柚子皮仿生材料

由图 4.10 可以看出仿生多层缓冲材料的应力应变曲线与添加 1.5% 发泡剂的单层缓冲材料相近，但在应变较小时多层缓冲材料与单层发泡 材料在相同应变下所承受的应力基本相同，而当应变较大时多层缓冲材 料的应力更大。
根据拟合的 AC 添 加量分别为 1%， 1.5%，2%的单层 缓冲材料的公式， 按自个单独发泡时 的厚度比例对在同 一应力下的应变值 进行划分，得到它 们串联后的一条多 层应力应变曲线如 图 4.16。从图中可 以看出实际测量值 与通过上述方式计 算出的曲线相似度 很高，特别是在应 变较小的情况下。
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性能测试
外观综合评价：发泡体是否有塌陷，内部是否发泡均匀，
有无大的空洞，外观评价首先决定制备方法是否可行。
密度测试：植物纤维发泡缓冲材料的缓冲性能在很大程度上
取决于其表观密度。密度是评价发泡缓冲材料最直观的途径。 而通常植物纤维制备的材料中密度较高的较硬不易变形，密 度较低的弹性较好。
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柚子皮结构
根据文献记载，柚子皮一般在 1-2 厘米厚，分为外，中，内三层，其中我们日常食用 过程中首先剥离的是它的外果皮和中果皮。
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柚子皮结构
中果皮排列结构呈现网络状，结构松散，具有大量空隙。而从 (b)中可以看 到在网络状结构中，内部存在着细小的维管束起到了增强结构，增加互相连接的 作用。
选 取 原 因
研究证明了 柚子中果皮 是一种孔径 大小具有连 续变化的特 点的缓冲材 料，由外到 内，孔径逐 渐变大。
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1、组成材料的选择
由于柚子中果皮的结构特点
以及组成成分与植物纤维类 缓冲发泡材料相类似，而且
根据参考其他类型发
泡材料的模型，以及 缓冲设计思路。简化 了柚子皮的结构模型， 将孔径大小比确定为
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分层发泡材料的缓冲性能
在制备的分层发泡材料上切取适当大小的切片观察孔洞结构。其结构如图 4.9 所示。 纤维呈现网络状结构排列， 与柚子皮中的纤维排列相同。 最小气泡层的孔洞大小小于中 等气泡层的孔洞大小小于最大 气泡层的孔洞大小，这与当初 的设想相同。 多层发泡试样各层所用的纸 浆为 20g，加入羧甲基纤维素的 量为 4g。每层所用发泡剂的量 分别为 0.2g，0.3g，0.4g。其 到孔径大小具有明显的变化， 而平均孔径分别为 0.518mm， 1.016mm，2.273mm。在孔径 比方面满足了设计要求。
通过对发泡剂用量分别为 1%、1.5%、2%单层的缓冲材料 的应力应变关系进行公示拟合，而后绘出了串联后的理论应 力应变曲线，与实际制得的多层缓冲材料相似度很高。
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展望
通过仿生柚子中果皮结构 制备的多层缓冲包装材料在包 装小型物品方面具有良好的效 果。但在制备的过程中，还存 在着气体渗透现象，从而使得 制品的性能不是很稳定；同时， 由于设备与时间原因，本文未 对新型材料的动态缓冲效果进 行研究。在后续过程中，可针 对这些方面进行更全面的研究， 让该材料能早日投入生产应用 中去。
生材料，它是仿生学中一个重
要组成部分。
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包装用结构仿生材料研究进展
• 由于结构仿生材料兴起的时间相对来说比较晚，而且 在最近的几十年才引起了研究人员的更多关注，其应用在 包装上的实例不多，但其中的佼佼者——蜂窝纸板，却凭 借它出色的性能与相对便宜的价格在现代的物品流通过程 中起到了不可或缺的作用。 • 很多研究者也对苹果皮经行了深入的研究，发现苹果 皮拥有多层结构，外层主要起到了保持水分的作用而内层 中含有大量的类黄酮物质起到了抗氧化的作用。因此在这 种研究的基础上，沈洁等仿造苹果皮的结构制备出了具有 抗氧化功能的阻隔复合薄膜。
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从表 4.5 中可以看出回弹率是表征材料在受到压力后的恢 复能力,体现材料缓冲性能的另一个重要因素。回弹率越高,说明 材料越能承受连续冲击,缓冲性能越好。而仿生结构多层的缓冲 材料的最小缓冲系数也相对比较小，说明其缓冲效率较高。
