蜂窝纸板胶黏剂的制备及防潮性能测试毕业论文.doc

蜂窝纸板胶黏剂的制备及防潮性能测试毕业论文目录第1章 绪 论11.1 研究内容11.2 蜂窝纸板的发展现状11.3 蜂窝纸板的发展历史21.4 蜂窝纸板发展前景21.5 蜂窝纸板胶黏剂的国内外发展现状31.5.1 国外发展现状31.5.2 国内发展现状31.6 研究蜂窝纸板胶黏剂的设想31.7 目前市场上用于纸板已有的胶黏剂及其优缺点31.8 研究的设想及方案41.8.1 淀粉胶黏剂的耐水差原因41.8.2 粘接基本原理 41.8.3 根据原理设计研究方案51.9 研究意义51.9.1 透湿性51.9.2 防潮研究5第2章 蜂窝纸芯淀粉胶的制备及蜂窝纸板的制作72.1 淀粉胶的制备72.2 蜂窝纸板的制作82.2.1 纸芯的制作82.2.2 施胶对蜂窝纸板性能的影响102.2.3 纸芯的拉伸112.2.4 贴面工艺122.3 制造工艺对试样的影响分析132.4 温湿度的影响分析13第3章 蜂窝纸板的静态压缩试验143.1 实验目的及原理143.1.1 实验目的143.1.2 实验基本原理143.2 试验设备及材料143.2.1 实验仪器143.2.2 实验材料143.3 裁取试样并进行预处理153.3.1 定位153.3.2 划基准线153.3.3 裁切纸板153.3.4 试样预处理153.4 实验方法及试验过程中出现的问题163.4.1 测试方法163.4.2 试验过程中出现的问题17第4章 实验数据处理184.1 对纸板压缩力-位移曲线的分析184.2 转换成应力应变曲线并分析194.3 实验结果分析224.3.1 变形过程分析224.3.2 建立拟合函数234.4 其他影响蜂窝纸板力学性能的因素26结 论28参考文献29致 谢30毕业设计诚信声明31第1章 绪 论1.1 研究内容（1）调查蜂窝纸板和蜂窝纸板胶黏剂的应用现状及发展前景；（2）了解蜂窝纸板的制造工艺及性能特点，并制作蜂窝纸板；（3）在查阅相关资料的基础上，设计并确定实验方案；（4）采用不同配方配置纸芯胶黏剂制作芯纸；（5）裁切试样，对不同配方制作的蜂窝纸板进行静态缓冲压缩试验；（6）统计并处理实验数据，分析实验结果，比较得出不同湿度对纸板静态缓冲性能的影响，并提供相关技术参数。1.2 蜂窝纸板的发展现状蜂窝纸板是一种深受重视、值得推广的包装材料。因为它符合国家“ 代木包装”的产业政策。国家限制采伐森林，限制木材用于包装。在出口货物代木包装指导目录中，蜂窝纸板成为代木首选材料，它不仅能节约木材，更主要是打破美、加、欧盟等对我国贸易所设置的障碍。它还符合价格规律。木材价格总趋势上升不会变。它还符合保护环境和可持续发展政策。目前制约蜂窝纸板发展的问题是技术和市场。技术问题显而易见。我国蜂窝纸板生产线的完整性、稳定性、加工精度、外观质量等与国外先进设备相比，还存在很大的差距。生产设备自动化程度低，有的工序仍用手工作业，生产效率低；成型加工设备比较简单，在制品成型过程中，如压痕、封边、印刷、防潮、平整性、光滑度等方面存在问题，生产的蜂窝纸板制品表面粗糙、色彩不佳，难以达到标准化和系列化，难以满足用户需求。尤其是防水、防潮问题还没有很好解决。蜂窝纸板制成的包装箱、托盘经漂洋过海受潮后强度减弱，经不起撞击和摇摆，造成货物破损。二是市场问题。市场与技术是直接关联的1，技术问题影响到市场问题。尽管蜂窝纸板在包装领域用途很广，潜在市场很大，但其技术水平还低，尚属初级阶段，好的产品还没有大量生产出来，未能在市场广泛存在，现在市场还较模糊。影响市场的首先是价格问题，由于蜂窝纸板生产效率低，原材料利用率低，其价格实际上不比木质包装便宜多少，使用户难以接受。影响市场的还有伐木效果问题，作为伐木包装制品的蜂窝纸板主要用途是托盘、缓冲衬垫，而防水、防潮等技术问题尚未很好解决，影响使用效果，难以进一步拓展市场 。1.3 蜂窝纸板的发展历史蜂窝纸板已有近60年历史最早用在军事上，在第二次世界大战时，它作降落伞空运落下的工具起缓冲作用使降落的空运货物在落地时尽量少受损伤。二十世纪五、六十年代，在发达国家中，蜂窝纸板已开始应用于建材、包装等领域。我国蜂窝技术先由航天工业引进以铝材用于制造航天材料。二十世纪80年代后期蜂窝纸板始用于军品。1988年经中国人民解放军总后勤部立项下达了研究任务书：1990年完成了产品的测试试验：作，并制作了包装箱、纸托盘等包装产品在军队所属仓库及军援贸物资中进行了试用，取得了明显的效果。1992年由总后卫生药材仓库研制的蜂窝纸芯生产设备和蜂窝纸板粘结设备试制成功。尽管这条生产线存在着许多设计缺陷但却结束了手工制做蜂窝纸板的历史，引发了国内众多厂家竞相开始蜂窝纸板生产设备的研制。