環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)牛皮紙墊緩沖性能影響的研究

覃敏，方健，楊旭，陶文軒，于雷

環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)牛皮紙墊緩沖性能影響的研究

覃敏，方健，楊旭，陶文軒，于雷

（北京林業(yè)大學(xué) 木質(zhì)材料科學(xué)與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

探究環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)新型牛皮紙墊緩沖性能的影響。基于靜、動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，分析疊加層數(shù)分別為2、3、4的牛皮紙墊在環(huán)境相對(duì)濕度分別為30%、50%、70%、90%條件下的緩沖性能。在靜態(tài)壓縮試驗(yàn)中，牛皮紙墊靜壓承載能力隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增大而減弱、疊加層數(shù)的增多而增強(qiáng)。不同規(guī)格紙墊存在對(duì)應(yīng)的濕度應(yīng)力分界值，當(dāng)材料所受外力小于濕度應(yīng)力分界值時(shí)，其緩沖性能隨著濕度的增大而提高；當(dāng)外力大于濕度應(yīng)力分界值時(shí)，緩沖性能隨濕度的增大而減弱。一定濕度條件下，疊加層數(shù)對(duì)牛皮紙墊緩沖性能也存在影響：相對(duì)濕度為30%時(shí)，緩沖性能隨疊加層數(shù)的增多而減弱；相對(duì)濕度為50%、70%、90%時(shí)，存在層數(shù)應(yīng)力分界值，當(dāng)材料所受外力小于層數(shù)應(yīng)力分界值時(shí)，其緩沖性能隨疊加層數(shù)的增多而減弱，當(dāng)外力大于層數(shù)應(yīng)力分界值時(shí)，緩沖性能隨疊加層數(shù)的增多而增強(qiáng)。在動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)中，隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加，牛皮紙墊傳遞給產(chǎn)品的最大加速度增大，緩沖性能減弱；疊加層數(shù)的增多，使其傳遞給產(chǎn)品的最大加速度減小，緩沖性能增強(qiáng)。研究結(jié)果對(duì)牛皮紙墊緩沖包裝的設(shè)計(jì)和材料選擇存在潛在的指導(dǎo)意義。

牛皮紙墊；緩沖性能；靜態(tài)壓縮；動(dòng)態(tài)壓縮；環(huán)境相對(duì)濕度

伴隨著《“十四五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》的出臺(tái)以及限塑令的下達(dá)，國(guó)家郵政總局大力推動(dòng)綠色包裝的發(fā)展[1-2]。紙質(zhì)包裝材料與其他包裝材料相比，加工工藝成熟，成本穩(wěn)定，綠色環(huán)保，得到了廣泛應(yīng)用，成為近年來(lái)緩沖包裝行業(yè)的新寵[3-4]。如今市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新型紙質(zhì)緩沖包裝材料——牛皮紙墊，將一種長(zhǎng)纖維、高韌度的牛皮紙通過(guò)專門的紙墊機(jī)折疊擠壓成型，使之成為具有規(guī)則折皺的緩沖包裝材料?？諝獗绘i在折皺的紙層中，紙墊受到外力作用時(shí)，通過(guò)本身折皺變形吸收壓縮能，從而對(duì)產(chǎn)品起到緩沖保護(hù)作用[5]。目前，牛皮紙墊廣泛應(yīng)用于家具用品、化妝品、通信電子等行業(yè)，特別適用于易碎產(chǎn)品的緩沖防護(hù)。常見(jiàn)的包裝形式有十字交叉形、折疊填充、四周環(huán)繞等。對(duì)比其他紙質(zhì)包裝材料，牛皮紙墊成型簡(jiǎn)單，包裝形式更靈活，且在生產(chǎn)制造過(guò)程中能夠較大程度地利用原料。

