植物纖維發(fā)泡材料研究進(jìn)展及緩沖設(shè)計(jì)應(yīng)用

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1、植物纖維發(fā)泡材料研究進(jìn)展及緩沖設(shè)計(jì)應(yīng)用張書彬杜力唐全波重慶工商大學(xué)制造裝備機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室綜述植物纖維發(fā)泡材料的研宄進(jìn)展,并設(shè)計(jì)了一款用于筆記本電腦緩沖包裝的植物纖維發(fā)泡材料襯墊,為進(jìn)一步開發(fā)植物纖維發(fā)泡材料及在電子產(chǎn)恥中的應(yīng)用提供科學(xué)的研宄基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明,植物纖維發(fā)泡材料原料廣泛,其緩沖性能的好壞除丫與材料的配比有關(guān)外,還和成型工藝條件有關(guān)。只要設(shè)計(jì)的緩沖結(jié)構(gòu)合理,植物纖維發(fā)泡材料完全能夠滿足筆記本電腦等電子產(chǎn)品的緩沖包裝要求。關(guān)鍵詞:植物纖維發(fā)泡材料;研究進(jìn)展;筆記本電腦;緩沖設(shè)計(jì);張書彬

2、(1976-),男,,講師,主要研究方向:產(chǎn)品運(yùn)輸包裝防護(hù)。基金:重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ120707)植物纖維發(fā)泡材料是以稻草、麥稈等農(nóng)作物秸稈,或者草類植物纖維為主要原料,配以一定比例的廢紙、淀粉和助劑,經(jīng)過發(fā)泡技術(shù)制成的[1-3]。農(nóng)作物秸稈來源廣泛,成本低廉,但我國農(nóng)作物秸稈利用率還不到70%UL大部分用于焚燒、作肥還田、動(dòng)物飼料,用作工業(yè)原料使用比例很低m,用在產(chǎn)品包裝上的比例更低。植物纖維發(fā)泡材料是可降解材料,研究使用植物纖維發(fā)泡材料替代難降解的伍裝材料意義重大,不僅可以保護(hù)我們的生存

3、環(huán)境免受污染,還可以通過利用農(nóng)作物秸稈増加農(nóng)民的收入。1植物纖維發(fā)泡材料研宄進(jìn)展近年來,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)植物纖維發(fā)泡材料進(jìn)行了研宄和探索,主要分為兩類,一類是植物纖維為主的發(fā)泡材料制備及其性能研宄,一類是以塑料材料為主的,植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能的研究。1.1植物纖維為主的發(fā)泡材料植物纖維發(fā)泡材料的原材料取材廣泛,研究者選取的原材料種類繁多,如麥稈、玉米秸稈、高粱秸稈、大麻稈芯纖維、椰子纖維、龍舌蘭纖維、棉漿粕纖維、果渣、蔗渣、木薯渣等等。膠黏劑能夠?qū)⑾嗤蛘卟煌奈镔|(zhì)結(jié)合在一起,還能具有很好的成膜性能,阻止發(fā)泡

4、氣體逸出的功能。在上述研宂中,大都采用聚乙烯醇作為膠黏劑。為了提高植物纖維發(fā)泡材料的力學(xué)性能和外觀性能,可以加入滑石粉或碳酸鈣等助劑。發(fā)泡技術(shù)是制作植物纖維發(fā)泡材料成敗的關(guān)鍵技術(shù),一般有物理發(fā)泡法、化學(xué)發(fā)泡法和機(jī)械發(fā)泡法三種。上述學(xué)者絕大多數(shù)采用化學(xué)發(fā)泡法,采用的發(fā)泡劑為碳酸氫鈉、碳酸氫銨無機(jī)發(fā)泡劑。將植物纖維原料、膠黏劑、發(fā)泡劑、滑石粉等助劑混合,經(jīng)過一步成型或者二步成型方法,烘烤模壓成型。這些研宄者通過研宄,尋找到各種材料的最佳配比,調(diào)整成型工藝條件,如成型溫度、壓力、時(shí)間等等,制作出緩沖性能良好的發(fā)泡材料

5、,如解林坤,強(qiáng)明禮等人研宄的蔗渣纖維發(fā)泡材料近似線彈性材料,何蕊,陳太安等人以麻稈芯為主要原料,制成緩沖性能較好的發(fā)泡材料,高德,常江等人以玉米秸稈為主要原料,通過模壓成型制成緩沖效果良好的發(fā)泡材料。以上研宂結(jié)果表明,植物纖維發(fā)泡材料緩沖性能的好壞除了與材料的配比有關(guān)外,還和成型工藝條件有關(guān)。1.2植物纖維增強(qiáng)塑料發(fā)泡材料WeiDanDing,DavoudJahani等人在聚乳酸(PLA)中加入植物纖維熔融混合,注射成型,制成復(fù)合泡沫材料,結(jié)果表明植物纖維使得泡沫材料細(xì)胞結(jié)構(gòu)更加均勻。王瑜、張萍等人在聚乳酸中加

6、入玉米秸稈纖維,通過偶氮二甲酰胺進(jìn)行發(fā)泡,模壓成型制得發(fā)泡材料,研宄表明植物纖維的加入,改變了氣泡泡孔的結(jié)構(gòu),形成泡孔多而均勻。RosanaMoriana,FranciscoVilaplana等人在熱塑性淀粉基共聚物中加入大麻、紅麻等生物纖維,制成復(fù)合材料,研究結(jié)果表明加入植物纖維可以改進(jìn)復(fù)合材料的熱機(jī)械性能和力學(xué)性能。Shu-KaiYeh,Chia-ChunHsieh等人在聚丙烯基體中加入稻殼纖維,以SEBS-g-MA作為偶聯(lián)劑,用NaOH,硅烷,或氫氧化鈉+鹽酸+硅烷來提高偶聯(lián)劑的效果,制備復(fù)合材料。研究結(jié)

7、果表明,加入偶聯(lián)劑可改善泡孔結(jié)構(gòu),降低泡沬密度。HeartwinA.Pushpadass,GovindarajanSureshBahu等人按照質(zhì)量比7:3將玉米淀粉和聚苯乙焼顆粒混合,同時(shí)加入滑石粉和聚碳酸酯顆粒,制得泡沫材料。研宂表明,這種復(fù)合發(fā)泡材料防潮能力較好,并且發(fā)泡劑量的多少對(duì)泡沫材料的性質(zhì)影響較大。2植物纖維發(fā)泡材料的應(yīng)用目前,筆記木電腦緩沖伍裝材料有EPS、EPE、瓦楞紙板、紙漿模塑等。木文釆用植物纖維發(fā)泡材料對(duì)筆記本電腦進(jìn)行緩沖設(shè)計(jì)。2.1產(chǎn)品特性分析本設(shè)計(jì)以13.3吋某型號(hào)筆記本電腦為研宂對(duì)象

8、,主機(jī)質(zhì)量為1.5kg,產(chǎn)品外形尺寸為340nmiX240圓X25?,其它附件包括電源適配器、數(shù)據(jù)線、說明書、保修卡等。電源適配器和數(shù)據(jù)線用紙盒鈕裝,說明書和保修卡裝在塑料袋中,木設(shè)計(jì)不對(duì)附件進(jìn)行研宄。根據(jù)類比法,確定筆記本電腦脆值為60g,運(yùn)輸過程中的等效跌落高度為80cm。2.2緩沖襯墊結(jié)構(gòu)襯墊采用左右結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),兩側(cè)對(duì)稱,組裝后立放裝箱,裝配如圖1(a)(效果圖為平放)。襯墊具體結(jié)

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