脆值，也叫易損度，它是產品所能承受的最大加速度值。脆值的大小表示了產品在流通過程中承受外部載荷的能力，一般用重力加速度的倍數G來表示。包裝設計的目的，就是根據被包裝產品脆值的大小，以及包裝件所經受的流通環境條件，選擇適當的緩沖材料對產品加以保護，使產品在流通中所經受的最大加速度值不超過它本身的脆值，由此達到保護產品的目的。因此，準確地測量產品的脆值，對緩沖包裝的設計是非常重要的，它是設計緩沖墊厚度的主要依據。表6-25-21是測定的幾種產品的脆值。

表6-25-21 某些產品的脆值

對于不同的產品，它的脆值各不相同，即使是同類產品，由于質量、形狀、性能上有差別，測得的脆值也不一樣。因此，在有試驗設備的條件下，盡量對每一種產品進行精確的測量，以使所設計的包裝更加經濟合理。

脆值的測試目前有兩種方法，一種是沖擊試驗機法，一種是緩沖跌落法。前者設備先進、結構復雜、測量數據比較準確，但設備昂貴; 后者設備簡單，操作方便，價錢便宜，但測量精度較低。

(一) 用沖擊試驗機測量產品的脆值

1. 試驗方法

利用沖擊試驗機對產品進行沖擊試驗，測得產品的脆值。按照不同的流通環境條件，該試驗分為三種方法。

(1) 方法A——梯形沖擊脈沖試驗法 方法A是應用梯形脈沖對產品進行跌落沖擊，它主要應用于流通中跌落高度不能預先確定，緩沖材料沒有選定，緩沖材料的恢復系數未知的情況。由于梯形沖擊脈沖使產品上產生的沖擊加速度值最大，因而用這種方法試驗是最保守的，但是由于對流通條件不了解，用這種方法測出的脆值用于包裝設計，可以保證包裝的可靠程度。但同時用這種方法可能會引起過剩包裝，使包裝成本提高。

(2) 方法B——半正弦沖擊脈沖試驗法 方法B是利用半正弦波對產品進行沖擊。半正弦波易于產生、容易控制，且與實際流通中的沖擊波形接近，因此用得比較廣泛。這種方法適用于：已知產品在流通中受到的沖擊波類似于半正弦波，已知流通環境中的等效跌落高度和裝卸作業中跌落沖擊的次數，所使用的緩沖材料已定并已知緩沖材料的恢復系數。

(3) 方法C——臨界速度試驗法 方法C用于剛性較大、強度較高、一般可能不需要進行緩沖包裝的產品。用這種方法可以確定產品的臨界速度。臨界速度是指產品在試驗時剛剛出現破損時的速度變化量(沖擊速度與回彈速度絕對值之和)。在這種試驗中既可以用梯形波，也可以用半正弦波，因為臨界速度的大小不受波形的影響。

2.試驗設備

試驗設備為沖擊試驗機。它主要包括放置試驗樣品的滑臺，使滑臺上下運動的導柱、提升裝置、沖擊脈沖程序器以及底座。機器結構示意圖如圖6-25-35所示。

滑臺：滑臺表面要平整，具有足夠的強度和剛度，并通過附加設備使它不發生二次沖擊，滑臺下落過程中不發生旋轉及其他方向的運動。

沖擊脈沖程序器：它用來控制沖擊脈沖的形式，可以是氣壓、液壓結構形式，也可以用橡膠墊結構，通過改變氣體壓力、液體壓力，或改變橡膠墊厚度，來調節所需要的沖擊脈沖的形狀、大小和持續時間。

3. 測試系統

測試系統包括加速度計、放大器、記錄儀、顯示器等。加速度計應剛性地連接在產品的基面上，或安裝在固定產品用的夾具上，如果固定產品的夾具安裝很牢固，不影響對產品的沖擊作用，則加速度計可以安裝在滑臺的臺面上。測量裝置的頻率響應在0.5～1000Hz 之內，測量值的誤差不超過±5%。

圖6-25-35 沖擊試驗機結構示意圖

1—底座 2—沖擊脈沖程序器

3—導柱 4—滑臺 5—試驗樣品

4.試驗樣品的準備及預處理條件

在產品中隨機抽取幾個作為試驗樣品，如果產品批量較大，可以多選幾個以使測量結果更具有代表性。

預處理在標準的溫濕度條件下進行。溫度為(23±2)℃，相對濕度為(50±5)%，放置時間不少于4h。

5.試驗過程

按實際的運輸狀態將試驗樣品放在滑臺上，用固定夾具將試樣緊固，以免影響對產品的沖擊，并防止試樣從滑臺上落下。

如果已知產品的流通中只受一個方向的沖擊，則只需進行一個方向的試驗; 如果在實際流通中沖擊方向是變化的，則必須對產品進行各個方向的沖擊試驗。

(1) 方法A——梯形沖擊脈沖試驗

①首先確定跌落高度：由于該方法用于流通環境未知、緩沖材料未定的情況，所以跌落高度可參考表6-25-22選取。由于運輸環境各不相同，可根據具體情況，選擇一個合適值。

