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1、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日目 录实验一 缓冲包装材料动态压缩特性测试系统设计与实验 1实验二 包装用纸与纸板性能综合实验 4（1）纸和纸板拉伸性能的测定 4（2）塑料薄膜包装袋热封强度的测定 9（3）塑料薄膜拉伸性能的测定 12实验三 包装品冲击跌落综合实验 16实验四 包装材料抗压性能综合实验 19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

2、仪器1DY-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，

3、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GB816787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

4、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：200mm200mmb.重台质量： 10.20kgc.最大跌落高度： 1200mmd.最大跌落质量： 50kge.制动气源压力： 0.6Mpaf.电机功率： 0.25kwg.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”

5、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

6、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

7、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

8、速度：580mm/min。2) 上下夹头间距离：50mm、90mm、100mm、180mm、200mm。3) 测定时间：199s。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

9、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/m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

10、，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

11、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（231），湿度为（50%2%）RH。参照GB 450-79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

12、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（205）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

13、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2.58.0733平均4.2141. 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。

14、 (1-2)或 (1-3)式中 -断裂长，km； S-抗张强度，kN/m； g-定量，g/m ； 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，Nm/g； S-抗张强度，kN/m； g-定量，g/m ； 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/m 或mJ/m 表示，取三

15、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/m 或mJ/m ； 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，

16、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。其中脉冲热封的原理如图1所示。被封材料先被加紧，然后使电阻丝（通常是镍铬合金丝）短时通电，

17、所谓脉冲是指镍铬丝通过电阻或称“焦耳热”得到的能量或热量脉冲；然后热量传送到被封材料上去，在适当的温度下进行热封。可以根据试验条件对通电电压、通电时间、冷却时间、温度及压力进行调剂。2. 小型拉伸试验机如图2所示，适用于塑料薄膜、复合膜、软质包装材料、胶黏带、不干胶、橡胶、纸张纤维等产品的拉伸、剥离、变形、撕裂、热封、黏合、穿刺力、开启力、低速解卷力、拔开力等性能测试。主要技术指标规格500N，精度0.5级，试验速度50、100、150、200、250、300、500mm/min，试验宽度0-30-50mm，行程1000mm，主机外形尺寸450（L）mm450（B）mm1410（H）mm。三、

18、实验原理热封的概念：所谓热封，就是利用外界条件（电加热、高频电压、超声波等）使塑料薄膜的封口部位变成黏流状态，并借助刀具压力，使上下两层薄膜彼此融合为一体，冷却后能保持一定强度，如LDPE、HDPE、LLDPE、PP、OPP、PVC等塑料薄膜的热封合。热封强度：封口受拉伸负荷，直到破裂时，这时的最大负荷（N/15mm），这就是热封强度。热封机热封条件：主要因素是加热温度、热封时间和封合压力。根据材料热封条件的不同，需对热封试验机进行调节。其调节方法为：首先把热封机调节设定的压力，然后把具有一定压力的封刀压在薄膜上；根据热封条件，调节时间继电器至规定时间，控制薄膜热熔时间；把热封器调至合理的温度

19、，确保薄膜充分熔融；最后使热封机按规定的温度、时间、压力进行热封。热封强度试验时，将试样以热封部分为中心，展成180，把试样的两端固定在拉伸试验机上，不断加大拉伸负荷，直到热封部分破裂为止，读出这时的最大载荷（N/15mm），即热封强度。如果热封处未断开，则要重新测试。四、实验样品制备1. 成型塑料袋取样如图3所示，分别在塑料薄膜包装袋侧面、背面、顶部或底部与热合部位垂直方向上任取试样，各自作为相应部位的热合试样。形状与尺寸：试样宽度（150.1）mm，展开长度为（1001）mm，当试样的展开长度小于（1001）mm时，可按图4所示，用玻璃纸黏结带黏在一块与塑料袋相同的材料，以保证所取试样长度

20、为（1001）mm。测出两种不同材料试样厚度。试样数量：两种薄膜，每种各制作5个试样。2. 塑膜热封制样裁剪塑膜宽度为（150.1）mm的条状片，双片热封成标准试样。将热封机的温度、热封压力、热封时间（脉冲封机有压合时间控制，连续封机有皮带转速控制）调节到适合状态，然后封合试样。如果三要素的取值不当，试样将熔穿或封合不紧，应当仔细观察封合后试样封口是否牢固，合格后方可进行强度测试。参考设置方案：对于聚乙烯，热封条件为温度130140，压力约为98Mpa，压紧时间23s。五、封合强度测试实验步骤1. 以试样的热合部位为中心线，展成180。2. 把试样的两端夹在拉伸试验机的两夹具上，应使试样纵轴与

