1、蜂窝纸板的结构、性能及应用一周彩霞刘建宁蜂窝纸板的结构、性能及应用木周彩霞，(烟台职业学院机械系。刘建宁山东烟台264670)摘要：本文介绍了蜂窝纸板的结构、性能特点以及蜂窝纸板的主要产品并指出了蜂窝纸板产品开发遇到的问题及解决方向。对指导蜂窝纸板在各个领域的应用及力学性能研究有一定的指导意义。关键词：蜂窝纸板；结构；产品；应用；力学性能中图分类号：TB4841 文献标识码：B 文章编号：10051295(2009)040061-03Constructor M池Ilicm Performance and Appliance of Honeycomb PaperboardZHOU Cai-xia
2、，LIU Jian-ning(Deptof Mechanical Engineering，Yantai Vocational College，Yantai Shangdong 264670，China)Abstract：The constructor mechanical performance and appliance and main products of honeycomb paperboardwag introducedThe problem that honeycomb paperboard faced and the way to aolve it w够pointed ouL
3、It is essentialto know the mechanical performance of honeycomb paperboani，supervising its applianceKey word：honeycomb paperboard；constructor；,product；appliance；mechanical performance1蜂窝纸板简介蜂窝技术的发明和应用已有60多年的历史了，始于军品。后沿用于民品。军品和民品都是运用蜜蜂窝状作芯。经过复合成材。军品是用铝合金作为原料。民品是用纸作为原料。基本原理是一样的。早期的蜂窝形状材料大多以铝合金或轻质合金加工制作
4、而成，由于价格较贵，主要用于飞行器的机翼；到了上世纪60年代，随着制造工业和制造业技术的发展。纸制蜂窝板材料也开始问世。蜂窝夹层材料的生产、应用在发达国家发展很快，特别是荷兰、英国，其技术装备好，产品质量稳定，且被广泛用于航天、航空、建筑、包装、交通运输等领域。现在蜂窝纸板在发达国家广为使用，技术早已成熟，应用领域也在不断扩大。2蜂窝纸板的结构、性能特点蜂窝纸板由两层面纸和一层芯纸胶接而成。芯纸呈蜂窝状，由数层纸按规律粘贴而成。面纸和芯纸是由相同材质的、等厚各向异性板材收稿日期：200905一12作者简介：周彩霞(1962一)。山东烟台人烟台职业学院教师，工程师，主要从事机械制造方面的教学和科
5、研工作。61万方数据包装与食品机械2009年第27卷第4期组成蜂窝夹层板主要承载剪应力、弯矩和扭矩：纸芯形成的蜂窝夹芯，主要承载剪应力。蜂窝纸板具有多相性。包括同相、液相及气相。固相成分包括植物纤维、胶料、填料及染料等，是决定蜂窝纸板力学性质的主要因素；液相和气相的存在使得蜂窝纸板的力学性质更为复杂多变；蜂窝纸板具有各向异性，由于基纸成份的空间分布、排列及取向的较大差异，造成蜂窝纸板的力学性质具有显著的各向异性；层板结构抗压能力强。缓冲性能优良。蜂窝纸板采用蜂窝结构。以最少的材质消耗。获得了大的容积和最大的强度、刚度。蜂窝纸板的芯孔为密闭结构。其中充满空气且互不流通，因此具有良好的隔热、隔音性
