《包装工程专业实验》实验指导书卢杰已整理.docx
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《包装工程专业实验》实验指导书卢杰已整理
包装工程专业实验
实验指导书
(包装工程系)
武汉理工大学机电工程学院
实验中心
2015年9月1日
实验一、缓冲包装材料动态压缩特性测试系统设计与实验
一、实验目的
通过在缓冲试验机上对各种材料进行动态压缩试验,用自由跌落的重锤对包装用缓冲材料施加冲击载荷,以模拟装卸中缓冲材料受到的冲击作用。
二、实验仪器
1.DY-2冲击试验机;
2.控制系统;
3.数据采集处理系统。
三、实验原理
为了保护产品在流通过程中免受冲击振动造成的损坏,选用具有合适缓冲特性和结构尺寸的缓冲材料,进行缓冲包装是必要的。
缓冲材料的缓冲特性,也就是力学特性,是由其力——形变曲线来表征。
一般来说,缓冲效率与材料的力学特性有关,是衡量缓冲包装是否合理的一个重要参数,不同的材料有不同的缓冲效率。
缓冲效率还是形变的函数,同一材料在不同的变形量时的缓冲效率是不同的,可以采用数学方法处理,求出缓冲效率的最大值或极大值。
在达到保护产品要求的情况下,缓冲效率越大,单位体积缓冲材料吸收的冲击能量就越多,设计所需缓冲材料的用量越少。
但是在具体的设计过程中,人们一般不采用缓冲效率,而是采用它的倒数,即缓冲系数来衡量。
材料的缓冲系数可以通过试验测出,根据试验的不同,可以分为静态缓冲系数和动态缓冲系数。
动态压缩试验过程与实际运输中产生的变速冲击过程是一致的,动态特性一般体现于缓冲系数——最大应力或峰值加速度——静应力曲线之中。
在实际运输过程中,产品经常处于动态载荷之下,因此只有动态压缩试验才能够客观地反映缓冲材料的缓冲性能。
实验按照GB8167-87《包装用缓冲材料动态压缩试验方法》在缓冲试验机上对各种材料进行动态压缩试验。
用自由跌落的重锤对包装用缓冲材料施加冲击载荷,以模拟装卸中缓冲材料受到的冲击作用,试验结果表示为缓冲材料的动态压缩特性曲线。
4、实验步骤
1.重温缓冲材料的基本力学特性,了解缓冲材料动态压缩性能的特点,设计缓冲包装材料动态压缩测试系统。
2.熟悉包装冲击试验机的基本结构和试验方法。
(1)试验机主要技术指标
a.试样最大冲击面积:
200mm×200mm
b.重台质量:
10.20kg
c.最大跌落高度:
1200mm
d.最大跌落质量:
50kg
e.制动气源压力:
0.6Mpa
f.电机功率:
0.25kw
g.固定螺栓加一个M8螺母质量:
80g
(2)测试装置工作原理
试验机以电动葫芦为动力带动提升块上下运动,按下“连降”按钮,提升块下降,直至挂钩钩住滑台吊销时,挂钩行程开关动作,使电动葫芦停止工作,并使电磁阀失电。
气液增压缸卸压,制动器松开。
按下“连升”按钮,电动葫芦带动提升块上升,已被吊钩钩住吊销的滑台将与提升块一起上移。
当上升至吊钩与脱钩挡销接触时,继续上升,脱钩挡销迫使吊钩与滑台吊销脱开。
此时,台面将自由落下,同时上限位行程开关动作,使电动葫芦停止工作。
重台下落至制动触发调整块时由接近开关发信,经过延时使电磁阀得电。
制动器使台面冲击缓冲材料后回弹或回弹后下落过程中制动。
台面与缓冲材料的冲击加速度时间历程可以通过固定于滑台表面的加速度传感器,并经电荷放大器、A/D卡、计算机测量后得出。
3.试样的准备
确定实验试样的尺寸、数量、实验次数等。
4.确定重锤质量
设定静应力的值,以确定对应的重锤质量。
5.确定有效跌落高度
按有关标准或流通中可能出现的跌落高度确定有效跌落高度值,调整限位调整块,预定好跌落高度,锁紧跌高设定块。
6.试验
(1)打开气压源,接通电源。
(2)连接传感器与电荷放大器,电荷放大器与计算机采集卡连接,设置电荷放大器的放大倍数。
(3)把重锤质量调整到预设的一个值,对一组5块试样逐块进行冲击,每块试样冲击5次,记录每块每次的加速度-时间曲线。