紙質(zhì)材料被廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸包裝，紙基材料本身固有的吸濕性導(dǎo)致其在使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境相對(duì)濕度尤為敏感，基本物理性能易受影響，從而導(dǎo)致緩沖性能的變化，因此有少部分學(xué)者探究了環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)瓦楞紙板和蜂窩紙板等紙質(zhì)材料緩沖性能的影響。汪苗苗[6]在探究環(huán)境溫濕度對(duì)瓦楞紙板緩沖性能的影響實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法，討論了瓦楞紙板在不同濕度條件下的應(yīng)力–應(yīng)變曲線以及緩沖系數(shù)，結(jié)果表明，受環(huán)境相對(duì)濕度的影響，緩沖系數(shù)隨著濕度的增大逐漸變小。孫爽[7]同樣通過(guò)靜態(tài)壓縮的方法探究了環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)瓦楞紙板靜態(tài)承載性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度為50%～75%時(shí)，平臺(tái)應(yīng)力和初始峰值應(yīng)力的下降趨勢(shì)不明顯；當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度超過(guò)85%時(shí)，平臺(tái)應(yīng)力下降明顯，承載力減弱。除了用緩沖系數(shù)法表征瓦楞紙板的緩沖性能，吳莎[8]使用能量吸收法探究環(huán)境濕度對(duì)瓦楞紙板緩沖性能的影響，得出環(huán)境濕度與彈性比能之間呈線性的關(guān)系，并且隨著相對(duì)濕度的增大，應(yīng)力和單位體積吸收能均減小。環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)蜂窩紙板緩沖性能同樣存在影響，張志昆[9]探究了5個(gè)濕度條件下蜂窩紙板的靜態(tài)壓縮緩沖性能，在環(huán)境相對(duì)濕度為35%～95%時(shí)，蜂窩紙板壓縮性能有較明顯變化，隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增加，材料在彈性階段的應(yīng)力值和屈服階段的應(yīng)力值都隨之下降。鄂玉萍[10]研究了蜂窩紙板和瓦楞紙板在不同濕度和不同初始應(yīng)變率下的能量吸收性能，得出2種紙板的能量吸收能力隨相對(duì)濕度的增加呈現(xiàn)出階段性響應(yīng)的規(guī)律。徐爍等[11]研究了蜂窩紙板在3種不同濕度條件下的動(dòng)態(tài)壓縮性能，結(jié)果表明，隨著相對(duì)濕度的增大，蜂窩紙板吸收能量的能力隨之減弱。牛皮紙墊作為一種新型的紙質(zhì)緩沖材料，目前缺乏關(guān)于環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)其緩沖性能影響的研究。因此，本文基于靜、動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)，根據(jù)靜態(tài)壓縮試驗(yàn)結(jié)果分析4種環(huán)境相對(duì)濕度條件下材料的應(yīng)力–應(yīng)變曲線、彈性比能、緩沖系數(shù)，以及動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)中得到的最大加速度曲線，探究牛皮紙墊的緩沖性能，為其緩沖包裝設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

主要材料：牛皮紙墊，如圖1a所示，購(gòu)于上海貴榮紙業(yè)有限公司，定量為70 g/m2，未經(jīng)防潮處理。將條狀紙墊裁切成為100 mm×100 mm大小，在實(shí)際應(yīng)用中，牛皮紙墊存在折疊使用的情況，因此將其分別制成疊加層數(shù)為2、3、4層紙墊試樣，如圖1b為疊加層數(shù)為3的試樣。試驗(yàn)所用的試樣規(guī)格如表1所示，試樣以“S–疊加層數(shù)”命名，如“S–3”表示疊加層數(shù)為3層的試樣。在不同環(huán)境相對(duì)濕度下進(jìn)行試驗(yàn)的試樣以“濕度–試樣名稱”表示，如“30%–S–3”表示在30%濕度下進(jìn)行試驗(yàn)的3層試樣。

圖1 牛皮紙墊試樣

表1 牛皮紙墊試樣規(guī)格

Tab.1 Specifications of kraft paper pad sample

主要儀器：MMW–50萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南耐而試驗(yàn)機(jī)有限公司；DY–2跌落沖擊試驗(yàn)機(jī)，陜西科技大學(xué)；HWS–150B型號(hào)恒溫恒濕箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

靜態(tài)壓縮試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)是評(píng)價(jià)緩沖材料靜態(tài)緩沖性能的基本方法。將表1所有牛皮紙墊試樣放置于恒溫恒濕箱內(nèi)，在溫度為23 ℃，濕度分別為30%、50%、70%、90%條件下分別預(yù)處理48 h。靜態(tài)壓縮試驗(yàn)參照GB/T 8168—2008[12]《包裝用緩沖材料靜態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》中規(guī)定的方法A，每種試樣進(jìn)行10次重復(fù)試驗(yàn)，至少取5次有效數(shù)據(jù)平均值。動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)參照GB/T 8167—2008[13]《包裝用緩沖材料動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法》。由于牛皮紙墊屬于紙制品，承受一次沖擊就被壓潰，從而造成緩沖性能下降。所以在動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)中，每沖擊1次，試樣需更換1次。同種條件下進(jìn)行15次重復(fù)試驗(yàn)，取10次有效最大加速度值進(jìn)行平均。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)壓縮試驗(yàn)

