紙漿模塑制品的生產(chǎn)與設(shè)計要點

黃昌海

紙漿模塑制品是一種采用植物纖維漿或廢紙等再生漿作為基料，利用獨特工藝和專門助劑，在定型的專用網(wǎng)模上壓制成型的一類立體紙類產(chǎn)品，通過模具造型的變化，可以生產(chǎn)出多種結(jié)構(gòu)的紙包裝產(chǎn)品或紙類物品。紙漿模塑制品也稱紙?；蚣埻?，主要應(yīng)用于雞蛋、鮮果及小型電子類產(chǎn)品的運輸緩沖包裝，也可以制成醫(yī)用器皿、育苗花盆等。

紙漿模塑制品生產(chǎn)流程及模具

紙漿模塑制品生產(chǎn)流程如圖1所示。在紙漿模塑制品整個生產(chǎn)過程中，必不可少的一種工具就是模具。紙漿模塑制品在不同工序使用的模具有所不同，主要有吸漿成型模具、熱壓整型模具和定位切邊刀模具3種。后兩種模具要視紙漿模塑制品要求而定，但吸漿成型模具是制作紙漿模塑制品必不可少的一種模具。

紙漿模塑制品設(shè)計要點

紙漿模塑制品設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和模具設(shè)計，這是紙漿模塑制品生產(chǎn)前的一個重要環(huán)節(jié)，尤其是制作工業(yè)品的緩沖包裝時，更為重要。

雖然紙漿模塑制品與發(fā)泡泡沫制品均可用于產(chǎn)品的緩沖包裝，但兩者的緩沖機理不同。發(fā)泡泡沫制品緩沖性能主要依靠發(fā)泡材料自身較大的彈性系數(shù)，而紙漿模塑制品的彈性系數(shù)較小，其是通過結(jié)構(gòu)變形或破壞時吸收外部沖擊的能量來達到緩沖保護的目的，所以其緩沖性能很大程度上取決于自身合理的結(jié)構(gòu)。因此，紙漿模塑制品結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求是，在保證其成型過程能順利進行的前提下，使其具有較高的整體強度和良好的緩沖性能。目前紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有太多理論，主要依賴于設(shè)計者的經(jīng)驗，或者通過有限元軟件做一些模擬。在此，筆者就不過多討論紙漿模塑制品具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而是主要介紹紙漿模塑制品的設(shè)計要求及注意事項。

1.設(shè)計要求

一般來說，紙漿模塑制品結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足3個要求，即定位要求、緩沖承重要求和結(jié)構(gòu)合理要求，同時還要考慮生產(chǎn)工藝的特點。

（1）定位要求

紙漿模塑制品結(jié)構(gòu)設(shè)計首先需要考慮的就是內(nèi)裝產(chǎn)品的要求、外形、尺寸及外包裝物的內(nèi)部尺寸。為保證內(nèi)裝產(chǎn)品在外包裝內(nèi)具有良好的固定，以免在搬運過程中發(fā)生移動、晃動等情況，要求紙漿模塑制品與內(nèi)裝產(chǎn)品之間要有足夠的固定承接面，其具體形狀、大小應(yīng)與內(nèi)裝產(chǎn)品的形狀、大小相適應(yīng)，以保證接觸貼切、尺寸準(zhǔn)確；同時還需適當(dāng)考慮人工包裝產(chǎn)品時的操作合理性、簡潔性。

影響紙漿模塑制品定位設(shè)計的要素主要有脫模斜度、接觸面位置。其中，脫模斜度越大，內(nèi)裝產(chǎn)品在紙漿模塑制品中越容易晃動；接觸面位置尺寸的計算也很重要，但很多時候在計算接觸面位置尺寸時，會忽略脫模斜度，從而造成包裝時內(nèi)裝產(chǎn)品與紙漿模塑制品之間過松或內(nèi)裝產(chǎn)品無法放入。

脫模斜度對接觸面位置的影響如圖2所示。可以看出，脫模斜度的大小會影響內(nèi)裝產(chǎn)品與紙漿模塑制品接觸面位置的間隙。所以如果尺寸定義的是紙漿模塑制品上部或下部位置，那么中間接觸面的尺寸就需要特別計算好，以免間隙過大。

需要注意的是，定位要求不僅僅是利用紙漿模塑制品的正面空間對內(nèi)裝產(chǎn)品進行定位，也可以考慮利用其背面結(jié)構(gòu)對內(nèi)裝產(chǎn)品進行定位。很多電子類產(chǎn)品除了主體部件外，還會有一些零配件和附件。這些零配件和附件基本上是有地方放置即可，這就可以充分利用紙漿模塑制品背面空間進行定位處理。例如，圖3為采用上下結(jié)構(gòu)的紙漿模塑制品正面對吸塵器的主體進行緩沖保護，圖4為采用紙漿模塑制品上部的背面空間為吸塵器的零配件和附件進行定位。

