2,4. Упаковочные материалы

В зависимости от назначения упаковочные материалы разделя­ют на изолирующие, поглощающие и амортизационные.

Изолирующие материалы служат для защиты грузов от воздей­ствия внешних агрессивных факторов. К таким материалам отно­сятся разнообразные виды бумаги, фольги, полимерных пленок, а также различные их сочетания. Бумажные изолирующие мате­риалы используются в основном для предотвращения проникнове­ния жиров (пергамент, подпергамент, пергамин) и влаги (парафи­нированная, водонепроницаемая, битумная и дегтевая). Битумная и дегтевая бумага имеет ограниченное применение, так как вызы­вает коррозию металлов. Применяются специальные сорта бумаги,

43

такие, как биостойкая и антикоррозионная. Антикоррозионная бу­мага содержит в своем составе особые вещества (ингибиторы), ко­торые связывают кислород и вызывают образование на поверхно­сти металла предохранительного слоя.

Для изоляции продукции от проникновения посторонних запа­хов, жиров и влаги применяется фольга из меди, свинца, алюминия, олова, нержавеющей стали. Фольга используется часто в сочетании с другими различными материалами. В качестве изолирующих ис­пользуются также полимерные пленки. Герметичные чехлы из по­лимерных пленок обеспечивают защиту металлических изделий от коррозии в самых экстремальных климатических условиях при температуре до +60 °С и влажности до 100%. Герметичность обес­печивается сваркой швов упаковки, однако для предотвращения конденсации влаги внутрь упаковки необходимо вкладывать вместе с изделием поглощающие материалы.

Поглощающие материалы используются для поглощения избы­точных паров воздуха, проникающих внутрь упаковки, или для предотвращения распространения внутри упаковки жидкостей, вы­текающих из поврежденной потребительской тары. К таким мате­риалам относятся активированный уголь и силикагель, обладаю­щие высокой гигроскопичностью, и некоторые другие материалы, впитывающие влагу. У силикагеля при упаковке должна быть влажность не более 2%. Если же его влажность выше, необходимо предварительно высушить материалы, а затем расфасовать сили­кагель в тканевые мешочки массой 1 кг и в таком виде укладывать в упаковку. Общая масса силикагеля, необходимая для осушения избыточных паров, зависит от площади поверхности груза.

Амортизационные материалы обеспечивают сохранность изде­лий при ударах, вибрации, трении выступающих частей изделия о внутренние поверхности транспортной тары и других нагрузках. Требования к амортизационным материалам следующие: неболь­шая объемная масса, достаточная механическая прочность, мини­мальная остаточная деформация, возникающая в результате дей­ствия механических нагрузок, негигроскопичность и химическая инертность, отсутствие абразивных свойств, низкая стоимость и простота изготовления.

Характеристика амортизационных материалов. Каждый вид амортизационных материалов имеет свои специфические свойства, определяющие условия использования и ограничивающие сферу применения.

Древесная стружка обладает высокой эластичностью, исполь­зуется для амортизации тяжелых предметов, однако ее упругие свойства нестабильны, они зависят от влажности. Оптимальная влажность древесной стружки составляет 12—18%. При большей влажности стружка теряет эластичность, а при меньшей ломается и пылит. Кроме того, древесная стружка может содержать смо­листые вещества, вызывающие коррозию.

44

Войлок и шерсть отличаются достаточной упругостью, хорошо сопротивляются повторным деформациям, но, гигроскопичны, под­вержены гниению и поражению насекомыми.

Стекловолокно обладает наибольшей упругостью, негипроско-пично, не подвержено сгоранию, но характеризуется высокой абра-зивностью, что значительно ограничивает сферу его применения.

Бумага и картон — наиболее распространенные виды амортизи­рующих материалов. Они легко принимают нужную форму, стои­мость их производства относительно невелика, хорошо амортизи­руют легкие изделия, применяются для упаковывания пищевых, парфюмерных, медицинских и других грузов, но боятся сырости,, при повторном использовании теряют упругие свойства.

Пенистые полимеры являются наиболее перспективными амор­тизаторами. Среди них необходимо выделить пенополистирол, амортизирующий и теплоизолирующий материал с микроячеистой структурой. Плотность пенополистирола 25 кг/м³. Он обладает большой механической прочностью, стоек к влаге, низким темпера­турам, не дает пыли, но при повторных нагрузках изменяет свои амортизационные свойства. Применяются также пенополиуретан, пенополиэтилен, велофлекс и др., отвечающие всем современным требованиям, но обладающие пока высокой стоимостью. Свойства пенистых амортизационных материалов достаточно хорошо изуче­ны, разработаны методики расчета прокладок из указанных мате­риалов.

Динамическая характеристика амортизационных материалов. При перевозке различными видами транспорта, хранении на скла­де в штабелях, выполнении погрузочно-разгрузочных работ систе­ма «изделие — упаковка» подвергается воздействию различных видов нагрузок, ударов и вибрации.

