1. Rohstoffverarbeitung: Müll in Faserzellstoff verwandeln
Geformte Zellstoffverpackungen werden aus vielen verschiedenen Materialien hergestellt, etwa aus Zuckerrohrbagasse, Weizenstroh, Bambus, weggeworfenen Zeitungen und Pappkartonresten. Zuckerrohrbagasse ist ein gutes Beispiel für ein Material, das sich gut für die Herstellung hochwertiger Verpackungen eignet, da es eine angemessene Faserlänge und eine hohe Festigkeit aufweist. Um die Rohstoffe zu verarbeiten, müssen Sie Folgendes tun:
Sortieren und Zerkleinern: Die Rohstoffe werden in einen hydraulischen Pulper gegeben, nachdem sie manuell oder mechanisch gesiebt und von Verunreinigungen wie Kunststoffen und Metallen gereinigt wurden. Diese Maschine nutzt sich schnell-bewegendes Wasser und die Kraft eines Laufrads, um Pappe in 5 bis 8 Minuten in eine faserige, gemischte Aufschlämmung zu zerkleinern. Wenn Sie beispielsweise mit einer 60 kg schweren Trockenzellstoffplatte arbeiten, ist es wichtig, die Einweichzeit zwischen 5 und 10 Minuten einzuhalten, damit die Fasern vollständig getrennt werden.
Sieben und Reinigen: Mit einem Sieb wird der zerkleinerte Schlamm gesiebt, um Sand und andere große Stücke, die nicht zerkleinert wurden, zu entfernen. Bei einigen Verfahren werden Zentrifugalreinigungsgeräte eingesetzt, um Schadstoffe mit höherer Dichte zu extrahieren und die Aufschlämmung sauberer zu machen.
Kombinieren und Mischen: Der Aufschlämmung werden Zusatzstoffe in Lebensmittelqualität hinzugefügt, je nachdem, wie gut das Produkt funktionieren muss, einschließlich Wasserfestigkeit, Ölbeständigkeit und Flammbeständigkeit. Beispielsweise können Imprägnierzusätze die Verpackung unter feuchten Bedingungen stabiler machen und ölabweisende Mittel eignen sich gut für den Kontakt mit Lebensmitteln. Um den besten Formeffekt zu erzielen, sollte die Konzentration der Aufschlämmung nach dem Mischen zwischen 0,5 % und 2 % und der pH-Wert zwischen 4,5 und 5,0 liegen.
2. Beim Formungsprozess werden Fasern dreidimensional abgelegt und in ihre Struktur gebracht.
Der wichtigste Schritt bei der Herstellung von Zellstoffverpackungen ist das Formen, bei dem Fasern durch physikalische Adsorption oder mechanischen Druck auf die Oberfläche der Form gebracht werden, um die gewünschte Form zu erhalten. Vakuumformen, Druckluftformen und Injektionsformen sind gängige Methoden hierfür.
Zum Vakuumformen legen Sie eine poröse Metallgitterform in eine Aufschlämmung und saugen mit einer Vakuumpumpe Luft aus dem Formhohlraum. Dadurch werden die Fasern in der Aufschlämmung gleichmäßig über die Oberfläche der Maschenform verteilt. Bringen Sie die Form zur Trocknungsstation, wenn die Faserschicht 2 bis 3 mm dick ist. Dieser Ansatz eignet sich gut für dünnwandige,-präzise Gegenstände wie Telefonauskleidungen und Kopfhörerhüllen.
Wie man Dinge mit Druckluft herstellt: Dabei wird Druckluft als Energiequelle verwendet, um die Ablagerung und Trocknung von Fasern auf der Oberfläche der Form zu beschleunigen, was sich vom Vakuumformen unterscheidet. Diese Methode ist für die Herstellung effizienter, aber um eine ungleichmäßige Faserverteilung zu vermeiden, müssen Sie sehr vorsichtig mit dem Luftdruck und der Fließgeschwindigkeit der Aufschlämmung sein.
So formen Sie mit Fugenmörtel: Bei Artikeln mit komplizierten Formen oder standardisierten Chargen (z. B. Essgeschirr) fördert eine Mengenpumpe die Aufschlämmung in den versiegelten Formhohlraum, und die Fasern werden durch Formdruck und Schwerkraft an ihren Platz gebracht. Mit dieser Methode kann der Schlammabfall eingespart werden, die Form ist jedoch recht teuer.