2.1.1 應(yīng)力–應(yīng)變曲線

根據(jù)式（1）計(jì)算應(yīng)力、應(yīng)變，繪制應(yīng)力–應(yīng)變（–）曲線。

式中：為壓縮應(yīng)力，kPa；為壓縮載荷，N；為試樣承受面積，mm2；為壓縮應(yīng)變；0為試樣原始厚度，mm；1為試樣試驗(yàn)后的厚度，mm。

牛皮紙墊在不同環(huán)境相對(duì)濕度條件下受到靜壓后的應(yīng)力–應(yīng)變曲線如圖2所示，可以看出環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)牛皮紙墊靜壓承載能力有影響。3種規(guī)格的牛皮紙墊均體現(xiàn)出在同一應(yīng)變下，應(yīng)力隨著濕度的增大而減小的規(guī)律，且在環(huán)境相對(duì)濕度為90%條件下，S–2、S–3、S–4這3種規(guī)格試樣在達(dá)到0.8高程度應(yīng)變時(shí)應(yīng)力值分別小于10、20、30 kPa，說(shuō)明在高濕條件下，材料承受外力的能力較差。其原因在于紙張因吸水而溶脹，當(dāng)纖維吸收水分超過(guò)一定量時(shí)，出現(xiàn)水分?jǐn)U張使得纖維之間的結(jié)合力減弱，從而降低紙張的強(qiáng)度，材料抵抗外界載荷的能力下降，甚至在90%的高濕條件下幾乎不能承受外力作用[14]。

圖2 不同環(huán)境相對(duì)濕度下的應(yīng)力–應(yīng)變曲線（23 ℃）

表2列出了3種規(guī)格牛皮紙墊環(huán)境相對(duì)濕度增大與應(yīng)力減小的比例關(guān)系。從表2可以看出S–2與S–3試樣應(yīng)力下降比例范圍隨著濕度的增大而增大，說(shuō)明其承載能力受濕度影響較大。S–4試樣隨著濕度的增大，應(yīng)力下降比例范圍沒(méi)有隨之增大，其原因可能在于疊加層數(shù)較多的紙墊可以減弱濕度對(duì)其承載能力帶來(lái)的影響，且在相同的應(yīng)變率下，疊加層數(shù)越多，紙墊可承受的外力能力越強(qiáng)。當(dāng)疊加層數(shù)變多后，牛皮紙墊承受載荷單元變多，由此可以通過(guò)增加疊加層數(shù)來(lái)提高材料的靜態(tài)承壓能力，減弱濕度增大對(duì)該性能的影響。

表2 相同應(yīng)變下隨濕度增大應(yīng)力減小百分比

Tab.2 Percentage of stress decrease with the increase of humidity at the same strain

由上述分析可知，環(huán)境相對(duì)濕度不是影響牛皮紙墊靜態(tài)承壓能力的唯一因素，疊加層數(shù)對(duì)其也有一定影響作用。

2.1.2 彈性比能及緩沖系數(shù)曲線

在包裝件受到外力沖擊時(shí)，緩沖材料的實(shí)質(zhì)是吸收和消耗沖擊能量，削弱其對(duì)產(chǎn)品的損傷。緩沖材料的彈性比能是應(yīng)力–應(yīng)變曲線圍成的面積，可由應(yīng)力–應(yīng)變曲線積分后得到[15]。由式（2）計(jì)算后繪制彈性比能–應(yīng)力曲線。

式中：為彈性比能，kJ/m3；為壓縮應(yīng)力，kPa；為壓縮應(yīng)變。

彈性比能表征了緩沖材料單位體積吸收能量的大小。在相同應(yīng)力條件下，緩沖材料的彈性比能越大，即單位體積吸收的能量越多，緩沖吸能特性越好。

另外，緩沖系數(shù)常用于評(píng)價(jià)材料的緩沖特性，根據(jù)應(yīng)力–應(yīng)變曲線可以獲得緩沖系數(shù)–應(yīng)力（–）曲線。相同應(yīng)力條件下，緩沖系數(shù)越小則表示材料的緩沖性能越好。緩沖系數(shù)（）根據(jù)式（3）進(jìn)行計(jì)算。

