开题报告
聚乙烯泡沫塑料的缓冲性能分析
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2010年4月
1、论文结构
1.1 总体结构的设想
论文的总体结构将如下安排：
（1）介绍聚乙烯泡沫塑料及其相关产品的生产现状，综述聚乙烯泡沫塑料在包装行业中的应用，分析聚乙烯泡沫塑料的国内外研究进展及发展前景。
（2）通过聚乙烯泡沫塑料的动态冲击实验，分析最大加速度与聚乙烯泡沫塑料的应力之间的关系[1]，研究聚乙烯泡沫塑料的缓冲性能。
（3）研究聚乙烯泡沫塑料的结构特征和力学性能的关系，分析影响聚乙烯泡沫塑料基本力学性能的因素，指出对缓冲包装的指导意义。
论文章节如下：
1 导言
2 泡沫塑料的国内外的研究情况
2.1 国内泡沫塑料性能研究情况
2.2 国外泡沫塑料性能研究情况
2.3 主要存在问题分析
2.4 主要设计内容
3 常规缓冲材料
3.1 缓冲包装的要求
3.2 缓冲材料的类型
4 聚乙烯泡沫塑料的现况
4.1 聚乙烯泡沫塑料概况
4.2 聚乙烯泡沫塑料的生产合成
4.3 聚乙烯泡沫塑料的性能
4.4 聚乙烯泡沫塑料的优点
4.5 聚乙烯泡沫塑料产品的主要用途
4.6 聚乙烯泡沫塑料的发展前景展望
5 聚乙烯泡沫塑料动态缓冲试验
5.1 性能测试标准选取
5.2 性能测试设备及试样制备
5.3 聚乙烯泡沫塑料动态压缩性能测试
6 影响聚乙烯泡沫塑料动态压缩性能因素的分析
6.1 厚度对聚乙烯泡沫塑料的影响
6.2 密度对聚乙烯泡沫塑料的影响
6.3 横纵向对聚乙烯泡沫塑料的影响
7 结论
1.2 主要解决的问题
（1）研究聚乙烯泡沫塑料缓冲性能的实验方法，阐述实验所需设备的型号、试样尺寸、试验环境（温湿度）、重锤的重量和跌落高度。
（2）研究聚乙烯泡沫塑料的缓冲性能：对聚乙烯泡沫塑料试样进行动态缓冲性能实验，通过实验数据分析聚乙烯泡沫塑料的厚度、密度、纤维取向等参数与最大加速度-静应力的关系，为包装设计提供依据。
1.3 主要工作
（1）查阅相关课题研究文献和各项实验标准，设计聚乙烯泡沫塑料缓冲性能的实验方法。设计课题需要实验的步骤和方法，熟悉实验设备，准备实验样品，为实验做好准备工作。
（2）制取实验测试用的聚乙烯泡沫塑料试样，进行动态跌落实验，获得有效的实验数据。分析和处理实验数据，获得聚乙烯泡沫塑料的最大加速度-静应力曲线。
（3）通过用聚乙烯泡沫塑料的动态跌落实验，建立聚乙烯泡沫塑料的厚度、密度、纤维取向等参数与缓冲性能的关系，为天津赛闻工业公司等企业的包装设计提供技术参考。
1.4 预期的创新点
（1）按照国家标准实验方法，通过对聚乙烯泡沫塑料进行动态跌落试验，获得材料的最大加速度—应力曲线，了解聚乙烯泡沫塑料的缓冲性能，为聚乙烯泡沫塑料在缓冲包装领域的应用提供技术资料。
（2）研究聚乙烯泡沫塑料的厚度、密度、纤维取向等参数与最大加速度—应力曲线的关系，掌握聚乙烯泡沫塑料材料的缓冲性能，为缓冲包装设计提供技术指导，这对聚乙烯泡沫塑料的发展有重要意义。
2、文献综述
2.1 国内的泡沫塑料性能研究现状
