1. Das tragende Prinzip von geformtem Zellstoff ist die Schnittstelle zwischen Strukturmechanik und Materialwissenschaft.
Die Belastbarkeit von geformtem Zellstoff hängt nicht nur von der inhärenten Festigkeit des Materials ab; Vielmehr verbessert es seine mechanischen Eigenschaften durch eine „dreidimensionale Faserverflechtungsstruktur“ und einen „Spannungsverteilungsmechanismus“.
Dreidimensionales Weben von Fasern zu einer Struktur
Altpapier und Bambuszellstoff sind zwei Beispiele für Pflanzenfasern, die zur Herstellung von geformtem Zellstoff verwendet werden können. Durch das Vakuumsaugformverfahren wird daraus eine dreidimensionale Netzwerkstruktur. Die Form besteht aus Fasern, die auf zufällige Weise zusammengewirkt werden, um ein dreidimensionales Trägersystem zu bilden, das wie eine Bienenwabe aussieht. Diese Methode kann den Druck von außen gleichmäßig verteilen und das Stressniveau an einigen Stellen minimieren. Beispielsweise wiegt eine normale Eierablage nur 65 Gramm, kann aber 80 Kilo statisches Gewicht tragen, ohne zu zerbrechen. Dies liegt daran, dass das Wabendesign die Schlagkraft verteilt.
Die Form verbessern
Das Design der Form kann geformte Zellstoffkammern und Verstärkungsrippen im Inneren ergeben, wie die vertikalen Rippen in Hängeformen. Dadurch ist es viel weniger wahrscheinlich, dass es sich verbiegt. Beispielsweise weist die Zellstoffauskleidung, die ein Hersteller für das Außengerät einer Klimaanlage entwickelt hat, ein Muster aus sechseckigen Wabenzellen auf. Die maximale Beschleunigung des Produkts ist im Falltest aus 1 m Höhe um 27 % geringer als die von gewöhnlichem EPS-Schaum, und die Struktur wird nicht beschädigt. Bei der mehrschichtigen Verbundkonstruktion werden unter Einsatz hoher Temperatur und hohem Druck auch mehrschichtige Zellstoffplatten kombiniert. Die Verbindung zwischen den Faserschichten ist stärker und die Druckfestigkeit ist um 30 bis 50 % höher. Anstelle von Holzpaletten können 500 kg Produkte transportiert werden.
Wie man mit Stress umgeht
Die Art und Weise, wie sich die Struktur biegt und dehnt, und nicht wie die Substanz komprimiert wird, verleiht geformtem Zellstoff seine polsternden Eigenschaften. Beispielsweise zerteilen Wabengitter die Packung von Dingen, die nicht regelmäßig sind, in kleinere Stücke. Wenn etwas die Außenseite des Geräts berührt, verändert es seine Form und absorbiert Energie. Dadurch wird verhindert, dass das Ganze auseinanderfällt. Dieses Design trägt dazu bei, dass geformter Zellstoff seine Form behält und gleichzeitig seine Form ändert, um die Energie eines Aufpralls zu verteilen, wenn er Gewicht tragen muss.
2. Ein großer technologischer Fortschritt: Von „leicht“ zu „hoch{1}}fest“
Früher wurde geformter Zellstoff hauptsächlich für billige Produkte wie Eierschalen verwendet, da er viel kostete und seine Form veränderte, wenn er nass wurde. Aber moderne Technologien wie Nasspressen, wasserdichte Nanobeschichtungen und die Optimierung der Strukturtopologie haben dafür gesorgt, dass es viel besser funktioniert:
Die Fähigkeit, Dinge bei hohen Temperaturen und Drücken zu formen
Nachdem sich der Embryo gebildet hat, setzen Sie ihn einer Umgebung mit hohem Druck und hoher Temperatur (5–10 MPa) bei 180–250 Grad aus, um die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Fasern zu verändern, ihn steifer zu machen und die Dichte auf 0,6–0,8 g/cm³ zu erhöhen. Ein bestimmtes Unternehmen hat einen Tresterbehälter für Waschmaschinen hergestellt, der nur 10 mm dick ist, aber eine statische Belastung von 200 kg tragen kann, was für große Geräte ausreicht.
Technologie, mit der Sie Dinge durch Hinzufügen von Elementen ändern können
Sie können die Bindung zwischen den Fasern um 30 % verstärken, indem Sie wasserabweisende Chemikalien wie Aluminiumsulfat oder Verstärkungsmittel wie Stärkekleber hinzufügen. Das Material wird immer noch leicht sein (50 % leichter als Holz). Eine Art von TV-Verpackung verwendet beispielsweise eine antistatisch beschichtete Zellstoffauskleidung. Dies schützt nicht nur elektronische Geräte vor statischer Elektrizität, sondern macht die Verpackung durch eine effizientere Struktur auch um 15 % leichter.
Technologie zur Verbesserung der Strukturtopologie
Verwenden Sie eine Computersimulation, um die Fasern besser zu verteilen, sodass das Material dort dichter ist, wo es starker Belastung ausgesetzt ist. Beispielsweise nutzte ein Unternehmen die Topologieoptimierung, um Zellstoffverpackungen für Kühlschränke herzustellen, die die lokale Dichte um 20 % erhöhten. Dadurch verringerte sich die Wahrscheinlichkeit, dass das Produkt beim Falltest zerbricht, von 1,2 % auf 0,3 %.
3. Fallstudie: Die Theorie in der realen Welt auf die Probe stellen
In der Haushaltsgeräteindustrie wurde die Belastbarkeit von geformtem Zellstoff gründlich untersucht und seine Leistung übertrifft die von herkömmlichem Kunststoffschaum:
Verpackung für Klimaanlagen, die nach draußen gehen
Ein Hauptunternehmen hat die Zellstoffauskleidung für die Außeneinheit der Klimaanlage in einem sechseckigen Wabendesign entworfen. Die höchste Beschleunigung des Produkts ist im Falltest aus 1 m Höhe um 27 % geringer als die von EPS-Schaum, und die Struktur wird nicht beschädigt. Für den Transport kann die Verpackung zudem gestapelt werden, wodurch 40 % Lagerfläche und 18 % der Gesamtkosten eingespart werden.
Verpackungspapier rund um Waschmaschinen
Einige Arten von Waschmaschinen werden mit einer Vollpapierverpackung aus „Formzellstoff + Wellpappe“ geliefert. Durch die Verbesserung der Struktur wird die Verpackung um 20 % leichter und kann gleichzeitig das Gewicht während des Transports halten und schützen. Echte Testdaten zeigen, dass diese Methode die Versandschadensrate von 0,8 % auf 0,2 % senkt, was mehr als 5 Millionen Yuan pro Jahr an After-Sales-Ausgaben einspart.
TV-Verpackung, die keine statische Elektrizität erzeugt
Einige TV-Boxen haben eine Auskleidung aus Zellstoff, der mit einem antistatischen Material beschichtet ist. Dies schützt nicht nur elektronische Geräte vor statischer Elektrizität, sondern macht die Verpackung durch eine verbesserte Struktur auch um 15 % leichter. Der EU-ROHS-Test wurde für diesen Vorschlag bestanden, der nun ein Modell für umweltfreundliche Verpackungen darstellt.