取后4次冲击的最大加速度的平均值作为该块试样的最大加速度。
冲击结束3min后测量其厚度,计算残余变形量。
以各块试样的最大加速度的平均值作为这组试样的最大加速度。
(4)改变重锤质量,进行下组试样的试验。
7.数据处理与分析
(1)由冲击试验机记录仪记录下来的最大加速度值,根据设定的静应力值,画出最大加速度——静应力曲线。
(2)根据最大加速度——静应力曲线获得材料的动态缓冲系数——最大应力曲线。
在最大加速度——静应力曲线上,利用公式
(1)
=
(2)
可将最大加速度——静应力曲线上的每一对坐标值,都转换到缓冲系数——最大静应力坐标图中的相应点上,得到动态缓冲系数——最大应力曲线。
8.进行课程设计总结,说明实验过程中的注意事项,根据特性曲线分析材料的动态压缩特性,说明影响缓冲材料静态特性的因素。
实验二包装用纸与纸板性能综合实验
(1)纸和纸板拉伸性能的测定
一、实验目的
了解纸和纸板拉伸性能测试的内容及意义,掌握测试原理及方法。
二、实验设备
实验设备采用DC-KZ300B型电脑测控抗张试验机,见图1,其主要技术指标如下:
1)实验速度:
5~80mm/min。
2)上下夹头间距离:
50mm、90mm、100mm、180mm、200mm。
3)测定时间:
1~99s。
三、实验原理
包装用纸和纸板在加工及使用过程中,经常要受到张力的作用,如液体灌装时纸材料受到的张力冲击;瓦楞原纸在压楞成型过程中受到的闸紧力的作用等,因此,纸和纸板的拉伸性能指标是一项很重要的物理性能指标。
纸和纸板的拉伸特性包括抗张强度、裂断长、断裂伸长率和抗张能量吸收值几个主要方面。
抗张强度是在标准试验方法规定的条件下,单位宽度的纸或纸板断裂前所能承受的最大张力,以kN/m表示。
断裂长是假设把任何一定宽度的纸或纸板一端悬挂起来,计算因其自重而断裂时的最大长度,以km表示。
因断裂长可以清除定量不同的影响,故便于与抗张强度的比较。
断裂伸长率是试样在标准试验方法规定的条件下,测量纸或纸板试样拉伸至破裂时的伸长,一般用对原实验长度的百分数表示,即%.
抗张能量吸收(也称破裂功)是将单位面积的纸或纸板拉伸至断裂时所做的总功,它以J/m²表示。
即以抗张强度与伸长率曲线与横轴所包围的面积来表示,是衡量纸和纸板韧性的一项指标,其值越高则韧性越好,对由外力冲击所造成的破坏则越小。
对于包装用纸如纸袋纸,仅有抗张强度、耐破度、撕裂度等指标,还不能全面衡量纸张质量。
往往出现抗张强度较大、伸长率较小的纸在包装时的破碎程度反而比抗张强度较小、伸长率较大的纸张要严重。
要使包装时纸张破损小,纸的强韧性是个重要指标。
而强韧性是依据抗张强度与伸长率所画的曲线下的面积-破损功表示,因而抗张能量吸收值的测定是十分必要的。
目前,纸和纸板抗张强度的测定方法有两种,即国家标准GB/T453-2002“纸和纸板抗张强度的测定法-恒速加荷法”和GB/T12914-1991“纸和纸板抗张强度的测定法-恒速拉伸法”。
这里只介绍了“纸和纸板抗张强度的测定法-恒速加荷法”的测定方法。
标准中规定了用符合次标准要求的抗张强度试验仪,测试抗张强度、伸长率及抗张系数的方法。
该方法适用于除瓦楞纸板外的所有纸和纸板。
四、实验步骤
1.实验材料的切取及处理
(1)取样
试样的切取按GB/T450中的规定进行。
在距平板纸或卷筒纸边缘15mm以上部位一次切取足够数量的试样,以保证纵向和横向各有10个有效的数据。
试样两个边应是平直的,其平行度在0.1mm之内,切口整齐无任何损伤,且试样不允许有任何纸病。
手抄纸样片不受15mm以上限制。
1)试样尺寸
试样宽度可取15mm、25mm或50mm,但常用宽度位15mm,其允许的偏差为+0.2mm和-0.1mm。
2)试样的预处理
试样的温湿处理按GB/T10739中的规定执行,即试样在测定前应进行温湿度处理,其处理条件为:
