塑料包裝廢棄物對環(huán)境造成的“白色污染”已經(jīng)越來越引起人們的廣泛關(guān)注。紙漿模塑制品作為典型的綠色包裝材料，從原料、生產(chǎn)工藝到最后的廢棄物的處理方式都充滿了綠色。生產(chǎn)紙漿模塑制品的原料是紙纖維，而且絕大多數(shù)產(chǎn)品用的是廢紙，廢物利用不但減少資源消耗，減少環(huán)境污染，還大大降低成本，這樣既可以節(jié)省資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,又符合國內(nèi)國際包裝工業(yè)材料應(yīng)用發(fā)展的趨勢,因而成為塑料餐具、包裝制品的最佳替代品,紙漿模塑制品蘊(yùn)含著巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,是21世紀(jì)理想的綠色包裝制品。
紙漿模塑制品（Pulp Mould Products）是以一定濃度的紙漿，加入適量化學(xué)助劑在帶有濾網(wǎng)的模具成型機(jī)中通過真空或加壓的方法使纖維均勻分布在模具表面，從而形成具有擬定幾何形狀與尺寸的濕紙模胚，經(jīng)過進(jìn)一步脫水脫模，干燥整飾而成的制品。紙漿模塑制品通常分為兩類；用成品紙漿做原料生產(chǎn)的快餐盒、盤、方便面碗等生活用品類。用廢紙做原料生產(chǎn)的包裝、襯墊、充填材料以替代白色塑料泡沫制的工業(yè)用品。
目前紙漿模塑制品在包裝工業(yè)中的應(yīng)用范圍在逐漸擴(kuò)大。發(fā)展初期，雞蛋托盤，瓶類托盤和水果托盤等淺盤類紙漿模塑制品應(yīng)用較普遍。隨著工藝技術(shù)、加工設(shè)備及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提高，用在工業(yè)產(chǎn)品包裝中的部分或全部緩沖包裝結(jié)構(gòu)形式及起固定作用的包裝結(jié)構(gòu)形式在單體，組合，集合包裝應(yīng)用中，其產(chǎn)品種類不斷增加，使紙漿模塑包裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多種多樣的變化。隨著紙漿模塑技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，紙塑制品不僅僅局限在商品包裝上，現(xiàn)已在農(nóng)業(yè)、快餐具、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用。
紙漿模制品的緩沖結(jié)構(gòu)參數(shù)
要適應(yīng)各種不同形狀尺寸、重量、脆值的被包裝產(chǎn)品的緩沖包裝，紙漿模制品需要以相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式對應(yīng)的幾何形狀和尺寸來滿足這種要求，采用結(jié)構(gòu)參數(shù)表達(dá)緩沖模體經(jīng)受載荷、變形和緩沖性能的相互關(guān)系是建立紙漿模制品緩沖設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。
任何復(fù)雜的緩沖結(jié)構(gòu)體均可以分解成簡單的幾何結(jié)構(gòu)形狀或基本結(jié)構(gòu)形狀的組合，圖1是紙漿模包裝應(yīng)用中常用的基本結(jié)構(gòu)體：方臺、圓臺、三棱臺和階狀體。
已有的研究表明：圓臺的抗壓能力在變形約為7mm時達(dá)到了峰值，然后壓力載荷變化趨于平緩。三棱臺形狀制品所能承受的壓力載荷明顯低于圓臺制品。并且，壓力載荷接下來呈下降趨勢。三棱臺緩沖結(jié)構(gòu)的長寬比變化對其的抗壓能力幾乎沒有影響。