式中：為緩沖系數(shù)；為彈性比能，kJ/m3；為壓縮應(yīng)力，kPa；為壓縮應(yīng)變。

材料在不同環(huán)境相對(duì)濕度下的彈性比能–應(yīng)力（–）曲線如圖3所示，可發(fā)現(xiàn)S–2、S–3、S–4的彈性比能隨著濕度的變化在應(yīng)力值分別為15、30、40 kPa前后有不同的變化趨勢(shì)，將前述應(yīng)力值定義為濕度應(yīng)力分界值。S–2試樣在應(yīng)力小于15 kPa時(shí)，彈性比能隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增大而增大，即單位體積吸收能量多，緩沖性能變強(qiáng)；當(dāng)應(yīng)力超過(guò)15 kPa后，彈性比能隨著濕度的增大而減小，緩沖性能減弱。S–3、S–4這2種規(guī)格紙墊在應(yīng)力分別為30、40 kPa之前，隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增大，其彈性比能隨之變大；當(dāng)應(yīng)力超過(guò)上述數(shù)值后，彈性比能均隨之下降。出現(xiàn)上述現(xiàn)象是由于纖維吸水后變得柔軟，具有一定的彈性，所以在受壓早期，處于較大濕度條件下的材料更易變形吸收壓縮能。結(jié)合材料的應(yīng)力–應(yīng)變曲線可知，濕度越大的材料能承受的外力越小，因而較快接近變形最大化，進(jìn)入密實(shí)化階段，逐漸失去吸收能量的作用。在受壓后期，隨著外力的不斷增大，處于低濕條件下的材料變形空間依舊較大，吸收能量能力比高濕條件下的材料強(qiáng)[12, 16]。從圖3中還可看到，隨著濕度的增大，材料的最大彈性比能隨之減小，原因在于濕度越大，材料能承受的最大外力值越小，因而很快完全變形，從而失去緩沖作用。

圖3 不同環(huán)境相對(duì)濕度下的彈性比能–應(yīng)力曲線（23 ℃）

材料緩沖系數(shù)–應(yīng)力曲線如圖4所示。S–2、S–3、S–4的濕度應(yīng)力分界值分別為15、30、40 kPa，當(dāng)3種規(guī)格紙墊在應(yīng)力分別小于濕度應(yīng)力分界值時(shí)，相同應(yīng)力水平下緩沖系數(shù)隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增大而減小，緩沖性能提高；當(dāng)應(yīng)力大于濕度應(yīng)力分界值時(shí)，緩沖系數(shù)隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增大而增大，緩沖性能隨之下降。這與環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)材料的彈性比能曲線體現(xiàn)的緩沖性能變化規(guī)律相符。

圖4 不同環(huán)境相對(duì)濕度下的緩沖系數(shù)–應(yīng)力曲線（23 ℃）

由材料應(yīng)力–應(yīng)變曲線的分析可知，疊加層數(shù)與環(huán)境濕度對(duì)牛皮紙墊靜態(tài)承壓能力有交互影響作用，在此同樣探討疊加層數(shù)對(duì)材料緩沖性能的影響。不同疊加層數(shù)牛皮紙墊彈性比能–應(yīng)力曲線如圖5所示。在環(huán)境相對(duì)濕度為30%的條件下，隨著疊加層數(shù)的增多，材料的彈性比能變小。當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度為50%、70%、90%時(shí)，在應(yīng)力值分別為20、13、12 kPa前后，彈性比能隨著疊加層數(shù)的變化有不同的變化趨勢(shì)，將此應(yīng)力值定義為層數(shù)應(yīng)力分界值。當(dāng)應(yīng)力小于層數(shù)應(yīng)力分界值時(shí)，材料的彈性比能隨著疊加層數(shù)的增多而減??；當(dāng)應(yīng)力大于層數(shù)應(yīng)力分界值時(shí)，彈性比能隨著層數(shù)的增多而增大。出現(xiàn)上述現(xiàn)象原因在于受力前期，疊加層數(shù)小的材料抵抗外力能力弱，變形速度快，且單位體積內(nèi)空氣運(yùn)動(dòng)的體積小，空氣分子之間的碰撞更強(qiáng)烈，更多的沖擊能量會(huì)轉(zhuǎn)化成為熱量并耗散；在受壓后期，隨著外力的不斷增大，同一外力下，疊加層數(shù)越小的材料變形越大，越來(lái)越接近密實(shí)化，此時(shí)變形空間很小，空氣分子也減少，緩沖性能下降[17]。