到1997年底，除一些引进英国、德国、荷兰、韩国等国外设备的企业外，国内研制牛产蜂窝纸板的企业已达27个。机械、电子、外贸等系统也先后开展了大量的推广应用试验工作。组织力量研制了机电产品周转箱、电子产品缓冲包装箱、平板玻璃包装箱、外贸出口纸托盘等，在相关行业试用或使用，在保护内容物、降低包装费用等方面取得了较好的效果2。1.4 蜂窝纸板发展前景蜂窝纸板是一种新型的可以循环再生使用的绿色环保材料，它采用蜂窝结构作为纸芯，经过复合，形成蜂窝纸板。蜂窝纸板的夹芯不仅提高了板材的刚度和稳定性，而且改善了板材整体的力学性能。由于蜂窝纸板具有强度大、刚性好、缓冲、保温、隔热、隔音等众多优点，经过特殊处理后还能够阻燃、防潮，防水、防霉以及防静电作用，而越来越多地得到重视和应用。在包装行业主要利用蜂窝纸板的耐压和缓冲性能将其作为包装纸箱和包装缓冲垫等，所以在商品的包装方面，蜂窝纸板有可能逐渐取代木质包装和其它重型包装，成为主流包装材料之一。由于蜂窝纸板具有良好的发展和应用前景，所以有关蜂窝纸板的研究就成为各包装研究院所和包装企业的研究热点殊处理后还能够阻燃、防潮，防水、防霉以及防静电作用，而越来越多地得到重视和应用。在包装行业主要利用蜂窝纸板的耐压和缓冲性能将其作为包装纸箱和包装缓冲垫等，所以在商品的包装方面，蜂窝纸板有可能逐渐取代木质包装和其它重型包装，成为主流包装材料之一。由于蜂窝纸板具有良好的发展和应用前景，所以有关蜂窝纸板的研究就成为各包装研究院所和包装企业的研究热点1.5 蜂窝纸板胶黏剂的国内外发展现状1.5.1 国外发展现状胶粘剂以其胶接方便、快速、经济、节能而著称。已在尖端技术、国民经济和日常生活中,为改革产品结构、节约原材料、提高生产率、节省能源和降低成本等方面取得了良好的效果。因此,世界各经济发达国家莫不竞相发展。1995年美国胶粘剂和密封胶销售量为926万t，美国胶粘剂用途分配为: 包装工业 25% , 工业装配 22%, 木材加工 16%, 运输 11% , 建筑9%, 民用7%, 牙科及医用 1%, 其它9%。德、英、法三国胶粘剂市场分布为: 纸、包装30%, 建筑 28%, 木材、家具 19%, 汽车 5%,胶粘带4%, 织物、卫生品 3%, 钉书 1% , 鞋业1% , 其它、家用8%1。从以上可以看出胶黏剂用于纸、包装方面比较广泛4。1.5.2 国内发展现状我国合成胶黏剂生产以及粘接技术的推广应用始于1958年，至此一些中小企业开始建立投产，不断地研发新胶种。改革开放以来，我国胶黏剂产业发展迅速，产量急剧增长，质量不断提高，应用领域渐扩展到建筑业、纸制品及包装、制鞋、汽车、电子、木工、家用电器、住房设备、运输、航天航空和医疗卫生等行业。近五年产量平均增长达到11.6%4。从国内发展来看，胶黏剂在纸品方面应用比较广泛。1.6 研究蜂窝纸板胶黏剂的设想鉴于胶黏剂在纸品方面应用广泛，而蜂窝纸箱在各行各业的应用非常广泛，既可用作大型出口设备的包装，又可用于包装各类小型物品。蜂窝纸板不同于瓦楞纸板，不可直接折叠，具优良的抗压、抗弯和缓冲性能。构成蜂窝纸板的蜂窝结构是一种独具特色的夹层结构，即指由胶粘剂将蜂窝夹芯与面板粘接起来的粘接体系。粘接的剥离强度、剪切强度、节点强度、抗压强度以及环境强度等，对蜂窝纸板的质量关系极大3。所以对粘结蜂窝芯的胶黏剂的研究有着很重要的意义。1.7 目前市场上用于纸板已有的胶黏剂及其优缺点（1）玉米淀粉（胶粉）5：玉米淀粉、胶粉是在碱性条件下用氯气处理，处理后的淀粉含有负电荷阴离子的氧化淀粉。适用于非承力纸蜂窝制品。如用于超过 50公斤以上的包装箱、托盘等就存在下列致命的缺点：A、粘接强度低；B、胶层固化后完全失去弹性而变脆。当受到弯曲、冲击、挤压、剪切等外力时，很容易造成脆性破坏。耐老化性、防潮耐水性不好。不适合在高温、高湿的环境下使用或存放，易霉变。（2）白乳胶：主要成份为聚醋酸乙烯脂。白乳胶能粘接多种材料、干燥快、强力好、固含量高、使用期长、适合大面积作业。但这种胶一是防潮耐水性不好；二是耐热性差，容易产生蠕变。这恰恰是承力和次承力结构制品致命的弱点。为了克服以上缺点，必须进行改性处理。（3）黄糊精：黄糊精通常是在酸性条件下，用加热的方法使淀粉的分子量降解，而溶于水。这种胶固含量高、初粘性好、粘强力大、使用期长、价格适中、 干燥速度比较快，特别是胶膜弹性膜量高、刚性好，很适合作芯条胶。但这类胶的耐水性差，限制了它的应用效果。（4）接技共聚淀粉树脂胶粉：该类胶是在淀粉大分子的主链上接枝另一种线型单体聚合物，例如：丙烯酸、丙烯晴、丙烯酰胺、苯乙烯、醋酸乙烯等单体。