關(guān)于緩沖性能，雖然兩種結(jié)構(gòu)形狀的曲線最小傳遞加速度值幾乎相同，但圓臺形狀制品的緩沖曲線明顯位于右側(cè)，并且開口也更寬。這說明當(dāng)達(dá)到相同的傳遞加速度時，圓臺結(jié)構(gòu)比三棱臺制品能承受更高的靜應(yīng)力，并且所適應(yīng)的靜應(yīng)力范圍也更大。不同長寬比三棱臺結(jié)構(gòu)制品呈現(xiàn)出相同的緩沖曲線，這說明三棱臺長寬比的變化不影響紙漿模塑制品的緩沖效果。
原材料與輔劑和加工工藝確定后，紙漿模制品的緩沖設(shè)計(jì)是根據(jù)被包裝產(chǎn)品的性能與包裝要求，根據(jù)倉儲及運(yùn)輸流通條件來確定紙漿模體的包裝結(jié)構(gòu)形式，選擇基本模體結(jié)構(gòu)并結(jié)合產(chǎn)品形狀來確定紙漿模結(jié)構(gòu)體的變化與組合。模體結(jié)構(gòu)形成、尺寸與形狀變化是以模體結(jié)構(gòu)參數(shù)與緩沖性能之間的關(guān)系為依據(jù)的。結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化會改變緩沖結(jié)構(gòu)體的載荷能力，能量吸收作用及彈性恢復(fù)作用等。
模體基本結(jié)構(gòu)形狀的包裝性能用紙漿模結(jié)構(gòu)緩沖參數(shù)表達(dá)為:
1、模體壁厚
模體壁厚是紙漿模結(jié)構(gòu)緩沖殼體的平均厚度。模體厚度是緩沖結(jié)構(gòu)體承受載荷能力的主要因素之一。當(dāng)成型加工工藝方法與紙漿原料確定后，紙漿模制品的厚度能夠穩(wěn)定在某一厚度范圍上。因加工工藝的差別，模體密度有較大的變化范圍，模體厚度要輔以模體材料平均密度來體現(xiàn)模體結(jié)構(gòu)的緩沖性能。當(dāng)緩沖結(jié)構(gòu)形式和模體形狀確定后，隨著模體厚度的增加其承載能力也隨之增加。調(diào)整模體厚度可以使緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適合不同重量產(chǎn)品的包裝要求。用于工業(yè)品包裝的紙漿模制品的平均厚度范圍在0.2～20mm。
2、模體緩沖高度
模體緩沖高度是指承受載荷模體的兩個承載面之間的最小距離。模體緩沖高度不同于模體的加工高度。包裝產(chǎn)品在流通過程中要經(jīng)受來自各方向的外力并且要滿足棱、角、面各部位動態(tài)側(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，而紙漿模制品加工過程會產(chǎn)生拔模斜度，垂直于出模方向的模體緩沖高度為沿該方向被包裝產(chǎn)品與模體接觸部位到包裝容器內(nèi)壁的最小距離。
緩沖結(jié)構(gòu)體的高度根據(jù)被包裝產(chǎn)品的形狀與重量及運(yùn)輸環(huán)境有很大的變化范圍。當(dāng)其它緩沖結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，結(jié)構(gòu)體高度變化會改變模體的最大承載能力。改變對沖擊振動能量的吸收，影響受載后模體的彈性恢復(fù)作用。根據(jù)被包裝產(chǎn)品的特征，緩沖模體的高度既要提供足夠的緩沖變形空間，又要滿足模體排列所給定的包裝空間。緩沖包裝應(yīng)用中的模體高度多在15～75mm之間，承受載荷的基本結(jié)構(gòu)模體高度過高時，在載荷作用下會產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，無法達(dá)到預(yù)定的緩沖作用。
當(dāng)靜應(yīng)力較低時，紙漿模塑制品的緩沖效果最好，緩沖襯墊的高度變化并沒有多大的影響。隨著靜應(yīng)力的逐漸增加，緩沖距離越高，傳遞加速度值越低，能承受的靜應(yīng)力越高。
3、模體側(cè)壁斜度
