1、 OVERVIEW CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY Vol.01 No.03 2009.06收稿日期：2009-01-05 修回日期：2009-05-250 引言蜂窝纸板利用仿生原理，将蜂窝结构理论运用于包装材料，以最少的材料消耗，构筑坚固的蜂窝结构，使蜂窝纸板及其制品既坚固耐用又具有缓冲性能,已成为当今极具发展潜力的环保包装材料，它与瓦楞纸板、木材和塑料相比，具有不可替代的优势。蜂窝纸板以纸代木，1吨蜂窝纸板可代替30 50m3的木材，蜂窝纸板生产工艺技术崔立华1,2，朱婷婷2，黄俊彦2(1.大连标准检测技术研究中心，大连 116021；2.大连工业大学
2、 印刷包装工程系，大连 116034)摘要 蜂窝纸板是利用仿生原理将芯纸制成蜂窝状结构的纸芯后，再与面纸复合而成的板状材料。用其制作的包装制品具有质量轻、强度高、成本低、缓冲性能好等特点，可取代EPS发泡塑料，消除白色污染，保护自然环境，是一种符合21世纪发展要求的环保型新材料。本文对蜂窝纸板的生产工艺和技术进行了研究和探讨。关键词 蜂窝纸板；环保材料；生产工艺和技术 中图分类号 TB487 TB484.1 文献标识码 AProcess and Technology of Honeycomb CardboardCUI Lihua1,2， ZHU Tingting2， HUANG Junyan2
3、(1. Dalian Standard Test Technology Research Center, Dalian 116021, China; 2. Department of Printing Environmental protection material; Process and technology 而成本则只有木材的三分之一。用蜂窝纸板制作的托盘具有质量轻、强度高、成本低、缓冲性能好等特点；制成缓冲材料，可取代EPS发泡塑料，消除白色污染，保护自然环境，是一种符合21世纪发展要求的环保型新材料。近年来，随着人们对蜂窝纸板的优良性能和环保特点的深入认识，逐渐将其作为我国工业产品
4、重要的包装材料，其制造工艺技术、设备装备水平、市场开发和应用已取得长足进步，在我国包装、建材、家具综 述 中国印刷与包装研究 2009年第3期（第1卷）等行业得到越来越广泛的应用。1 生产原料蜂窝纸板是在蜂窝状结构的芯纸上下表面涂胶后，再与面纸复合而成的板状材料。因此蜂窝纸板生产过程需要的原材料主要有两大类，即原纸和胶黏剂。1.1 原纸1.1.1 原纸的主要技术指标蜂窝纸板用原纸分为蜂窝面纸和蜂窝芯纸用纸。目前国内尚无专用的蜂窝纸板用原纸标准，因此蜂窝纸板面纸的主要技术性能指标需符合箱板纸标准(GB/T 13024-2003) 中规定的要求1。蜂窝芯纸用纸的主要技术性能指标需符合瓦楞芯(原)纸
5、标准(GB/T 13023-2008) 中规定的要求2。1.1.2 原纸对蜂窝纸板性能的影响蜂窝原纸对蜂窝纸板性能的影响主要表现在以下几个方面。1）定量。原纸的定量是蜂窝纸板在原材料选取中首先要考虑的问题。对于同一种纸板，其定量越高，纸板的强度越高，但芯纸在生产操作中越不易拉开；反之纸板的强度越低，芯纸越容易拉开。所以在实际生产中，应根据所包装产品的不同要求选择不同定量的蜂窝芯纸和面纸。通常蜂窝纸板芯纸的定量在120 180g/m2，面纸定量在200 500g/m2。一般来说，同一种纸，原纸的定量越大，其抗磨损、抗压及防潮能力就越好，但成本也越高3。2）方向性。纸张具有一定的方向性，由于纤维排