接枝共聚物能明显提高粘接强度，胶膜的柔软性好、干燥速度快，其优良的粘接特性比普通玉米淀粉胶、糊精好得多，是一种较理想的纸板用胶粘剂，但它的耐水性差。1.8研究的设想及方案1.8.1 淀粉胶黏剂的耐水差原因淀粉胶黏剂耐水性差的原因有两个6:一是淀粉分子链段上带有较多的羟基亲水基团 ,二是成膜后不能形成网状交联结构, 因此改善其耐水性等可以从这两方面入手。1.8.2 粘接基本原理(1)机械理论。这种理论认为,任何材料的表面实际上都不是很光滑的,由于胶黏剂渗入被粘接物体的表面或填满其凹凸不平的表面,经过固化,产生楔合、钩合、锚合现象,从而把被粘接的材料连接起来。(2)吸附理论。当胶黏剂分子充分润湿被粘接物体的表面,并且与之良好接触, 胶黏剂分子与被粘物表面之间的距离接近分子间力的作用半径(0.5 nm)时, 两种分子之间就要发生相互吸引作用,最终趋于平衡6。其界面间的相互作用力主要为范德华力、氢键,即分子间作用力。(3)扩散理论。该理论认为粘接力是由于扩散作用而产生的,即高聚物分子本身或链段相互扩散穿过最初接触面,从而导致界面的消失和过渡区的产生。(4)静电理论。静电理论认为胶黏剂与被粘接材料接触时,在界面两侧会形成双电层, 如同电容器的两个极, 从而产生了静电吸引力。该理论可以很好地解释聚合物膜与金属的胶接。1.8.3 根据原理设计研究方案蜂窝纸板是纸制品，其力学性能受到温湿度的影响很明显，所以蜂窝纸板的力学性能对温度和湿度都很敏感。纸蜂窝芯的施胶面在施胶后得到了强化作用，施胶面的强度要大于没有施胶的面。收缩率大小直接影响到蜂窝纸板力学性能的好坏，对于收缩率不大的蜂窝纸板来说，适当地收缩会起到强化作用，提高了蜂窝纸板的力学性能，而对于收缩率较大的蜂窝纸板来说，会造成蜂窝纸板结构的破坏，降低了蜂窝纸板的力学性能7。为探究湿度对蜂窝纸板力学性能的影响，先参考文献和目前有的国家标准，借鉴目前对淀粉胶黏剂改性的制备，得出水性防潮胶黏剂的初步配方，制备改性胶黏剂，对改性胶黏剂用旋转粘度计在一定的条件下进行粘度测定，制备好胶黏剂后，使用制备好的胶黏剂制作蜂窝纸芯，再用制做好的纸芯制成蜂窝纸板，对蜂窝纸板在湿度不同温度相同条件处理后，做静态缓冲压缩实验，通过湿度对蜂窝纸板的抗压影响从而得出纸板胶黏剂的防潮性能。 1.9 研究意义1.9.1 透湿性水蒸气具有从浓度高处往浓度低处扩散的特点，一定厚度的金属材料或玻璃材料能够基本阻止这种扩散，但是对于纸，纸板以及纸制的复合材料尽管它们的厚度均匀无物理性孔洞或空隙，但空气中的水蒸气仍能以分子形态在纸，纸板，等包装材料中渗透，并能在包装材料中扩散，纸和纸板吸湿后会直接影响自身的物理性能，同时纸板吸湿后还会使内装物变质。对于蜂窝纸板，由于受其夹层结构的影响，吸湿后其耐压强度，抗弯强度，弹性，粘结牢度，环压强度，测压强度以及蜂窝纸板箱空箱抗压强度等都会大大减弱。严重削弱蜂窝纸板原有的保护作用。1.9.2 防潮研究目前瓦楞纸板生产技术已经很成熟，从某种程度上可以说已到达极限。而近代兴起的蜂窝纸板以其材质消耗少，比强度和比刚度高，重量轻等特有的优势赢得了广泛的关注。性能超越一般纸板，然而又由于其结构导致比一般纸板更容易受到潮湿的影响，因此要很好的解决现今纸板的应用问题，需要从研究蜂窝纸板的防潮性能着手。而影响蜂窝纸板防潮性能之关键因素在于胶黏剂，本课题通过探索不同配方制备的纸板进行实验比较而得出最佳淀粉胶配方，同时通过测试不同湿度下纸板的静态缓冲压缩性能，以及不同湿度下蜂窝纸芯的粘度对蜂窝纸板的防潮性能提供一定的实验依据，并通过实验发现了蜂窝纸板制作过程中可能出现的问题，对蜂窝纸板的生产制作提供一定的实践经验。第2章 蜂窝纸芯淀粉胶的制备及蜂窝纸板的制作2.1 淀粉胶的制备制作淀粉胶所用材料有：氢氧化钠（NaOH）、水（H2O）、硼砂和含有改性剂的玉米淀粉。制作过程中所用仪器有：增力电动搅拌器、电转、烧杯、量筒、天平、玻璃棒、加热炉。为了使做好的淀粉胶能有对比实验，初步设想了三种配方：配方A：1500ml水，500g淀粉，16g硼砂，40g NaOH配方C：1500ml水，500g淀粉，16g硼砂，35g NaOH配方B：1500ml水，600g淀粉，16g硼砂，40g NaOH配方A制作过程：首先用量筒量取800ml水，并用天平称取500g淀粉均加入2000ml大烧杯中搅拌，然后用天平称取16g硼砂，并将它用200ml水通过加热炉加热溶解，之后将其加入搅拌机正在搅拌的淀粉和水中并继续搅拌，约30分钟后。用天平称取40g氢氧化钠，量取300ml的水，加入一小烧杯烧杯，用玻璃棒搅拌溶解完全溶解后缓慢加入大烧杯。最后另外加入200ml水清洗氢氧化钠的烧杯。