表6-25-22 試驗跌落高度

②調整沖擊試驗機：使它獲得上表所選定的最大速度變化量，如果實際的流通條件與表中所列情況不同，可按下式計算速度變化量：

式中 v——產品的最大速度變化量 (cm/s)

h——設計的跌落高度 (cm)

g——重力加速度，(980cm/s²)

沖擊試驗機的跌落高度不一定與設計的跌落高度相同，如果要計算沖擊脈沖的速度變化可按附錄中 “1”的過程進行。

③調整沖擊試驗機：使它的沖擊加速度達到預定值，該值的大小要低于產品破損時的加速度值，若此值不好確定，則選最大沖擊加速度值為15g。

④調整好機器后進行第一次沖擊：檢查沖擊后記錄下來的波形是否是所期望的，以及最大加速度值和速度變化值; 檢驗產品是否由于沖擊而出現破損或功能上的障礙。

⑤如果產品沒有破損，調整沖擊脈沖程序器：使沖擊試驗機獲得較高的沖擊加速度值。可以通過增大氣缸或油缸的壓力，或改換較薄的橡膠墊來完成，試驗時跌落高度保持不變 (速度變化量不變)。

⑥重復過程④：然后逐漸增加沖擊加速度值，直到產品發生破損為止。出現破損時的最大加速度值就是該產品在這個沖擊方向的脆值，參看圖6-25-36。

(2) 方法B——半正弦沖擊脈沖試驗

圖6-25-36 產品破損邊界曲線

①確定跌落高度(該值已知)：根據跌落高度和緩沖材料的恢復系數計算產品的速度變化量，參考圖6-25-37。

②調整沖擊試驗機：使它產生預定的速度變化值，滑臺的提升高度不一定等于確定的跌落高度; 同時使沖擊試驗機產生預定的加速度值，該值要低于產品發生破損的預定值，如果比值不確定，則最大沖擊加速度可定為15g。

③進行第一次沖擊：沖擊后檢查所記錄的沖擊脈沖值是否是所期望的最大沖擊加速度值和最大速度變化量。該值的計算過程參考附錄中“2”; 同時檢查產品是否發生破損或功能上的障礙。

④調整試驗機：如果產品沒有出現破損，調整試驗機使沖擊加速度值增加而不改變跌落高度，方法同上，重復過程③，使沖擊加速度值逐漸增加，直到產品出現損壞。破損時的最大加速度值即為產品的脆值。

圖6-25-37 跌落高度與速度變化量曲線

(3) 方法C——臨界速度沖擊試驗 如果產品的強度很高，本身不需要進行緩沖包裝，這時產品對沖擊加速度不敏感，它的破損取決于速度變化量，在這種情況下，適宜用這種方法進行試驗。

①如果是在前兩種試驗之一完成以后進行此項試驗，則把試驗機的沖擊加速度值調整到方法B試驗中產品出現破損時的加速度值的兩倍;如果在進行此項試驗之前沒有做以上兩種試驗，則把沖擊加速度值調整到75g，跌落高度定為5～10cm。

②調整好沖擊試驗機后，對試樣進行第一次沖擊，然后檢驗產品是否出現破損。

③如果沒有破損，增大跌落高度繼續試驗，直到產品出現破損為止。

④發生破損后，分析記錄下來的沖擊脈沖波形，用附錄中 “1”或“2”中介紹的方法，計算出該沖擊脈沖的速度變化量，這個值就是產品的臨界速度值。

附錄

1.梯形沖擊脈沖速度變化量

如圖6-25-38所示為沖擊試驗機產生的梯形沖擊脈沖，其速度變化量為該脈沖曲線與水平坐標軸所圍成的面積。為了計算該梯形沖擊脈沖的面積，首先要把脈沖曲線進行整形。取各峰的中點連成一平滑的曲線，如圖中虛線所示。整形后曲線所圍成的面積應與記錄儀記錄下的脈沖曲線圍成的面積相等。要精確的計算速度變化量，需對整形后的脈沖曲線進行積分，積分區間為從脈沖前的0.4T_p到脈沖后的0.1T_p。為簡便起見，可按下式計算速度變化量的近似值：

圖6-25-38 梯形脈沖速度變化

△v=gA_m[(T_R/2)+T_D+(T_F/2)]

式中 △v——梯形沖擊脈沖的速度變化量 (cm/s)

A_m——整形后脈沖最大加速度值g (m/s²)

T_R——上升時間 (s)

T_D——停留時間 (s)

g——重力加速度，980 (cm/s²)

