包装件在流通过程中，要经历运输、装卸、搬运和仓储等环节，在这些环节中都有可能因冲击和振动给产品带来危害。缓冲（防冲击）及防振包装技术就是要确保产品在运输过程中不致因冲击和振动而破损，从而避免经济和功能上的损失。对于危险产品，还要妥善包装以保障人员及财产的安全。

运输包装学（又称包装动力学，因其主要研究的是包装力学问题而得名）就是一门专门研究产品及其包装在动态载荷（冲击与振动）作用下的运动规律、损坏形式及其防护方法的科学。

运输包装的研究，为揭示产品包装在流通环境中的运动规律，合理地进行包装结构设计、保护产品、减少包装损失提供理论依据，它是包装工程学科的一个重要组成部分。

（一）产品的脆值与破损

1.产品脆值

脆值是产品经受冲击和振动时用以表示其强度的定量指标。从量值上讲，脆值定义为在产品不发生物理或功能损伤的情况下所能承受的最大加速度值，一般用重力加速度的倍数G来表示，即产品的脆值等于产品破损前的临界加速度与g（重力加速度）的比值Gc。脆值越大，表示产品对外力的承受能力越强；反之，则意味着产品对外力的承受能力越差，在设计防振包装时，可以选择刚度大些的材料。因此，在不影响产品性能的条件下，提高产品的脆值，可以简化防振包装，节约缓冲材料，降低包装成本。

2.产品的破损

破损是指产品的物理或功能损伤。一般认为，由于运输、装卸和储存不当而使产品丧失了合格品质量指标之一的就叫破损。

由于损坏的性质和程度不同，破损可分为以下三种。

（1）失效。又称严重破损，指产品已经丧失使用功能且不可逆转，不可恢复；

（2）失灵。这是轻微破损，指产品功能虽已丧失或部分丧失，但可以恢复；

（3）商业性破损。主要指不影响产品使用功能而仅在外观上造成的破损。虽可使用，但产品的价值降低了。

因各种内外部因素的不同，不同的产品表现出不同的破损特性，如乒乓球落在水泥地面会弹跳，而玻璃杯却破碎了；同样一只玻璃杯，跌落高度不同破损结果不同；同样的跌落高度，空载的杯和满载的杯，破损情况也不相同；同样是空载，跌落姿态不一样，结果又不相同；有缓冲防护和没有缓冲防护，破损结果也不相同。

上述例子说明，产品的破损一方面受其固有属性（材质、结构、比重等）影响，另一方面又受外部环境、工况的影响。产品这种受内外因素影响而产生破损的特性，称为易损性；脆值是定量描述这种特性的量值，所以脆值又称作易损度。

3.许用脆值

许用脆值的定义是：根据产品的脆值，考虑到产品的价值、强度偏差、重要程度等而规定的产品的许用最大加速度值，以[G]表示。有：

n 称为安全系数。安全系数的选择涉及正确处理产品安全性与包装经济性的关系问题。

4.最大加速度

产品在受到任何冲击（比如跌落）时，不论冲击强弱，在整个冲击过程中，都有一个最大加速度。最大加速度依赖于跌落高度H。H相同时，传递到产品上的最大加速度还与所选的缓冲材料的力学特性有关。

以Gm来代表最大加速度与g的比值。Gm决定于冲击速度、缓冲材料和产品重量等。而Gc决定于产品。产品一定，在同一方向上的脆值一般相同。缓冲包装设计中要求：

式（4-2）表示产品的易损度对环境条件的要求。而缓冲包装的目的之一就是通过选择合适的缓冲包装材料，确定合理的缓冲包装结构，从而满足上面的公式。

综上所述，我们可以将产品破损的原因归结为三个方面。

①流通环境的外部影响—人为的、非人为的外力影响（由于运输、装卸和储存不当而产生）；

②产品本身抵御外力的能力—产品的强度、刚度、易损度（脆值）等；

③包装的缓冲保护能力—缓冲材料的性能、缓冲结构的合理性等。

（二）缓冲材料的缓冲系数及其性能评价

为了达到保护产品的目的，在产品受到冲击或振动时，必须使用缓冲材料进行缓冲保护，通过缓冲材料的变形减小冲击或振动带来的影响。定义：

C为缓冲系数，其中σ为应力，E为材料变形时吸收的能量。这个公式表示，材料在变形时吸收的能量越大，则缓冲系数越小；材料的应力越小，则缓冲系数越小。而缓冲材料的最大应力：

式中 W—产品质量；

A—缓冲承载面积；

G—冲击加速度。

则有缓冲材料的厚度计算公式：(www.daowen.com)

式中 H—跌落高度；

Gm—产品的脆值（易损度）。

这是进行缓冲计算的两个基本公式。

表征缓冲材料性能的参数有很多，一般有以下评价指标。

（1）冲击能量的吸收性。

设计时要选择冲击能量吸收性合适的缓冲材料。一般弹性大的硬性材料，具有较大的冲击能量吸收性，适合用于产品重量大、受冲击力较大的场合；弹性小的柔软材料，适合用于产品比重小、受冲击力较小的场合。