6、能，特别适用于建筑行业。3蜂窝纸板的主要产品和应用1)包装运输领域广泛应用的聚苯乙烯泡沫塑料由于造成严重的白色污染，许多国家逐渐淘汰禁用。被环保型新材料代替。2)一次性使用蜂窝纸托盘在我国国内外贸易中，大量推广使用集装箱和一次性使用蜂窝纸托盘及配套收缩薄膜，从而大大减少了运输中的破损和包装总费用。与我国目前港口、码头、仓库大多使用的木材制品相比，节约90的木材，23的资金，而且可以回收再生，保护森林资源，维护生态平衡，符合我国可持续发展的策略。3)平板玻璃的蜂窝包装蜂窝板强度高、弹性大，其加t成的箱体具有良好的抗压、防震等突出特点，是易碎、怕压物品的理想包装，特别是对玻璃、陶瓷制品。4)摩托车
7、的蜂窝包装我国摩托车年产量近千万辆，主要用木包装箱和瓦楞纸箱包装用蜂窝纸板取代这两种包装箱是必然趋势。5)结构领域可作多种构件(1)广告牌：质虽轻。安装方便，成本低。(2)商用、家用门：减少自重。增加稳定性。减轻门轴磨损。(3)桌面和组合家具部件：减轻自重减小62弯曲变形，提高强度。(4)车辆零部件：车厢顶棚，地板，壁板，改善车的总体结构。(5)隔音板：吸音功能。另外。纸蜂窝夹板正在被进一步开发的用途还有：在其两面或一面粘贴胶合板、装饰板、纤维板、有机板、金属板、石膏板等以满足各种不同的用途；在国外，蜂窝复合纸板已被应用到家具制造业。纸蜂窝芯层经过特殊处理可以固化、阻燃、防潮，可作复合墙体、室
8、内门、活动板房等，以替代木材和粘土。随着对蜂窝复合纸板的不断开发研究其用途还将会不断地增加。4力学性能的研究状况目前国外的研究已经深入到蜂窝结构的力学模型、蜂窝芯的平面压缩数值模拟等。国内郭彦峰、许文才、王梅、张改梅、骆光林等对蜂窝纸板的力学性能进行了大量的试验，得到了大量的数据。并成为现在进行蜂窝纸板力学性能研究的重要参考。但是目前国内外对这些缓冲材料的研究还大都处于试验研究阶段。至于理论研究也仅仅是对试验结果的拟合、修正。这种研究方法无法很好地描述材料本身的性能，要真正掌握材料特性，就应该从材料人手，建立材料的力学模型。而国内外在这方面的研究几乎是空白。所以，今后对材料性能的研究应该着眼于
9、这个方向。并最终达到用其来指导产品缓冲设计的目的。5 结论蜂窝纸板的广泛用途取决于它性能的优越性，当蜂窝材料面外受载时，它具有： 本文总结了国内外蜂窝纸板的发展历史、研究状况、工艺和应用前景，对阻燃性蜂窝纸板的阻燃剂和胶粘剂方案进行了探讨。在查阅大量资料的基础上，经过分析，提出阻燃剂配方选用、施加工艺的原则以及应满足的要求，并针对课题制定了具体的工艺方案，以便进行后续的测试试验及分析。 本文按照国标进行了相关的力学试验，测试了蜂窝纸板的静态压性能，对得到的数据运用MATLAB软件进行多项式拟合，绘制了应力应变曲线，计算出不同类型蜂窝纸板的抗压强度和弯曲强度。通过对普通蜂窝纸板和阻燃性蜂窝纸板试
10、验结果的研究和分析，证实蜂窝纸板在阻燃化处理后，其抗压强度、防潮性能得到一定提高，同时缓冲性能没有明显下降，从而验证了设计方案的可行性。 最后利用大型有限元分析软件ANSYS建立了阻燃蜂窝纸板的有限元模型，将试验获得的蜂窝纸板力学数据作为参数，研究了蜂窝纸板结构应力分布特性，分析蜂窝纸板静态压缩变形与理论，试验结果较一致。3.期刊论文 马苏常.檀润华.MA Su-chang.TAN Run-hua 基于Pro/Mechanica的蜂窝纸板模具有限元分析及优化设计-煤矿机械2010,31(6)研究了Pro/Mechanica环境下蜂窝纸板模具零件的灵敏度分析与结构优化设计.建立了蜂窝纸板模具的三
11、维模型,对其冲头结构进行了静态分析,通过灵敏度分析确定冲头结构的重要设计参数.以应力、应变和变形最小为目标函数,完成了冲头结构的优化设计.该方法可以有效地解决蜂窝纸板模具的疲劳失效问题,提高了可靠性.4.期刊论文 谢勇.Xie Yong 一种基于菱形蜂窝构型的夹层板及其基本性能 -湖南工业大学学报2008,22(6)指出现有六边形蜂窝纸板结构所存在的缺陷,提出一种新型的准菱形蜂窝夹芯结构.通过分析和计算,确定了这种菱形蜂窝纸芯的成型方法和基本尺寸参数.定性分析和实验结果表明:较之六边形蜂窝纸板.菱形蜂窝纸板的缓冲性能和折叠性更好,适合用作缓冲包装材料和制成折叠蜂窝纸箱.5.会议论文 杨小俊.张
