8第九章 运输包装试验

第九章运输包装试验包装件在运输、装卸、仓储过程中会经历各种危害因素的作用，如振动、冲击、跌落、静压、动压、气象因素等。要正确、客观评价一运输包装对内装物的防护能力，就需要根据具体的运输环境对各种危害因素进行数据采集、分析和量化，并据此制定相关的试验标准及试验方法。（如GB,ISO,ASTM,MIL等标准）按照相关的试验标准，在统一的评价体系指导下，我们可以在实验室条件下模拟重现或加速重现运输环境下的各种力学、气象危害因素。通过试验来考核、评价运输包装在特定运输环境下的防护能力，为改进缓冲包装提供可靠的依据。缓冲包装设计时需要三方面的数据：1）产品的特性参数，如脆值、外形尺寸、重心位置等。2）缓冲包装材料的性能参数如缓冲系数曲线、振动传递率曲线、蠕变性能等。3）运输环境的定量数据如振动、冲击量值的统计规律，温、湿度条件等。在条件许可的条件下上述数据应尽可能通过试验获取。而相关设计手册、试验标准给出的各种数据、图表也是建立在大量试验的基础之上。9.1试样预处理及气象环境试验9.1.1运输包装件试验的温、湿度调节处理包装件在运输过程中所经受的气候环境千变万化，非常复杂，其中温度与湿度变化是影响包装件性能的最主要因素。我国幅员辽阔，包括了寒带、温带和亚热带气候，从南到北一年四季温、湿度变化较大。出口产品的包装件经受的温、湿度变化将更大，需适应的范围更广。所以必须考虑到温、湿度条件对运输包装件在流通过程中的影响。在产品、缓冲材料、和包装容器试验时也需要对试样进行温湿度预调节处理。温、湿度调节处理的目的在于：①模拟气候变化，考察包装件的适应能力；②做为其它包装件性能试验的预处理。例如：随着相对湿度的增加，瓦楞纸箱的含水率呈直线上升。实际数据表明，当湿度由65％上升到85％，含水率由10．8％上升到11．8％。其抗压强度由6700N下降到4100N。另外，塑料包装(如食品、化工原料等的塑料包装)，在较高温度下，受载荷作用塑料包装的变形较大，并且会发生老化现象，强度很快下降。在低温下塑料本身变脆，强度降低。9.1.1.1温、湿度调节处理条件国家标准根据运输包装件的特征及流通环境，规定了几种典型的温、湿度处理条件(表9-1)。表9-1温湿度处理条件序号温度℃相对湿度％序号温度℃相对湿度％1－55±3――723±2502－35±3――827±2653－18――940±2自由相对湿度45±1851040±290520±2901155±390620±260表9-1中11个温、湿度条件，包括了低温(一55℃，一35℃，一18℃)；低温高湿(5℃，85％)；标准温度，高湿(20℃，90％)；标准温、湿度(23℃，50％)；高温，高湿(40℃，90℃)；特殊高温(55℃，30％)。上述环境条件，基本上覆盖了国内、外常遇到的温、湿度条件，试验时可根据包装件流通的地域温、湿度情况，选择相应的一个条件进行。选定下列时间之一，作为温、湿度调节处理时间：4、8、16、24、48、72h（小时）或者7、14、21、28d(天)。当用本试验作为其他试验前试样的温湿度预处理时，应根据试样的大小、材质、吸湿特性制定处理时间，一般为24～48h。对于在流通过程中要经历复杂温度环境的包装件，还可以进行温度交变试验。温度交变试验是温、湿度调节处理的一种特殊形式。它的目的是使包装件通过温度从常温到低温，再到高温的反复循环过程，对包装及内装物进行预处理，再进行常规试验，以考核运输包装件(包括产品及包装)在经过不同的流通环境后，包装件对各种载荷的承受能力。图9-1是国家包装产品质量监督检验中心(天津)为某一电子产品所进行的温度交变试验曲线。9.1.1.2设备、仪器及试验方法温湿度调节处理箱(室)：要有一个工作空间，对其温度和湿度做连续记载并使其保持在规定的控制公差之内。工作空间是温湿度调节处理箱(室)的一部分，该部分应保持规定的控制条件。对每一温湿度调节处理箱(室)应规定出这一空间的范围。