6、列多为纸张的纵向，而且在造纸机内纸张承受了较大的牵引力，造成了纸的纵横向差别很大。在蜂窝纸板生产中，当芯纸的纤维方向与蜂窝面纸垂直时，其抗压强度最高。 3）水分含量。原纸的水分含量对纸的柔韧性、弹性、强度都有明显的影响。水分过高时，原纸自身很软，强度急剧下降，不易黏结；水分过低时，纸变得发脆易断，不利于蜂窝纸板的生产。一般蜂窝纸板用原纸的水分要控制在8% 12%，否则会影响纸板的抗压强度和缓冲性能4。4）环压强度。原纸的环压强度对蜂窝纸板的耐压性能影响最大，环压强度越高，蜂窝纸板的平压强度就越高，其承载能力也就越高。通常蜂窝芯纸的环压指数在5.3Nm/g以上，而面纸的环压指数为7.5Nm/g左
7、右。另外，蜂窝纸板的平压强度与蜂窝芯纸的厚度有关，一般蜂窝纸板的平压强度随着蜂窝纸板厚度的增加呈缓慢下降的趋势，而它的缓冲性能则随之增加。1.2 胶黏剂胶黏剂的黏结性能、干燥速度、胶膜硬度等因素都影响着蜂窝纸板的质量。所以在选择胶黏剂时，首先必须考虑黏结力，其次要考虑干燥速度、胶膜硬度，再次考虑的是使用方便、价格因素等。目前国内蜂窝制品生产厂家使用的胶黏剂大体可以分为四种类型。1）玉米淀粉胶。玉米淀粉胶是在碱性条件下对淀粉原料进行氧化等工序处理后得到的氧化淀粉,用这种氧化淀粉可制得凝胶温度低、黏合强度高的胶黏剂。这类胶料和普通的纸箱用胶没有本质的区别，只是固含量稍有提高，一般适用于非承力蜂窝纸
8、板制品的制造。 2）白乳胶。白乳胶的主要成分是聚醋酸乙烯酯，真正的白乳胶是无公害无毒的绿色产品。白乳胶能黏结多种材料，其主要特点是干燥快、强度好、固含量高、保质期长、不易发霉、适于大面积作业等。但这种胶的防潮耐水性较差，耐热性也不太好。3）环糊精。环糊精的制备是在酸性条件下，用加热的方法使淀粉降解，从而提高淀粉在水中的溶解性，是一种淀粉的改性制品。这类胶黏剂具有固含量较高、初黏性较高、黏合强度较大、保质期较长、刚性较好、价格适中以及干燥速度较快等特点，但这类胶黏剂的耐水性较差，所以在一定程度上限制了它的应用。4）接枝共聚淀粉树脂胶。这类胶黏剂的制备是在淀粉大分子的主链上通过共聚反应接枝上另外一
9、种线型单体聚合物，例如丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯、醋酸乙烯酯等单体的聚合物等。接枝上一定数量的其他单体聚合物形成共聚物树脂胶后，能够使共聚物胶黏剂的黏结强度明显提高，形成的胶膜柔软性得到改善，同时胶黏剂的干燥速度加快，黏结强度比普通玉米淀粉胶、环糊精等要高很多，是一种较理想的蜂窝纸板产品用胶黏剂，尤其适用于蜂窝纸板的复合。0 OVERVIEW CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY Vol.01 No.03 2009.06国内已有一些胶黏剂生产厂家研制出新型蜂窝纸板专用胶，其兼有化学胶和传统淀粉胶的优点，是蜂窝纸板胶黏剂中较理想的产品。新型蜂窝纸板专用胶具有以下优点
10、。黏结强度好。与现有淀粉胶和化学胶相当，能够满足蜂窝纸板黏合强度的要求。干燥速度快。固含量高，流动性好，达到或超过现有淀粉胶的干燥速度。蜂窝纸板不变色。传统的淀粉胶在碱性条件下成胶，在蜂窝纸板面纸偏薄、涂胶量大的情况下易导致纸面发黄，使产品的外观质量严重下降。新型胶是中性胶，解决了这一难题。防潮性能好。传统的淀粉胶为碱性，在潮湿环境下具有一定的吸潮性，会影响蜂窝纸板的抗压强度。新型胶是中性胶，克服了这一缺陷。绿色环保。新型专用胶以天然高分子材料为基材，极易降解，无毒，无害，无污染。质优价廉。新型专用胶以天然胶黏剂为主要原料，价格比现有淀粉胶略高，但是明显低于化学胶。2 生产工艺2.1 蜂窝芯纸