国内对泡沫塑料力学行为的研究开始与80年代中期，由于未受到应有的重视，所以这方面的研究工作报道很少，多数研究结果也不涉及较深的力学问题。卢子兴等于1992年开始对聚氨酯泡沫塑料的力学性能进行实验研究，并在理论方面进行了一些探索性工作，取得了可喜的结果和进展。主要工作包括：对注射成型聚氨酯泡沫塑料进行了扫描电镜分析，得到了Dawson[2]等人基本一致的结果，但发现当密度为0.5g/mm3左右时，泡沫塑料胞体之间仍存在相互连通的现象[3]，对较高密度硬质聚氨酯泡沫塑料（密度为0.5g/mm3；0.5g/mm3），进行了Instron低速压缩[4，5]、落锤冲击实验[6，7]，研究了材料的应变率效应等力学性能，得到一些重要的实验现象和资料。并且试验后对泡沫塑料试件又进行了扫描电镜测试，分析了泡沫塑料的破坏机理[8]。基于前人的工作提出对已有一些各向异性模型的修正，考虑了支柱横向尺寸对力学各向异性的影响[9]。向红等[10]求解出泡沫塑料试件受冲击的压力、变形、加载速度及应力应变关系，得到了相当准确的结果。同时，系统地阐述了粘性对泡沫塑料冲击试验的影响，为其工程应用提供了理论依据。平幼妹和余本农[11]研究了加载速度对两种缓冲包装材料（聚苯乙烯和聚乙烯泡沫塑料）静态压缩特性的影响，实验结果表明：当应变速度在一定范围内变化时，此类材料与时间有关的应力可分离为一个时间函数与应变函数的乘积。此外分析表明：测定此类材料的静态压缩特性时，加载速度在一定范围内的变化对实验结果的影响可以略去不计。
2.2国外的泡沫塑料性能研究现状
回顾泡沫塑料力学研究的历史，在大量使用泡沫塑料作为缓冲包装材料之前人们就开始研究其缓冲性能。泡沫塑料力学性能的研究起始于Gent和Thomas的奠基性工作[12]，他们在1959年的著名论著中首先研究了这类材料的力学行为。Gent和Thomas的工作对以后泡沫塑料力学性能的研究产生了深远的影响，这不仅表现Gent和Thomas模型导致了一些后继性工作的产生， Lederman[13]在Gent和Thomas工作的基础上，考虑了泡沫塑料额外的胞体几何参数及胞体结构取向对材料拉伸模量的影响，得到了包括大应变效应的开孔泡沫塑料应力－应变模型； Green[14]等用实验研究了硬质、半硬质聚氨酯泡沫塑料的静、动态力学性能，得到一系列重要结论；Schwaber[15],Cousins[16]和Richardson[17]等在讨论泡沫塑料的抗冲击性能和吸能特性时也考虑了泡沫塑料的应变率效应；泡沫塑料的各向异性问题也有许多人研究。随着泡沫塑料应用领域的扩大，泡沫塑料的断裂力学性能的研究也成为人们关注的一个热点问题，主要工作有Fowlkes[18]、Anderton[19]等人的结果。在泡沫塑料力学性能的研究中，提出描述不同密度泡沫塑料的力学模型。
2.3聚乙烯泡沫塑料的性能
聚乙烯泡沫塑料在包装上广泛用于精密仪器仪表、家用电器、玻璃和陶瓷制品、工艺品、贵重物品等的缓冲包装；可制成缓冲衬垫，作为包装内衬材料；也可制成缓冲袋、缓冲板箱等包装容器；还可制成冷冻食品和热食品的绝热容器等。主要性能如下[20]：
（1）压缩性能：聚乙烯泡沫塑料的压缩强度高于软质聚酯类聚氨酯泡沫塑料，而低于聚苯乙烯泡沫塑料，属半硬性泡沫塑料。聚乙烯泡沫塑料耐反复压缩性能优良，经105次压缩（每次压缩变形量为50%）后，永久变形量为15%左右，压缩强度（变形25%）的变化也相当小。这说明聚乙烯泡沫塑料是理想的包装材料。聚乙烯泡沫塑料的缺点是压缩力撤除后不立即复原，放置一星期后才能回复原始状态。
(2）水蒸气透过率：聚乙烯泡沫塑料的水蒸气透过率远远低于聚苯乙烯和硬质聚氨酯泡沫塑料。
（3）热性能：聚乙烯泡沫塑料的热导率与聚苯乙烯和硬质聚氨酯泡沫塑料大致相同。它的最高使用温度为80℃，超过此温度则逐渐收缩，短时使用温度为100℃。离低使用温度为—84℃，但此时泡沫塑料变脆。
（4）吸水性：聚乙烯泡沫塑料的吸水性低于聚苯乙烯泡沫塑料。
（5）耐化学药品性[22]：聚乙烯泡沫塑料耐化学性能优良，长期浸泡于四氯化碳、芳香烃、汽油或其他类似物质中，稍溶账。长期浸于酸、碱中，无任何影响，强度也不变。
