Đường cong đệm (cushion curve): cách tính diện tích đỡ và chọn độ dày xốp EPS

Khi thiết kế xốp định hình chống sốc, câu hỏi hay gặp nhất là: đệm dày bao nhiêu, và cho sản phẩm tựa vào xốp trên diện tích bao nhiêu? Nhiều bộ xốp được vẽ theo cảm giác, rồi sửa dần sau mỗi lần thử thả rơi hỏng. Có một công cụ giúp bắt đầu đúng hơn: đường cong đệm, hay cushion curve.

Bài này giải thích đường cong đệm cho kỹ sư bao bì và người mua có kỹ thuật: nó biểu diễn gì, vì sao đỡ quá rộng hay quá hẹp đều kém, và cách đọc để chọn diện tích đỡ và độ dày. Bài dùng công thức chữ và không đưa giá trị cụ thể, vì giá trị chỉ đúng với loại xốp đã được đo.

Đường cong đệm là gì

Đường cong đệm là đồ thị của một vật liệu đệm ở một tỷ trọng, một độ dày và một độ cao rơi xác định. Trục ngang là ứng suất tĩnh mà sản phẩm đè lên đệm. Trục dọc là gia tốc đỉnh mà sản phẩm chịu khi rơi, thường ghi theo đơn vị G. Đường cong thấp nghĩa là sản phẩm chịu va đập nhẹ hơn. Các đường cong này được đo bằng cách thả một khối nặng lên mẫu đệm phẳng, theo các phương pháp thử như ASTM D1596 (phương pháp thử đặc tính đệm chống sốc động của vật liệu bao bì), thường cho cú rơi đầu tiên và cho các cú rơi lặp lại.

Một bộ đường cong đầy đủ gồm nhiều đường cho nhiều độ dày ở cùng một độ cao rơi. Muốn dùng, cần đúng bộ đường cong của đúng loại xốp, đúng tỷ trọng.

Ứng suất tĩnh = W / A

Ứng suất tĩnh là tải của sản phẩm chia cho diện tích xốp đỡ sản phẩm trên mặt đang xét:

ứng suất tĩnh σ = W / A

Trong đó W là trọng lượng sản phẩm dồn lên mặt đó, A là tổng diện tích tiếp xúc thật giữa xốp và sản phẩm. A không phải diện tích đáy thùng, cũng không phải diện tích bộ xốp, mà chỉ là phần xốp thật sự chạm và đỡ sản phẩm. Ví dụ bằng chữ: nếu đáy sản phẩm tựa lên N miếng đệm, mỗi miếng có diện tích a, thì A = N × a và σ = W / (N × a). Muốn đổi σ, chỉ cần đổi số miếng hoặc kích thước mỗi miếng. Đơn vị của W và A phải khớp với đơn vị trên đường cong đang dùng.

Khi sản phẩm rơi theo mặt khác, như mặt bên hay mặt trên, phải tính A riêng cho mặt đó. Mỗi mặt có diện tích đỡ riêng và có thể cần thiết kế riêng.

Vì sao đường cong có hình chữ U

Vì vậy nhiều xốp hơn không có nghĩa là bảo vệ tốt hơn. Một bộ xốp đỡ kín cả đáy sản phẩm có thể làm sản phẩm chịu va đập mạnh hơn một bộ chỉ đỡ ở vài miếng đệm được tính đúng. Ở chiều ngược lại, khi diện tích đỡ co lại thành một mép hay một chân nhọn, ứng suất vượt xa đường cong, xốp bị ấn thủng; trường hợp đó được nói trong bài xốp định hình cho hàng cạnh sắc, chân nhọn.

