三种常见包装材料EVA、ACF、EPE缓振机能试验

1.1 试验产品

为研究并量化目前常用包装材料在随机振动荷载浸染下的防护性能、适用范围以及动态相应规律，制作了EVA 、 ACF、EPE、 三种不同材料的手镯包装，包装设计如图所示。
可分为两部分:上部围护部分及下部衬垫部分，包装外尺寸为长90mm，宽90mm。
上部围护内直径80mm，高10mm。
并为探究衬垫的适用边界，设置了三种衬垫厚度:5mm、10mm、15mm，故包装的总高度为15-25mm。
所利用的手镯内径 70mm，外径80mm。

1.2 试验仪器与设备

本次振动试验采取美国Lansmort公司型号为M7000-10的液压振动台，该设备能供应频率范围3-300Hz的振动勉励,最大载重量998kg。
振动台配有 TouchTest Vibration软件，可进行预定的正弦扫频与随机振动试验，并有多个采集通道由传感器连接到产品的特定部位，采集须要的相应数据

由于振动测试系统不能直接测得产品的加速度时域旗子暗记，采取美国NationalInstruction 公司的数据采集仪(Data Acquisition Card，DAC)进行加速度旗子暗记的采集用于产品的时域相应比拟剖析,由采集仪采集电旗子暗记通过各个加速度传感器的量程换算成加速度旗子暗记。
加速度传感器为美国压电有限公司(PCBPiezotronicsInc生产的加速度传感器，由于这次试验只需测试产品在竖直方向上的振动相应，故选择单轴传感器。

2 随机振动测试标准与方法

本次试验选用ASTM 中的D4169-16测试标准作为随机振动勉励谱型，考虑得手镯包装样品较小,在实验中掌握不当则易涌现振动移位导致勉励加载不准确适当降落原有振动勉励强度而保持其谱型，功率谱密度和谱型如下。

3 随机振动试验装置

3.1 干系参数设置

为了理解 ACF 手镯包装单元的振动通报特性，先对 ACF 手镯包装单元进行扫频振动试验，再根据扫频试验结果设置随机勉励谱。
振动测试系统扫频范围为3-200Hz，加速度幅值为0.2g，扫频速率为12Hz/min。
在随机振动试验中输入勉励谱:改动的ASTM卡车运输振动功率谱。
将传感器连接到振动测试系统得到加速度相应PSD的数据，连接到数据采集仪得到加速度时域数据。
设置振动掌握系统的振动韶光为2分钟。

加速度传感器固定在上图中台面及手镯上部，固定位置如图所示。
传感器参数不才表中列出。
采集产品加速度时域旗子暗记时，设置采集仪的电压范围是-10v至10v，旗子暗记采样频率为1000Hz，采样韶光是2min，接线端口为设置为RSE，读取并记录加速度相应数据。
在扫频振动试验时台面利用了SNLW58008传感器丈量台面时域旗子暗记,随机振动试验时利用了SNLW52874传感器丈量台面时域旗子暗记。

3.2 试验步骤

1.将手镯样品放置在包装凹陷内，将全体包装单元放置在振动台面中心，确保包装件在台面中央位置。

2.将加速度传感器固定在振动台面以及手镯样品对称位置上，另一端连接到数据采集的通道。
在 NILab ViewSignalExpress中进行采集参数设置，打开振动掌握系统中的 Touch Test Vibration进行勉励谱型与振动强度的设定。
采取的随机振动谱型分为三种强度等级，一共有三组不同振动勉励试验。
3.前辈行正弦扫频试验，设置扫频范围、扫频幅值和速率，记录数据。
再进行随机振动试验，对手镯包装单元施加改动的 ASTM 勉励谱勉励，振动强度从等级三到等级一分别测试，记录各组数据。
4.改换不同类型的包装，手镯样品不变，再依次进行上述实验步骤3.3 数据处理