清洗液同样缓慢加入大烧杯。在加入氢氧化钠大约有一半的时候，淀粉溶液开始慢慢变固化（由于该淀粉溶液里已经加入了硼砂，所以氢氧化钠与硼砂反应使淀粉溶液开始慢慢变固化），大约加入2/3的氢氧化钠溶液时混合溶液已很难用增力电动搅拌器搅拌了必须改取其他更大动力的搅拌仪器（装有搅拌头的电转），将溶液都转移到油漆铁桶中，开启电转搅拌，直至溶液再度变稀能再次用增力电动搅拌器搅拌为止。此时再用增力电动搅拌器继续搅拌约10分钟，然后停止搅拌，到此淀粉胶就制作好了。做完胶之后，约放置12小时就可以使用了。 配方B和配方C的制作过程和配方A的制作过程相同，只是改一下配方中淀粉或者氢氧化钠的比例。淀粉胶配方A、B、C制作完成后，用粘度测定仪分别测试配方A、配方B、配方C胶水的粘度，测得他们的黏度的分别为：57s、31s、83s。2.2 蜂窝纸板的制作2.2.1 纸芯的制作纸芯原纸定量为120g/m2，宽度为1.2m。制作纸芯时首先将卷筒原纸裁切为120mm50mm大小，其中短边平行于原纸的纤维方向。原纸上胶采用丝网印刷原理的方式。制作纸芯之前一个比较重要的工序是在试验台上对丝网版进行定位，以确保纸芯上涂胶间隔相同，使后续裁切的纸芯条能均匀的拉开成规则统一的菱形或六边形，倘若这一工序没有做好，丝网版(图2.1)没有校准好，则制成的纸芯会出现局部粘胶不牢和拉出的纸芯规则不一的现象。图2.1 做纸芯用的丝网纸芯制作过程中需要两个人进行很好的配合，其中一个人负责端丝网版，而另外一个人则负责在放到芯纸上丝网版上刷胶（如图2.2）。淀粉胶从丝网中渗透到芯纸上形成一条胶线，因此刷胶的时候还应注意力度的掌握，用力太小，则丝网下胶量少，芯纸上出现胶线不连续或胶线上胶量不足的现象导致芯纸板裁切成芯条时出现开胶现象，这样芯条拉开时就有了局部甚至大部的开胶的缺陷。图2.2 丝网板上刷胶同时对于端网这一看似简单的端起放下的往复动作也有很高的要求，这其中虽然没有很高的技术性，但是却极易出错。因为我们采用的是丝网漏胶的方式来制作纸芯的，上下两张原纸的涂胶位置要求是错位的，所以在端网的时候一定要记清楚下一次丝网版是该放到哪一边。同时在端网的时候还要注意，刷完胶后丝网版不能直接从试验台上平着端起来，因为这样很容易把刚刷好胶的那一张原纸（图2.3）黏着丝网一起抬起，或是将原纸上刷好的胶拉伸出很长的胶丝粘到本不应涂胶的位置，这样就会使得做成的纸芯很容易在那个位置出现开胶现象。图2.3 刷过胶的原纸同时刷胶的过程受气温影响较大，因为淀粉胶是水溶剂型胶黏剂，如果天气比较干燥的话，刷胶的过程中胶中的水分很容易被蒸发掉，丝网上就会留下很多粘稠的胶，影响刷胶速度和下胶量，甚至会出现堵版现象。一旦出现这种情况就只能停止刷胶而将丝网版清洗干净，晾干之后再重新刷胶。在此期间，为了使丝网快速的晾干，我们使用了平常吹头发的吹风机进行晾干，这样由于刷过胶的纸芯会由于胶的固化而变硬，并且使得纸芯上表面凹凸不平（如图2.4），再次刷胶会使芯纸上局部刷不上胶或是胶量不够，这也是导致纸芯条拉开后出现开胶的一个原因。制芯过程中刷胶的厚度也是一个不得不考虑的问题，若是只是单张原纸上刷胶或者每张原纸上只刷一条胶那么这个问题可以忽略不记，但是制作纸芯时少则需要150张原纸，多则需要250张原纸，这样刷胶累积起来后，在纸芯的上会出现很明显的凸凹不平，表面的不平整会使原纸上某些地方出现刷胶不到或是胶量不足，使得两原纸之间出现粘结不牢的现象，影响纸芯的质量。所以我们考虑放大纸芯胶条间间距即加大蜂窝芯孔径。图2.4 完成的纸芯在丝网刷胶的过程，分别试用了配方A、配方B、配方C进行刷胶，其中配方B淀粉胶过稀，漏胶量过大，使胶条加宽，导致出现全部胶到一块的现象，配方C淀粉胶过浓，很难漏过丝网，造成原纸上某些地方出现刷胶不到或是胶量不足，使得两原纸之间出现粘结不牢的现象，影响纸芯的质量。配方A和配方B,配方C比起来，比较的想，总体来讲不是很稀也不是很浓，能很好的漏过丝网，是能够符合试验要求的。因此，本实验所采用的胶黏剂是A配方。2.2.2 施胶对蜂窝纸板性能的影响蜂窝纸板是纸制品，因为纸的力学性能受到温湿度的影响很明显，所以蜂窝纸板的缓冲性能对温度和湿度都很敏感。纸蜂窝芯的施胶面在施胶后得到了强化作用，施胶面的强度要大于没有施胶的面。收缩率大小直接影响到蜂窝纸板力学性能的好坏，对于收缩率不大的蜂窝纸板来说，适当地收缩会起到强化作用，提高了蜂窝纸板的力学性能，而对于收缩率较大的蜂窝纸板来说，会造成蜂窝纸板结构的破坏，降低了蜂窝纸板的力学性能8。2.2.3 纸芯的拉伸根据试验要求将蜂窝纸芯裁切成5mm、7mm、9mm、25mm、40mm、50mm等不同厚度的芯条。