11、生产工艺2.1.1 蜂窝芯纸成型机理蜂窝纸板是由面纸和芯纸组成，芯纸呈蜂窝状，由数层芯纸按一定规律黏结而成，主要承载剪应力。面纸为等厚各向同性纸板，与芯纸复合形成蜂窝夹层纸板，主要承载应力、弯矩和扭矩5。蜂窝芯纸的成型主要是通过芯纸的错位上胶，各层芯纸之间按一定的规律错位，形成节距为4 L（ L为蜂窝边长）、上胶宽度为 L（为形状系数）交替黏结的复合层结构，将此交替黏结复合层沿垂直于纸面的方向拉伸，即可形成蜂窝状结构（如图1所示）。蜂窝芯纸成型后，根据其几何参数的变化情况，可产生三种蜂窝单元， C=2(2) Lcos ，其中 C为蜂窝内径。当1时，蜂窝形状为正六边形，如图1(a)；当1时，上胶
12、黏结边短，蜂窝形状为扁六边形，如图1(b)；当1时，上胶黏贴边长，蜂窝形状为长六边形，如图1(c)。实际生产中，在同等原材料的情况下，一般大蜂窝孔径的芯纸容易拉伸，生产速度可以提高，但蜂窝孔径大，会使蜂窝纸板的平压强度降低。2.1.2 蜂窝芯纸成型工艺蜂窝芯纸的成型工艺主要是制芯，其制芯工艺有层叠式和缠绕式两种。 1）层叠式。这种工艺是将卷筒状芯纸分切成一定规格尺寸的单张纸页，将错位上胶的单张纸页层黏结起来，放到压力机上保持一定的时间使其黏结固化，形成芯纸块，经切条机切成芯条，再通过芯条拼接形成连续的芯纸。层叠式制芯工艺的特点：生产工艺易于实现；间歇式作业，生产效率较低；要实现连续化生产，其设
13、备设计较复杂；芯纸块难以快速干燥。2）缠绕式。缠绕式制芯工艺原理如图2所示6。采用两卷芯纸，其中一卷两面错位涂胶，通过八角滚筒缠绕卷曲，卷至厚度60 120mm，经烘干后裁切，制成芯纸块，再裁切成一定长度的蜂窝芯纸条，经芯条拼接形成连续的芯纸。缠绕式制芯成型工艺的特点：采用单面纸双面涂胶，胶线错位准确，生产出的蜂窝芯纸边长均匀；生产速度快，采用卷八角形图2 缠绕式制芯工艺Fig.2 Coiled making core process 上涂胶辊切断线工艺损耗60120mm芯纸卷芯纸卷下涂胶辊图1 3种蜂窝结构单元Fig.1 Structure units of 3 honeycomb LL（2
14、）LL3030 （c) 1（b) 1（a) =1L（2）L综 述 中国印刷与包装研究 2009年第3期（第1卷）式一次可以生产出8块蜂窝芯纸块；采用纵向错位涂胶工艺（其原理如图3所示），生产纸板后芯纸纤维方向垂直于面纸，在同等条件下抗压力比层叠式高；芯纸拉伸性能好，制板速度快，可以达到20m/s以上，国产机器也可以达到6m/s以上；工艺损耗大，卷八角式裁切成芯纸块后，被裁去的边角料较多；切断负荷较高，刀具磨损大。2.1.3 蜂窝芯纸性能要求1）含水率。蜂窝芯纸的含水率应 5%。在使用蜂窝芯纸时，经过拉伸烘干处理后，其含水率应4%，以便于蜂窝芯纸的定型。拉伸干燥后的蜂窝芯纸，应在30min内保持
15、形状不变。2）抗压强度。蜂窝芯纸的抗压强度与纸材、蜂窝形状、孔径大小和含水率密切相关。蜂窝芯纸的抗压强度在含水率3%时最大。芯纸的定量不同、种类不同，其抗压强度不同。3）缓冲强度。当蜂窝芯纸所承受的压力超过其抗压强度而被压溃时，蜂窝芯纸在单位面积上所能承受的平均压力即为缓冲强度。通常蜂窝纸板的缓冲性能随着蜂窝纸板厚度的增加而增加7。4）相对密度。在芯纸定量相同的条件下，蜂窝芯纸孔径越小，相对密度越大，抗压强度越大；在相同的孔径条件下，芯纸的定量越大，相对密度也越大，抗压强度亦增加。5）孔径比。为保证蜂窝纸板的强度，蜂窝芯纸的拉伸程度应尽量充分，使蜂窝芯纸内径接近最大值，孔径比（如图4所示，蜂窝