（2）振动能量的吸收性。

缓冲材料对振动的传递与材料的成分、密度、工艺条件和温度有关，但主要与材料的阻尼有关，阻尼将环境对材料的振动能量转化为热能和塑性形变能，达到对振动能量的衰减。通常，阻尼越大，对振动能量的衰减越大。

（3）回弹性。

缓冲材料受冲击和振动后，具备的恢复原来尺寸和形状的能力，称为回弹性。回弹性较好的缓冲材料在受到冲击或振动变形后，能恢复到原来的尺寸和形状，并呈现出不松散的稳定状态。回弹性较差的材料经过几次冲击作用之后，结构尺寸变化较大，不仅影响缓冲性能，另外，尺寸的变小使包装容器与内装物产生空隙，易发生二次冲击，从而增加产品破损的可能性。因此，为增加材料的回弹性，在使用前对材料进行预处理，使之发生塑性变形，避免了材料使用时在初始外力作用下所产生的永久变形。

（4）蠕变性。

蠕变是指缓冲材料在受到静外力作用下，随着时间的延长其变形相应增大的一种现象。蠕变不仅与材料的性能有关，还与外力的大小、作用力时间长短及环境温度有关，因此，在包装件的流通过程中，缓冲材料的蠕变是不可避免的。蠕变会使材料的尺寸减小，从而使包装件内部产生空隙，导致产品破损率增加。因此在设计时，应将蠕变所产生的尺寸变化考虑进去，或者采用具有良好抗蠕变性能的缓冲材料。

除了上述评价指标之外，还有一些其他性能，如温度稳定性、湿度稳定性、耐破损性、化学稳定性、物理相容性、环境相容性、经济性、可回收利用性等。

（三）缓冲包装的五步设计方法

谈到缓冲包装设计，不能不讲到国际包装界通用的缓冲包装设计五步法。它是1945年美国人R.D.闵德林在他的博士论文中提出来的，经过20世纪60～80年代的不断深化与改进，现在，缓冲包装设计方法已经被正式列入美国《冲击与振动工程手册》、美国《试验与材料学会标准（ASTM）》。20世纪70年代末，我国部分高校开始研究包装动力学及其应用，我国国家标准GB 8166—1987《缓冲包装设计方法》也是以缓冲包装设计五步方法为基础的。缓冲包装设计五步法指出，在进行缓冲包装设计时必须遵循以下步骤。

（1）确定产品的流通条件（冲击振动情况），包括力学环境条件（搬运、装卸、运输、储存）、生化环境条件、气候条件等；

（2）确定产品的力学特性（G值及其他特性），包括产品损坏边界曲线、产品的固有频率、产品的抗压强度等；

（3）选择缓冲材料（选材，利用材料的缓冲系数C及其特性曲线）；

（4）缓冲衬垫及缓冲方案的设计（计算厚度H、面积A及结构，校核）；

（5）包装件与材料试验（在规定条件下进行试验）。

美国Lansmont公司提出了缓冲包装设计六步法，进一步完善了上述五步法，并给出了每一步应当贯彻的ASTM标准。六步法是在包装件与包装材料试验之前增加了一个改进包装产品设计的环节。

（四）防振包装

汽车、火车、飞机、船舶等交通运输工具在运行时，因受到路面状况、发动机振动、空中气流、水面风浪等因素的影响而产生上下左右的颠簸和摇晃，从而导致包装件的振动。虽然振动时产生的冲击加速度不大，但当该振动的频率接近产品的固有频率时，就会产生共振，易导致产品破损。此外，长期的振动会使产品产生疲劳损坏，也会造成产品与包装容器的摩擦而产生损伤。因此产品的防振包装不容忽视。

防振包装设计的原理是通过调节包装件的固有频率，并且选择恰当的阻尼材料，把包装系统对振动的传递率控制在预定的范围内。具体来说，可以通过改变缓冲衬垫的材质、密度和几何尺寸来控制包装系统的振动传递率，以避免发生共振。

由于缓冲材料一般都具有阻尼特性，因而缓冲衬垫都具有隔振或防振的作用。所以，在进行缓冲包装设计时一般遵循先进行缓冲设计，然后再对其防振能力进行校核的基本原则。

除前述几种包装技术以外，还有涉及产品保护的其他包装技术，如防静电包装技术、保鲜包装技术、防氧包装技术和防锈包装技术等，限于篇幅，本课程从略。

这里，我们可以简要总结出所谓专用包装技术的研究内容和步骤。

（1）讨论产品保护的要求与质量标准；

（2）研究产品损坏或变质的原因；

（3）研究防止产品损坏的技术或条件；

（4）研究实现这些技术的措施或工艺手段。