2.半正弦沖擊脈沖速度變化量

半正弦沖擊脈沖速度變化量的計算方法參照圖6-25-39。同樣，首先要對沖擊脈沖曲線進行整形，在各峰之間取中點連成一條平滑的曲線，整形后曲線所圍成的面積應等于原脈沖曲線所圍成的面積。如果精確計算速度變化量，需對整形后的曲線從脈沖前的0.4T_h到脈沖后的0.1T_h進行積分。如果在10%的脈沖高度處劃定脈寬，所得的曲線更接近半正弦波，所以速度的變化量可近似為：

圖6-25-39 半正弦速度變化量

△v=2/πgA_mT_h＝0.637gA_mT_h

式中 T_h——脈沖持續時間 (s)

3. 產品的破損邊界曲線

通過上述方法得出產品破損時的最大加速度值和速度變化量以后，以速度變化量為橫坐標，最大沖擊加速度值為縱坐標，畫出這兩條線，兩條線相交部分用圓弧連接，這條曲線就是該產品在沖擊方面的破損邊界曲線，如圖6-25-39所示。兩條直線所對應的坐標值分別為臨界加速度值 (脆值) 和臨界速度變化量。邊界曲線劃定了兩個區域，曲線右上方為破損區，左下方為非破損區也叫安全區。如果已知產品在流通中受到的沖擊加速度值和速度變化量的交點落在破損區以內，則可判定在流通中產品可能出現破損，否則產品就是安全的，這時可以不采用緩沖包裝。因此，產品的破損邊界曲線可以用于包裝設計。

(二) 用緩沖跌落法測定產品的脆值

另外一種測定脆值的簡易方法是緩沖跌落試驗，它用于試驗設備條件有限、測試精度要求一般的場合。

1.試驗設備

①普通跌落試驗機。

②沖擊面，是一剛性的堅硬的表面，并與沖擊方向垂直。

③測試系統，包括加速度計、信號放大器、記錄儀。把加速度計剛性地連接在產品底部靠近緩沖支撐的部位，記錄儀用來記錄沖擊過程中產品上的沖擊加速度-時間曲線。

2. 試驗方法

(1) 試樣的準備 試驗樣品為簡易的緩沖包裝件，內裝物應該是實際產品而不能用模擬品，但是如果不影響試驗的結果，一些等外品或表面有損傷有缺陷的產品也可以用作試驗樣品。用與實際包裝相同的緩沖材料，做一組厚度不同的緩沖墊，對產品進行簡易的包裝。

(2) 試驗過程 試驗過程如下：

①把產品按實際運輸狀況放在外包裝容器內，第一次試驗，在產品底部放上較厚的襯墊，產品上面加上襯墊使其高度正好達到外箱的頂部，產品四周也放上緩沖材料，以免在試驗中出現移動、回彈或二次沖擊。

②將包裝好的試樣按運輸位置放在跌落試驗機上，由提升裝置提高到預定高度 (一般取460～910mm)，進行第一次跌落沖擊，記錄沖擊過程中的加速度-時間曲線。

③打開包裝檢查產品是否發生損壞，如果沒有損壞，換一較薄的襯墊，重新包裝好，在相同的高度繼續跌落，重復上述過程，直到產品出現破損為止，此時的最大沖擊加速度值即為產品在這個方向的脆值。

重復上述過程，對其他面進行沖擊試驗，可以得到產品其他方向的脆值。每次試驗應更換新的試驗樣品。

(三) 脆值測量實例

我國傳統工藝品唐三彩，在流通過程中破損較多，為了設計出合理的包裝結構，需對唐三彩的脆值進行測量。

已知某廠生產的唐三彩質量為1.2kg，預定采用聚苯乙烯泡沫塑料進行緩沖包裝。現用緩沖跌落法測試該產品的脆值：

①首先制作一組不同厚度的聚苯乙烯泡沫塑料緩沖墊，其厚度分別為5、10、15、20、 25mm。第一次先取25mm的緩沖墊放在外包裝箱底部，然后把加速度計固定在樣品的靠近重心的平整部位，放入箱中，箱子四周及頂部也放上緩沖墊，封好包裝箱。

②將測試儀器接好，測量系統連接框圖如下所示：

③把試驗樣品放在跌落試驗機的臺板上，由提升裝置升至500mm，進行跌落沖擊。

④沖擊完后，打開包裝箱，檢查產品發現沒有破損，更換緩沖墊，在樣品底部換上 20mm厚的襯墊，重新包裝好，仍在500mm高度進行第二次跌落，跌落后檢查內裝物的破損情況。最后在緩沖墊為10mm時，進行第四次跌落沖擊后，檢查出產品出現了破損，在樣品唐三彩馬的腿部位出現了裂縫，此時記錄儀記錄的沖擊加速度值為72g。

隨機抽取另外幾個產品作為試驗樣品，測出這種唐三彩馬的脆值在70g左右。