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包装工业未来的发展趋势——全纸包装

  随着国家对白色污染的重视,用环保型材料代替泡沫塑料作为缓冲包装材料成为缓冲包装的一个发展趋势,全纸包装也成为避免贸易壁垒的现代包装的新宠。近几年,纸包装材料的结构开发得到了飞速的发展。缓冲材料的结构也从单一型转向复杂型,从工艺型转化为功能型。这里以纸蜂窝材料、瓦楞纸板和纸浆模塑制品为例概述缓冲用纸材料的结构开发情况。
  
  纸蜂窝材料
  
  纸蜂窝以质轻、环保、隔音、防震、性价比高等优点而著称,它主要用来制作缓冲衬垫吸收产品运输或装卸过程中受到的冲击或振动。纸蜂窝的结构形式主要有正六角形、带加强带的六边形、矩形、棱形、瓦楞形、正方形、疏排圆形、密排圆形、三角形等。传统的纸蜂窝结构呈正六角形,它靠多层纸交错涂胶粘贴,干燥后切块,再拉开形成正六角形结构。正六角形纸蜂窝属于劳动密集型产品,不适合于全自动化生产。
  
  2000年Pflug申请了折叠型瓦楞纸蜂窝的专利,它是利用原有的瓦楞纸板生产线,增加分切、旋转、折叠和粘贴工序而制得。瓦楞纸板折叠型蜂窝粘贴和切块比较困难,瓦楞型纸蜂窝的单向压缩强度非常高,特别适合于重型产品的缓冲包装。
  
  2004年Basily发明了直接用纸借助于模压工艺制得的3D纸蜂窝,它适合于自动化生产,在两个正交方向上具有各向同性,这样的包装材料能使生产者降低成本,节约空间,最少地使用材料,它是引导包装材料改革创新的生力军。图3的3D折叠型纸蜂窝芯由牛皮纸加工而成,它们均可由平张纸生产而来。3D折叠型纸蜂窝芯采用了新型的包装机械技术,它可以高速生产,而且其生产成本低于现在的传统纸蜂窝芯的生产成本。
  
  3D折叠型纸蜂窝芯最主要的特征是它们与当前蜂窝结构防损抗震相比较能吸收大量的能量。另外,3D折叠芯能够提高单位材料的吸能率,使其成本降低。
  
  Basily和Elsayed的发明Chevron Pattern折叠方式可以做成立方形块或圆柱桶状的形式起到缓冲的作用。Chevron Pattern折叠芯可以大大降低包装的尺寸和重量,节省制造商的资源和资金,而且可以实现运载过程中的包装轻量化。
  
  由于3D折叠型纸蜂窝可以旋转、缠绕、弯曲,使其可以很方便地用于加工任意的包装制品,3D折叠型纸蜂窝制作的包装比较小、轻且有较好的保护产品的作用。不规则的易碎产品可以用3D折叠型纸蜂窝缠绕后放于其它的包装容器内。采用新的纸张折叠技术可以做到包装上面无需印刷,而且采用这种折叠技术可以做成公司的LOGO,所需的实体颜色等。3D折叠型纸蜂窝既可以起到促销的作用也可以起到保护产品以防冲击和振动的作用。
  
  为了进一步改进纸蜂窝芯的加工性能,提高其自动化生产能力,2007年笔者开发了多种适合于纸加工的蜂窝夹芯结构,它均采用两种大小波纹交替出现的波纹纸交替层叠粘接而成。
  
  瓦楞纸板
  
  为了代替泡沫塑料,人们纷纷用瓦楞纸板结构开发多种瓦楞纸板组合型的缓冲包装材料。1996年KimDoWook和KimKiJeong在原有瓦楞纸板的基础上开发了double-ply加强型瓦楞纸板,将原来三层瓦楞纸板中的夹层变为两层波纹状的瓦楞层,在基本上不增加瓦楞纸板的厚度的基础上增加了瓦楞纸板的压缩强度。
  
  Myung Hoon Lee等对五种不同结构形式[单层SW、双层DW、单层带有双夹芯DM、双层带有一个双夹芯(AA’+Aflute)DMA、双层带有一个双夹芯(AA’+Bflute)DMB]的瓦楞纸板分别沿MD方向和CD方向进行了四点弯曲实验,结果表明新型结构的瓦楞纸板与传统的瓦楞纸板相比有较好的结构优势。郭鹃等也对4层double-ply瓦楞纸板和五层瓦楞纸板进行了对比实验。郭彦峰等分析了X-PLY超强瓦楞纸板的结构特征,并进行了耐破强度、戳穿强度、平压强度和边压强度等的对比试验。2007年笔者对多种瓦楞复合材料的静态压缩与动态压缩性能进行了测试,并比较了不同瓦楞复合材料的承载和缓冲性能。折叠型瓦楞复合材料的承载性能很高,其静态缓冲吸能量也较大,比较适合于重量大,且表面坚硬的产品的缓冲包装。0/90/0交*叠置瓦楞复合材料和0/0/0平行叠置瓦楞复合材料的缓冲性能非常相似,其承载能力不高,但回弹性较好,比较适合于表面硬度差、易碎、脆值小的产品包装。
  
  瓦楞/蜂窝/瓦楞复合材料的承载性能很大程度上取决于蜂窝夹芯的力学性能。瓦楞/蜂窝/瓦楞复合材料以很少的材料大大提高了复合材料的厚度,且其缓冲吸能效率比单纯的瓦楞叠置有所提高。后来,笔者改善原有的瓦楞夹芯结构发明了高弹瓦楞纸板结构。
  
  纸浆模塑制品
  
  纸浆模塑制品主要应用在工业品内包装,禽蛋托盘,鲜果托盘,食品及其半成品包装、医疗器具包装,制作儿童玩具、戏剧道具、工艺品底坯、家具、零部件等的特种材料,军工、服装等行业包装等。纸浆模塑制品一般采用多套模具组合加工而成。随着模具技术的完善,目前已可生产形腔式纸浆模塑制品。该类纸浆模塑制品多作为盛器或装饰物。组合加工形式则是通过多个不同形状的纸浆模塑体在成型时,通过组合实现某种应用需要,完成所需的包装功能。在国外一次性纸浆模塑尿壶已经替代了聚酯材料制作的多次性使用尿壶。因此,随着模具技术的完善,纸浆模塑制品的结构越来越趋向于复杂化,细致化。
  
  除了传统的蜂窝纸板,瓦楞纸板和纸浆模型制品外,目前满足环保需求的发泡纸粒子也逐渐被开发并应用于电子产品的缓冲之中。德国汉堡某公司将废旧纸张切碎后与淀粉混合在一起,将这种浆状物质制成颗粒,放入密封的容器中,施加高压和高温蒸汽,然后急速减压,颗粒包装便起泡沫,形成多孔的小球制成泡沫包装材料,可用于作为缓冲材料,缓冲性能优于EPS。适合电子、仪器和敏感材料的缓冲包装。
  
  综上所述,随着近几年环保和包装减量化需求的日益加大,以及机电技术的进一步完善,缓冲材料的结构得到了飞速发展,结构各异、适合于专用产品的缓冲材料及其结构应运而生。缓冲材料的结构都从单一型转向复杂型,从工艺型转化为功能型。纸蜂窝由传统的结构上的变化发展成为成型工艺的创新;瓦楞纸板也由单一的瓦楞结构转变为瓦楞组合结构;纸浆模塑制品随着模具技术的进一步完善,日趋细致化、结构复杂化。
  
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