干燥箱：将某些包装件的含潮率降低到温湿度调节处理的要求以下。记录仪器：要求相当灵敏和稳定，以使测定的温度能准确到0.1℃和相对湿度1％。若每次测试记录的间隔不大于5min，则认为该记录是连续的。记录仪器要具有足够的响应速度使能准确记录，精确度能达到前述要求的每分钟4℃的温度的变化和每分钟5％的相对湿度的图9-1温度交变试验曲线变化。将试验样品置于温、湿度调节处理箱(室)里，在预定的温、湿度条件下，经历预定的时间。首先根据包装件的特性及运输流通领域的气候环境，确定温、湿度调节处理条件和时间。然后将已经准备好的样品，按次序放置在气候箱中，样品应架空放置，底部至少有75％的面积与空气接触，四周不得与箱壁接触。处理时间应从重新回到规定条件的lh后算起。如果包装件是用一种具有滞后现的象材料如纤维板制作的，则可能需要在温湿度调节处理前先进行干燥处理。做法是：将包装件放在干燥箱内进行至少24h的干燥，这样当其被转移到规定条件下时，它可通过吸收潮气而达到接近平衡。当规定的相对湿度是40％或以下时则无此必要。对经过温湿度调节试验的完整、满装的运输包装件的试验报告，如水平冲击试验、堆码试验、垂直冲击试验及振动试验均须包括下列项目：温湿度调节处理时的相对湿度、温度及时间，试验时试验场所的温度和相对湿度，以及这些数值是否符合标准的要求。9.1.2输包装件的气象环境试验9.1.2.1喷淋试验喷淋试验就是根据实际情况，在预定时间内按一定流速对包装件进行喷淋，用以评价包装对雨、雪环境的抵御性及对包装产品的保护能力。1．试验场地。试验场地面积至少要比试验样品底部面积大50％，使试验样品处于喷淋面积之内。如果有必要对场地温度进行控制时，可以对试验场地进行隔热或加热处理，在没有特殊要求时，喷淋温度和试验场地的温度应在5～30℃间，一般取25±2℃。场地地面应有很强的防水性能，并且应设置格条地板或足够容量的排水口，以使喷洒的水能自动排出，不致使试验样品浸在水中。试验场地的高度要适当，使喷水嘴与试验包装件顶部之间的距离至少为2m，以保证水滴垂直滴落。2．喷淋装置。喷淋循环装置应安装过滤器、水泵、安全阀、测量仪表、调节阀、喷水嘴、贮水槽以及通水管道，贮水槽中应装有水量、水温调节装置，如图9-2所示。3．试验参数的确定。喷淋装置应满足100土20L／m2．h的供水速率，喷水要求充分、均匀。用量器校准喷水速率，其最大不超过120L／m2．h；最小不得低于80L／m2．h。必要时喷水口可设置在场地四角位置上，方向向上喷，使水滴不直接喷在样品上面。喷淋时间应根据包装件的防水性能及流通环境来确定。图9-2喷林试验装置1-泵2－辅助阀3－仪表4－调节阀5－仪表6－喷水口7－外壁8－试验室9－阀10－水量调节器11－温度调节器12－排水口9.1.2.2浸水试验这种试验用于评定运输包装件承受水侵害的程度及包装对内装物的保护能力。它可以作为单项试验，也可以作为包装件系列试验的组成部分。1.试验原理将试验样品完全浸入水中，并保持一定的时间后从水取出，预先确定浸水、沥水、干燥时间和温湿度条件。2.试验设备水箱：水箱应具有足够容积，试验时使试验样品全部浸入水中。样品顶面沉入水面以下的距离不小于100mm。水箱应有给水、排水装置，并不应有渗水现象。水温应能在5～40℃范围内调整。浸水过程中水温变化在±2℃以内。浸水装置：包括能放置包装件的笼子和升降机构。铁栅：铁栅应有—定的强度，在支持湿包装件时不变形。铁栅处于一定的位置，使空气在其下面自由流动。栅条投影的总面积不大于铁栅面积的l／10。3.试验步骤3.1准备试样，记录试验场地的温度和相对湿度。3.2水箱内充以一定高度的水，并调整好水温。3.3使用前述的浸水装置，将试验样品放入笼子中，一同放入水中，直至试样顶面沉入水面以下100mm，下放速度不大于0.005m/s。3.4试样在水面以下保持的时间从5，15，30min或1，2，4h中选择。3.5达到预定时间后，以0.005m/s的速度将试样提出水面。