結(jié)構(gòu)緩沖的側(cè)壁斜度是模體成型加工過程中出模方向與模體側(cè)壁間的夾角。結(jié)構(gòu)體各壁面的側(cè)壁斜度可以相同，或根據(jù)包裝要求采用不同的側(cè)壁斜度。
緩沖結(jié)構(gòu)體側(cè)壁斜度不僅在成型加工中影響脫模的難易程度和成品率，還直接關(guān)系著結(jié)構(gòu)模體的強(qiáng)度、彈性恢復(fù)作用及模體的排列方式。模體的側(cè)壁斜度較大時，加工過程中易于脫模，但模體的承載能力會隨著側(cè)壁斜度的增加而降低。當(dāng)斜度超過15°時，模體在動態(tài)沖擊作用下有撕裂現(xiàn)象產(chǎn)生，造成緩沖作用失效。對給定的包裝設(shè)計(jì)尺寸，模體的排列數(shù)量隨模體側(cè)壁斜度增加而減少，根據(jù)模體的高度、承載要求和緩沖要求，功能結(jié)構(gòu)模體的側(cè)壁斜度變化范圍從3°～12°，連接結(jié)構(gòu)模體的側(cè)壁斜度無特定要求。用于中、小型工業(yè)品包裝的紙漿模制品的模體側(cè)壁斜度多約為4°左右。
4、承載邊長
緩沖結(jié)構(gòu)體承受載荷的側(cè)壁沿載荷方向的投影長度。由于紙漿模制品是三維殼狀結(jié)構(gòu)，受載結(jié)構(gòu)體無法像實(shí)體緩沖材料如EPS那樣，通過受載方向上的投影面積來計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，從而計(jì)算吸收值和緩沖系數(shù)。采用受載底邊長來表達(dá)結(jié)構(gòu)變化與緩沖性能之間的關(guān)系，易于確定模體的結(jié)構(gòu)形狀和排列方式，受載底邊長對緩沖性能的作用，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀及參數(shù)來確定。
5、過渡圓角半徑
結(jié)構(gòu)體側(cè)壁壁面相交處的圓角半徑。多數(shù)情況下模體的過渡圓角是確定的。圓角半徑一般為3～10mm。過渡圓角半徑對模體的峰值承載能力作用很小，但會改變模體受載初期的初始彈性率和受載變形后的彈性恢復(fù)率。增加過渡圓角會減小初始彈性率，模體的彈性恢復(fù)作用會有小量增加。較大的過渡圓角有利于增加裝箱預(yù)緊力。
6、結(jié)構(gòu)單元數(shù)
緩沖結(jié)構(gòu)單元為n個的紙漿模塑制品所能承受的最大壓力是：緩沖結(jié)構(gòu)單元為一個的紙漿模塑制品所能承受最大壓力的n倍以上。
結(jié)論
紙漿模塑制品的包裝保護(hù)作用關(guān)系著被包裝產(chǎn)品的形狀、重量、放置位置、流通環(huán)節(jié)等多項(xiàng)包裝要求，紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)形式是產(chǎn)品包裝中承載及緩沖防震等包裝性能上的重要因素之一。紙漿模塑制品各結(jié)構(gòu)的緩沖參數(shù)決定著紙漿模制品結(jié)構(gòu)的緩沖性能。通過調(diào)整制品的壁厚、功能結(jié)構(gòu)體的側(cè)壁斜度和受載底邊長可以獲得需要的緩沖包裝要求，模體緩沖結(jié)構(gòu)各參數(shù)有其獨(dú)立的緩沖作用，相互之間又有內(nèi)在關(guān)系，合理利用組合各結(jié)構(gòu)能夠使產(chǎn)品得到有效的緩沖保護(hù)。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)和紙漿模塑制品中的結(jié)構(gòu)要素所具有的包裝功能能夠更好地達(dá)到對不同產(chǎn)品在包裝防護(hù)方面的要求。
和克智 衛(wèi)星華
轉(zhuǎn)載自：廣東包裝-2006年4期
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