温度为(23±1)℃,湿度为(50%±2%)RH。
参照GB450-79《纸与纸板平均试样的采取及检验前试样的处理方法》进行试样的选取与预处理。
2.测试
1)接通电源:
开启电源,待机器完成初始化过程后,按除“复位键”外的任意键进入工作状态,预热30min以上。
2)选择夹具:
视试样情况选择上下夹头间的距离,以确保夹样时手部不触及实验部位。
常规试样选用180mm实验长度,实验室手抄纸样片则采用90mm实验长度。
3)选择实验速度:
先做预测实验,按试样的拉断时间调整拉伸运行速度,以保证试样在(20±5)s内断裂。
4)实验报告中若需要给出裂断长、抗张系数和抗张能量吸收指数,则必须在实验前将被测试样的定量值输入系统,否则将不能给出正确的计算值。
5)按“准备键”并夹好第一张试样条,按“测试键”后试验机将自动完成一次测试。
若断裂处距夹头距离小于10mm,则实验数据无效。
如此循环,至一组实验全部测试完毕。
6)删除无效数据后,按“打印键”将实验结果输出。
7)若需要进行下一组测试,测试前应按“内存清除键”,重新开始。
8)实验结束,按“复位键”后关闭电源。
五、实验结果
依据实验要求分别表示出试样纵横向的抗张强度、裂断长、抗张系数、断裂时伸长等测试结果。
实验室手抄纸样片没有方向的区别。
实验精密度的规定见表1。
表1实验精密度的规定
项目
重复性
再现性
范围
2.5~8.0
7~33
平均
4.2
14
1.抗张强度
按下式计算抗张强度,取三位有效数字
(1-1)
式中S-抗张强度,kN/m;
F-平均抗张力,N;
-试样条的宽度,mm。
2.断裂长
按下式和公式1-8计算断裂长。
(1-2)
或
(1-3)
式中-断裂长,km;
S-抗张强度,kN/m;
g-定量,g/m²;
F-平均抗张力,N;
-试样条的宽度,mm。
3.抗张系数
抗张指数按公式1-9和公式1-10计算,并取三位有效数字。
(1-4)
或(1-5)
式中Y-抗张指数,N·m/g;
S-抗张强度,kN/m;
g-定量,g/m²;
F-平均抗张力,N;
-试样条的宽度,mm。
4.断裂时伸长
如果需要,计算式样断裂时平均伸长,以mm表示,然后计算断裂时伸长对试样起始长度百分数(即断裂时伸长率)。
结果取至一位小数。
5.抗张能量吸收
按公式1-11或公式1-12计算抗张能量吸收Z,以J/m²或mJ/m²表示,取三位有效数字,并计算其标准差和变异系数。
(1-6)
或
(1-7)
式中Z-抗张能量吸收,J/m²或mJ/m²;
E-抗张能量,J或mJ;
-试样条的宽度,mm;
-实验前夹头间试样长度,mm。
六、实验报告
(1)实验日期、地点、实验小组成员。
(2)实验样品的情况,如材料的来源、名称、种类、规格、定量等。
(3)实验参照的标准名称、相关的实验原理与方法。
(4)依标准裁取实验样品的尺寸(长度、宽度)、测试方向、数量及预处理条件。
(5)所用实验设备名称、型号、测试速度等实验条件。
(6)报告平均抗张强度、抗张系数、裂断长、平均抗张能量吸收、平均抗张能量吸收指数,均取三位有效数;断裂时平均伸长率,精确至一位小数。
(7)结合所学理论知识分析实验现象,进行实验结果分析与讨论;阐明抗张强度、伸长率的含义,依据学习的理论知识,结合实验结果分析材料的抗张强度、伸长率的纵横向有何差异,并说明原因。
(2)塑料薄膜包装袋热封强度的测定
一、实验目的
通过实验了解测试塑料包装袋热封强度的各要素,掌握塑料薄膜热封加工操作原理及参数控制,学习塑料薄膜热封强度测试操作方法。
二、实验设备
1.热封试验机
热封试验机有三种类型:
气压式热封试验机、凸轮式热封试验机和脉冲热封试验机。
它们能够提供加热温度、热封时间和压力三个热封条件。
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