала плотностью 19,2 мг/см2 (1,2 фунта на кубический фут) для высоты падения 76,2 см (30 дюймов). Если высоту падения уменьшить наполовину, давление может быть удвоено. Если увеличить плотность материала, способность выдерживать нагрузку улучшится лишь незначительно, а поглощение удара снизится

Воспользуемся, например, рис. 16.2 для пенополиуретана плотностью 32 мг/см3 (2 фунта на кубический фут). На рисунке найдем точку пересечения линий, соответствующих G-фактору 50 g и давлению 1,03 кПа. Мы видим, что кривая, соответствующая толщине материала 5,1 см (2 дюйма), опускается ниже точки пересечения. Это говорит о том, что пенополиуретан толщиной 5,1 см удовлетворяет заданным требованиям.

Распространенной ошибкой при оценке качества упаковки является мнение, что в случае пены с закрытыми ячейками снижение плотности материала всегда приводит к улучшению защитных характеристик. Действительно, при плотности менее 32 мг/см3 (2 фунта на кубический фут) снижение плотности действительно приводит к улучшению защитных свойств. Однако низкие плотности уменьшают сопротивление текучести, а мысль о том, что материалы с низкой плотностью дешевле, чем с высокой, вовсе не обязательно верна. Помимо стоимости смолы необходимо учитывать и производственные соображения.

При плотности более 32 мг/см3 снижение плотности материала в большей степени связано с уменьшением величины торможения или, другими словами, с ухудшением защитных свойств, а увеличение плотности вовсе не гарантирует, что улучшение защитных свойств окажется рентабельным. Например, ламинированные слои пены могут работать совсем не так, как сплошная пенная плита. Следовательно, хотя предварительные расчеты и полезны на начальном этапе, важно, чтобы дизайнеры упаковки сравнивали их с данными, получаемыми во время эксплуатации, чтобы убедиться, что материал выбран правильно и используется эффективно.

Еще одним распространенным приемом в проектировании упаковки является создание ребер жесткости, обычно трапецеидальной формы, на внешней или внутренней поверхности. Полагают, что они ослабляют удары. Стандартные упаковочные кривые, снятые для плоских панелей, таких данных не предоставляют. Изучение же пенополистироловых конструкций как плоской конфигурации, так и с ребрами жесткости показало, что при высоте падения 30,5-61 см (12-24 дюйма) нет существенной разницы в уровне удара, получаемого предметом, однако при высоте падения 76,2-106,7 см (30-42 дюйма) удар, передаваемый предмету конструкцией с ребрами, значительно сильнее. Кроме этого, пенополистирол с ребрами передает предмету более сильный удар в случае, если давление превышает 9,7 кПа. В многочисленных тестах на падение сила удара после первого падения, передаваемая конструкцией с ребрами, также была выше.

Необходимо принимать во внимание и некоторые менее существенные соображения. Одно из них — это текучесть, холодное течение материала, находящегося под грузом в течение продолжительного времени. Его необходимо учитывать при выборе толщины амортизационного материала. Так, если для кратковременной нагрузки толщина пенополиуретана 5,1 см (2 дюйма) является достаточной, то при длительном хранении материал осядет на 33%. Чтобы после усадки толщина была на требуемом уровне — 5,1 см (2 дюйма), необходимо за исходную принять толщину 7,6 см (3 дюйма).

Следует также учитывать:

  • воздействие на предмет трения между самим предметом и защитным матери алом;
  • осадка упаковочного материала вследствие повторяющихся ударов;
  • собственные частоты упаковки и упаковываемого предмета;
  • масса самого защитного материала (хотя это и незначительный фактор, но при вычислении общей массы для точных расчетов одну треть массы упаковки следует прибавить к массе предмета);
  • внутреннее демпфирование ударных воздействий (это положительный фактор, который варьируется для различных материалов; в целом его можно игнорировать, кроме случаев особо точных исследований);
  • температура и влажность, которые могут изменять защитные свойства некоторых материалов (пластики становятся жестче при низких температурах и размягчаются при высоких; материалы из целлюлозы подвержены влиянию влажности, и, если такое влияние предполагается, поставщики упаковки должны его учитывать, используя соответствующие специальные данные).