由圖6分析4種環(huán)境相對(duì)濕度下不同疊加層數(shù)牛皮紙墊的緩沖系數(shù)–應(yīng)力曲線，可得到以下規(guī)律：在環(huán)境相對(duì)濕度為30%的條件下，緩沖系數(shù)隨著疊加層數(shù)的增大而增大，緩沖性能減弱。在環(huán)境相對(duì)濕度為50%、70%、90%的條件下，分別存在層數(shù)應(yīng)力分界值為20、13、12 kPa，使得同一環(huán)境相對(duì)濕度條件下，當(dāng)應(yīng)力小于層數(shù)應(yīng)力分界值時(shí)，緩沖系數(shù)隨著疊加層數(shù)的增多變大，緩沖性能減弱；當(dāng)應(yīng)力大于層數(shù)應(yīng)力分界值時(shí)，緩沖系數(shù)隨著疊加層數(shù)的增多減小，緩沖性能得到提高。該規(guī)律與疊加層數(shù)對(duì)材料彈性比能曲線體現(xiàn)的緩沖性能規(guī)律相符。

2.2 動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)

用最大加速度–靜應(yīng)力（mst）曲線表征包裝材料的動(dòng)態(tài)緩沖特性，通常用曲線最低點(diǎn)以及附近值來(lái)指導(dǎo)緩沖包裝設(shè)計(jì)。由于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)操作工作量大，耗費(fèi)樣品數(shù)目多，所以基于靜態(tài)壓縮試驗(yàn)得出的結(jié)果。為節(jié)省材料，在動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)部分，只選取S–2進(jìn)行濕度變化試驗(yàn)，同時(shí)取S–2、S–3、S–4在相對(duì)濕度為50%的條件下試驗(yàn)，探究疊加層數(shù)對(duì)其動(dòng)態(tài)緩沖性能的影響。

圖7是最大加速度–靜應(yīng)力曲線，圖中的散點(diǎn)是試驗(yàn)測(cè)出的數(shù)值，通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合，得到4條不同的曲線。

圖5 不同疊加層數(shù)的彈性比能–應(yīng)力曲線（23 ℃）

圖6 不同疊加層數(shù)的緩沖系數(shù)–應(yīng)力曲線（23℃）

圖7 最大加速度–靜應(yīng)力曲線（23 ℃）

由圖7可知，曲線均為具有一個(gè)極值點(diǎn)的凹谷曲線，隨著靜應(yīng)力的增加，最大沖擊加速度值先減小后增大。隨著牛皮紙墊表面靜應(yīng)力增大，材料本身變形以及對(duì)沖擊能量的吸收效率隨之變大，傳遞給質(zhì)量塊的沖擊加速度會(huì)逐漸下降。當(dāng)材料本身對(duì)沖擊能量吸收效率達(dá)到一個(gè)最大值時(shí)，靜應(yīng)力繼續(xù)增大，材料的變形也在增加，但材料對(duì)沖擊能量的吸收效率卻在下降，因而對(duì)應(yīng)的沖擊加速度隨之增大。

由圖7a可知，隨著環(huán)境相對(duì)濕度的增大，最大加速度值隨之增大，即材料傳遞給質(zhì)量塊的沖擊加速度增大，表明材料的緩沖性能隨之下降。但可發(fā)現(xiàn)，隨著濕度的增大，曲線最低點(diǎn)隨之向左上方移動(dòng)，在實(shí)際應(yīng)用中，若外界動(dòng)載荷較小時(shí)，可以考慮在高濕條件下使用牛皮紙墊作為緩沖材料，這與靜態(tài)壓縮試驗(yàn)提到的在一定小應(yīng)力條件下，濕度增大，牛皮紙墊具備較好的緩沖性能的結(jié)論相符。圖7b的最大加速度–靜應(yīng)力曲線最低點(diǎn)隨著疊加層數(shù)的增加向右下方移動(dòng)，緩沖性能提高。表明在較大的動(dòng)載荷條件下，多疊加層數(shù)的牛皮紙墊傳遞給質(zhì)量塊的沖擊能越小。

