中華印刷包裝網(wǎng)  劉瑩

    工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應用仿生學(xué)早已不是新鮮事了。近期參加的2006溫州龍港展會(huì )中，現場(chǎng)有一家企業(yè)專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)各類(lèi)型蜂窩紙板，此種產(chǎn)品利用蜂窩狀結構抗外力強，不易形變等特點(diǎn)生產(chǎn)而成，“源于生態(tài)結構，高于生態(tài)結構”，不僅保留了原有特點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)一步挖掘潛力，做成各種變形蜂窩狀，可以更加廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域。展會(huì )現場(chǎng)前去咨詢(xún)了解的人數眾多，資料發(fā)售一空，可見(jiàn)其市場(chǎng)潛力之巨大。

    蜂窩紙板是一種重量輕、承重大、彈性好、強度高、能夠代替木材的紙質(zhì)材料，具有緩沖、抗壓、質(zhì)輕無(wú)污染，可吸收物品上下搬動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊等特性。國內加速蜂窩紙板的開(kāi)發(fā)和推廣應用，不僅能夠節約木材、節省資源、保護生態(tài)環(huán)境，另外因其完全免熏蒸、免檢疫，可以減少通關(guān)阻礙，是外貿產(chǎn)品出口木包裝的最好替代品。這樣就可以打破美、加、歐盟等對中國貿易設置的障礙，有利于不斷增長(cháng)的出口要求。

    蜂窩紙板之所以具有較高的耐壓和較好的緩沖性能，源于其特殊結構與加工工藝。對其進(jìn)行深入研究分析，并取得較為準確的數值，對于實(shí)際生產(chǎn)應用能夠起到指導作用。盡管蜂窩紙板目前分類(lèi)方法多種多樣，但從結構入手，會(huì )更加容易量化并分析，以下將其分為單層與多層兩種進(jìn)行探討。目前，對單層蜂窩紙板的壓縮特性可以方便地直接進(jìn)行試驗研究，得出不同壓縮速率下連續靜態(tài)壓縮力與各數據模量的F-δ、σ-ε特性曲線(xiàn)。同時(shí)，在實(shí)際應用中通常使用的是多層蜂窩紙板疊加組合形式，還需對此類(lèi)紙板壓縮特性進(jìn)行了解。以下介紹一種利用可測得連續壓縮性能曲線(xiàn)的RMT計算機輔助壓力自動(dòng)測試系統對單層蜂窩紙板壓縮特性進(jìn)行了試驗研究，并得到不同壓縮速率下連續靜態(tài)壓縮F-δ、σ-ε特性曲線(xiàn)。

以上是在不同速度條件下（圖1為6mm／min，圖2為60 mm／min）測得的靜態(tài)壓縮值。觀(guān)察發(fā)現兩張圖基本上的變化過(guò)程均分成了四個(gè)階段：即彈性階段、彈塑性階段、塑性階段和壓實(shí)變形階段。第一階段整個(gè)過(guò)程發(fā)生彈性型變，彈性階段產(chǎn)生的應力以近乎直線(xiàn)的上升速度達到第一個(gè)峰值；接下來(lái)的彈塑性階段，兩種型變兼而有之，應力迅速下降，但曲線(xiàn)較上一階段略顯平緩；以上兩個(gè)階段的變化時(shí)間非常短，僅占整個(gè)試驗時(shí)間的1/20左右。接下來(lái)第三階段是過(guò)程中最為復雜的階段，整個(gè)趨勢中應力是有所回升，但前半段大約14分鐘內非常緩慢，幾乎不被察覺(jué)，中間還會(huì )有一些小的反復，不過(guò)影響完全可以忽略。后半段中上升速度突然加快，應力達到最大。最后一個(gè)階段中應力以直線(xiàn)速度下降，斜率比第一階段還要更大些，直至最后結束，完成壓實(shí)變性。