16、孔距与其内径的比，i a/d）为1时，蜂窝芯纸的宽度是展开之前宽度的75%，此时蜂窝芯纸形状接近正六边形蜂窝结构，各种性能达到最佳。一般情况下，蜂窝芯纸的拉伸适用范围在60% 80%。2.2 蜂窝纸板生产工艺2.2.1 蜂窝纸板生产工艺形式蜂窝纸板生产工艺（黏结成型工艺）主要有3种形式：单机作业式、机组作业式和生产联动线式。单机作业式在我国一些小型蜂窝制品生产厂仍有采用，其生产效率低，产品质量难于稳定，只适合于产量较小的厂家。目前，蜂窝纸板生产线已成为我国蜂窝纸板行业的主流生产工艺，蜂窝纸板生产线是由蜂窝芯纸制造设备、蜂窝纸板制造设备、切纸机等部分组成。蜂窝纸板生产线一般分为两大工序，第一道工
17、序是制造蜂窝 状 六 边 形 结 构 芯纸；第二道工序是对芯纸进行上、下层复合制成蜂窝纸板，蜂窝纸板和后加工的质量水平是保证蜂窝制品质量的重要环节。蜂窝纸板制造生产线一般由7个单机组成：放纸架、蜂窝芯纸拉伸干燥机、蜂窝芯纸涂胶机、蜂窝纸板复合机、纵向裁切机、横向裁切机和电控柜等。其工作原理如图5所示。放纸架一般有2台，分别供应上面纸和下面纸。由第一道工序制造的蜂窝芯纸进入图5 蜂窝纸板生产线工作原理Fig.5 Process principle of honeycomb paperboard production line7-走纸纠偏装置1-放纸架3-定型装置4-干燥机5-主电控柜6-涂胶机8
18、-控制装置9-加压复合装置10-主动力装置11-纵向裁切机12-横向裁切机2-蜂窝芯纸拉伸干燥机图3 纵向错位涂胶工艺Fig.3 Vertical dislocation coating processL 3LL L3L上涂胶辊下涂胶辊涂胶层芯纸图4 蜂窝纸芯孔径比Fig.4 Honeycomb paper core aperture ratiosadc OVERVIEW CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY Vol.01 No.03 2009.06蜂窝芯纸拉伸干燥机2放开后，把蜂窝芯纸拉伸呈六角形的网格状，由定型装置3进行定型。在干燥和定型后，进入涂胶机6上下
19、涂胶，然后进入蜂窝纸板复合机（相当于瓦楞纸板生产线中的双面机）。面纸和芯纸经过干燥机4加热干燥也进入复合机中，在复合机中面纸和芯纸与蜂窝芯纸紧密贴合，在加热加压过程中干燥并复合成蜂窝纸板。制成的蜂窝纸板进入纵向裁切机11和横向裁切机12（相当于瓦楞纸板生产线中的纵切机及横切机），按要求裁切成所需要的尺寸。2.2.2 蜂窝纸板生产工艺过程1）芯纸拉伸。蜂窝芯纸拉伸有多种形式。限宽拉伸式：利用宽度限制，将芯条拉开。其特点是易于实现，横向受力不均匀，适用于单机作业。差速拉伸式：利用速度差，将芯条拉开。有牵引辊阻尼辊式、牵引辊阻尼板式和级差组合式。其特点是速差可调节，适用于机组作业和生产线。差速和限宽
20、结合式：适用于芯条需对接的生产线。横向拉伸式：将芯纸条沿横向拉开，其特点是拉伸过程中纸条速度是变化的，适用于连续纸条式生产线。2）面纸复合。主要有两种方式：面纸上胶复合和芯纸端面上胶复合。实际上面纸与芯纸黏结面只是蜂窝芯纸的棱边部分与面纸接合。因此采用面纸上胶将有3/4以上胶液是多余无用的，而且该部分胶液为后续蜂窝纸板的烘干及生产带来很多困难。蜂窝芯纸端面上胶，胶液的用量不到面纸上胶的1/4，胶液用量的减少同时也就减少了半成品的含水率和烘干的难度。采用芯纸端面上胶生产的纸板因含水量较低，滚压时的强度远大于面纸上胶的纸板。3）压实。为使面纸与芯纸黏结牢靠，一般都需要压实。有压力机压实、挤压实和辊
