运输包装实验总体介绍

运输包装试验总体介绍

一、运输包装试验的目的

运输包装研究产品在流通过程中发生破损的机理，以及避免破损而应采取的技术措施。其研究内容不仅包括包装件的动力学行为、缓冲包装材料力学性能、产品的脆值理论、缓冲包装的基本原理和设计方法，还包括流通环境条件参数的测定、缓冲包装材料性能的测试、产品的脆值的测试、包装件缓冲性能和缓冲包装设计的评价等试验内容。在缓冲包装设计过程中，由于产品种类繁多，结构复杂，加之所选用的缓冲材料本构关系复杂（具有非线性、粘弹性特征），因而通过理论计算解决产品在流通中的振动与冲击问题是非常困难的，甚至是不可能的；所以目前缓冲包装的设计方法主要采用以包装动力学为理论基础、以实验室试验为重要手段的实用型设计方法。通过试验，可以研究产品在流通过程中发生破损的机理以及确定产品的耐冲击、振动能力；可以获得缓冲材料的缓冲特性，为缓冲包装结构设计提供基础数据。通过对包装件进行模拟流通过程的各种性能试验，能够评价缓冲包装件是否会发生破损、破损程度以及查找破损的影响因素；考察是否存在包装不足或包装过分的情况，获得包装件的改进信息，比较不同包装的优劣，达到优化包装的目的。同时，通过试验测试，也可以检验包装件及包装材料是否符合有关标准、规定和法规。因此，运输包装试验在缓冲材料特性、产品破损机理、包装件动力学行为等的研究领域，以及在缓冲包装性能的评价方面都发挥了十分重要的作用。

二、运输包装试验内容

运输包装试验一般包括流通环境条件参数的测定与评价、产品脆值测定试验、缓冲材料性能测试和缓冲包装件性能测试等内容。

1．流通环境条件参数的测定与评价

产品运输环境信息是其包装设计的重要依据，如果不了解真实的运输环境情况，就难以

保证产品包装的适度，如果“欠包装”，极易造成产品的破损；如果“过包装”，则会造成包装的浪费。只有对产品流通中各种不利因素做出了正确而深入的分析归纳，才能设计出合理的包装。虽然流通环境复杂，危险因素较难精确预测，但借助现代化的测试技术和统计方法，掌握产品流通过程的一般规律是完全可能的。

目前，流通环境状况监测研究与应用受到重视，积极倡导“从实际环境监测到实验室模拟（Field to Lab ）”的试验测试理念。从实际环境监测和记录入手，定量地采集产品在实际运输和使用过程中的环境数据，从而可以精确、完整地显示产品所遇到的动态环境，对当前流通环境做出分析和评估，确定出导致产品损坏的最严酷的动态环境影响。然后充分利用实际环境中所记录到的环境参数数据，将数据输入到包装测试设备中，在实验室中再现流通环境，对包装件进行实验室的模拟试验，评价包装的性能。通过这样的试验，使包装件具有良好的环境适应性，达到科学设计、适度包装。

随着微电子技术和计算机技术的发展，综合性的物流环

境参数测试记录仪器应运而生，它可以作到体积小、功能强、

记录数据海量、高度智能化的程度，是测量流通环境条件参

数非常理想的测试仪器。例如，美国蓝斯蒙特（Lansmont ）

公司生产的物流环境测试记录仪（SA VER?，如图7-1所示），

能记录与分析跌落高度、冲击、振动、温度、湿度、时间等环境参数；内置三轴加速度计和温度、湿度计；加速度量程为200g ；频率范围为0.5～2560Hz ；可与产品一同放于包装内，连续记录90天的环境条件信号。借助先进测量仪器的应用，有望改变以往根据标准来评估自己产品的传统方法，通过利用自己产品实际的运输情况，制定出更适合于自己产品的包装标准。

对物流环境的判定主要是考察产品在流通环节中会遇到哪些危险情况及危险的程度。具体流通环境条件参数的测试包括如下内容：

图7-1物流环境参数记录仪

（1）气候环境参数测试

包括温度、湿度、低气压、气压变化、风速、辐射、降雨等参数测试。

（2）生物化学环境参数测试

①生物环境条件参数：植物群、动物群。

②化学活性物质参数：海盐、二氧化硫、硫化氢、二氧化氮、臭氧、氯化氢、氟化氢、氨。

（3）机械活性物质测试

包括空气中含砂量、灰尘沉降量等参数测试。

（4）机械环境参数测试

包括正弦振动、平稳随机振动、非稳态振动(包括冲击)、自由跌落、倾倒、倾斜、颠簸、稳态加速度、静负载测试。

2．产品脆值测定试验

（1）用垂直冲击试验机测定产品脆值

（2）使用缓冲包装材料用跌落试验机测定产品脆值

（3）产品冲击响应谱测量

通过扫频试验或不同参数的半正弦脉冲冲击试验，确定易损件在从低频到高频的各个频率下出现破损的最大加速度，即为产品冲击响应谱的脆值。冲击响应谱分析技术越来越受到包装学科的关注，这种分析技术的引入，更符合包装件动力学行为的实际情况，是破解传统保守脆值评价方法的有力工具。

