第一篇包裝工藝理論根底第一章包裝工藝的物理根底1第一節產品的物理機械性質特性分析一、產品的物理性質物理性質如：聚攏狀態、密度、粘度、沸點、熔點、蒸氣壓、電導率等。化學性質——在其分子或晶體發生化學反響時才顯現出來。生理生化性質——由生命或新陳代謝現象引起。2二、產品的機械性質機械性質——產品在機械運動過程中引起其性質轉變的特性。它是物理性的一局部。主要包括產品的材料屬性、力學性質、構造、外形等特性。如：尺寸、質量、硬度、剛度、彈性、韌性、固有頻率、脆值、機械損傷等。包括外表粗糙度、尺寸精度、裝配精度、光澤度、硬度及產品內在的抗壓力強度、抗振動強度、抗沖擊強度。3三、影響產品物理性質的因素影響產品特理性質的內因與外因主要有：1、產品的成分與構造〔1〕產品成分〔2〕產品構造2、環境與愛護4其次節產品在流通過程中的物理變化物理變化——三態變化、滲漏與滲透等。如水的蒸發和凝固、糖的溶解、受熱變形或被磁化。機械性變化——如玻璃、陶瓷產品的裂開等。5一、三態變化物質的外表外形在肯定的溫度、濕度、壓力、時間條件下會發生氣態、液態、固態之間相互轉化。表現為揮發、干縮、風化、溶解、熔化、凝固等。1、揮發與干縮〔1〕定義液態氣態液態、液化的氣態或固態物質，如汽油、石油液化氣、樟腦等在常溫常壓下轉變為氣態的現象。6〔2〕不良后果

會使其質量減輕，嚴峻時會產生干縮〔如油漆揮發〕，品質發生變化或喪失使用性能。

有些揮發出來氣體具有毒性，或與空氣混合而易燃易爆。〔3〕措施密封包裝，在儲運、裝卸過程中防止滲透、泄漏和溢出。72、溶化與風化〔1〕定義固態液態溶解——某種物質〔溶質〕分散于另一物質〔溶劑〕中成為溶液的過程。溶化——溶質溶解在水或潮濕空氣的水分中，即固體物質溶成為水溶液的過程。區分：水解——物質與水發生了化學反響，它屬于化學變化。〔2〕溶化因素吸濕性能、水溶性能及吸濕點83、熔化與凝固〔1〕熔化：固態液態易熔物品：冰淇淋、奶油巧克力、蠟燭、瀝青、松香等。措施：承受密封性、隔熱性能好的包裝工藝方法。〔2〕凝固：液態固態新穎果蔬類食品、藥用生物制劑、化工產品措施：承受防凍結或防凝固技術與包裝工藝措施。9二、滲漏與滲透1、滲漏氣態、液態或粉粒狀固態產品由于包裝品材質或封口質量等緣由造成的滲出、泄漏現象。〔1〕滲漏實質〔2〕滲漏緣由

包裝品加工質量差，如有砂眼、氣泡、微孔、裂紋、微小間隙或焊錫不勻、接口處和封蓋處密封不堅固、不嚴密。

材質緣由，如耐蝕性差、受潮銹蝕或機械強度不高。

內裝物是氣體、液體或局部易揮發性固體產品時，因環境溫度變化引起三態變化，導致膨脹或氣化。

液態產品在低溫或凍結時發生體積膨脹102、滲透氣體或蒸氣直接溶進包裝材料的一側外表，通過向材料本體的集中，并從另一側外表解吸的過程。3、兩者的區分滲漏——宏觀作用滲透——微觀作用，不易用肉眼覺察。4、措施承受防滲漏防滲透包裝。特殊是對易燃、易爆、有毒產品。11三、機械性質變化產品機械性能變化的后果如下：①不影響使用性能和質量。

外表發生局部或微小損傷，如外表擦傷、劃痕、表皮脫落或在局部小范圍處留有凸凹不公平機械損傷。如金屬罐或軟包裝產品。影響產品的外形美觀。

機械、儀器儀表、電子產品、五金產品會使聯接件之間產生松動，需重新緊固才可正常使用。②外表無損傷，但對產品發生內在影響，如使用壽命降低。③完全無使用價值。12四、其它變化1、導熱與耐熱性變化金屬材料，其導熱性、耐熱性良好，可露天存放。

