中華印刷包裝網  劉瑩

    工業生產領域中應用仿生學早已不是新鮮事了。近期參加的2006溫州龍港展會中，現場有一家企業專門生產各類型蜂窩紙板，此種產品利用蜂窩狀結構抗外力強，不易形變等特點生產而成，“源于生態結構，高于生態結構”，不僅保留了原有特點，同時進一步挖掘潛力，做成各種變形蜂窩狀，可以更加廣泛應用于工業領域。展會現場前去咨詢了解的人數眾多，資料發售一空，可見其市場潛力之巨大。

    蜂窩紙板是一種重量輕、承重大、彈性好、強度高、能夠代替木材的紙質材料，具有緩沖、抗壓、質輕無污染，可吸收物品上下搬動所產生的沖擊等特性。國內加速蜂窩紙板的開發和推廣應用，不僅能夠節約木材、節省資源、保護生態環境，另外因其完全免熏蒸、免檢疫，可以減少通關阻礙，是外貿產品出口木包裝的最好替代品。這樣就可以打破美、加、歐盟等對中國貿易設置的障礙，有利于不斷增長的出口要求。

    蜂窩紙板之所以具有較高的耐壓和較好的緩沖性能，源于其特殊結構與加工工藝。對其進行深入研究分析，并取得較為準確的數值，對于實際生產應用能夠起到指導作用。盡管蜂窩紙板目前分類方法多種多樣，但從結構入手，會更加容易量化并分析，以下將其分為單層與多層兩種進行探討。目前，對單層蜂窩紙板的壓縮特性可以方便地直接進行試驗研究，得出不同壓縮速率下連續靜態壓縮力與各數據模量的F-δ、σ-ε特性曲線。同時，在實際應用中通常使用的是多層蜂窩紙板疊加組合形式，還需對此類紙板壓縮特性進行了解。以下介紹一種利用可測得連續壓縮性能曲線的RMT計算機輔助壓力自動測試系統對單層蜂窩紙板壓縮特性進行了試驗研究，并得到不同壓縮速率下連續靜態壓縮F-δ、σ-ε特性曲線。

以上是在不同速度條件下（圖1為6mm／min，圖2為60 mm／min）測得的靜態壓縮值。觀察發現兩張圖基本上的變化過程均分成了四個階段：即彈性階段、彈塑性階段、塑性階段和壓實變形階段。第一階段整個過程發生彈性型變，彈性階段產生的應力以近乎直線的上升速度達到第一個峰值；接下來的彈塑性階段，兩種型變兼而有之，應力迅速下降，但曲線較上一階段略顯平緩；以上兩個階段的變化時間非常短，僅占整個試驗時間的1/20左右。接下來第三階段是過程中最為復雜的階段，整個趨勢中應力是有所回升，但前半段大約14分鐘內非常緩慢，幾乎不被察覺，中間還會有一些小的反復，不過影響完全可以忽略。后半段中上升速度突然加快，應力達到最大。最后一個階段中應力以直線速度下降，斜率比第一階段還要更大些，直至最后結束，完成壓實變性。

有了這樣的試驗基礎，可以進行一下大膽的推測：多層疊加蜂窩紙板在壓縮過程中，當各層屈服強度(即彈性階段應力峰值)不同時，屈服強度最小層應當首先屈服、破壞，然后其它各層按照屈服強度由小到大的順序依次屈服，經歷彈塑性、塑性和壓實變形各階段；當各層蜂窩紙板性能完全相同時，各層將同時屈服，同時經歷彈塑性、塑性和壓實變形各階段，直至最終破壞。 
 
　　當然實際中，由于蜂窩紙板在生產過程中很難保證各處性能完全一致，即使從同一張紙板上裁出的二層紙板性能也有微小差別，因此各層紙板也應依次屈服，經歷彈塑性、塑性和壓實變形各階段。其靜態壓縮特性曲線也應為各層靜態壓縮特性曲線按照屈服強度由小到大的順序依次相加。

隨著科技的發展，現今已經有條件完成多層疊加蜂窩紙板的試驗：采用同一種蜂窩紙板，紙板試樣面積A＝100mm×100mm，厚度t＝20mm，紙芯為130g／平方米，蜂窩狀六邊形的邊長為10mm，環境溫度26℃，相對濕度R＝79％。實驗設備是RMT計算機輔助壓力自動測試系統，采用上法進行實驗，時間延長20分鐘。

    觀察上圖不難發現，完全符合上文猜測：即斷裂將會在不同層面完成，按照屈服強度由小到大的順序依次經歷四個壓縮特性階段。

所以說，上述試驗中，我們基本可以分析出：
1)    多層疊加蜂窩紙板在壓縮過程中，當各層屈服強度不同時，屈服強度最小則應當首先屈服、破壞，然后其它各層按照屈服強度由小到大的順序依次屈服。每一層均經歷彈塑性、塑性和壓實變形各階段； 
   
2)    多層疊加蜂窩紙板每個周期都與其中一層的靜態壓縮特性一致；
    
3)    多層疊加蜂窩紙板壓縮特性曲線中的周期變化對其緩沖性能將產生不利影響，在使用中應加以注意，特別是幾個應力的峰值位置應更加小心。

    蜂窩紙板的制作過程，由于其使用目的性明顯，所以只要深入了解了上述特點，避免出現應力過大，再根據不同種類形狀加以分析，就可以做到滿足需要。

    在實際生產中蜂窩紙板的衍生物，應用更加廣泛：紙箱、紙棺、紙托盤、紙芯、蜂窩緩沖墊、建材家具夾層板等系列產品具有緩沖、抗壓、質輕無污染的特點。近年來在歐、美、日等發達國家新興的綠色包裝材料頻頻應用。一噸再生蜂窩紙板可替代30-50立方米木材，極大地減少木材的使用量，是國際公認的綠色環保產品。可以完全做到紙代木、代塑、代磚等。

    當前我國的現狀是：生產和應用處于起步和發展階段。由于目前生產廠家太少，生產量遠遠不能適應擴大的市場需要。而且應用范圍很廣，市場潛力很大，因而它成為當前迫切需要發展的新材料、新產品。蜂窩紙板及其制品的制造技術是一門綜合性的高新技術，符合國家的產業發展政策。其技術并不復雜，只要對以上的試驗結果靈活應用，就一定能生產出令客戶滿意的產品。(Trancy)



（以上四張試驗用圖摘自《包裝工程》張安寧試驗報告）