纸芯的拉伸长度应根据蜂窝芯的孔径、原纸层数及拉伸角度而定。拉芯过程中应注意纸芯不应拉得太宽，否则易造成两端纸芯拉不开或中间纸芯拉开胶的现象，因为纸芯拉伸过程中因长度增加了宽度会有所变小，也不能拉的太窄，太窄的话易造成纸芯没有拉开而对纸板的性能测试有很大的影响。由于裁切后的芯条相当于是由一条条原纸通过错位上胶粘结而成的，每张原纸正反两面都有很多条平行的胶线粘结，因此芯条在受拉时，受胶黏剂粘结作用和纸张的回弹力作用，纸芯不易拉伸到预定的长度得到规则统一的蜂窝芯，因此拉芯过程中除采用了定位棍定位外，同时为了尽快的消除芯子的内应力和达到定型的作用，在拉伸后的芯子上方用电热丝进行加热处理十五分钟左右（如图2.5），以达到快速成型的目的。图2.5 拉伸好并进行加热的纸芯2.2.4 贴面工艺由于芯子与面纸的粘合实质上就是芯子的棱边与面纸粘合，属于线粘合，若芯子的棱边涂胶，则可能出现黏胶不牢靠，故采用面纸涂胶，这也是工业上常用的一种涂胶方式。由于接触面积很小，自制的淀粉胶黏剂黏度及各方面指标不能达到要求，做出的纸板出现黏胶不牢，纸板翘曲等情况，无法进行实验，所以本实验采用的面纸上胶是白乳胶，是一种水溶性胶粘剂，是由醋酸乙烯单体在引发剂作用下经聚合反应而制得的一种热塑性粘合剂。本次实验使用的是湖南海天化工实业有限公司生产的“海天牌”环保型白乳胶，主要技术指标如表2.1。表2.1 白乳胶的基本技术指标固体含量粘度PH值干强湿强颗粒度凝胶温度游离醛53%Pas47.1832.80-30.5%数据符合BB/T 0016-2006 中关于蜂窝纸板粘合剂的要求。由于面纸容易吸水吸潮，为了不让含水率低的面纸吸收白乳胶中的水分，稳定粘合剂的干燥速度，要适当增加面纸含水率，由于设备的原因，采用在面纸上预先洒水的方式。同时对两张面纸用涂胶辊上胶，然后用毛刷把白乳胶刷均匀（保证两张面纸上的胶干燥同步），（如图2.6），再把拉伸后的芯子贴在面纸上，另一张面纸盖上；为确保面纸不起皱、无气泡，用小木板代替压力辊对正反两面纸上分别施加均匀的压力；随后在整块纸板上压上厚重的木板，保证面纸和芯纸之间良好的粘合；风干，得到成品。图2.6 上胶后的面纸2.3 制造工艺对试样的影响分析涂胶辊手工涂胶的上胶方式，无法将白乳胶均匀的涂在面纸上，胶层的不均匀导致面纸的含水率不均匀，不同位置的面纸的机械强度也会有不同，另外面纸的含水率不均匀还会引起干燥的不同步，出现纸板翘曲的问题。由于是使用手工制作纸芯、贴合，所以产品的一致性不能得到保证，并且制作蜂窝纸板的时候变化大，温湿度、气温难以控制。基于以上种种原因，有必要分析各种因素对产品性能的影响。其中，最大的一个质量问题就是面纸、芯子脱胶的现象。2.4 温湿度的影响分析水蒸气具有从浓度高处往浓度地处扩散的特点，一定厚度的金属材料或玻璃材料能够基本阻止这种扩散，但是对于纸，纸板以及纸制的复合材料尽管它们的厚度均匀无物理性孔洞或空隙，但空气中的水蒸气仍能一分子形态在纸，纸板，等包装材料中渗透，并能在包装材料中扩散，纸和纸板吸湿后会直接影响自身的物理性能（耐压强度，抗弯强度，戳穿强度，撕裂度等），同时纸板吸湿后还会使内装物变质。蜂窝纸板为一种受气候影响较大的包装材料，因试样制作时间的不同，因此这将影响到粘结剂的干燥速度，若气温较高，则干燥速度快，可能芯子还没来得及粘贴上胶就干了，这样就可能出现粘接不牢，面纸、芯子脱胶；若气温较低，则干燥速度慢，水性的白乳胶会过多的渗透到面纸和芯子中，纸张的吸水会改变其机械强度，进而影响整个蜂窝纸板的性能。第3章 蜂窝纸板的静态压缩试验3.1 实验目的及原理3.1.1 实验目的使用制备好的胶黏剂制作蜂窝纸芯，再用制做好的纸芯制成蜂窝纸板，对蜂窝纸板在湿度不同温度相同条件处理后，做静态缓冲压缩实验。通过实验记录负荷和压缩位移曲线，并描点，通过计算得出应力应变关系曲线，分析湿度的变化对六边形蜂窝纸板耐压性能的影响，从而判断其防潮性能。3.1.2 实验基本原理实验机上的压板以一定的速度匀速运动，对试样施加压缩载荷。蜂窝纸板受到如图3-1所示的均匀压力载荷作用。图3.1 实验载荷分布图3.2 试验设备及材料3.2.1 实验仪器表3.1 实验仪器列表仪器来源：WCJW型 电子万能实验机河北承德恒温恒湿箱深圳市深博瑞仪器仪表有限公司3.2.2 实验材料自制的六边形蜂窝纸板3.3 裁取试样并进行预处理3.3.1 定位裁切刀的定位即电锯的定位就是固定电锯刀的刀片，然后调整挡板，使挡板与刀片平行间距离是试样要求的尺寸。由于挡板的位置可调，所以挡板与刀片之间的距离可随试样的尺寸要求而变化。然而这也就在一定基础上增加了挡板定位的难度，因它不仅要求与裁切刀间平行度极好，还要求两者间的垂直距离与所要试样的尺寸大小相同，误差不能超过1mm。