一, Стандарт испытаний: параллельный международный и внутренний двойной путь
Чтобы убедиться, что результаты соответствуют отраслевым стандартам, упаковка из формованной целлюлозы должна быть проверена на сжатие с использованием как международных, так и национальных стандартов.
1. Набор международных стандартов
ISO 12048: описывает метод испытания упаковки на статическое сжатие, который подходит для проверки прочности на сжатие транспортной упаковки, когда она штабелируется.
ASTM D642 — это стандарт Американского общества измерений и материалов, который охватывает измерение прочности упаковочных материалов на сжатие как при статических, так и при динамических нагрузках.
ISTA 3A – это стандарт Международной ассоциации безопасного транспорта для логистики электронной-торговли. Он имитирует вибрацию, удары и давление штабелирования во время реальной перевозки.
2. Внутренняя стандартная система GB/T 4857.4 аналогична стандарту ISO 12048. Она описывает метод испытаний на статическое сжатие транспортной упаковки и устанавливает основные параметры, включая скорость испытания и метод нагружения давлением.
GB/T 36787-2018: Общие технические стандарты для формованных изделий из целлюлозы, предполагающие максимальные значения важных показателей, включая прочность на сжатие и деформацию.
QB/T 4765-2014: Улучшить рекомендации по подготовке образцов и оценке результатов испытаний на сжатие определенных продуктов, например лотков для яиц.
3. Приложение к бизнес-стандартам
Некоторые компании устанавливают свои собственные стандарты в зависимости от особенностей своей продукции, например:
Apple: При моделировании трех-высоты штабеля (около 1,8 метра) упаковка не должна быть каким-либо образом повреждена и деформироваться не более чем на 3 % от исходной высоты.
Lenovo Group: Для упаковки мобильного телефона со складным экраном требуется динамическое пиковое давление при ударном испытании не менее 1500 Н. Это сделано для того, чтобы амортизирующая конструкция могла хорошо поглощать энергию при падении телефона.
2. Испытательное оборудование: настройка всей цепочки от базовой до высокой-точности.
Для проведения испытаний на сжатие вам понадобится профессиональное оборудование. Некоторые из наиболее важных из них — это машины для испытаний под давлением, коробки для моделирования окружающей среды и дополнительные измерительные инструменты.
1. Машина для оценки давления
Типы: электронная универсальная машина для испытания материалов (для статических испытаний) и машина для испытания на сжатие упаковки (для динамического моделирования штабелирования).
Требования к параметрам:
Диапазон нагрузки: 0–100 кН, чего достаточно для проверки всего: от небольших лотков для яиц (требующих 500 Н) до больших ящиков для бытовой техники (требующих более 10 кН).
Скорость загрузки: для статических испытаний она обычно составляет 10 мм/мин, но для динамических испытаний ее можно изменить в зависимости от ситуации (например, при моделировании быстрого перемещения она может достигать 50 мм/мин).
Правильность: погрешность датчика давления меньше или равна ± 1%, а погрешность системы измерения смещения меньше или равна 0,1 мм.
2. Коробка, имитирующая окружающую среду
Функция: следите за уровнем температуры и влажности и наблюдайте, как материалы ведут себя в различных условиях.
Требования к параметрам:
Диапазон температур составляет от -40 до 120 градусов Цельсия, что подходит как для транспортировки в холодильной цепи, так и для хранения при высоких температурах.
Уровень влажности может составлять от 10% до 95% относительной влажности, что имитирует влияние влажной среды на поглощение воды пульпой.
Стабильность: температура может меняться не более чем на ± 1 градус, а влажность - не более чем на ± 2% относительной влажности.
3. Дополнительные измерительные приборы
Используйте штангенциркуль, чтобы проверить изменение размера выборки и убедиться, что погрешности по длине, ширине и высоте не превышают 1 мм.
Линейка уровня: убедитесь, что образец расположен прямо вверх и вниз, чтобы избежать неравномерного приложения силы, которое может привести к заниженным результатам теста.
Измеритель влажности. Проверьте влажность в помещении, где происходит пред-обработка, чтобы убедиться, что она соответствует приемлемым требованиям.
3. Процедура тестирования: стандартизированные шаги от подготовки образцов до получения результатов.
