隨著國(guó)家對(duì)“白色污染”的重視，用環(huán)保型材料代替泡沫塑料作為緩沖包裝材料成為緩沖包裝的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，全紙包裝也成為避免貿(mào)易壁壘的現(xiàn)代包裝的新寵。近幾年，紙包裝材料的結(jié)構(gòu)開發(fā)得到了飛速的發(fā)展。緩沖材料的結(jié)構(gòu)也從單一型轉(zhuǎn)向復(fù)雜型，從工藝型轉(zhuǎn)化為功能型。這里以紙蜂窩材料、瓦楞紙板和紙漿模塑制品為例概述緩沖用紙材料的結(jié)構(gòu)開發(fā)情況。
紙蜂窩材料
紙蜂窩以質(zhì)輕、環(huán)保、隔音、防震、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)而著稱，它主要用來(lái)制作緩沖襯墊吸收產(chǎn)品運(yùn)輸或裝卸過程中受到的沖擊或振動(dòng)。紙蜂窩的結(jié)構(gòu)形式主要有正六角形、帶加強(qiáng)帶的六邊形、矩形、棱形、瓦楞形、正方形、疏排圓形、密排圓形、三角形等。傳統(tǒng)的紙蜂窩結(jié)構(gòu)（圖1）呈正六角形，它靠多層紙交錯(cuò)涂膠粘貼，干燥后切塊，再拉開形成正六角形結(jié)構(gòu)。正六角形紙蜂窩屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，不適合于全自動(dòng)化生產(chǎn)。
2000年P(guān)flug申請(qǐng)了折疊型瓦楞紙蜂窩（圖2）的專利，它是利用原有的瓦楞紙板生產(chǎn)線，增加分切、旋轉(zhuǎn)、折疊和粘貼工序而制得。瓦楞紙板折疊型蜂窩粘貼和切塊比較困難，瓦楞型紙蜂窩的單向壓縮強(qiáng)度非常高，特別適合于重型產(chǎn)品的緩沖包裝。
2004年Basily發(fā)明了直接用紙借助于模壓工藝制得的3D紙蜂窩（圖3），它適合于自動(dòng)化生產(chǎn)，在兩個(gè)正交方向上具有各向同性，這樣的包裝材料能使生產(chǎn)者降低成本，節(jié)約空間，最少地使用材料，它是引導(dǎo)包裝材料改革創(chuàng)新的生力軍。圖3的3D折疊型紙蜂窩芯由牛皮紙加工而成，它們均可由平張紙生產(chǎn)而來(lái)。3D折疊型紙蜂窩芯采用了新型的包裝機(jī)械技術(shù)，它可以高速生產(chǎn)，而且其生產(chǎn)成本低于現(xiàn)在的傳統(tǒng)紙蜂窩芯的生產(chǎn)成本。
3D折疊型紙蜂窩芯最主要的特征是它們與當(dāng)前蜂窩結(jié)構(gòu)防損抗震相比較能吸收大量的能量。另外，3D折疊芯能夠提高單位材料的吸能率，使其成本降低。
Basily和Elsayed的發(fā)明ChevronPattern折疊方式可以做成立方形塊（圖4（a））或圓柱桶狀（圖4(b)）的形式起到緩沖的作用。ChevronPattern折疊芯可以大大降低包裝的尺寸和重量，節(jié)省制造商的資源和資金，而且可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)載過程中的包裝輕量化。
由于3D折疊型紙蜂窩可以旋轉(zhuǎn)、纏繞、彎曲，使其可以很方便地用于加工任意的包裝制品，3D折疊型紙蜂窩制作的包裝比較小、輕且有較好的保護(hù)產(chǎn)品的作用。不規(guī)則的易碎產(chǎn)品可以用3D折疊型紙蜂窩纏繞后放于其它的包裝容器內(nèi)（圖5）。采用新的紙張折疊技術(shù)可以做到包裝上面無(wú)需印刷，而且采用這種折疊技術(shù)可以做成公司的LOGO，所需的實(shí)體顏色等。3D折疊型紙蜂窩既可以起到促銷的作用也可以起到保護(hù)產(chǎn)品以防沖擊和振動(dòng)的作用。
為了進(jìn)一步改進(jìn)紙蜂窩芯的加工性能，提高其自動(dòng)化生產(chǎn)能力，2007年筆者開發(fā)了多種適合于紙加工的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，它均采用兩種大小波紋交替出現(xiàn)的波紋紙交替層疊粘接而成。
瓦楞紙板