有了這樣的試驗基礎，可以進(jìn)行一下大膽的推測：多層疊加蜂窩紙板在壓縮過(guò)程中，當各層屈服強度(即彈性階段應力峰值)不同時(shí)，屈服強度最小層應當首先屈服、破壞，然后其它各層按照屈服強度由小到大的順序依次屈服，經(jīng)歷彈塑性、塑性和壓實(shí)變形各階段；當各層蜂窩紙板性能完全相同時(shí)，各層將同時(shí)屈服，同時(shí)經(jīng)歷彈塑性、塑性和壓實(shí)變形各階段，直至最終破壞。 
 
　　當然實(shí)際中，由于蜂窩紙板在生產(chǎn)過(guò)程中很難保證各處性能完全一致，即使從同一張紙板上裁出的二層紙板性能也有微小差別，因此各層紙板也應依次屈服，經(jīng)歷彈塑性、塑性和壓實(shí)變形各階段。其靜態(tài)壓縮特性曲線(xiàn)也應為各層靜態(tài)壓縮特性曲線(xiàn)按照屈服強度由小到大的順序依次相加。

隨著(zhù)科技的發(fā)展，現今已經(jīng)有條件完成多層疊加蜂窩紙板的試驗：采用同一種蜂窩紙板，紙板試樣面積A＝100mm×100mm，厚度t＝20mm，紙芯為130g／平方米，蜂窩狀六邊形的邊長(cháng)為10mm，環(huán)境溫度26℃，相對濕度R＝79％。實(shí)驗設備是RMT計算機輔助壓力自動(dòng)測試系統，采用上法進(jìn)行實(shí)驗，時(shí)間延長(cháng)20分鐘。

    觀(guān)察上圖不難發(fā)現，完全符合上文猜測：即斷裂將會(huì )在不同層面完成，按照屈服強度由小到大的順序依次經(jīng)歷四個(gè)壓縮特性階段。

所以說(shuō)，上述試驗中，我們基本可以分析出：
1)    多層疊加蜂窩紙板在壓縮過(guò)程中，當各層屈服強度不同時(shí)，屈服強度最小則應當首先屈服、破壞，然后其它各層按照屈服強度由小到大的順序依次屈服。每一層均經(jīng)歷彈塑性、塑性和壓實(shí)變形各階段； 
   
2)    多層疊加蜂窩紙板每個(gè)周期都與其中一層的靜態(tài)壓縮特性一致；
    
3)    多層疊加蜂窩紙板壓縮特性曲線(xiàn)中的周期變化對其緩沖性能將產(chǎn)生不利影響，在使用中應加以注意，特別是幾個(gè)應力的峰值位置應更加小心。

    蜂窩紙板的制作過(guò)程，由于其使用目的性明顯，所以只要深入了解了上述特點(diǎn)，避免出現應力過(guò)大，再根據不同種類(lèi)形狀加以分析，就可以做到滿(mǎn)足需要。

    在實(shí)際生產(chǎn)中蜂窩紙板的衍生物，應用更加廣泛：紙箱、紙棺、紙托盤(pán)、紙芯、蜂窩緩沖墊、建材家具夾層板等系列產(chǎn)品具有緩沖、抗壓、質(zhì)輕無(wú)污染的特點(diǎn)。近年來(lái)在歐、美、日等發(fā)達國家新興的綠色包裝材料頻頻應用。一噸再生蜂窩紙板可替代30-50立方米木材，極大地減少木材的使用量，是國際公認的綠色環(huán)保產(chǎn)品�？梢酝耆�做到紙代木、代塑、代磚等。

    當前我國的現狀是：生產(chǎn)和應用處于起步和發(fā)展階段。由于目前生產(chǎn)廠(chǎng)家太少，生產(chǎn)量遠遠不能適應擴大的市場(chǎng)需要。而且應用范圍很廣，市場(chǎng)潛力很大，因而它成為當前迫切需要發(fā)展的新材料、新產(chǎn)品。蜂窩紙板及其制品的制造技術(shù)是一門(mén)綜合性的高新技術(shù)，符合國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。其技術(shù)并不復雜，只要對以上的試驗結果靈活應用，就一定能生產(chǎn)出令客戶(hù)滿(mǎn)意的產(chǎn)品。(Trancy)



（以上四張試驗用圖摘自《包裝工程》張安寧試驗報告）