中华印刷包装网  刘莹

    工业生产领域中应用仿生学早已不是新鲜事了。近期参加的2006温州龙港展会中，现场有一家企业专门生产各类型蜂窝纸板，此种产品利用蜂窝状结构抗外力强，不易形变等特点生产而成，“源于生态结构，高于生态结构”，不仅保留了原有特点，同时进一步挖掘潜力，做成各种变形蜂窝状，可以更加广泛应用于工业领域。展会现场前去咨询了解的人数众多，资料发售一空，可见其市场潜力之巨大。

    蜂窝纸板是一种重量轻、承重大、弹性好、强度高、能够代替木材的纸质材料，具有缓冲、抗压、质轻无污染，可吸收物品上下搬动所产生的冲击等特性。国内加速蜂窝纸板的开发和推广应用，不仅能够节约木材、节省资源、保护生态环境，另外因其完全免熏蒸、免检疫，可以减少通关阻碍，是外贸产品出口木包装的最好替代品。这样就可以打破美、加、欧盟等对中国贸易设置的障碍，有利于不断增长的出口要求。

    蜂窝纸板之所以具有较高的耐压和较好的缓冲性能，源于其特殊结构与加工工艺。对其进行深入研究分析，并取得较为准确的数值，对于实际生产应用能够起到指导作用。尽管蜂窝纸板目前分类方法多种多样，但从结构入手，会更加容易量化并分析，以下将其分为单层与多层两种进行探讨。目前，对单层蜂窝纸板的压缩特性可以方便地直接进行试验研究，得出不同压缩速率下连续静态压缩力与各数据模量的F-δ、σ-ε特性曲线。同时，在实际应用中通常使用的是多层蜂窝纸板叠加组合形式，还需对此类纸板压缩特性进行了解。以下介绍一种利用可测得连续压缩性能曲线的RMT计算机辅助压力自动测试系统对单层蜂窝纸板压缩特性进行了试验研究，并得到不同压缩速率下连续静态压缩F-δ、σ-ε特性曲线。

以上是在不同速度条件下（图1为6mm／min，图2为60 mm／min）测得的静态压缩值。观察发现两张图基本上的变化过程均分成了四个阶段：即弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和压实变形阶段。第一阶段整个过程发生弹性型变，弹性阶段产生的应力以近乎直线的上升速度达到第一个峰值；接下来的弹塑性阶段，两种型变兼而有之，应力迅速下降，但曲线较上一阶段略显平缓；以上两个阶段的变化时间非常短，仅占整个试验时间的1/20左右。接下来第三阶段是过程中最为复杂的阶段，整个趋势中应力是有所回升，但前半段大约14分钟内非常缓慢，几乎不被察觉，中间还会有一些小的反复，不过影响完全可以忽略。后半段中上升速度突然加快，应力达到最大。最后一个阶段中应力以直线速度下降，斜率比第一阶段还要更大些，直至最后结束，完成压实变性。

有了这样的试验基础，可以进行一下大胆的推测：多层叠加蜂窝纸板在压缩过程中，当各层屈服强度(即弹性阶段应力峰值)不同时，屈服强度最小层应当首先屈服、破坏，然后其它各层按照屈服强度由小到大的顺序依次屈服，经历弹塑性、塑性和压实变形各阶段；当各层蜂窝纸板性能完全相同时，各层将同时屈服，同时经历弹塑性、塑性和压实变形各阶段，直至最终破坏。 
 
　　当然实际中，由于蜂窝纸板在生产过程中很难保证各处性能完全一致，即使从同一张纸板上裁出的二层纸板性能也有微小差别，因此各层纸板也应依次屈服，经历弹塑性、塑性和压实变形各阶段。其静态压缩特性曲线也应为各层静态压缩特性曲线按照屈服强度由小到大的顺序依次相加。

随着科技的发展，现今已经有条件完成多层叠加蜂窝纸板的试验：采用同一种蜂窝纸板，纸板试样面积A＝100mm×100mm，厚度t＝20mm，纸芯为130g／平方米，蜂窝状六边形的边长为10mm，环境温度26℃，相对湿度R＝79％。实验设备是RMT计算机辅助压力自动测试系统，采用上法进行实验，时间延长20分钟。

    观察上图不难发现，完全符合上文猜测：即断裂将会在不同层面完成，按照屈服强度由小到大的顺序依次经历四个压缩特性阶段。

所以说，上述试验中，我们基本可以分析出：
1)    多层叠加蜂窝纸板在压缩过程中，当各层屈服强度不同时，屈服强度最小则应当首先屈服、破坏，然后其它各层按照屈服强度由小到大的顺序依次屈服。每一层均经历弹塑性、塑性和压实变形各阶段； 
   
2)    多层叠加蜂窝纸板每个周期都与其中一层的静态压缩特性一致；
    
3)    多层叠加蜂窝纸板压缩特性曲线中的周期变化对其缓冲性能将产生不利影响，在使用中应加以注意，特别是几个应力的峰值位置应更加小心。

    蜂窝纸板的制作过程，由于其使用目的性明显，所以只要深入了解了上述特点，避免出现应力过大，再根据不同种类形状加以分析，就可以做到满足需要。

    在实际生产中蜂窝纸板的衍生物，应用更加广泛：纸箱、纸棺、纸托盘、纸芯、蜂窝缓冲垫、建材家具夹层板等系列产品具有缓冲、抗压、质轻无污染的特点。近年来在欧、美、日等发达国家新兴的绿色包装材料频频应用。一吨再生蜂窝纸板可替代30-50立方米木材，极大地减少木材的使用量，是国际公认的绿色环保产品。可以完全做到纸代木、代塑、代砖等。

    当前我国的现状是：生产和应用处于起步和发展阶段。由于目前生产厂家太少，生产量远远不能适应扩大的市场需要。而且应用范围很广，市场潜力很大，因而它成为当前迫切需要发展的新材料、新产品。蜂窝纸板及其制品的制造技术是一门综合性的高新技术，符合国家的产业发展政策。其技术并不复杂，只要对以上的试验结果灵活应用，就一定能生产出令客户满意的产品。(Trancy)



（以上四张试验用图摘自《包装工程》张安宁试验报告）