為了代替泡沫塑料，人們紛紛用瓦楞紙板結(jié)構(gòu)開發(fā)多種瓦楞紙板組合型的緩沖包裝材料。1996年KimDoWook和KimKiJeong在原有瓦楞紙板的基礎(chǔ)上開發(fā)了double-ply加強(qiáng)型瓦楞紙板（圖6），將原來(lái)三層瓦楞紙板中的夾層變?yōu)閮蓪硬y狀的瓦楞層，在基本上不增加瓦楞紙板的厚度的基礎(chǔ)上增加了瓦楞紙板的壓縮強(qiáng)度。MyungHoonLee等對(duì)五種不同結(jié)構(gòu)形式[單層SW、雙層DW、單層帶有雙夾芯DM、雙層帶有一個(gè)雙夾芯（AA’+Aflute）DMA、雙層帶有一個(gè)雙夾芯（AA’+Bflute）DMB]的瓦楞紙板分別沿MD方向和CD方向進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明新型結(jié)構(gòu)的瓦楞紙板與傳統(tǒng)的瓦楞紙板相比有較好的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。郭鵑等也對(duì)4層double-ply瓦楞紙板和五層瓦楞紙板進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。郭彥峰等分析了X-PLY超強(qiáng)瓦楞紙板的結(jié)構(gòu)特征，并進(jìn)行了耐破強(qiáng)度、戳穿強(qiáng)度、平壓強(qiáng)度和邊壓強(qiáng)度等的對(duì)比試驗(yàn)。2007年筆者對(duì)多種瓦楞復(fù)合材料（圖7）的靜態(tài)壓縮與動(dòng)態(tài)壓縮性能進(jìn)行了測(cè)試，并比較了不同瓦楞復(fù)合材料的承載和緩沖性能。折疊型瓦楞復(fù)合材料的承載性能很高，其靜態(tài)緩沖吸能量也較大，比較適合于重量大，且表面堅(jiān)硬的產(chǎn)品的緩沖包裝。0/90/0交*疊置瓦楞復(fù)合材料和0/0/0平行疊置瓦楞復(fù)合材料的緩沖性能非常相似，其承載能力不高，但回彈性較好，比較適合于表面硬度差、易碎、脆值小的產(chǎn)品包裝。
瓦楞/蜂窩/瓦楞復(fù)合材料的承載性能很大程度上取決于蜂窩夾芯的力學(xué)性能。瓦楞/蜂窩/瓦楞復(fù)合材料以很少的材料大大提高了復(fù)合材料的厚度，且其緩沖吸能效率比單純的瓦楞疊置有所提高。后來(lái)，筆者改善原有的瓦楞夾芯結(jié)構(gòu)發(fā)明了高彈瓦楞紙板結(jié)構(gòu)（圖8）。
紙漿模塑制品
紙漿模塑制品主要應(yīng)用在工業(yè)品內(nèi)包裝，禽蛋托盤，鮮果托盤，食品及其半成品包裝、醫(yī)療器具包裝，制作兒童玩具、戲劇道具、工藝品底坯、家具、零部件等的特種材料，軍工、服裝等行業(yè)包裝等。紙漿模塑制品一般采用多套模具組合加工而成。隨著模具技術(shù)的完善，目前已可生產(chǎn)形腔式紙漿模塑制品。該類紙漿模塑制品多作為盛器或裝飾物[13]。組合加工形式則是通過多個(gè)不同形狀的紙漿模塑體在成型時(shí)，通過組合實(shí)現(xiàn)某種應(yīng)用需要，完成所需的包裝功能。在國(guó)外一次性紙漿模塑尿壺已經(jīng)替代了聚酯材料制作的多次性使用尿壺。因此，隨著模具技術(shù)的完善，紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)越來(lái)越趨向于復(fù)雜化，細(xì)致化。
除了傳統(tǒng)的蜂窩紙板，瓦楞紙板和紙漿模型制品外，目前滿足環(huán)保需求的發(fā)泡紙粒子也逐漸被開發(fā)并應(yīng)用于電子產(chǎn)品的緩沖之中。德國(guó)漢堡某公司將廢舊紙張切碎后與淀粉混合在一起，將這種漿狀物質(zhì)制成顆粒，放入密封的容器中，施加高壓和高溫蒸汽，然后急速減壓，顆粒包裝便起泡沫，形成多孔的小球制成泡沫包裝材料（圖9），可用于作為緩沖材料，緩沖性能優(yōu)于EPS。適合電子、儀器和敏感材料的緩沖包裝。
綜上所述，隨著近幾年環(huán)保和包裝減量化需求的日益加大，以及機(jī)電技術(shù)的進(jìn)一步完善，緩沖材料的結(jié)構(gòu)得到了飛速發(fā)展，結(jié)構(gòu)各異、適合于專用產(chǎn)品的緩沖材料及其結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。緩沖材料的結(jié)構(gòu)都從單一型轉(zhuǎn)向復(fù)雜型，從工藝型轉(zhuǎn)化為功能型。紙蜂窩由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上的變化發(fā)展成為成型工藝的創(chuàng)新；瓦楞紙板也由單一的瓦楞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橥呃憬M合結(jié)構(gòu)；紙漿模塑制品隨著模具技術(shù)的進(jìn)一步完善，日趨細(xì)致化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。
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