21、压实等方法。压力机压实主要用于制芯板。挤压实主要用于芯条对接和纸条对接压实。辊压实又分为：连续辊压实，其压力跳跃，应用于复合和芯条黏结；传递带与加压辊相结合压实，其压力变化比较平稳。其中的水平施压应用于纸条拼粘；垂直施压应用于纸板复合。4）加热干燥。蜂窝纸板生产中胶液的黏结、水分的排除、芯纸的定型都需要加热。蜂窝纸板生产中有电加热、蒸汽加热、导热油加热3种加热方式。电加热有远红外和微波加热。其特点是控制方便，能耗较大，成本高。蒸汽加热的特点是加热柔和，极限温度低，热效率不高，需用压力容器。导热油加热的温度范围较宽，热损小，无须压力容器，可不用锅炉房。5）纵横切。指蜂窝纸板的纵向分切和横向断开。
22、纵切一般都采用圆刀高速分切（多刀分切和双刀齐边）。横切多采用无齿圆刀，大小车行走同步控制切断。控制方式有计算机控制和工作程序控制等。 经过蜂窝纸板生产线生产出来的蜂窝纸板，可用于制作各种类型的包装制品或其他工业制品。3 结语在当今世界环保大潮的冲击下，环境与发展已成为国际社会普遍关注的重大问题。基于可持续发展的战略考虑，广泛发展绿色包装具有特别重要的意义8。蜂窝纸板正是在提倡绿色包装、保护环境的这种大前提下诞生的。作为一种新兴的绿色包装材料，蜂窝纸板及其包装制品具有出口时可免防疫处理和检疫、可回收再利用或自然降解，不会对环境造成污染等环保特性。因此研究蜂窝纸板及其包装制品的生产工艺和技术，大力
23、发展蜂窝纸板及其包装制品，将其广泛应用于包装、物流存运、建筑建材装饰、家具制造、环保等行业，具有极其重要的经济意义和环保意义。参考文献1 GB/T 13024-2003. 箱纸板S. 北京：中国标准出版社，2003.2 GB/T 13023-2008. 瓦楞芯（原）纸S. 北京：中国标准出版社，2008.3 郝喜海，林益平，胡协方. 蜂窝纸板质量分析以及提高质量的途径J. 中国包装工业，2002，(09): 2123.4 Modzelewska Izabela. Climatic Condition VS Hygrostability and Strength Properties of Co
24、rrugated BoardJ. Folia Forestali Polonica， 2006，(37)：3345.5 李永梅，骆光林. 瓦楞纸板和蜂窝纸板的发展方向综 述 中国印刷与包装研究 2009年第3期（第1卷）J. 中国包装工业，2005, (04): 28-30.6 戴宏民. 新型绿色包装材料M. 北京: 化学工业出版社，2004: 42507 李玉华. 蜂窝纸板用原纸技术与质量指标探讨J. 西南造纸, 2001, (06): 3940.8 孙书静. 蜂窝纸板新型的工业品包装材料J. 湖南包装, 2004, (05)：32.主要作者崔立华（1979年-），工程师，大连工业大学在读硕
25、士研究生。主要从事包装产品检验及研究工作。CUI Lihua, born in 1979. She is a Master student and an engineer of Dalian Standard Test Technology Research Center. She primarily engages in packaging product testing and research.E-mail：clu_.朱婷婷（1983年-），硕士研究生；主要研究方向为商品包装技术。 ZHU Tingting, born in 1983. She is a Master student a