3．缓冲包装材料力学性能测试

（1）静态压缩试验

获得缓冲材料的压缩应力—应变曲线和静态压缩残余应变；绘制出材料的缓冲系数—最大应力(C-σm)曲线和缓冲系数—应变(C-ε)曲线；用于评定缓冲材料的缓冲性能。

（2）动态压缩试验

获得材料的最大加速度—静应力（G m—σst）曲线和动态缓冲系数—最大应力（C—σm）曲线；用于评定缓冲材料的动态缓冲性能。

（3）蠕变与回弹性试验

可以测定缓冲材料的蠕变率和回弹率；用于评定缓冲材料的蠕变与回弹性能。

（4）振动传递特性试验

可以测定缓冲材料的振动传递率；用于评定缓冲材料的振动传递特性。

4．运输包装件性能测试

（1）静态性能测试

包括堆码试验、压力试验和夹持试验。用于评定包装件抵抗压力的能力及包装对产品的保护能力。

（2）冲击试验

用于评定包装件抵抗各种冲击的能力及包装对产品的缓冲能力。具体试验项目如下：

①跌落试验

包括自由跌落、转动跌落、倾翻试验。

②水平冲击试验

包括斜面冲击、吊摆冲击、可控水平冲击试验。

（3）振动试验

用于评定包装件抵抗振动的能力及包装抗振性能。具体试验项目如下：

包括定频振动试验、扫频振动试验、随机振动试验。

三、运输包装相关试验标准简介及应用

1．试验标准简介

由于全球经济一体化发展迅猛，各种商品需要全球性跨地域流通，因此包括我国国家标

准在内，还有多种国外先进的标准都在实际试验测试项目中得到了广泛应用。这些标准具体为：中国国家标准GB/T 4857系列等、国际标准ISO 4180系列等、欧洲标准EN 22248等、美国材料与试验学会标准ASTM D-4169系列等、国际安全运输委员会标准ISTA标准、美国联邦标准FED标准、国际电工委员会标准IEC 60068系列。

（1）国家标准

我国参照ISO标准等，先后于1984年—2003年制定了一系列运输包装件基本试验方法标准。这些标准包括了产品脆值测定、缓冲包装材料力学性能测试、运输包装件压力、冲击和振动测试等试验方法。其中“运输包装件的随机振动试验方法”发布较晚，是2003年制定完成的。这些标准主要集中于GB/T 4857系列。

（2）ISO标准

国际标准化组织(International Organization for Standardization)简称ISO，其成员由来自世界上100多个国家的国家标准化团体组成，代表中国参加ISO的国家机构是中国国家技术监督局(CSBTS)。该组织的第122技术委员会为包装技术委员会，负责制定包装国际标准，协调世界范围内的包装标准化工作，及与其它国际性组织合作研究有关包装标准化问题。在技术上ISO标准仅保持在一般或平均化，大多数国家（75%以上）可接受的水平。ISO标准的作用是有限的，对出口到目标国的最终产品的技术性指标还应依据目标国的标准，因为此类标准ISO可能不涉及，即使是涉及了，也不一定适用。目前该标准中涉及包装问题的标准有300多项。如ISO 4180系列、2872-2876、2244、2247、2248、8318等。

（3）EN标准

EN标准即为欧洲标准，是欧洲标准化委员会(CEN)采用的技术规格。EN标准是以德国DIN标准和英国BS标准为基础的，代表着国际上最为先进和严格的标准体系（ISO标准既要考虑工业水平较发达的国家的要求，也要照顾亚洲和非洲等发展中国家的实际水平，所以ISO标准一般要比EN或BS、DIN标准低一些）。该标准中与包装有关的标准有：EN 13193

包装和环境；EN 13427包装现场和包装废弃物；EN 22876运输包装滚动试验；EN 22248 运输包装跌落冲击试验；EN ISO 8318可变频的正弦振动试验；EN ISO 13355随机垂直振动试验等。

（4）ASTM标准

ASTM标准是美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials）的标准。ASTM有来自100多个国家超过32,000名会员，他们是制造商、用户、消费者、政府代表和学者。ASTM的标准为130多个行业的制造、采购、规范的制定奠定了基础。它所提供的标准已在全球范围内被采用，并广泛地用于科研、开发、产品测试、质量体系和商业贸易。现有正式标准和暂行标准约8万多，共分七大类。其中D类、F类中有许多关于包装件的试验标准。

（5）ISTA标准

ISTA(International Safe Transit Association)，即国际安全运输协会，是一个国际性的非牟利组织。ISTA是行业内不同研究方向的专家组成的联盟，有产品制造商、运输公司、零售商、包装供应商、测试实验室、高等院校和专业研究机构共同组成。它一直致力于协助会员开发有效的包装测试、测试方法、物流系统等，以提高产品的运输包装安全性能，从而防止或减少产品的在运输和搬运过程中遇到的损失。该组织已经发布了一系列的标准以及测试程序和测试项目等文件，作为对运输包装的安全性能进行评估的统一依据。目前，ISTA研究开发了一系列适用于缓冲包装件的运输包装性能测试与评估技术，分为7个系列试验。对于每个特定的缓冲包装件的运输包装性能测试与评估，除依据对运输环境的了解程度外，还应该以平衡技术、经济和环境等因素的综合效益为依据，合理地选择测试技术。