12、昌汉 蜂窝纸板缓冲包装结构的性能 2008本文对蜂窝纸板缓冲包装结构的抗压性能和缓冲性能进行分析，讨论其作为缓冲包装材料的优势及不足，提出了一些改善措施以提高其抗压及缓冲性能。6.期刊论文 李东 浅谈蜂窝纸板的结构、性能及质量控制方法 -印刷技术2009(10)蜂窝结构的材料起源于仿生学,并最早用于制造飞机的夹层结构(铝质蜂窝芯)中,使飞机的重量得以减轻,而运载能力有所提高.其在包装领域的应用始于20世纪80年代,作为一种结构优良,价廉物美的新型环保包装材料,正被用于替代木制包装材料和EPS泡沫塑料缓冲材料.据了解,使用1吨蜂窝纸板可以替代3050立方米木材,可见蜂窝纸芯的中空结构可节省大量耗
13、材.7.期刊论文 孟宪文.李连进.武斌斌.MENG Xain-wen.LI Lian-jin.WU Bin-bin 蜂窝纸板的隔振缓冲性能测试 -包装工程2006,27(5)为了保护产品在流通过程中不因受到振动和机械冲击而破损,必须对产品施行隔振缓冲包装,所以,研究隔振缓冲材料的动态力学特性是非常必要的.本文通过不同厚度的蜂窝纸板的隔振和静态压缩性能测试,获得了动态缓冲曲线和振动传递率曲线,为蜂窝纸板在隔振缓冲包装中的应用提供了基本数据,为隔振缓冲包装设计提供有用的依据.8.学位论文 辛成龙 蜂窝纸板平压性能试验研究及有限元分析 2008蜂窝纸板是一种环保型非金属夹层结构的缓冲包装材料,在运输
14、包装工程领域有着良好的应用价值。本文针对蜂窝纸板在运输包装应用中的静态压缩特性,试验研究了不同结构参数的蜂窝纸板的平压性能,并采用ANSYS软件对蜂窝纸板的静态压缩试验进行了有限元分析。首先,研究了不同结构参数和温湿度条件下蜂窝纸板的静态压缩试验,分析了胞壁厚度、纸板厚度、温湿度对蜂窝纸板平压性能的影响,获得了其压缩应力一应变曲线及其规律。通过对三种瓦楞、蜂窝复合纸板结构压缩性能的试验对比分析,得到了瓦楞、蜂窝复合纸板结构的压缩变形规律。其次,针对蜂窝纸板的夹层结构特征和静态压缩特性,研究了不同结构参数条件下蜂窝纸板的有限元建模方法,分析了建模过程中单元类型、材料类型和网格划分方法的选择。最后
15、,采用有限元法和ANSYS软件分析了蜂窝纸板的静态压缩特性,获得了不同位移载荷下蜂窝纸板的压缩变形图、应力分布图等。对ANSYS分析计算结果和试验结果进行比较,验证了蜂窝纸板有限元模型的正确性。本文的研究工作及成果可用于改进蜂窝纸板的平压性能,以及蜂窝纸板衬垫、包装箱的结构优化设计,对蜂窝纸板这种非金属夹层结构的有限元建模方法有良好的参考价值。9.期刊论文 吕原君.徐文琴.LV Yuan-jun.XU Wen-qin 不同结构的蜂窝纸板缓冲垫的力学性能分析 -包装工程2008,29(6)对不同结构的蜂窝纸缓冲垫作了力学性能分析,得到其结构的最优组合.首先在三维软件建立各种蜂窝纸缓冲垫的分析模型
16、,用有限元软件分析在一定高度下增加层数和改变层的位置对其压渍能力的影响,为蜂窝纸板制品,尤其是缓冲垫的结构设计提供帮助.10.期刊论文 王冬梅.王志伟.WANG Dongmei.WANG Zhiwei 纸质结构型包装材料缓冲性能研究进展 -材料导报2007,21(6)综述了国内外瓦楞纸板、蜂窝纸板和纸浆模塑制品等纸质结构型缓冲包装材料结构缓冲的研究现状,并分别总结了上述材料国内外的研究侧重点:国内的研究多处于对现有材料的试验阶段;而国外则侧重于用力学理论基础知识来解释这些材料的力学性能,并用有限元软件对其力学模型进行仿真,该研究结果对于不同材质的结构型材料具有一定的普适性.在此基础上得出开发新型结构型材料,寻求普适性的缓冲性能表征方法是下一步研究的方向.本文链接：http:/
