环保型缓冲衬垫的研发及应用前景分析

环保型缓冲衬垫的研发及应用前景分析

纸箱网 2009-02-23 16:30:16 作者:纸箱网来源: 文字大小:[大][中][小]

货物在流通运输过程中,难免会受到来自于机械、环境、气候、生物等各种外界因素的影响而受损,因包装不合理每年给国家造成的经济损失达百亿元。为了减少这种损失,对于电子产品、仪器仪表、家用电器、陶瓷玻璃制品等,使用缓冲包装,以控制传递到内装产品的加速度峰值,避免由于惯性力过大而产生过量的内应力所引起的产品破损,提高商品包装在流通过程中的缓冲和防振能力。

EPS和EPE泡沫塑料是我国目前使用的主要缓冲材料,虽然具有良好的防护能力和性能价格比, 但由于难以回收利用、不能自然风化或腐烂、焚烧处理会产生有害气体,已成为造成环境污染的主要来源之一。随着人们环保意识的增强,美国和欧盟等国已对泡沫塑料的使用提出限制,取而代之的是环境相容性好的包装材料,如植物纤维类缓冲材料、瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑等。因此,开发环保型包装材料、研究缓冲衬垫结构已成为国内外包装同行研究的热点和重点。

以下将对植物纤维类、可降解泡沫塑料、淀粉类、膨胀珍珠岩等环保型缓冲材料的研发方法、制备工艺、缓冲特性以及应用前景进行比较分析。

1 瓦楞纸板缓冲衬垫

瓦楞纸板衬垫具有良好的加工性能、成本低、可回收利用,20世纪50年代就已广泛使用, 60年代后, EPS等泡沫塑料代替了瓦楞纸板缓冲衬垫。随着人们环保意识的逐渐增强和来自于环境方面的压力,瓦楞纸板等缓冲衬垫又开始重返舞台,人们对瓦楞纸板的衬垫的结构形式和缓冲性能的研究也在深入。

文献在论述常用瓦楞纸板衬垫的结构形式的基础上,比较分析了几种典型衬垫的测试结果和缓冲性能,得出了瓦楞纸板衬垫的缓冲效果与结构形式及尺寸的关系,并说明了瓦楞纸板衬垫的选用方法。文献、采用结构化神经网络方法,识别纸板型缓冲衬垫的非线性特性、比较识别结果与相应实测值的吻合程度,并以内装物的最大加速度振幅为目标函数、采用非线性规划方法,优化纸板型缓冲衬垫的模型物理参数阻尼系数C和弹性刚度K,编制数值模拟软件。通过测试典型纸板缓冲衬垫的动态特性、分析比较了纸板衬垫的缓冲性能。文献通过大量试验对瓦楞纸板缓冲衬垫进行了动态性能测试。文献应用ADAMS软件针对瓦楞纸板缓冲包装,建立系统动力学分析模型,并在非线性数学模型的基础上,对系统中瓦楞纸板缓冲系统的刚度、阻尼特性模型和系统中主要运动件在连续冲击载荷下的受力特性进行了分析,为瓦楞纸板缓冲性能研究探索了新的方法。

人们在研究瓦楞纸板缓冲性能的同时,也在通过改变楞型或改变结构来提高瓦楞纸板的缓冲性能。如使用微细瓦楞纸板做内衬来包装香水、化妆品及小型电子产品,以替代传统的EPE、EPS等泡沫塑料,既提高了包装的抗压强度,又提升了包装的档次。广西桂林市晨光纸品有限公司研制开发出一种增强夹心瓦楞纸板(“瓦中瓦”) ,“瓦中瓦”是以普通瓦楞纸板作面里,又在两层面里纸板之间设