3.6将试样以工作位置放在铁栅上，使其各侧面都裸露在空气中，裸露时间从4，8，16，24，48，72h或1，2，3，4周中选择。3.7记录试验样品浸水、沥水、干燥引起的任何明显的损坏或其他变化。9.1.2.3低气压试验低气压试验的方法用于评定在空运时飞行高度不超过3500m的非增压仓飞机内和超过3500m的增压仓飞机内的运输包装件耐低气压影响的能力及包装对内装物的保护能力。对于高海拔低气压铁路运输或公路运输包装件的低气压试验，可参照本试验方法执行。对于飞行高度超过3500m的非增压仓飞机内的运输包装件的低气压试验的气压值可参考表9-2选取。表9-2高度与气压的关系高度（m）气压（KPa）400061.5600047.0800036.01000026.51200019.01500012.0180007.5200005.51.试验原理将试验样品置于气压试验箱(室)内，然后将试验箱(室)内空气压力降低至相当于3500m高度时的气压。将此气压保持预定的持续时间后，使其恢复到常压。如有必要，在此期间也可将湿度控制在相同高度时所具有的湿度。上述气压也近似于在任何更高飞行高度并具有增压仓飞机内的气压。2.试验设备气压试验箱(室)应具有气压和温度控制装置，并满足本试验的压力、温度控制要求。。3.试验步骤3.1将试验样品置于气压试验箱(室)内，以不超过15kPa／min的速率将气压降至65kPa(±5﹪)，在预定的持续时间内保持此气压。3.2以不超过15kPa／min的增压速率，充入符合试验室温度的干燥空气，使气压恢复到初始状态。3.3如有必要综合考核气压和温度对运输包装件的影响，则在试验时保持气压试验箱(室)内温度为—8±1℃。9.2运输环境数据采集与分析综合在诸多运输方式中以汽车运输的振动环境较为严酷。所以我们以汽车运输振动测量为例介绍对运输过程中随机振动的测量方法、测量系统的构成及数据分析处理。目前，国内外包装件运输振动试验主要有两种方式。一种是将包装件装载于车辆上，在规定的路面状况，车型，车况，行驶速度及行车里程下进行实地跑车。再一种是根据运输环境条件制定相应的试验标准，在实验室内进行模拟试验。第二种方法可以大幅减少试验时间和试验成本。这类模拟试验方法是建立在对实际运输工况下振动研究和结构疲劳损坏机理研究基础之上的。汽车运输过程中的振动是各态历经的随机过程。由于道路的不平度，车型及装载程度，行车速度等条件的影响，汽车在行驶中总是受到一个随机激励作用。当上述条件确定时，产生的随机振动可以认为是各态历经的随机振动。9.2.1运输振动测量方法通过现场振动测量，取得典型的运输振动数据，对于研究损坏机理，预测危险品率，在试验室条件下重现各种运输条件下的振动情况都有重要意义。以汽车运输振动为例，运输振动测量主要有以下几项工作。确定工况条件：根据实际运输状况和要求，确定道路状况、车型、行车速度、里程、装载程度等。关于路面的平整度我国目前尚无标准。而路面平整度是影响汽车振动的重要条件。通常我们可以用道路的等级如：一级公路、二级公路、碎石路、乡间小路等来描述。必要时我们可以用标准差来描述、评价路面平整度。具体方法如下：选择一有代表行的路段，用一根三米长的直尺与道路的纵轴线平行放置。每隔300mm读取一个直尺下平面与路面的距离xi值，连续读取10直尺（30米）的xi值，计算这些观察值xi的算术平均值：11niixxn（9-1）再计算其标准差：µ211()1niixxn（9-2）标准差越小，路面平整度越好。测试方法：测试系统一般由加速度传感器、电荷放大器和记录仪组成。应根据被测信号的频率分布和幅值概率密度来确定测量系统的测量带宽和量程。将加速度传感器安装在待测点上，汽车运行时，振动加速度信号经传感器转换为电量，再经过放大通过磁带记录仪记录在磁带上。这样就得到了汽车运输振动的现场记录。由于汽车运行时车厢板上各点的振动并不一致，测量点的选择就非常重要。为了取得汽车车厢底板振动最为剧烈的情况，可以选车厢后端两角处300×300