Đọc đường cong để chọn diện tích và độ dày

1. Biết sản phẩm chịu được bao nhiêu. Cần giá trị gia tốc tối đa sản phẩm chịu được, gọi là Gc, từ nhà sản xuất sản phẩm hoặc từ thử nghiệm độ bền va đập. Không có Gc thì đường cong không có ngưỡng để so.
2. Chọn độ cao rơi thiết kế theo tiêu chuẩn thử mà khách dùng, thường phụ thuộc khối lượng kiện và cách vận chuyển.
3. Lấy bộ đường cong của đúng loại xốp, đúng tỷ trọng, đúng độ cao rơi đó. Cách chọn tỷ trọng có trong bài tỷ trọng xốp định hình.
4. Tìm độ dày mỏng nhất có một đoạn đường cong nằm dưới Gc, có chừa hệ số an toàn. Đọc khoảng ứng suất σmin đến σmax của đoạn đó.
5. Tính diện tích đỡ: A nằm trong khoảng W / σmax đến W / σmin, ưu tiên gần điểm thấp nhất của đường cong.
6. Kiểm rơi lặp lại. Xốp EPS bị ép vỡ một phần sau va đập và hồi lại hạn chế, nên đường cong của các cú rơi sau thường cao hơn cú đầu. Nếu kiện phải chịu nhiều cú rơi, dùng đường cong rơi lặp.
7. Kiểm hình học: miếng đệm quá mảnh so với chiều dày có thể bị oằn, ngã thay vì nén thẳng; góc và cạnh rơi có diện tích tiếp xúc khác mặt phẳng.
8. Xác nhận bằng thử thả rơi trên mẫu thật, như trong bài thử nghiệm thả rơi bao bì xốp định hình.

Ứng suất tĩnh còn phải đủ thấp cho tải đứng lâu dài khi chồng kho, nếu không xốp có thể lún dần theo thời gian; phần này được nói trong bài sức chịu nén xốp định hình EPS.

Những giới hạn cần biết

• Đường cong đo trên mẫu phẳng, rơi phẳng. Kiện thật rơi cả góc, cạnh, và diện tích tiếp xúc thay đổi khi xốp lún.
• Sản phẩm thật không cứng tuyệt đối; vỏ, chân, giá đỡ bên trong có thể làm gia tốc tại linh kiện khác với gia tốc đo ở vỏ.
• Thùng carton, lớp lót và khe hở trong kiện đều góp phần vào kết quả.
• Đường cong của một nguồn không áp dụng nguyên cho xốp khác, vì loại hạt, tỷ trọng thật và độ kết dính hạt khác nhau.

Vì vậy đường cong đệm là điểm xuất phát để vẽ bản đầu tiên, không thay được thử nghiệm. Bài này không đưa giá trị G hay ứng suất cụ thể; khi cần số liệu, nên lấy đường cong đã đo cho đúng loại xốp và xác nhận bằng thử trên mẫu. Nếu bạn đang chuẩn bị đặt xốp định hình lần đầu và chưa rõ cần hỏi nhà cung cấp những gì, xem bài mua xốp định hình lần đầu.

Mốp Xốp Minh Phát đúc xốp định hình theo bản vẽ hoặc mẫu tại nhà máy ở Bến Cát, gần các khu công nghiệp Bình Dương, và cho khách duyệt mẫu trước khi sản xuất hàng loạt để khách tự thử theo tiêu chuẩn của mình. Mẫu xốp cho đồ gốm có ở trang xốp định hình bảo vệ đồ gốm.

Gửi gì để được tư vấn

Gửi bản vẽ hoặc ảnh/mẫu sản phẩm, kích thước và khối lượng, tỷ trọng nếu đã biết, độ cao rơi hoặc tiêu chuẩn thử đang dùng, số lượng mỗi đợt, địa chỉ giao và ngày cần hàng qua trang liên hệ để Minh Phát tư vấn.

Câu hỏi thường gặp

Không có đường cong đệm thì thiết kế thế nào?

Vẫn thiết kế được bằng cách làm mẫu và thử thả rơi, điều chỉnh diện tích đỡ và độ dày qua từng vòng. Đường cong đệm chỉ giúp vòng đầu gần đúng hơn.

Có nên đỡ kín toàn bộ đáy sản phẩm cho chắc?

Không hẳn. Đỡ quá rộng làm ứng suất tĩnh thấp, xốp lún ít và sản phẩm có thể chịu va đập mạnh hơn. Diện tích đỡ nên được tính theo W / A và kiểm bằng thử mẫu.

Đường cong đệm có dùng được cho tải chồng kho không?

Không. Đường cong đệm nói về va đập khi rơi. Tải đứng lâu dài khi chồng kho cần kiểm theo sức chịu nén và độ lún theo thời gian.