（2）緩沖承重要求

紙漿模塑制品因其自身紙基材料的彈性系數(shù)小，受到外力沖擊時易發(fā)生彈性變形，這就需要設(shè)置一些空腔結(jié)構(gòu)，空腔結(jié)構(gòu)可吸收一定的沖擊能量，從而達到緩沖保護的作用。空腔結(jié)構(gòu)的設(shè)置要充分注意紙漿模塑制品在結(jié)構(gòu)上的合理性，避免因結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜而造成模具制造的麻煩和脫模轉(zhuǎn)移的困難。雖然紙漿模塑制品空腔結(jié)構(gòu)的設(shè)置是增加其強度的主要方法，但如果其在一定厚度時，強度就達到了極限值，這就需要增加其厚度來增強其強度。一般厚度在1.0～3.0mm即可，對于一些無緩沖承重要求僅用于定位的紙漿模塑制品來說，厚度在0.8mm即可，或因設(shè)備能力選擇更低的厚度。

（3）局部結(jié)構(gòu)的合理處置

紙漿模塑制品在成型時漿料的濃度較低，一般在1%以下，纖維容易沿垂直方向流動，造成局部纖維產(chǎn)生絮聚現(xiàn)象，此時需在紙漿模塑制品的垂直方向設(shè)置一定角度的脫模斜度，通常為1°～5°，即可有效減少和消除這種缺陷，而脫模斜度的設(shè)計也有利于濕紙模的脫模和轉(zhuǎn)移。

此外，在紙漿模塑制品的各個拐角處，都應(yīng)采用適當(dāng)?shù)膱A弧過渡，盡量避免直角和銳角相接，以消除這些部位應(yīng)力過于集中而造成局部損壞。通常結(jié)構(gòu)間過渡圓角半徑為3mm，外觀結(jié)構(gòu)圓角半徑為10mm。

2.模具與紙漿模塑制品之間的尺寸設(shè)計關(guān)系

不能忽略的一點是，模具設(shè)計要與紙漿模塑制品設(shè)計同步，這是紙漿模塑制品結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)。模具設(shè)計的要點是：先設(shè)計整型模，再設(shè)計成型模；先設(shè)計下模，再設(shè)計上模。

模具與紙漿模塑制品之間的尺寸設(shè)計關(guān)系總結(jié)如下。

（1）整型模

整型模下模模芯尺寸等于紙漿模塑制品的外部尺寸，而整型模上模模芯尺寸等于整型模下模尺寸加上紙漿模塑制品厚度以及需要預(yù)留的間隙尺寸，預(yù)留間隙主要是為了方便脫模，一般預(yù)留間隙為0.5mm即可。

（2）成型模

成型模利用環(huán)氧樹脂倒模制作而成，其下模模芯尺寸等于整型模上模尺寸乘收縮率再加上網(wǎng)線厚度。其中，收縮率是指熱整型處理過程中，成型后的紙漿模塑制品因水分揮發(fā)以及紙漿層被壓實后而導(dǎo)致的尺寸收縮，通常為3%左右。一般成型模下模都會采用40～60目的鋼絲網(wǎng)線包裹整個模具，所以對于成型模下模模芯尺寸的計算就需要考慮網(wǎng)線厚度。

3.紙漿模塑制品與瓦楞紙箱之間的設(shè)計關(guān)系

紙漿模塑制品主要是作為緩沖材料對內(nèi)裝產(chǎn)品進行保護，通常都會配合瓦楞紙箱進行整體設(shè)計。其主要包裝結(jié)構(gòu)形式有左右結(jié)構(gòu)、上下結(jié)構(gòu)、前后結(jié)構(gòu)及全包裹結(jié)構(gòu)。紙漿模塑制品與瓦楞紙箱配合設(shè)計時，在空間間隙預(yù)留上與緩沖泡沫有所不同，這與紙漿模塑制品本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。例如，圖5所示為吸塵器頭部及其配套的紙漿模塑制品，該紙漿模塑制品為左右結(jié)構(gòu)，將產(chǎn)品套裝好后放置在瓦楞紙箱內(nèi)，裝箱效果如圖6所示，其上部空間主要用于放置其他零配件及附件，通常會采用瓦楞紙板隔開后放置。

值得一提的是，紙漿模塑制品大部分都有翻邊結(jié)構(gòu)設(shè)計，脫模斜度也不小，這使其空間在空隙預(yù)留上可以略小一些，加上內(nèi)裝產(chǎn)品與紙漿模塑制品內(nèi)部配合時也相對較松，所以無須預(yù)留太多，3mm左右即可。

其實，紙漿模塑制品十多年前經(jīng)歷過一次發(fā)展高峰，但因其工藝及應(yīng)用范圍的局限性，未能得到長足發(fā)展。近年來，隨著紙漿模塑制品生產(chǎn)工藝的改進以及功能助劑的研發(fā)與應(yīng)用，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴展到一些消費電子產(chǎn)品的銷售包裝，實現(xiàn)了銷售與保護雙重功能；同時也擴展到一些家具領(lǐng)域，成為紙質(zhì)家具的“新成員”。相信未來紙漿模塑制品的應(yīng)用空間會越來越廣。