Стресс-тестирование должно следовать определенным правилам, чтобы гарантировать возможность отслеживания данных и надежность результатов.
1. Подготовка образца
Количество: случайным образом выберите 3–5 образцов из одной партии, чтобы гарантировать отсутствие повреждений, искажений или дефектов соединения.
Перед обработкой:
Контроль температуры и влажности: поместите его в комнату с температурой 23 градуса ± 1 градус и относительной влажностью 50% ± 2% на 24 часа, как указано в GB/T 4857.2.
Наполнение контента. Наполните утяжеляющие блоки (например, песком, гравием, металлическими блоками) амортизирующими материалами (например, пузырчатой пленкой и обрезками бумаги), чтобы воссоздать реальные-жизненные ситуации.
2. Калибровка оборудования
Калибровка датчика давления: используйте стандартные гири, чтобы проверить правильность нагрузки.
Проверка параллельности прижимной пластины: Во избежание локальной концентрации давления убедитесь, что поверхность контакта между прижимной пластиной и образцом параллельна с точностью до 1 мм.
3. Проведение теста
Размещение образца: поместите образец в середину нажимной пластины под оборудованием для испытаний на сжатие и с помощью линейки убедитесь, что он прямой (отклонение меньше или равно 1 градусу).
Тест на загрузку:
Тест, который не движется: Нагружайте со скоростью 10 мм/мин и записывайте значения давления до тех пор, пока первый странный шум, нарушение угла и перемещение нажимной пластины не достигнут 2% от первоначальной высоты.
Динамическое тестирование: создайте сценарии штабелирования, поддерживайте нагрузку при заданном давлении (например, в 1,5 раза превышающем прогнозируемую нагрузку, установленную требованиями компании) или полностью уничтожьте образец.
Сбор данных: регистрация в-времени времени испытания (с), смещения нажимной пластины (мм) и значений давления (Н или кПа).
4. Оценка результатов
Требования к квалификации:
Деформация: ISTA 3A гласит, что высота исходного предмета не должна изменяться более чем на 3% и что не должно быть никаких функциональных повреждений (например, разрушение коробки или видимость содержимого).
Коэффициент давления разрушения представляет собой отношение давления в момент разрушения к проектируемой нагрузке штабеля. Для безопасности оно должно быть не менее 1,5.
анализ данных
Прочность на сжатие (F): наибольшее значение давления, измеренное во время испытания, которое представляет собой среднее значение (F ˉ) и стандартное отклонение (σ) нескольких образцов.
Удельная прочность на сжатие — это отношение прочности на сжатие к весу упаковки (Н/кг). Она используется для сравнения эффективности работы различных конструкций упаковки.
Кривая деформации давлением: обратите внимание на стадию упругости (жесткость), точку текучести (точку, в которой наиболее вероятно разрушение конструкции) и точку разрушения (точку, в которой конструкция больше не может удерживать вес).
4. Практический пример: замкнутый цикл от тестирования к оптимизации: практика.
Например, в первоначальном дизайне упаковки для смартфона определенной марки использовался лоток, изготовленный на 100% из выжимок сахарного тростника. В ходе тестирования были замечены следующие проблемы:
Проблема: при моделировании трехслойной укладки углы поддона развалились, деформируясь на 4,5 % от первоначальной высоты, что превышает обычный предел компании в 3 %.
Анализ: Волокна жома сахарного тростника короткие (0,8–2,5 мм) и плохо соединяются, из-за чего края и углы при сжатии становятся слабыми.
Конструктивный уровень: Лоток не имеет ребер жесткости, поэтому в углах возникает напряжение.
План оптимизации:
Чтобы сделать материал качественнее, добавьте 2% древесной массы хвойных пород (длина волокон 2,56–4,08 мм), чтобы волокна стали прочнее при переплетении.
Структурная оптимизация. Чтобы распределить давление, добавьте L-образные бумажные ребра жесткости к четырем углам лотка.
Измените процесс: поднимите температуру формы до 180 градусов, чтобы волокна склеились; увеличьте продолжительность формования до 120 секунд, чтобы волокна достаточно высохли.
Проверка эффекта: после оптимизации деформация лотка снизилась до 2,8%, а его прочность на сжатие увеличилась на 35% при тех же условиях испытаний. Это соответствовало стандартам компании по сертификации.