21、上下夹具中心线相重合，并要松紧适宜，以防止试样滑脱和断在夹具内。3. 将夹具距离调为50mm，以（30020）mm/min的试验速度拉伸。4. 不断加大拉伸载荷，直到热封部分破裂为止。5. 读取试样断裂时的最大载荷（N/15mm）即为试样热封强度。如果热封处未断或试样断在夹具内，则要重新测试。注意：试样断裂时的负荷应在机器容量的15%85%范围内，且环境温湿度条件与试样处理条件相同；试样结果以5条试样的算术平均值作为该部位的热合强度，以N/15mm表示；试验机加紧试样两端时，中心要和拉伸方向在同一平面上，试样要在一个平面上移动；试样断裂时，指示的强度误差要小于2%，可参考纸和纸板的拉伸强度方法

22、进行。六、实验报告1. 实验目的。2. 实验设备、试样材料。3. 实验参数：热封温度、压力、脉冲时间、试样尺寸、厚度。4. 热封强度：两种试样，每种平均值。5. 实验结论：包括热封条件参数、热封强度等。（3）塑料薄膜拉伸性能的测定一、实验目的通过实验，了解测试薄膜拉伸性能的实际意义，掌握测试热塑性塑料拉伸性能的原理及方法。二、实验设备1. 实验设备本次实验采用XLW-200型智能电子拉力试验机进行测试，符合GB/T13022中对试验设备的要求，其外形结构如图1所示 图1 智能电子拉力试验机2. 实验材料及其制备实验材料采用的是不同规格的聚乙烯塑料薄膜。（1） 试样形状及尺寸依据材料的特性，GB

23、/T13022中规定了试样的裁取形式有四种，其中、型为哑铃形试样，型为长条型试样。本实验采用型哑铃形取样方式裁取聚乙烯材料，其基本形状及尺寸可参见图2其尺寸为：-标线间距离（400.5）mm；-夹具间初始距离（865）mm；-总长120mm；R-大半径（252）mm；r-小半径（411）mm；d-试样的厚度，mm；b-平行部分宽度（100.5）mm；-端部宽度（250.5）mm。（2） 试样的制备试样应沿样品宽度方向大约等间隔裁取，并用冲片机及专用刀具冲制成所需的哑铃形。裁取的试样应符合边缘平滑无缺口的要求。可用低倍放大镜检查缺口，舍去边缘有缺陷的试样。试样按每个试验方向为一组，每组试样不少于

24、5个。（3） 试样状态调节和试验的标准环境依照国家标准GB/T2918-1998“塑料试样状态调节和试验的标准环境”中规定的标准环境正常偏差范围进行状态调节，时间不少于4h，并在此环境下进行试验。3. 实验辅助设备冲片机、厚度测定仪及专用取样刀具等。三、实验原理拉伸性能测定是指在规定的温度、湿度和实验速度下，在试样上沿纵轴方向施加拉伸载荷使其破坏的过程。拉伸实验是最基本的一种力学性能实验方法。测定塑料、玻璃纤维织物、增强塑料板材和短切玻璃纤维增强塑料的拉伸性能，包括拉伸强度、弹性模量、泊松比、伸长率、应力-应变曲线等。1. 拉伸强度拉伸强度按下式进行计算： (2-1)式中 -拉伸强度，Mpa;

25、 P-破坏载荷（或最大载荷），N； b-试样宽度，mm； h-试样厚度，mm。2. 拉伸破坏（或最大载荷处）的伸长率拉伸破坏（或最大载荷处）的伸长率按下式进行计算： (2-2)式中 -试样拉伸破坏（或最大载荷处）伸长率，%; -试样破坏时（或最大载荷处）标距内伸长量，mm； -测量的标距，mm。3. 拉伸应力-应变曲线玻璃纤维增强塑料拉伸应力-应变曲线由折线组成，折线的拐点出现在强度极限的三分之一处附近，试样拉伸过程达到此处时，可听到有开裂声，并伴随在试样表面上出现白斑。由于折线的存在，就形成了所谓第一弹性模量和第二弹性模量问题。形成第二弹性模量是复合材料的特点，这主要是由于在受力状况下树脂和