3.3.2 划基准线划基准线就是在要裁切的蜂窝纸板上划出一条初始定位直线。这项工作虽然简单，但是一定要注意，初始定位直线在纸板上位置的确定，在考虑充分利用整张纸板的前提下也应使得所裁得的纸板尽量居于整块纸板的中间位置，而尽量摒弃边角材料，同时还应将裁切刀刀片的宽度考虑进来3.3.3 裁切纸板裁切刀定位和纸板初始基准线定位完成后，下一步就是进行试样的裁切。试样裁切的第一步是裁好纸板初始基准线，它要求完全按照所画的基准线裁切，且应整齐平直，因为基准线的质量如何完全影响着后续试样尺寸的精确与否。试样裁切的第二步，是将裁切好的基准线顶住定位好的挡板，并推向裁切刀处切为宽为试样宽度，长为整块纸板宽的试样长块以便于进一步裁切为所需的试样尺寸。试样裁切过程中应注意，保证裁样过程中定位挡板没有移动，且纸板始终顶住了定位挡板。由于裁切刀片本身厚度为1mm，所以试验所用试样尺寸为99mm99mm，在试验中粗略的当做是100mm100mm。.3.3.4 试样预处理将裁切好的蜂窝纸板放置恒温恒湿箱中，调节恒温恒湿箱内温度为标准大气条件温度(23士1)。而湿度则分别调到50%、70%、90%。不同的湿度下存放的试样必须达到放12h以上，确保试样湿度于温湿箱内湿度达到水分含量平衡，方可进行试验。表3.2 试验试样列表 湿度式样型号50%70%90&6-15-255556-15-405556-15-50555（备注：型号6-15-25中6表示蜂窝孔边数，15表示相邻两个孔的内切圆圆心距，25表示蜂窝纸板的厚度，其它型号的以此类推）。3.4 实验方法及试验过程中出现的问题3.4.1 测试方法本次试验在万能实验机以12mm/min的速度对试样施加压缩载荷9。试验之前， 试样均在恒温恒湿箱进行过24h以上的处理，完全符合国标GB4857.2的要求10。采用的试样如（表3.2），按照国家标准GB8168“包装用缓冲材料静态压缩试验方法”进行试验。试样面积采用100mm*100mm的标准，记录纸板从接触上压板开始时受到得压力跟位移变化行为11，二次非线性图曲线，对同一湿度下对同一型号的5个样品均进行测试，并通过描点统计数据，描点方法为从上压板刚接触纸板的那个点记起，即（0,0）大致取20个点左右，比较精确的表达整条曲线。 （a）试验过程中 （b）压缩终点图3.2 对蜂窝纸板进行静态压缩试验3.4.2 试验过程中出现的问题在测试压缩力跟位移之间的关系时，曲线上压力多次出现负值，并偶尔会出现结果单上弹性模量为零的，出现这种情况显然是不符合实际理论要求的，对此我们也多次进行试样保护环境条件的改变，可是并没有杜绝这种误差的发生，对此实验室老师也表示无可奈何，估计是实验仪器自身问题。第4章 实验数据处理4.1 对纸板压缩力-位移曲线的分析同一型号在不同湿度下进行对比透过数据的描出的数据，排除差别比较大的，取互相比较接近的其中一组数据，同一型号在不同湿度下的曲线进行对比。如下是记录数据原图（a）RH为50% （b）RH为70% （c）RH为90%图4.1 蜂窝纸板6-15-25在不同湿度下的力-位移曲线 （a）RH为50% （b）RH为70% （c）RH为90%图4.2 蜂窝纸板6-15-40在不同湿度下的力-位移曲线（a）RH为50% （b）RH为70% （c）RH为90%图4.3 蜂窝纸板6-15-50在不同湿度下的力-位移曲线可以看出，三个型号的六边形蜂窝纸板在rh50%、rh70%、rh90%，其最大力点负荷均是呈下降趋势，仔细观察曲线不难发现，高度为25mm的六边形蜂窝纸板还算稳定，高度为40mm和50mm的纸板其变化的更为显著，因此初步可以认为，随着湿度的增加，六边形蜂窝纸板的耐压性能降低，并且厚度愈大，受湿度的影响越大，因此可以说厚度越小的蜂窝纸板防潮性能越好。4.2 转换成应力应变曲线并分析再根据公式（4-1）将所描的负荷和压缩位移曲线转变为对应的应力和应变， （4.1） （4.2）其中:为抗压强度，； P 为垂直正向压缩载荷，； 为蜂窝纸板试件的承压面积，； 为压缩应变，； 为蜂窝纸板试件的厚度，； 为蜂窝纸板试件在实验过程中的厚度；从图4.1、图4.2、图4.3取点，计算得出应力-应变关系数据点（如图4.4）： （a）6-15-25应力-应变数据 （b）6-15-40应力-应变数据 （c）6-15-50应力-应变数据图4.4 在三个湿度下的应力-应变关系描点由所计算出的应力-应变关系点，得出对应的应力-应变曲线，并作出比较，如（图4.5）、（图4.6）图4.5 同型号不同湿度下应力-应变曲线图4.6 同湿度下三种型号的纸板的应力-应变关系曲线记录各湿度下三种型号最大压缩应力，如表4.1表4.1 最大压缩应力蜂窝纸板最大抗压强度（KPa）RH50%RH70%RH90%6-15-255854496-15-405245386-15-50463832从表纵向可以看出，同一湿度下不同高度的蜂窝纸板高度越大，最大压缩压缩应力越小，可见蜂窝纸板越厚，耐压能力越弱。