26、nd her research interests is the commodity packaging technology.E-mail：黄俊彦（1960年-），副教授、硕士研究生导师，大连工业大学印刷包装工程系主任；主要从事包装工程的教学及科研工作。Associate Professor HUANG Junyan, born in 1960. He is a Director of the Department of Printing 大连工业大学印刷包装工程系,大连,116034)，朱婷婷,黄俊彦,ZHU Tingting,HUANG Junyan(大连工业大学印刷包装工程系,大连,1
27、16034)刊名： 中国印刷与包装研究英文刊名： CHINA PRINTING AND PACKAGING STUDY年，卷(期)： 2009，1(3)被引用次数： 0次参考文献(8条)1.GB/T 13024-2003.箱纸板 20032.GB/T 13023-2008.瓦楞芯(原)纸 20083.郝喜海.林益平.胡协方 蜂窝纸板质量分析以及提高质量的途径期刊论文-中国包装工业 2002(09)4.Modzelewska Izabela Climatic Condition VS Hygrostability and Strength Properties of Corrugated Boa
28、rd 2006(37)5.李永梅.骆光林 瓦楞纸板和蜂窝纸板的发展方向期刊论文-中国包装工业 2005(04)6.戴宏民 新型绿色包装材料 20047.李玉华 蜂窝纸板用原纸技术与质量指标探讨 2001(06)8.孙书静 蜂窝纸板-新型的工业品包装材料 2004(05)相似文献(1条)1.学位论文 虞道良 蜂窝纸板承载与缓冲性能的试验研究 2008蜂窝纸板是近年来应用于运输包装领域的新型环保材料，对纸蜂窝结构的承载与缓冲性能的研究，在工程实践中具有重要价值。本课题进行蜂窝纸芯、蜂窝纸板准静态压缩试验研究，研究蜂窝纸芯、纸板的承载、缓冲性能，分析结构参数、环境条件对其性能的影响，为蜂窝纸板的包装
29、应用提供技术基础。完成的主要工作包括：(1)进行蜂窝纸芯、纸板的准静态压缩试验，测定不同孔径比、厚度下的蜂窝纸芯、蜂窝纸板的承载性能；分析孔径比、厚度、蜂窝纸芯等对纸板承载性能的影响。结果表明，有无面纸影响纸板的承载能力，同时发现纸板高度较低，其面纸对纸板承载力影响较小；在其它参数相同的情况下，纸板厚度越大，承载能力越小；在孔径比小于1的范围内，孔径比大其纸板的承载能力下降。(2)在其它条件相同的情况下，原材料纸的定量越大，其抗弯强度增大；同时，纵横向的抗弯强度差距较大，纵向抗弯强度大于横向抗弯强度。(3)分析蜂窝纸板压缩一变形与破坏特性。结果表明，其压缩变形呈非线性特征，压缩变形过程经历黏弹性、弹塑性、塑性坍塌阶段。(4)进行蜂窝纸板缓冲性能计算分析，总体上，有无面纸对蜂窝纸板缓冲性能的影响不显著；厚度对蜂窝纸板缓冲性能有影响，纸板厚度大，相应的缓冲系数较小，其缓冲性能较好。(5)试验测定分析环境相对湿度对纸板基材、纸板机械性能的影响。发现在RH50-90范围内，蜂窝芯纸的抗张强度随相对湿度的增加而减小，而且具有显著的方向性，但纸板的承载能力结果相反。本文链接：http:/
