一种柱状空气垫缓冲包装设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用柱状空气垫做为产品缓冲包装时柱状空气垫的设计方法，更具体 地，是有关柱状缓冲空气垫充气压力和气室直径的确定方法。
【背景技术】
[0002] 缓冲包装是电子产品、家用电器、仪器仪表、玻璃陶瓷等各种易损易碎物品运输过 程中不可缺少的环节，对产品运输安全起着重要的作用。目前常用的缓冲包装材料主要有 发泡塑料、纸板等。随着绿色包装兴起和"限塑令"的实施，发泡塑料由于无法自然分解且燃 烧时具有毒性等劣势，成为实现绿色包装的重大阻碍，在缓冲包装材料市场上冲到重大冲 击。用纸板作为缓冲材料在后期的包装处理阶段，无疑比发泡塑料具有极大优势，但前期纸 板生产需要耗费大量资源，生产过程中也具有污染性。在这种情况下，使用自然空气填充的 新型包装系统一柱状空气垫(又称缓冲气柱袋)受到各界重视，成为最具环保概念的缓冲包 装材料之一，表现出极大的发展潜力。与泡沫塑料、瓦楞纸板、蜂窝纸板等缓冲包装材料相 比较，柱状空气垫的弹性、湿度稳定性、复原性、弱吸湿性比较优良，同时具有结构简单、应 用范围广、良好的经济效益和环保效益，正柱状空气垫具有以上优点，其应用越来越广泛。
[0003] 虽然不少文献公开了柱状空气垫的缓冲性能的影响因素，以及缓冲性能随各因素 的变化趋势，但并未给出柱状空气垫缓冲包装的设计方法。目前，在工程应用中，柱状空气 垫仍旧是依据经验进行设计，然后通过跌落试验验证设计的合理性，降低了设计效率。
【发明内容】
[0004] 发明目的：本发明的目的在于提供这一种柱状空气垫缓冲包装的设计方法，克服 现有技术的缺陷。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种柱状空气垫缓冲包装的设计方法，其特征 是，包括以下步骤：
[0006] 步骤1，测量直柱体产品跌落面的等效长度LP和等效宽度％或测量直柱体产品的高 度HP和直径D P，测量直柱体产品质量m;
[0007] 步骤2,确定柱状空气垫气室长度L，气柱袋宽度W，当包装直柱体产品时，取L = WP、 W=LP 或取 L = HP、W=DP;
[0008] 步骤3,确定柱状空气垫的最大等效应力〇me3,产品所受的冲击加速度6"最大不能超 过产品脆值G。，柱状空气垫收到的最大等效应力为
，由Gm^G。得，要保证产品 在跌落过程中不破损，柱状空气垫受的等效应力必须满足：
[0010]其中，g为重力加速度，
[0011]以产品位于破损与不破损临界状态时进行计算，允许作用在气柱袋上的最最大等 效应力为：
[0013] 步骤4，针对柱状空气垫缓冲包装设计的已知条件，分为两种情况进行设计：
[0014] 第一种:气室厚度一定，求最佳充气气压，
[0015] (1)计算柱状空气垫缓冲性能需要满足的条件，当包装件从一定高度跌落下来，由 产品安全条件，可得
[0017]其中，C为柱状空气垫缓冲系数;Η为产品跌落高度;D为气室厚度。
[0018]以产品位于破损与不破损临界状态时进行计算，柱状空气垫的缓冲系数最大为
[0020] (2)依据计算出的缓冲系数求解柱状空气垫对应的应变。忽略压缩过程中的气体 温度变化，由克拉伯龙方程可得，作用在柱状空气垫上的压力与气柱袋厚度方向变形之间 的关系可表不为：
[0022]其中，F为作用在柱状空气垫上的压力，X为柱状空气垫气室厚度压缩变形量;Ρο为 气室充气压力，
[0025] %表示等效应力，
[0026]求解方程，可计算出柱状空气垫缓冲系数为C时柱状空气垫对应的应变ε，或者利
[0027] (3)利用应力、应变和气室压力之间的关系计算适合的充气压力，计算公式为
[0029]设计的充气压力只要不大于Ρο,均能满足缓冲要求；
[0030]第二种:充气压力一定，设计最小气室厚度，
[0031] (1)依据步骤3计算的最大等效应力，计算此时气柱袋的应变，计算公式为
[0033] (2)依据应变计算缓冲系数为
[0035] (3)依据产品脆值、产品跌落高度和柱状空气垫缓冲系数，计算气室厚度为
[0037]气柱袋气室厚度只要不小于D，均能满足缓冲要求。
[0038] 进一步的，所述直柱体产品是长方体产品或者圆柱体产品。
[0039] 本发明提供的一种柱状空气垫缓冲包装的设计方法，相比现有技术，具有以下有 益效果：
[0040] 1.本方法利用空气静力学知识，利用几个简单的计算公式即可完成状空气垫缓冲 包装设计，简化了设计流程，提高了缓冲设计效率。
[0041] 2.在压缩过程中，产品与柱状空气垫的接触面积是不断变化的，本方法引入了等 效应力来进行设计，降低了计算难度，提高了设计精度，提高了设计效率。
【附图说明】
[0042] 图1是本发明的柱状空气垫缓冲包装设计流程图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明，以下实施例仅用于更加清楚地说明本 发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0044] 依据产品的尺寸、重量和脆值等产品特性首先确定柱状空气垫的宽度和气室长 度。引入最大等效应力的概念，并依据跌落过程中最大冲击加速度与产品脆值的关系，确定 柱状空气垫的最大等效应力。忽略跌落过程中空气温度变化和柱状空气垫薄膜材料的弹性 变形，利用空气静力学理论，建立了缓冲系数与柱状空气垫在厚度方向应变的数学关系。在 气室厚度已知的情况下，依据应力、应变和气室充气气压之间的数学关系，设计出最佳气室 压力。在气室压力一定的情况下，依据脆值、跌落高度和缓冲系数之间的关系，设计出最小 气室厚度。
[0045] 在柱状空气垫缓冲包装中最重要的参数是气室厚度和气室压力，不同气室厚度的 柱状空气垫在充入不同的气室压力时，其缓冲性能不同。本发明所提出的方法按图1所示， 对柱状空气垫的气室厚度和气室压力进行设计。具体实施步骤如下：
[0046] 步骤1，获取产品特性:测量产品的尺寸，如果产品为立方体，获得跌落面的等效长 度1^和等效宽度WP，