现代缓冲包装材料的研究进展

I现代缓冲包装材料的研究进展摘 要随着缓冲包装材料生产工艺的快速发展，现代缓冲包装材料的种类也越来越繁多，其中常用的有瓦楞纸板、蜂窝纸板，纸浆模板，泡沫塑料。新型的有气垫式缓冲包装材料，植物纤维类缓冲包装材料。本文将从缓冲包装材料对振动的吸收性、抗蠕动性、回复性、耐湿性及与环境的友好性等方面介绍各类缓冲包装材料，分析缓冲包装材料的使用现状和前景。由于缓冲包装材料有用过瞬间成为垃圾的缺点，所以其废弃物有一部分存在着资源的浪费和环境的污染。因此发展材料类型多元化，可回收再利用，可降解环境友好型的包装材料是现代缓冲包装材料适应社会发展的必然趋势。 在本文中提出了纸质缓冲包装材料和塑料缓冲包装材料的几种不足并提出了相应的对策。根据现阶段缓冲包装材料的发展情况建议尽快建立缓冲包装材料数据库，这样更能加快缓冲包装材料的发展。关键词：缓冲包装材料，泡沫塑料，环保材料，瓦楞纸板，植物秸秆IIModern Cushion Packaging MaterialsABSTRACTCushion packaging material as the rapid development of production technology, the modern types of cushioning packaging materials are also grown in number, which are commonly used in corrugated cardboard, cardboard, pulp template, foam. The new buffer with air cushion packaging materials, packaging materials plant fiber buffer. This will cushion the vibration of the absorbent packaging materials, anti-creep resistance, resilience and moisture resistance, and with the environment friendly and so introduce various types of cushioning packaging material, the use of cushioning material status and prospects. Packaging materials are used as a buffer to become an instant disadvantage of garbage, so there is a part of its waste of resources and environmental pollution. Therefore the development of diverse types of materials, recyclable, biodegradable and environmentally friendly packaging materials packing materials meet modern cushion the inevitable trend of social development. In this paper a paper cushion packaging materials and plastic packaging materials, several less than the buffer and the corresponding countermeasures. Cushion packaging material according to the present stage the development of the proposed establishment of a buffer as soon as packaging materials database, so better able to speed up the development of cushioning packaging material.KEY WORDS: Cushion packaging materials, foam, green materials, corrugated cardboard, straw plantIII目录前 言 .1第 1 章 缓冲包装材料的概述 .21.1 缓冲包装材料的概念 .21.2 缓冲包装材料的种类概述 .21.2.1 纤维状缓冲包装材料 .31.2.2 悬挂装置 .31.2.3 空隙结构物质材料 .4第 2 章 缓冲包装材料的性能研究进展 .112.1 缓冲包装材料应具有的特性 .112.1.1 对冲击能量和振动具有相应的吸收性 .112.1.1 具备良好的复原性 .122.1.3 对温湿度具有较广泛的适应性 .122.1.4 具备良好的回弹性 .122.1.5 具备良好的抗蠕变性 .122.1.6 无污染、符合现代环保潮流 .132.2 纸质类缓冲包装材料的力学特性研究进展 .132.2.1 瓦楞纸板 .132.2.2 蜂窝纸板 .142.2.3 