时域数据:将采集卡采集的电旗子暗记数据通过各个加速度传感器的量程换算为韶光加速度数据，并作为后续有限元剖析中的加速度勉励数据。

频域数据:利用 MATLAB软件对数据进行分段处理，调用了Pwelch函数进行功率谱密度的打算。
原始数据的采样率是1000Hz,数据长度为120秒。
利用周期图法进行处理时将旗子暗记分为多段进行均匀。
对每一段旗子暗记进行加窗处理。
设置每段数据长度为 1024，汉宁窗加窗数为256，每段数据的重叠长度为128。

4 包装单元的共振频率和阻尼比

依照GB/T 4857.10-2005“包装--运输包装件基本试验第10部分:正弦变频振动试验方法”对手镯包装单元进行正弦扫频振动试验，得到了托盘堆码产品相应的加速度-频率曲线。

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由图中ACF材料的扫频实验结果创造ACF材料包装单元没有明显的共振点，总体上可以创造其比EPE、EVA 材料有更高的共振频率，ACF材料在低频段有更好的防护能力,在振动频率增大过程中将逐渐靠近共振区域使得振动相应增大，防护效果相对低频振动时减弱。
随着材料厚度的增大，ACF材料包装单元的振动相应有所降落，材料厚度对材料的缓振性能有一定的加强，且共振峰越来越不明显，表示在材料厚度增大过程中有效地降落了共振区域相应，共振频率逐渐增大。

包装材料的阻尼是振动中能量耗散的紧张缘故原由,能够减轻由于产生共振而施加在产品上的能量。
本文采取了半功率带宽法打算阻尼比:

进行正弦扫频试验后，将产品的相应数据代入上式中即可得到阻尼比数据。
不同厚度的不同包装阻尼比打算如下：

由试验结果打算包装单元阻尼比结果，EVA、EPE材料包装单元的阻尼比随着衬垫厚度的增加逐渐增大，与一些学者的研究结果相反，而ACF材料由于在各个频段的振动相应差距不大,未能成功利用上述半功率带宽法公式打算得出阻尼比，由实验曲线初步估计ACF材料阻尼比相较比拟的两种材料大得多。

5 手镯包装单元的随机振动试验

5.1 随机振动时产品加速度时域相应

随机振动试验中 ACF 材料相应明显低于EPE、EVA 材料的振动相应，表现出了极好的缓振能力。
下图中给出5mm厚衬垫的包装材料振动时域相应旗子暗记，从左至右依次为 ACF、EPE、EVA 材料相应数据：

不同厚度的 ACF 在不同振动等级下的相应数据比拟如下，随着衬垫厚度的增加,在随机振动过程中振动相应会有溘然增大的征象,相应数据中涌现“尖峰”是由于材料厚度增加导致其刚度减小，阻尼比减小，在振动过程中的材料的缓振能力溘然减弱，使其相应突增。
但由于衬垫厚度的增加，加强了其整体的缓振能力，在一定厚度范围内相应是随着衬垫厚度的增加而减弱的。

5.2 随机振动时产品加速度相应功率谱

对得到的时域旗子暗记进行功率谱密度剖析得到不同强度勉励下不同厚度的材料包装单元 PSD 数据如下：

由PSD曲线可看出ACF材料有更好的隔振性能，能比EPE、EVA材料更好的缓冲振动能量，减小产品的振动相应，对包装产品的保护有积极的意义。
对付不同厚度的包装材料，对EVA、ACF材料，衬垫厚度的增加对缓震性能的提升不明显，材料厚度增加导致的材料用量增加可能是不经济的做法，从其他方面如包装设计、材料改进等方面对包装进行改进将会有更好的效益。
对EPE材料，可看出随着材料厚度的增加却导致振动相应的增加。
从PSD曲线看出其共振区域逐渐减小，相应的阻尼系数减小，降落了EPE材料的缓震能力，且在随机振动加载过程中产品有更大幅度的跳动征象发生，而使其产品包装的相应增大。