从表横向可以看出，在相同湿度条件下，相同高度的蜂窝纸板随着湿度的增加，其能承受的最大压缩应力呈现减小的趋势。厚度为25mm的蜂窝纸板，湿度由50%到90%最大压缩应力的变化为15.5%，厚度为40mm的蜂窝纸板，湿度由50%到90%最大负荷的变化为26.9%，厚度为50mm的蜂窝纸板，湿度由50%到90%最大压缩应力的变化为30.4%，也就是说，在这段湿度区间内，蜂窝纸板随着湿度的增加，其最大压缩应力越来越小。并且这种湿度对耐压性能的影响对高度大的蜂窝纸板更为明显。一般认为，蜂窝纸板在弹性阶段随着厚度的增加，曲线的斜率降低。这是因为纸板的厚度越小，材料的刚性就越好，强度就越高，就越不易被压变形；进而，随着蜂窝纸板厚度的增加，材料屈服点的应力值降低，也可以说材料越厚，在受到外力时越易达到屈服阶段12。压缩弹性模量按下式计算： （4.3）其中： E为压缩弹性模量，； 为抗压强度，； 为抗压强度对应的应变，；由式（4.1）、式（4.2）和式（4.3），求出不同厚度蜂窝纸板在不同湿度下的抗压强度和弹性模量，如表4.2所示表4.2 不同湿度下纸板的抗压强度和弹性模量湿度RH（%）蜂窝纸板厚度（）最大抗压强度（）最大抗压强度对应的应变（%）弹性模量（）502558511.6040524.711.0650464.510.227025543.2716.5140456.47.0350384.58.449025492.817.5403821950323.49.414.3 实验结果分析4.3.1 变形过程分析对比上面的应力-应变曲线图可知，如果对蜂窝纸板一直加载负荷，则蜂窝纸板的压缩过程应力与应变之间关系的变化曲线大致如图（4.7）所示。由图可见，蜂窝纸板的压缩变形过程可分为弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、塑性坍塌阶段、密实化阶段等4个阶段。图4.7 全程压缩应力应变曲线（1）弹性变形阶段压缩开始，弹性变形在加载瞬间产生，应力随应变快速增加，应力与应变之间在数值上基本符合线性比例关系；该阶段弹性变形可逆，与压力的压缩过程对应，符合胡克定律。蜂窝纸板的弹性屈曲在蜂窝纸板的压缩变形中只占微小的一部分，所以将其简化为线弹性区同样的模型13，当线弹性应力等于弹性屈曲临界载荷时，在应力应变曲线中表现出一个弹性屈曲应力峰值。（2）弹塑性变形阶段由于芯纸是非线性材料，以及蜂窝的结构不均匀性，蜂窝结构开始逐步屈服，逐步进入到塑性阶段，这一阶段，随着蜂窝载荷的加载，蜂窝纸芯的变形由局部的弹性坍塌转化为塑性铰为特征的塑性屈曲。材料所承受的压力减小，变形不断增加，材料短时间内失去了对变形的抵抗能力，故呈现压力逐步下降。（3）塑性坍塌阶段应力随应变的不断增加基本保持不变；压溃载荷随压缩应变的增大呈一定规律性地上下波动，直到蜂窝纸几乎完全坍塌以至与所有相对的蜂窝壁面接触。此阶段应力在 “平稳”应力（plateau stress）14的附近。也可称为蜂窝纸板平压时的压溃强度（Crush Strength）。（4）密实化阶段当蜂窝纸板的应变量达到密实化应变量后，其压应力几乎呈竖直上升状态，纸板本身几乎失去弹性，在该阶段，蜂窝结构被完全破坏、压实，压缩应力随应变的增加而急剧增加。当蜂窝纸芯压缩过程中的瞬时相对密度达到0.5左右时，压缩应变达到密实化应变。此时蜂窝纸板已经不再起到缓冲作用，因此这一阶段对于研究蜂窝纸板的缓冲性能没有什么实质性的意义，可以不予考虑。 由实验得出的应力与应变关系曲线可以看出，蜂窝纸板变形的第一阶段（弹性阶段）基本发生在3% 这一阶段，主要作为隔振使用；变形的第二阶段（弹塑性阶段）基本发生在3%10%这一阶段；变形的第三阶段（塑性坍塌阶段）基本发生在10%70%。第二阶段和第三阶段在受压缩的过程中都可以吸收能量，在做缓冲包装时可以起到缓冲作用15。4.3.2 建立拟合函数以厚度为40mm蜂窝纸板的实验测试结果为例（厚度40mm做出的曲线最逼真，数据最完善），建立蜂窝纸板本构关系的动态模型。