有瓦楞纸板和纸管的优良结构,大大增加了纸板的强度,既保留了普通瓦楞纸板的优点,又可通过调整夹心层厚薄、夹心层的几何形状,来调整改变瓦楞纸板的强度和缓冲性能。再如所谓的立体瓦楞纸板衬垫,其基体外缘轮廓与包装箱内腔形状一致,基体的包装部位有被包装物体外形相匹配的凹陷和凸起,缓冲性能优于纸浆模塑制品。同时还可以在衬垫内部的空隙处填充稻、麦、麻或谷类植物的秸秆,防止因挤压而变形,提高缓冲和抗冲击性能。在欧洲,也有使用牛皮纸或旧报纸卷成纸团做缓冲包装。如德国不莱梅市的PSP公司开发了泡沫纸生产工艺,用回收的旧书废纸和面粉作原料,通过挤压,受水蒸汽作用发泡,形成泡沫纸。

虽然瓦楞纸板具有良好的减震性能,适合小荷载流通环境,但在运输过程中,难免会出现较大冲击荷载的情况,此时瓦楞纸板减震能力有些力不从心。相对于瓦楞纸板,蜂窝纸板具有良好的承压能力和抗弯性能,对于大荷载有较好的能量吸收和减震能力。若将两者的优点相互结合使用,则可扬长避短,瓦楞纸板用于承受小荷载,蜂窝纸板用于承受偶尔出现的较大冲击荷载。文献对瓦楞纸板、蜂窝纸板及其组合结构3种材料进行了压缩试验,并将组合结构与另外两种材料的缓冲特性曲线进行比较,组合结构兼具有两者的优点,对于小荷载和较大载荷都有良好的缓冲能力。据有关专家预测,瓦楞蜂窝复合纸板的潜在市场十分巨大,其市场需求量将会超过几亿平方米/年。

用纸垫代替泡沫塑料作为缓冲材料,既有利于环境保护,又可以回收再生,降低成本。瓦楞纸板衬垫不仅在容器中能阻隔产品,而且在产品受到外界冲击时,能吸收能量,延长内装产品承受冲击脉冲的作用时间,具有良好的缓冲性能。从近几年新型瓦楞纸板的开发和应用来看,瓦楞的微型化、结构的多样化、小定量、低成本、高品质是瓦楞纸板未来的发展趋势。

2 蜂窝纸板衬垫

蜂窝纸板是近十几年在中国迅速发展的新型包装材料,具有较好的韧性和回弹性,独特的蜂窝夹芯结构提供了优异的缓冲性能,在所有的缓冲材料中具有更高的单位体积能量吸收值,高厚度的蜂窝纸板可替代EPS塑料泡沫缓冲垫。蜂窝纸板用作缓冲衬垫主要有两大类,弹力型和折叠型,多采用局部和护角的形式保护产品,常用于正长方形商品,也适合体积大、表面脆弱、防震缓冲要求高的大型电子仪器、计算机和家具、大型平板玻璃和玻璃制品。

对蜂窝纸板的静态性能进行了测试,在建立力学模型的基础上,分析了蜂窝纸板的力学特性和缓冲性能,试验证明蜂窝纸板具有优良的缓冲性能,具体体现在线性弹性变形和非线性弹性变形。文献在测试蜂窝纸板典型结构衬垫静态力学特性的同时,比较分析了几种常用缓冲材料的力学特性。实验表明蜂窝纸板缓冲衬垫比瓦楞纸板衬垫更抗压、抗折,其刚性好于泡沫塑料,是一种具有较好的韧性和回弹性的缓冲材料。文献、[ 11 ]基于跌落冲击试验和振动试验,研究了4种不同厚度的蜂窝纸板的缓冲防振性能,获得了动态缓冲曲线的经验公式和振动传递率曲线特征系数(峰值频率、传递率及阻尼比) 。试验结果表明蜂窝纸板的动态缓冲曲线呈凹谷状,开口向上,只有一个极小值点,冲击加速度波形近似于半正弦波,冲击作用时间较长,吸收的冲击能量较大,具有良好的动态缓冲特性;振