Практика показала, что наиболее опасными нагрузками, дей­ствующими на систему ««изделие — амортизация — тара» в процес­се доставки от изготовителя до потребителя, являются удары. Нормативные воздействия нагрузок на тару и груз при различных условиях перевозки и перегрузки следующие:

Условия перевозок и перегрузок Величина нагруз­ки, доли g

Перемещение по железной дороге 2,0 Воздействия при соударении же­ лезнодорожных вагонов 3,0

Перемещение автотранспортом:

по асфальтовому покрытию. . . 1,0—1,5

» грунтовой дороге. ..... 3,5

Перемещение морским транспортом 1,0

» авиатранспортом . . 2,0—5.0 Воздействия при выполнении гру­ зовых операций 2,0—5,0

Удары при падении 25,0 и более

45

Выбор амортизационного материа­ла для конкретных условий работы осуществляется на основе его дина­мической характеристики, определяе­мой специальными испытаниями. В процессе испытания имитируется па­дение груза (молота) переменной мас­сы на подкладку из амортизационно­го материала. По результатам испы­таний строится график зависимостей ударной перегрузки от статической нагрузки. Эта зависимость и является динамической характеристикой амор­тизационного материала. Кривая, вы­ражающая зависимость «ударная перегрузка — статическая на-прузка», представляет характерную вогнутую форму (рис. 2.3) с ярко выраженным минимумом.

При малой массе молот (левая ветвь динамической кривой) создает на амортизаторе нагрузку меньшей величины по сравне­нию с необходимой для того, чтобы, преодолев упругие силы мате­риала, деформировать его на значительную величину (происходит отскок); возникают значительные ударные перегрузки. С увеличе­нием массы молота деформация материала увеличивается и, нако­нец, достигает такой величины, при которой материал обнаружи­вает наилучшие амортизационные свойства. Эта нагрузка соответ­ствует минимуму динамической кривой.

При дальнейшем увеличении массы молота возрастает остаточ­ная деформация. Вследствие сильного сжатия материал начинает терять свои амортизационные свойства, ударные перегрузки вновь увеличиваются (правая ветвь кривой). Таким образом, зона мини­мума кривой (динамической характеристики) соответствует опти­мальным условиям работы испытываемого материала.

Расчет параметров амортизирующих прокладок. Пусть изделие с массой Q и площадью опнрания S требует защиты от ударов в процессе выполнения погрузочно-разгрузочных работ. При этом известно, что само изделие может выдерживать максимальную перегрузку П_доп, а максимальная высота его падения Я.

Для защиты указанного изделия используются специальные прокладки из амортизационных материалов, динамические харак­теристики которых описываются выражением [18]

а_г И

ЛВ

где Л — ударная перегрузка, доли g\

С — статическое давление изделия на прокладку, Н/см²; h — высота прокладки, см; ось аз — размерные постоянные величины, характеризующие ударозащит-ные свойства материала, Н/см², см^а/Н; од — коэффициент амортизации.

Выбор амортизационного материала определяется условием

"min^ "доп.

где tfmin — минимальное значение ударной перегрузки, которое может обеспе­чить амортизационный материал определенного вида в заданных условиях.

Минимальное значение ударной перегрузки

—с ТГ^+аз(—) ~°\

Значение статического давления, которое минимизирует функ­ цию (2.4),

/>*=Л/Я А/бй/б₃'.

Минимальное значение ударной перегрузки находим* подстав­ляя в выражение (2.4) вместо С значение Р*. После подстановок и преобразований получим

где А — обобщенный коэффициент амортизации:

-4=0^+2 V б,б₃ ·

Таким образом, если Япип^Ядоп, амортизационный материал данного вида может быть использован для изготовления про­кладок.

Толщина прокладки уточняется при условии:

/7т1п=/7доп; к = АН/П_п0ц. (2.5)

Площадь прокладки определяется из условия обеспечения опти­мального значения статического давления от массы изделия на

прокладку:

P*=h/HY Oi/o, =Q/S_np, где Sbp — площадь амортизирующей прокладки.

Тогда S=Q#/(Ay<xi/a3), или с учетом выражения (2.5)

где At — размерная постоянная величина, характеризующая свойства аморти­зационного материала, см²/Н:

А у Oi/Оз

Полученная площадь прокладки 5_Пр сравнивается с площадью опирания груза S. Если S/2^S_np^S, то прокладку изготовляют площадью Sap и располагают ее под центром тяжести груза; если S_np>5, то следует выбрать другой материал и повторить расчет.

По проведенным расчетам конструируют прокладки, произво­дят упаковку изделия и ударные испытания. Кроме того, оценива­ют виброзащитные свойства упаковки с амортизирующими про­кладками по методике, установленной соответствующими стан­дартами.