（1）弹性变形阶段蜂窝纸板在弹性变形阶段应力与应变基本呈线性关系，但可能存在非线性关系，为此假定应力应变表达式为： （4.4） 边界条件为 （4.5） （2）弹塑性变形阶段蜂窝纸板的弹塑性阶段可近似看作二次函数，假定应力应变表达式为： （4.6） 边界条件为 （4.7） （3）塑性坍塌阶段蜂窝纸板的塑性坍塌阶段近似为水平直线，但为准确反映其函数关系，假定应力应变表达式为： （4.8） 边界条件为 （4.9） （4）密实化阶段 蜂窝纸板的塑性坍塌阶段可近似看作二次函数，假定应力应变表达式为 （4.10） 边界条件为 （4.11） 取各阶段若干数据代入假定函数中，求得各参数如表4.3。表4.3 动态模型参数值参数 湿度RH50%RH70%RH90%-0.27872.1308.71613.581.6490.8829-2.2700.21060.4070.28470.18310.43047.561-5.583-8.15978.1867.9351.140.00270.00290.00140.08170763312.900.02000.00810.04061.980-67.3-5.55174.8838.16211.64.55214.51512.45762.375.6参数的拟合结果分析以40mm厚蜂窝纸板在RH50%下的实验数据为例，进行动态模型参数的拟合结果分析：（1）弹性变形阶段应力应变表达式为：边界条件为：（2）弹塑性变形阶段应力应变表达式为：边界条件为：（3）塑性坍塌阶段应力应变表达式为： 边界条件为：（4）密实化阶段应力应变表达式为：边界条件为：根据以上模型，绘出应力-应变曲线，并与实验所得曲线相比较，如图4-4-1所示。 图4.8 计算出的曲线跟原曲线比较 图4.8表示用数学拟合方法计算的蜂窝纸板材料的应力应变曲线和实验结果的对比。由图可见，拟合计算结果表明计算公式对蜂窝纸板材料的实验数据能实现良好的拟合，模型反映了材料静态单轴压缩下的力学行为。4.4 其他影响蜂窝纸板力学性能的因素影响蜂窝纸板力学性能性能的主要因素有原纸质量、纸蜂窝结构参数、环境和加工工艺等。（1）原纸质量的影响蜂窝纸板要求面纸和芯纸具有较好的物理性能和表面性能。物理性能要求芯纸和面纸都有较高的环压强度、抗张强度，此外，面纸还需要有较高的耐破度，用于直接成型的芯纸还要有较好的耐折度。环压强度是表示纸板垂直耐压能力的指标，芯纸原纸的环压强度和面纸的环压强度分别对蜂窝纸板的平面抗张强度和垂直抗压强度作主要贡献。纸的表面性能对蜂窝芯纸及其与面纸的粘贴特性有很大影响。这里主要指纸的紧度和渗水性。纸是由植物纤维制成的，其主要化学成分是纤维素和半纤维素，这就决定了纸具有疏松多孔性和吸水润涨性。疏松多孔性使过于疏松的纸浪费胶粘剂且强度低，因此应选用紧度较高的原纸。吸水润涨性是纤维素的化学性质所决定的，这种润涨的程度是各向异性的，使纸或纸板遇水后产生不规则扭曲变形。纤维吸水的结果导致胶粘剂浪费、粘接强度降低、纸表面不平整、纸强度下降，因此要求原纸具有良好的抗水性。这个抗水能力通常通过视角来获得，其抗水程度用施胶度来表示。对于原纸的定量，浆料种类，主要看蜂窝纸板的用途来定，一般用130g/cm2170g/cm2芯纸，300g/cm2500g/cm2面纸，使用讲的成分有100%木浆，也有100%草浆或混合浆，可使用再生纸浆。通常采用300g/cm2的普通箱纸板作为面纸，采用140g/cm2高强瓦楞原纸作蜂窝芯纸。（2）纸蜂窝结构参数的影响孔径比越大，单位面积参与承载的蜂窝壁板个数越少。当孔径比大于1时，随着孔径比的增大，平压强度降低，缓冲性能减小16。蜂窝纸芯的平压强度大于蜂窝纸板的平压强度，但剥离面纸后的纸芯平压强度有所降低，比对应纸板小些17。（3）蜂窝纸板中密封气体的影响蜂窝纸板内部是一个一个的封闭的小空间，其内部储存的气体是处于封闭状态的，在蜂窝纸板受到压力开始，到破坏之前，这些储存在封闭的小空间中的气体无法逸出，而是与蜂窝纸板一起承受压力，随着蜂窝纸板变形的增加，封闭的气体的体积减小，封闭气体的压强增大，起到一定的承载作用，这对于提高蜂窝纸板的力学性能和缓冲能力是有益的。另外，生产时的温度如果高于使用时的温度，则蜂窝纸板内的其体会压缩，压强减小，低于外部的大气压，相当于蜂窝纸板受到了一定的压力，从而降低了蜂窝纸板的承载能力。 结 论本文针对蜂窝纸板胶黏剂的制作和蜂窝纸板防潮性能的探究，并力求在实验室条件有限的情况下找出蜂窝纸芯淀粉胶最佳配方。最终成功的配置出几个较好的淀粉胶，并根据蜂窝纸板的制作工艺，选出其中最佳配方，并投入实验。并通过试验预测蜂窝纸板的防潮性能（本文即蜂窝纸板耐压性能），并最终通过参数得以验证，为蜂窝纸板的防潮性能提供了一定的实验依据，同时也为蜂窝纸板淀粉胶的配置和蜂窝纸板的制作提供了一定的实践经验。该过程主要的工作如下：（1）认真地调查了蜂窝纸板的发展及应用现状，设计出了六边形