摘要：空氣墊是一種應用廣泛的緩沖包裝材料，集經(jīng)濟環(huán)保效益于一體。承載性，是其緩沖效果重要決定因素，通過(guò)靜態(tài)壓縮試驗和動(dòng)態(tài)壓縮試驗能實(shí)現該性能的數據化表征。通過(guò)分析發(fā)現，空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數和流通環(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)加強對上述因素的試驗監測和研究。

　　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)濟迅速發(fā)展，極大促進(jìn)了商品的地域流通，同時(shí)，運輸野蠻裝卸的問(wèn)題也越發(fā)突出，使得包裝內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(lái)自于裝卸和運輸環(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(guò)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(zhù)商品交易的范圍和速度增大，緩沖材料的品類(lèi)被極大的擴充，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、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(wèn)題仍有待解決。紙類(lèi)緩沖材料是一種可降解的環(huán)保材料，溫度適應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)濟效益和環(huán)保效益的相統一的新型緩沖材料迫在眉睫，“空氣墊緩沖包裝”應運而生。

空氣墊緩沖包裝的承載性及驗證方法

　　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實(shí)現緩沖作用，具有體積小、質(zhì)量輕、彈性大、包裝方便、可重復使用的特點(diǎn)，兼具經(jīng)濟、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果。氣體自身具有擴散性，當其填充于塑料薄膜袋后，能迅速充滿(mǎn)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(zhù)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(méi)有統一的標準，主要通過(guò)試驗的方式獲得緩沖曲線(xiàn)，包括壓縮應力應變曲線(xiàn)、大加速度曲線(xiàn)等，來(lái)驗證被測材料的緩沖承載性能。這些試驗包括靜態(tài)壓縮試驗和動(dòng)態(tài)壓縮試驗，分別依據國標GB/T 8168-2008包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗方法和GB/T 8167-2008包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗方法。所謂靜態(tài)，是指在壓縮機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)壓縮試驗能獲得靜態(tài)壓縮應力應變曲線(xiàn)、緩沖系數曲線(xiàn)等，從而了解材料的靜態(tài)緩沖承載性。

　　靜態(tài)壓縮試驗過(guò)程簡(jiǎn)單易行，費用低、耗時(shí)短，利用壓縮儀器，如i-Boxtek 1700紙箱抗壓試驗儀器，參考GB/T8168方法A進(jìn)行檢測。試驗前，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的速度沿厚度方向對試驗樣品逐漸增加載荷。壓縮過(guò)程中，儀器系統自動(dòng)記錄壓縮力和相應的變形量，繪制“力值-變形量曲線(xiàn)”、“力值-時(shí)間曲線(xiàn)”和“變形量-時(shí)間曲線(xiàn)”三條曲線(xiàn)。當壓縮載荷急劇增加時(shí)停止試驗，卸去載荷3min后測量試驗后樣品的厚度。根據公式1和公式2計算壓縮應力和壓縮應變。

α =  ×106       ------------------------------ 1

                      εa =            ------------------ 2

式中，α—— 壓縮應力（Pa）；P —— 壓縮載荷（N）；A —— 試驗樣品承載面積（mm2）; εa  —— 方法A試驗時(shí)壓縮應變（%）；T —— 試驗樣品原始厚度（mm）；Tj —— 試驗樣品試驗后的厚度（mm）。

　　相較于靜態(tài)壓縮試驗，動(dòng)態(tài)壓縮試驗條件更加接近實(shí)際情況。它是利用沖擊試驗機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(guò)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(xiàn)。根據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數據，因此動(dòng)態(tài)壓縮試驗具有耗時(shí)長(cháng)、成本高、過(guò)程復雜等缺點(diǎn)。

空氣墊緩沖包裝的承載性影響分析和檢驗方法

　　空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數和流通環(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(guò)程，也是空氣墊薄膜材料拉伸的過(guò)程。薄膜拉伸至斷裂，可以視為兩個(gè)階段：線(xiàn)彈性區和塑性區。起初，試樣由自由狀態(tài)逐漸變?yōu)榭嚲o狀態(tài)，進(jìn)入線(xiàn)彈性區，超出彈性形變極限后進(jìn)入塑性變形區。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)結晶模式發(fā)生重排，晶區和非晶區出現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(guò)薄膜材料在拉斷前承受的大應力值來(lái)表征，通常采用拉力機進(jìn)行試驗。拉伸性能越好意味著(zhù)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，是空氣墊各項性能發(fā)揮的前提和基礎。包裝的密封性能主要表現在包裝袋的完整性和封邊的封合質(zhì)量?jì)煞矫?。封邊在熱封操作時(shí)，高溫處理會(huì )影響到封邊周?chē)牧系臋C械強度，如拉伸性能，所以熱封邊及其周?chē)课怀３?huì )成為空氣墊緩沖薄膜袋密封性的薄弱點(diǎn)。當沖擊作用于空氣墊時(shí)，薄膜袋的封邊受到強大且分布不均勻的空氣壓力，承壓強度低的部分ｚｕｉ先出現破裂和氣體泄漏，從而導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度，另一方面則是封邊的熱合強度。

　　薄膜袋的耐壓強度是通過(guò)內加壓試驗獲得的，業(yè)內也稱(chēng)作爆破試驗。通過(guò)向薄膜袋內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(zhù)充入氣體的增加出現明顯的形變，使得大承壓力的測試變的困難。在實(shí)際應用中，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，建議內加壓試驗中引入約束板試驗裝置，如圖1，將待測樣品置于約束板上下夾板之間，實(shí)現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

　　封邊熱合強度是使用拉力機測得的，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。上述耐壓強度試驗直觀(guān)的暴露了薄膜袋封邊承壓薄弱部位，于此同時(shí)，熱封強度參數亦能對封邊各部位的牢固度給出具體的數據評價(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(wèn)題。

空氣墊內部初始氣壓

　　空氣墊緩沖包裝的初始充氣壓力目前沒(méi)有統一的標準，但不同的充氣壓力對于同規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。根據公式1和公式2對測試結果進(jìn)行計算，見(jiàn)表1。

　　從上表中可以發(fā)現，隨著(zhù)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(guò)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(guò)反復的試驗數據來(lái)獲得。

總結

　　空氣墊是一種應用廣泛的緩沖包裝材料，集經(jīng)濟環(huán)保效益于一體。承載性，是其緩沖效果重要決定因素，通過(guò)靜態(tài)壓縮試驗和動(dòng)態(tài)壓縮試驗能實(shí)現該性能的數據化表征。通過(guò)分析發(fā)現，空氣墊緩沖包裝的諸多工藝參數和流通環(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)加強對上述因素的試驗監測和研究。