3. Formen und Trocknen: Aus einem feuchten Rohling eine stabile Struktur machen
Der entstandene nasse Rohling enthält viel Feuchtigkeit, bis zu 70 % bis 80 %. Um die Feuchtigkeit zu entfernen und die Fasern besser haften zu lassen, muss es getrocknet und heiß gepresst werden. Es gibt zwei Arten des Trocknens: Trocknen in einer Form und Trocknen außerhalb einer Form.
Beim Nasspressverfahren wird der nasse Rohling direkt in die Heißpressform gegeben, wo er bei einer Temperatur von 180–220 Grad und einem Druck von 0,4–0,6 MPa gleichzeitig getrocknet und geformt wird. Diese Technologie wird häufig zum Verpacken von High-End-Elektronik verwendet, da sie einen schnellen Produktionszyklus (ca. 30–50 Sekunden pro Stück), eine flache Oberfläche und eine hohe Maßgenauigkeit aufweist. Beispielsweise verfügt die Lenovo ThinkPad
Außentrocknung (Trockenpressverfahren): Nasse Rohlinge werden mittels Trockenofen oder Solarenergie auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 15 % bis 20 % getrocknet. Anschließend werden sie durch Heißpressen geformt. Dieser Ansatz erfordert nicht viel Ausrüstung, aber die Produktschrumpfungsrate ist ziemlich hoch (bis zu 5 % bis 10 %) und eignet sich daher am besten für Artikel der unteren Preisklasse wie Eier- und Obstschalen.
4. Nach der Verarbeitung: Letzte Optimierungen zur Verbesserung der Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit
Um sicherzustellen, dass das Produkt den Qualitätsstandards entspricht, muss es nach dem Trocknen und Formen verschiedene Phasen wie Schneiden, Prüfen, Desinfizieren und Verpacken durchlaufen.
Kantenschneiden und -formen: Mit Lasern oder Maschinen Grate von Gegenständen herausschneiden und Heißpressformen verwenden, um Verformungen zu beheben. Beispielsweise muss die Schnittgenauigkeit von High-End-Kopfhörerverpackungen zwischen ± 0,1 mm liegen, um Lücken in der Baugruppe zu minimieren.
Oberflächenbehandlung: Je nach Bedarf bedrucken, laminieren oder färben. Der wasserbasierte Tintendruck kann schöne Muster in vielen Farben liefern und eine PLA-Folienbeschichtung kann Verpackungen widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit machen. Einige Produkte nutzen den Transferdruck auch, um komplizierte Logos auf unebene Oberflächen zu drucken.
Qualitätskontrolle: Mit Maschinen werden Größe, Festigkeit und Sauberkeit von Produkten überprüft. Beispielsweise könnten Sie mit einer Kompressionsprüfmaschine prüfen, ob die Verpackung einem Fall aus 1,5 Metern Höhe standhält, oder mit der Gaschromatographie gefährliche Materialrückstände aufspüren.
5. Prozessinnovation: das Wichtigste, was Industrien besser macht
Mit neuen Technologien wird der Prozess der Herstellung von Formzellstoffverpackungen intelligenter und effizienter:
Geschlossenes Kreislaufsystem: Einige Unternehmen nutzen die Technologie der Wasserzirkulation und Zellstoffrückgewinnung, um Produktionsabwässer zu reinigen und wieder zur Zellstoffherstellung zu verwenden. Dadurch wird der Wasserverbrauch um mehr als 30 % gesenkt.
Digitales Formendesign: Verwendung von CAD/CAM-Technologie zur Verbesserung der Struktur von Formen, sodass weniger Versuche erforderlich sind. Beispielsweise dauert die Herstellung von Verpackungsformen für das Huawei Mate 60 Pro jetzt nur noch 18 Tage statt 45 Tage.
Durch den Zusatz von Nanozellulose zu Verpackungen kann diese um 40 % stabiler werden und weniger Rohstoffe verbraucht werden. Dank dieser Technologie kann die Bambusfaserverpackung von Sony auf der CES-Präsentation 2025 einem Druck von 120 kPa standhalten.