采用最小二乘法擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得最大加速度–靜應(yīng)力曲線的經(jīng)驗(yàn)公式，多項(xiàng)式階數(shù)的選取應(yīng)使得殘余誤差平方和最小，即實(shí)測(cè)數(shù)值與擬合曲線的離散性最小。通過(guò)專業(yè)繪圖軟件oringin處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定擬合曲線的多項(xiàng)式階數(shù)以及特征系數(shù)，最后獲得多項(xiàng)式公式，見(jiàn)式（4），不同濕度條件和不同疊加層數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式如表3、4所示。

式中：m為最大加速度，單位為重力加速度（=9.8 m/s2）；st為牛皮紙墊承受的靜應(yīng)力，kPa；、1、2、3均為特征系數(shù)。

表3 不同濕度下mst特征系數(shù)及經(jīng)驗(yàn)公式

Tab.3 Characteristic coefficient and empirical formula of Gm-σst curve under different humidity

表4 不同疊加層數(shù)m–st特征系數(shù)及經(jīng)驗(yàn)公式

Tab.4 Characteristic coefficient and empirical formula of Gm-σst curve of different superimposed layers

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于靜、動(dòng)態(tài)壓縮試驗(yàn)方法，探究環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)牛皮紙墊緩沖性能的影響。通過(guò)探討可知，在較濕的環(huán)境下，若外界沖擊載荷較小時(shí)，牛皮紙墊也能夠起到較好的緩沖作用，說(shuō)明在某些條件下，牛皮紙墊的使用條件范圍較廣，具有較好的應(yīng)用前景。同時(shí)，在運(yùn)輸過(guò)程中，環(huán)境相對(duì)濕度不是影響牛皮紙墊緩沖性能的唯一因素，而是與其他因素交互影響，如疊加層數(shù)。因此，在實(shí)際緩沖包裝設(shè)計(jì)中，需綜合考慮影響材料緩沖性能的諸多因素，例如在濕度波動(dòng)較小的運(yùn)輸條件下，不必增加材料的疊加層數(shù)即可起到較好的緩沖作用，同時(shí)到達(dá)節(jié)約成本的效果。

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Effect of Ambient Relative Humidity on Cushioning Performance of Kraft Paper Pads

QIN Min, FANG Jian, YANG Xu, TAO Wen-xuan, YU Lei

(MOE Key Laboratory of Wood Material Science and Application, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

The work aims to explore the effect of ambient relative humidity on the cushioning performance of a new kraft paper pad. Based on static and dynamic compression tests, the cushioning performance of kraft paper pads of 2, 3 and 4 layers was analyzed under 30%, 50%, 70% and 90% ambient relative humidity. In the static compression test, the static pressure bearing capacity of kraft paper pad decreased with the increase of relative humidity, but increased with the increasing superimposed layers. There were humidity stress boundary values of paper pads of different specifications. When the external force on the material was less than the humidity stress boundary value, the cushioning performance increased with the increase of humidity. When the external force was greater than the humidity stress boundary value, the cushioning performance decreased with the increase of humidity. Under certain humidity conditions, the number of superimposed layers also affected the cushioning performance of kraft paper pad. At 30% relative humidity, the cushioning performance decreased with the increase of the number of layers. At 50%, 70% and 90% relative humidity, there were stress boundary values corresponding to the number of layers. When the external force on the material was less than the stress boundary value of the number of layers, the cushioning performance decreased with the increase of the number of layers. When the external force was greater than the stress boundary value of the number of layers, the cushioning performance increased with the increase of the number of superimposed layers. In the dynamic compression test, with the increase of the ambient relative humidity, the maximum acceleration transmitted by the kraft paper pad to the product increased, and the cushioning performance decreased. The increase in the number of superimposed layers reduced the maximum acceleration transmitted to the product and enhanced the cushioning performance. The above results have potential guiding significance for the design and material selection of kraft paper pad cushioning packaging.

kraft paper pad; cushioning performance; static compression; dynamic compression; ambient relative humidity

TH212；TH213.3

A

1001-3563(2023)09-0190-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.09.023

2022?09?04

北京林業(yè)大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（2017JC12）

覃敏（1997—），女，碩士生，主攻緩沖包裝。

方?。?978—），女，博士，主要研究方向?yàn)楣δ苄园b材料，包括淀粉、纖維素、殼聚糖、PVA等可降解包裝材料及相變微膠囊材料的研究。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