糧食、橡膠制品，其導熱性、耐熱性差，不能在烈日下暴曬，也不應在濕度和溫度過高的環境中儲存。否則導致變粘、變質或加速老化與霉變。

有些液體產品在低溫或嚴寒環境下會凝固或受凍結冰而產生體積膨脹，不能承受遇冷體積收縮、且延長率極低或無延長率的玻璃、陶瓷等容器作包裝品，否則包裝品受張力而產生破損。132、場強變化〔1〕定義指電場、磁場、電磁場、靜電場、輻射場等強度的變化。危急品、周密電子產品、軍用品以及高技術產品等，對場強有物殊要求。包裝設計人員必需檢測出它們對外界場強的感度并實行有效的屏蔽或抗場強變化技術，以愛護元器件或整機的牢靠性能和使用壽命。143、光學性質變化影響因素：光的強度、材料的透亮度。透亮度是指材質透過光線的力量。分為三個等級：透亮、半透亮和不透亮。

一局部產品需要高透亮度的包裝品，可使消費者清晰看到產品，增加促銷力量。承受具有高度均勻的透光性的玻璃、塑料容器或紙張與薄膜等包裝品。

某些藥品、化工制品、生物制品使用不透亮、半透亮或具有肯定折射率和色散率并具有高度均勻性和在肯定波長范圍內具有透光選擇性的包裝品進展包裝。增加愛護性、延長貨架壽命。

使用不透亮的薄膜或紙張可提高包裝裝潢效果。

使用深褐色的半透亮包裝品可防止紫外線輻射的阻隔層，使其內裝食品或藥品保持新穎。

在某些材質的紙張或薄膜中參加二氧化鈦等顏料制成不透亮的包裝以提高光澤度。15第三節機械性環境條件與被包裝產品破損產品儲運即產品流通。流通中產品的損壞是包裝業中長期存在的問題之一，也是包裝業進展的主要動力之一。機械損壞主要分為裝卸、運輸和倉儲三方面的損傷。16一、機械性環境條件對包裝件的影響1、沖擊對被包裝件的影響沖擊是造成包裝件破損的主要因素之一。垂直沖擊：主要由搬運、裝卸、起吊時包裝件的意外跌落引起。水平沖擊：主要發生于運輸車輛在凸凹不平路面上行駛、車輛突然啟動或制動、貨車的編組溜放和轉軌、飛機著陸、船舶靠岸等。17〔1〕裝卸作業人工裝卸質量在10kg以內的包裝件可能被拋擲，其跌落高度會超過1m。當質量在20～30kg時，簡潔實現輕拿輕放。質量在60kg時，需要較強的勞動力搬運，往往會產生翻滾，棱、角、面跌落或碰撞，也可能從工人肩上、手中跌落。人工裝卸時產生的沖擊加速度通常在10g左右，有時超過100g。沖擊加速度的大小與跌落高度、緩沖性能及地面的彈性程度有關。18機械裝卸質量超過90kg時一般用機械裝卸。由于機械設備作業時發生跌落的高度低于人工裝卸作業的高度，因此沖擊加速度較小。19〔2〕運輸過程①汽車運輸影響因素：路面狀況、車輛緩沖性能、車速、載重量和載貨方式。包裝件在車廂內無固定，受到顛簸后會產生連續沖擊〔即跳超式振動〕，加速度為1g以上。

路面特殊不平，加速度可達3～５g。

貨物散包時加速度高達5～20g左右。20汽車運輸隨機振動狀況：振動加速度功率譜密度值豎向〔上下〕最大，橫向〔左右〕次之，縱向〔前后〕最小。

振動能量絕大局部在0～200Hz的頻帶內，其中0～５0Hz能量最集中。振動功率譜密度在頻率2Hz左右和10Hz左右有一個較大的峰值。這是由國產汽車懸掛系統的構造特性打算的。應避開這兩個頻率值。最好選用固有頻率f0<1或f0>12Hz的包裝件。