26、纤维延伸率不同，在界面处出现开裂（热固性树脂延伸率仅1%左右；玻璃纤维延伸率有碱纤维为2.7%、无碱纤维为3%），此时复合材料中有缺陷的纤维先行断裂，致使纤维总数少于起始状态，相应每根纤维上受力增加，变形也就增加，这是弹性模量降低的缘故。国家标准GB/T13022-1991“塑料-薄膜拉伸性能试验方法”中规定了塑料薄膜和片材拉伸性能试验方法，次方法适用于塑料薄膜和厚度小于1mm的片材，不适用于增强薄膜、微孔片材和膜。四、实验步骤（1）用取样刀具沿样品宽度方向大约等间隔裁取试样若干条，沿纵横向分别用冲片机切取如图2所示的塑料薄膜，每个方向试样不少于5条，并在标准的温湿度条件下处理至平衡或在实验温

27、湿度下放置4h以上。（2）将合格试样编号、画线，并依据国家标准GB/T6672-2001“塑料薄膜与薄片厚度的测定”中的相关规定，测试试样测试段任意三处的厚度，取平均值，精确至0.001mm。（3）依据GB/T6673-2001“塑料薄膜与薄片长度及宽度的测定”中的相关规定，用精确度为0.1mm量具测量试样测试段任意三处的宽度（哑铃形试样中间平行部分宽度也可以用冲刀的相应部分的平均宽度），取算术平均值，精确至0.1mm。（4）打开电源，按“监控键”进入“拉伸强度与变形量”控制界面，按要求及试样情况输入各参数。（5）启动仪器，调节好上下夹头的间距（注意：在上下夹头下降过程中，必须认真观察上夹头与

28、下夹头之间的距离，该距离小于15mm时，应迅速按“停止键”停止下降，否则会造成夹头顶撞，出现仪器损坏的严重事故），夹持试样使其中心线与上下夹具的中心线对准。（6）按动“试验键”，启动仪器进入待机状态，检查试样编号与试样对应后（此时，按动“数加键”可改变试样编号），再按“试验键”则开始一次实验。(7)若试样破坏在明显缺陷处或试样断裂处离夹紧处距离小于10mm则应予作废。重复上述实验过程，至全部试样测试完成。五、结果表示依据要求，记录试样纵横向的抗张强度、应力及裂断时的伸长率，强度、应力取三位有效数字，伸长率取二位有效数字。以每组试样试验结果的算术平均值表示。六、实验报告（1） 实验日期、地点、实

29、验小组成员。（2） 实验材料的名称、种类、形状，实验样品的预处理条件。（3） 实验采用的标准、实验方法与原理。（4） 实验时的温湿度条件。（5） 实验设备的基本情况，如名称、型号、量程、精度、厂家等。（6） 报告试验速度、夹具间距离等主要技术参数。（7） 报告试样纵横向的抗张强度、应力、裂断时的伸长率。（8） 实验现象、实验结果分析与讨论；结合实验现象和已学过理论知识，分析塑料薄膜与纸材料在进行拉伸实验时取样差异的原因。实验三 包装品冲击跌落综合实验一、实验目的通过实验，了解测试材料冲击性能的实际意义，掌握测试原理及方法二、实验原理塑料制品在使用过程中，导致损坏的最普遍原因之一是受到外力的冲击

30、。所以，塑料除需要进行静力实验外，还需要进行动力实验。通常把材料抗御外力冲击损毁的能力称为“韧度”，而冲击强度则是测定韧度的主要指标，它可以理解为试样受冲击破坏时单位面积上所消耗的能量。本实验是在落镖冲击试验机上，用具有一定位能的镖体高速冲击试样，致使试样断裂来测定冲击强度的。国家标准GB/T9639.1-2008“塑料薄膜与薄片抗冲击性能试验方法-自由落镖法-第一部分-梯级法”中规定了在给定高度的自由落镖冲击下，测定塑料薄膜和薄片试样破损数量达到50%时的能量，以冲击破损质量表示，此方法适合于塑料薄膜和厚度小于1mm的薄片。标准中规定了两种试验方法，即A发和B法。A法适合于冲击破损质量为0.

31、052kg的材料，其中镖头半径为R（191）mm，下落高度为（0.660.01）m。B法适合于冲击破损质量为0.32kg的材料，其中镖头半径为R（251）mm，下落高度为（1.500.01）m。材料的质量对不同方法的实验结果影响较大，如试样的质量、质量的均匀度、口型划痕、杂质等因素使得测得数据的置信区间变化较大。同时，材料的抗冲击性能部分取决于材料的厚度，厚度在一定范围内变化时，冲击破损质量不能准确取值，故所取试样的厚度与试样标称的厚度或平均厚度的偏差不能超过10%。三、实验设备及材料1. 实验设备采用CJ-1塑料冲击试验机。其主要由导柱、升降手柄、支架、吸镖电磁铁、镖体、试样夹具、捕捉器、机座、