①系列1：非模拟完整性能测试（Non-Simulation Integrity Performance Tests）

该系列的运输包装性能测试与评估技术，测试过程最简单、试验费用最低，其基本模式中的典型要求是对缓冲包装件进行自由跌落试验、冲击和振动试验，一些实验室测试大纲还

增补了压力性能测试。该系列试验方法适合对运输环境了解甚少的情况，甚至没有考虑产品包装的结构、组成、价值、运输数量、运输方式等因素，所以该测试技术的优化性能差，不能满足对缓冲包装件的包装费用、性能和环境影响的最优化要求，属于基本的缓冲包装件的运输包装性能测试方法。

②系列2：部分模拟性能测试（Partial Simulation Performance Tests）

它是介于系列1和系列3之间的测试技术，在非模拟完整性能测试技术基础上，包括了一部分模拟运输环境试验。

③系列3：综合模拟性能测试（General Simulation Performance Tests）

测试大纲中所包含的试验等级和参数，与相关的试验标准、计算结果、已了解的包装形式和环境危害相一致；实验室试验的顺序类似于实际流通环境中的危害因素顺序，并能够依据经验数据在实验室内进行整个流通环境的模拟试验。该系列标准考虑到了包装和流通环境的特殊性，可获得良好的测试与评估效果。与非模拟完整性能测试技术相比较，综合模拟性能测试技术费用较高，操作复杂耗时，对实验设备工具的投入显著增加，需要较多地测试系统。

④系列4：加强模拟性能测试（Enhanced Simulation Performance T ests）

该系列只有4AB一项试验，是一种基于计算机辅助和互联网的运输包装性能测试与评估技术，目前处于开发阶段。

⑤系列5：集中模拟性能测试（Focused Simulation Performance T ests）

通过现场数据测试，从实际运输环境中采集数据，定量描述这些流通环境危害因素的量值和其它条件，使实验室的试验成为真实环境的模拟试验。

⑥系列6：会员级特殊性能测试方法（Member Performance Tests）

该系列是由ISTA会员为满足自身特殊需要而提出的试验方法。没有ISTA统一的标准。

⑦系列7：研发性测试（Development T ests）

该系列包括7A、7B、7C、7D四个测试项目，用于运输包装的研发试验。

（6）FED标准

FED标准是美国联邦标准。该标准包含了包装件及包装材料性能的试验方法，对跌落试验、压力试验、冲击试验和振动试验均作了详细规定。

（7）IEC标准

IEC是国际电工委员会（International Electrotechnical Commission）的缩写。正式成立于1906年，是世界上成立最早的专门国际标准化机构。IEC下设技术委员会（TC）、技术委员会分会（SC）和工作组（WG）。每一个技术委员会负责一个专业的技术标准编制工作，其工作范围由执行委员会指定。共制定标准6000多个，其中IEC 60068系列为基本环境试验。

2．试验标准应用

现在很多优秀的中国企业和国际企业对缓冲包装的检测都有一套相对科学、严格的标准，主要是根据产品最终到达的目标国或目标用户的技术性指标要求，而采用目前先进、通用的国际性标准进行试验。下面给出一些试验项目采用国际性标准的情况。

（1）环境试验及预处理

①温湿度环境试验：IEC 60068-2-1（低温试验）；IEC 60068-2-30（循环湿热试验）。

②温湿度预处理试验：GB/T 4857.2；ISO 2233；ASTM D 4332。

（2）振动试验

①定频振动试验：GB/T 4857.7；I SO 2247；ASTM D 999。

②扫频振动：GB/T 4857.10；I SO 8318；ASTM D 3580。

③随机振动试验：GB/T 4857.23；I SO 13355；ASTM D 4728。

（3）冲击试验

①自由跌落试验：GB/T 4857.5；I SO 2248；ASTM D 5276。

②转动跌落试验：GB/T 5398（适合包装件质量500 20000㎏）；ASTM D 6179（适合

包装件质量大于45㎏）。

③倾翻试验：GB/T 4857.14；I SO 8768；ASTM D 6179。

④水平冲击试验

试验方法：GB/T 4857.11；I SO 2244；ASTM D 880。

试验强度：GB/T4857.18；ASTM D 4169。

⑤可控水平冲击试验：GB/ T4857.15；ASTM D 4003。

（4）压力堆码试验

主要应用标准：GB/T 4857.3；GB/T 4857.4；GB/T 4857.16；I SO 12048；ASTM D 642。

（5）产品脆值试验

主要应用标准：GB/T 15099；GB/T 8171；ASTM D 3332。

四、本课程安排的试验内容

实验一瓦楞纸箱抗压强度试验

实验二包装件跌落试验

实验三运输包装件正弦定频振动试验

实验四运输包装件正弦扫频振动试验

实验五用冲击试验机测定产品脆值