車廂中部振動和沖擊較輕，車尾最嚴峻。21②火車運輸

振動緣由：路基和鐵軌接頭等作用產生周期振動。振動加速度的影響因素：行駛速度，貨車支承處的緩沖器。在垂直、橫向和縱向三個方向都有振動。振動頻率：主要在2～50Hz之間。沖擊緣由：貨車的編組連掛、加速、減速、剎車等引起。22影響火車連掛作業水平沖擊的主要因素有四方面a.車輛連掛時的速度越大，沖擊力越大。b.車輛牽引裝置的緩沖性能。緩沖性能好的牽引器可以吸取局部沖擊能量。c.包裝件的質量。包裝件越重，與車廂底板的摩擦力越大，越不易滑動，沖擊力越小。d.包裝件在車廂內的堆碼狀態和滿載程度。包裝件堆碼松散或間隙過大，會增加倒塌和反復相撞的可能性。堆碼越高，最上層包裝件所承受的沖擊值越大。包裝件和被在車廂內的破損通常是由反復碰撞造成的。23③飛機運輸包裝件的破壞主要因素：發動機引起的高頻振動著陸時與地面的沖擊或空中氣流的沖擊和振動高空飛行時因低溫低壓，且飛機貨艙內無加溫加壓裝置。如瓶中或噴霧罐中的液體發生泄漏。24④船舶運輸沖擊與船舶類型、水域狀況、滿載程度和氣候條件親密相關，沖擊加速度相對較小。⑤鏟車運輸包裝件主要承受垂直沖擊的影響，鏟車的垂直沖擊加速度約0.7g。252、振動對包裝件的影響〔1〕汽車運輸汽車運輸時振動加速度的大小與路面狀況、行駛速度、車型和載重量有關，但主要因素是路面狀況，如大路的起伏和不平度。〔2〕火車運輸火車振動與汽車振動相比有明顯區分，火車駛過鋼軌接縫時車輪受到沖擊而引起運行車輛的周期性強迫振動。在火車正常運行、進出站、過岔道、車體搖擺、過鋼軌接縫、過橋梁等運行中，以過鋼軌接縫所引起的振動最為猛烈。火車運輸的振動特性也可用圖1-2所示的頻率譜來描述，其頻率范圍通常為20～100HZ。26〔3〕飛機運輸飛機運輸時的振動受氣流的影響不大，主要取決于飛機發動機的振動，呈現出單振動、高頻率的特點，振動加速度較小，且比較穩定。在起飛和滑行階段，其頻率通常為15～100HZ；在穩定飛行階段，頻率為100～1000HZ。27〔4〕船舶運輸船舶運輸的振動特性也可用圖1-4所示的頻率譜來描述，通常表現為兩個不同級別的振動，即在安靜的海面上，消失低強度的振動，振動加速度較小；遇到大的風浪或緊急操作航行時的高強度振動，振動加速度較大。海浪引起的低頻振動為0.03～0.2HZ，對被包裝產品的共振影響不大。28綜上所述，被包裝產品在汽車、火車、飛機、船舶運輸過程中的振動，均具有隨機性，而且振動頻率范圍很寬。船舶運輸時頻率較低；飛機運輸時較高，與一般產品共振的可能性較小；而汽車運輸和火車運輸，特殊是汽車運輸的振動頻率與大多數被包裝產品的固有頻率比較接近，產生共振的可能性大，應在產品的緩沖包裝設計中充分考慮。(第一次課)293、壓縮對包裝件的影響流通過程中壓縮對包裝件的影響有兩種，即靜壓力和動壓力〔1〕靜壓力在靜載荷作用下，包裝容器、緩沖材料或構造發生變形、蠕變，會影響被包裝產品的動態特性。而且靜載荷過大，會導致被包裝產品損壞。包裝件在堆碼儲存和運輸時，最底層包裝件所承受的靜壓力最大，要求包裝箱或外包裝容器滿足堆碼強度條件，即:

30式中，P是包裝箱或外包裝容器的抗壓強度；

PS是最底層包裝件所承受的堆碼強度；

W是單個包裝件質量；

k是安全系數；

Nmax表示最大堆碼層數。31安全系數取決于堆碼時間、堆碼尺寸、溫濕度條件、商品價值、裝卸與搬運次數等因素。安全系數過小，導致包裝件的抗壓強度低，不能愛護產品；假設安全系數過大，則鋪張包裝材料，增加包裝本錢。一般狀況下，取k=l～2。堆碼高度一般取300～400cm，汽車運輸中小于250cm，火車運輸中小于300cm，輪船運輸中小于700cm.32〔2〕動壓力在運輸過程中，包裝件除了受到來自上層包裝件的靜壓力之外，還受到來自運輸工具底板傳遞的動壓力，以及發生水平位移時的摩擦力，而且動壓力比靜壓力對包裝件的危害更大。因此，包裝件在運輸車輛上必需牢靠地固定，以防止其在車輛底板上跳動或移動，削減動壓力對包裝件和被包裝產品的危害。334、機械性環境條件參數〔了解〕34二、被包裝產品破損分析方法破損是指產品物理的或功能的破損。包裝件的破損，即包括包裝箱破損、緩沖材料或機構失去包裝防護功能，還包括被包裝產品破損。描述被包裝產品破損的方法：破損特性因素圖法〔定性分析方法〕帕里特曲線法〔定量分析方法〕351、破損特性因素圖法362、帕里特曲線法承受帕里特曲線法可定量描述被包裝產品的破損、及其程度，且能夠供給有效的減損措施。圖1-9是某紙箱包裝產品破損的帕里特曲線，緩沖包裝不當所造成的產品破損率是55%，搬運操作不當所造成的產品破損率是25%。假設實行有效措施抑制這兩個破損破損特性因素所造成的破損問題，則可削減80%的破損率。37383、破損分類從力學角度分析，被包裝產品破損大體上可分為三大類：〔1〕構造完整性破損。包括產品零部件的強度降低、斷裂破壞、疲憊和摩擦損傷等。〔2〕構造功能性破損。包括構造及其元器件、部件的性能失效、失靈等。〔3〕產品工藝性破損。包括連接件松動、脫離，部件相互撞擊、短路或磁化等，還有壽命退化，如一些機電產品、電子電工產品在肯定振動環境下引起工作壽命的縮短等。39在緩沖包裝動力學領域，按產品破損的性質和程度分類，被包裝產品的破損形式分為三大類：〔1〕失效或嚴峻破損，指產品已經喪失使用功能，且不行恢復。〔2〕失靈或稍微破損，指產品功能雖己喪失，但可恢復。〔3〕商業性破損，指不影響產品使用功能而僅在外觀上造成的破損，產品雖可以使用，但己經降低了商品價值。40三、被包裝產品破損準則與模型1、破損準則振動和沖擊是造成產品或易損件破損的兩個重要的動態載荷。評價被包裝產品破損的準則主要：〔1〕最大應力準則當產品受到外部動態載荷作用時，由于應力或應變超過允許值而造成產品裂開或永久變形，導致產品破損。對于含有易損件的產品，特殊是電子電工類產品，在產品或易損件發生諧振時，其內部應力將漸漸增大，而這些易損脆件所承受的應力將變得特別大或很大，很簡潔造成產品破損。41〔2〕最大位移準則它是由產品中某元器件或部件的位移超過最大許可位移所導致的破損。例如，當印刷電路板在振動時有足夠大的位移響應，則會導致固定在其上的電子元器件或焊點與相鄰局部的電子元器件或構造壁殼接觸短路或碰撞損傷，從而導致產品故障或損壞。42〔3〕疲憊破損準則工程上的疲憊破損一般是指產生了某一可檢長度的裂紋，即包括成核階段與擴展階段。這種疲憊破損的實際物理過程還與材料特性、應力大小、循環次數、溫度、產品構造、環境條件等因素親密相關。當被包裝產品處于周期性或準周期性載荷作用下，在產品的構造元件中假設產生的應力足夠大，這種循環作用也將導致產品破損。432、破損模型〔1〕機械沖擊破損模型①傳統的脆值理論美國貝爾試驗室爭論了被包裝產品的破損特性及其評價方法等問題，包括緩沖存在使產品受到振動、沖擊時可能消失多大的加速度響應值、加速度隨時間的變化規律，以及產品構造元件的強度、固有頻率和阻尼系數。1945年，他發表了著茗論文《緩沖包裝動力學》，首次提出產品脆值(或沖擊易損度)概念和理論。該理論是基于產品的破壞性跌落試驗而提出的，屬于機械沖擊脆值，用產品的最大加速度值來評價其機械破損特性，緩沖包裝的要求是產