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总结
采用纸浆纤维作为基材、羧甲基纤维素为胶黏剂、偶氮二甲 基酰胺为发泡剂。确定了单层材料的材料组成和结构参数： 胶黏剂用量为 20%、发泡剂用量分别为1%、1.5%、2%。
采用多层浆料同时发泡的方法，制得具有了仿柚子中果皮结构特点 的发泡包装材料，对其进行了静态压缩性能测试，分析。发现具有 仿生结构的缓冲材料与力学性能相当的单层缓冲材料相比对于小件 物品的包装具有良好的效果，同时也反应出它更宽的适用范围。
静态压缩试验 ：静态压缩测试是指模拟在静态载荷下被测
物体所表现出力学特性。主要用来测定缓冲材料的压缩力-变 形特性与复原性能。
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静态压缩测试原理图
先按国标 GB4857.2-2005对样品进行预处理，在温度 20℃ 相对湿度为 90%条件下存放 48h。再按照包装用缓冲材料 静态压缩试验法在 REGER-200A 微机控制电子万能试验机 上对样品进行静态压缩试验。上压板以(12±3)mm/min 的 速度对试样施加压力，由于速度较慢因此可以近似看成是 静态加载。从而得到压力-变形曲线。根据相应公式计算应 力、应变等。
在压缩应力-应变曲线方面也此，
选用纸浆纤维模仿柚子中果
皮里的细小的维管束，羧甲 基纤维素来模仿连接细胞壁
1:2:4。
的果胶。
2、仿生缓冲材料的制备
偶氮二甲酰胺
图1 仿生缓冲材料制备工艺流程图
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图2 分层发泡试样制备流程图
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泡沫塑料 蜂窝纸板
现有缓冲 包装材料
瓦楞纸板
纸浆模塑
气垫缓冲材料 植物纤维类缓冲包装材料
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二、柚子皮研究
到目前为止水果的表皮在仿生包装方面一直被视 为很好的灵感来源。 在自然条件下，柚子皮能保护饱 含水分的柚子囊，从树上掉落而不损坏，柚子皮的缓 冲性能可见一斑。因此，将柚子果皮的结构特点运用 在现有的包装缓冲材料中，使其具有更加优良的缓冲 性能是一项十分有意义的研究。
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结果与讨论
胶黏剂含量的影响 由图 4.4 可以看到 纸浆与羧 甲基纤维 素的比例 对单层发 泡材料应 力-应变性 能有很大 的影响。
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发泡剂使用量对单层发泡材料的影响
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图 4.8 是根据不同发泡剂用量所得到 的不同制品的平均孔径，由于发泡的 不确定性，以及是的平均孔径的误差 很大。但呈现出来的趋势是显而易见 的，随着发泡剂用量的增加是逐渐增 长的，而在 2%之后，由于产生的气 体量过多，使得孔洞过大，或者相邻 孔洞融合，产生了坍塌，或者是孔洞 过大，发生了气体逃逸。所以在添加 4%的时候孔径不增反降。
与
缓冲包 装材料

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主要内容
缓冲包装材料简介
柚子皮研究 柚子皮与缓冲包装材料
总结
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一、 缓冲 包装 材料 简介
结构仿生是通过对生物材料 的结构特点、构效关系，进而对 材料、结构、系统进行仿生模拟， 从而提高工程结构效率。人们受 到生物结构启发或者是模仿生物 结构，通过仿生的手段来得到具 有更优异性能的材料称为结构仿
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为什么选用柚子皮
在静态压缩试验下， 柚子中果皮的应力应变曲线开始时的 模量很小，而后要 具有一个相对较大 的上升，在大应变 下的单位体积变形 能也很大，可以从 一方面看出其在压 缩过程中的能量吸 收较大。发现若将 此性能应用于包装 材料，则可制备出 一种新的能更好保 护内装物的缓冲包 装材料。