（6）耐老化性能：交联聚乙烯泡沫塑料的耐老化性能优良。
2.4 聚乙烯泡沫塑料产品的主要用途[23]
（1）IT 电脑产业
缓冲材料电脑主机, 副机, 包装;液晶显示器;数字时代高科技仪表( 电子、医药) ;空调器, 打印机, 复印机。
（2）产品包装领域
玻璃瓶等易碎物品的包装;复合板用缓冲材料;家用电器保护材料;打火机、钟表、万年笔保护材料;各种容器用内装材料;护边角。
（3）体育、杂货领域
作救生筏、救生圈、救生衣，也可用鱼网浮球、踢水板、冲浪板、游泳比赛浮力水线, 浮子;体育管席子;各种教材玩具;各种地浮物理材料;帽子内衬;相包内衬。
（4）汽车, 轮船领域
保温隔热材料;吸音, 缓冲材料;浮力材料;空调系统;火车天棚材料;冷冻车, 活鲜车隔热内衬材料;液化汽储存库隔热材料, 特殊库房地板。
（5）隔热工业领域
冷暖房机器, 冰箱, 冷库, 隔热材料;水管防冷材料;录音机纸管缓冲材料;太阳能保温材料;太阳能热水器隔热材料。
（6）建筑、土木工程领域
屋顶折板隔热;防水层保护材料土木建材, 各种基础材料; 壁材, 壁纸材;床垫材料;防冷片材, 地震缓冲材料( 高大厦,原子力, 火力发电厂) ;道路, 线路防冷材料, 喷泥防水材料。聚乙烯泡沫塑料片材, 是新一代高性能环保型防水材料的保护层。它是聚乙烯经过改性后进行化学交联发泡的闭孔式独立气泡结构的新型材料。
2.5 聚乙烯泡沫塑料的发展前景展望
目前广泛使用的泡沫塑料主要是聚苯乙烯和聚氨酯泡沫塑料[24]。这些非降解材料全世界产量已经超过一千万吨。我国产量也将达百万吨，并将继续增长。但正受到西方“绿色壁垒”的严重障碍，因此我国对聚乙烯泡沫塑料包装材料提出了特别迫切的需求。
随着国民经济的快速发展，国内家电等企业的出口额剧增，鉴于包装材料的性能未能达到国际相关法规的要求，“绿色壁垒”正渐渐成为国内制造业扩大出口的一大障碍。据不完全统计，我国每年受“绿色壁垒”影响的出口产品约有200多亿美元。2007-2010年是中国聚乙烯泡沫塑料消费高峰期。中国石油和化学工业协会信息部有关人士近日表示，到2010年，我国聚乙烯需求量达到1414万吨，其中LDPE将达290万吨、LLDPE将达486万吨、HDPE将达638万吨，同时国内自给率也将提升到75%。影响聚乙烯消费的主要因素是良好的经济增长状况。随着国民经济快速发展，我国聚乙烯消费增长非常快。1995年全国聚乙烯消费量仅约355万吨，2006年达到了1092万吨。预计未来我国聚乙烯供给能力也将大幅提高，2008-2010年中石油和中石化将分别在独山子、天津、镇海、成都等地建设聚乙烯装置，到2010年全国新增聚乙烯产能将达265万吨／年。
未来几年我国经济仍将保持稳步增长，各行业对管材、薄膜、编织袋、电缆料、中空容器、周转箱等制品需求旺盛，从而带动聚乙烯和聚乙烯泡沫塑料的消费量增长[25]。另外，国内首个塑料期货品种LLDPE在大商所上市，也将为我国聚乙烯产业链发展增添动力。
参考文献
[1]王瑞栋．包装动力学与结构设计[M].重庆：重庆大学出版社，1993.
[2] J．R． Dawson, J．B．Shortall.．The microstructure of rigid polyurethane foams［Ｊ］．Journal of Materials Science． 1982，17(1)：220-224．
[3]卢子兴，李怀祥，田常津.聚氨酯泡沫塑料胞体结构特性的确定［Ｊ］.高分子材料科学与工程.1995,11(2):86-91