纸浆模塑 .15第 3 章 缓冲包装材料存在的不足及对策 .173.1 现代缓冲包装材料存在的不足 .173.1.1 纸质缓冲包装材料 .173.1.2 塑料缓冲包装材料 .183.2 对策及建议 .193.2.1 依靠技术进步发展新型缓冲包装材料 .193.2.2 大力发展绿色缓冲包装材料 .193.2.3 提倡建立缓冲包装材料数据库 .20第 4 章 新型绿色缓冲包装材料的研究 .21IV4.1 植物纤维类缓冲包装材料 .214.2 可降解塑料 .234.2.1 合成光降解塑料 .234.2.2 添加光敏剂的光降解塑料 .244.2.3 生物降解塑料 .244.2.4 完全生物降解塑料 .244.3 生物质复合塑料 .254.3.1 天然纤维可生物降解塑料 .254.3.2 淀粉基塑料 .254.3.3 蛋白质基塑料 .25第 5 章 结论及展望 .275.1 结 论 .275.2 展 望 .27谢 辞 .29参考文献 .30外文资料翻译 .321前言缓冲包装材料是指包装物品在流通过程中，因受外力的作用而遭到冲击和振动时吸收外力产生的能量，以防止产品遭到损坏而使用的材料，缓冲包装材料的种类很多，目前最长用的有瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑和发泡塑料。本论文详细的介绍了各类缓冲包装材料的优缺点，比较了各类缓冲包装材料的使用性能。由于缓冲包装材料有着“用过即扔”的缺点，因此很容易成为垃圾，而且有一部分缓冲包装材料很难被自然界的微生物分解，对环境造成了严重的污染，就要求对产品的缓冲包装不仅仅是保护产品在运输过程中不受损坏，在考虑结构的合理性和成本的经济性的同时还要考虑环保性。环境友好型的缓冲包装材料有纸质类缓冲包装材料，植物纤维类缓冲包装材料和可降解塑料。但是纸质类缓冲包装材料不能用于潮湿环境，而植物纤维类缓冲包装材料还处于试验阶段，可降解塑料在成本上要高于其它缓冲包装材料。所以要加大研发力度，加快新型缓冲包装材料的研发速度，让新型缓冲包装材料不仅仅停留在试验室，走进人们的生活中。世界各国在为解决包装与环境的矛盾，大力发展绿色包装的进程中，均把主要注意力集中在研发绿色包装材料上。绿色包装材料是在生命周期全过程中，产生的环境负担最小而再循环利用率最高的材料。绿色包装材料是绿色包装的核心，它不仅能减少和消除对环境的污染，缓解对生态环境的压力,而且能节约资源，取代某些缺乏或贵重的资源，使废旧资源再资源化,因此引起世界各国高度重视，纷纷投入大量资金和人力进行开发，目前已取得了许多重要成果。资源与环境的保护是人类在 21 世纪实现可持续发展所面临的重大问题，随着国际贸易的规模日益扩大和科技的不断进步，与此同时受全球金融危机的影响，各国贸易保护主义势力抬头，绿色壁垒成为限制他国进口的有效手段。在这些绿色贸易壁垒中，由于我国的包装材料不合格而被拒之在其它国门外的占相当大的一部分。因此我国应大力发展缓冲包装材料的研究，扭转绿色壁垒给我国带来的劣势。2第 1 章 缓冲包装材料的概述1.1 缓冲包装材料的概念缓冲包装是一门综合性学科，与数学、力学、材料学和环境工程学等学科密切相关，主要是通过对产品破损的内因和外因进行研究和分析，合理地选择缓冲包装材料，设计科学的包装结构，从而缓和产品受到来自外力的冲击和振动。缓冲包装材料是指包装物品在流通过程中，因受外力的作用而遭到冲击和振动时能吸收外力产生的能量，以防止产品遭受损坏而使用的材料。缓冲包装材料包括的范围相当广泛，既有天然材料，也有人造材料，但一般都采用具有高度压缩性能和复原性能的弹性材料。缓冲包装材料的作用，一方面是将外界对包装件的冲击和振动经过缓和以后传递给内装物，避免应力集中，从而保护内装物。另一方面，又能支撑内装物，保护货物结构并保护包装材料本身。应该说明的是，触感柔软的材料不一定就是好的缓冲包装材料。缓冲包装材料必须具备的特性包括：冲击能量的吸收性、震动吸收性、复原性、压缩蠕变性、温度稳定性、耐水防潮性、防霉性、耐油性、防静电性、耐磨性、抗挠性和耐酸碱性等。所以，在选择适合某一用途的缓冲材料时，必须考虑多种因素 1。缓冲包装材料的种类很多，随着包装材料的生产工艺的发展和生产设备的提高，缓冲包装材料的性能有了很大的提高。随着环境问题和能源紧缺问题越来越受到人们的关注，人们对缓冲包装材料的要求也越来越高，环境友好型和可再生型的新型缓冲包装材料被许多国家重视，由于成本和技术上的问题，目前大多说数还处于试验阶段。1.2 缓冲包装材料的种类概述缓冲包装材料按其材质的不同可分为三大类：纤维状缓冲包装材料，悬挂装置，空隙结构物质材料。各类缓冲包装材料种类及特性如下：1.2.1 纤维状缓冲包装材料（1）细刨花：细刨花是一种最早使用的缓冲材料。其缓冲性能与聚氯乙烯3塑料条相似，既经济且容易得到。但如使用不当，木屑和灰尘可能会进入被包装产品的零部件内而擦伤光洁的表面。而且细刨花释放出的木酸能使与其接触的金属表面腐蚀。因此，最好用防水纸包成密封的垫子使用，或在内包装容器和外包装容器之间作缓冲层使用。细刨花极易燃烧，在某些特定的条件下可能自燃。目前，细刨花已多被聚氯乙烯塑料条和乙酸纤维素条等缓冲材料所取代 1。（2）纤维橡胶：这是一种以动物纤维（如猪毛、马毛等）或天然植物纤维（如棕麻等）与适量橡胶加工而成的缓冲材料。具有回弹性好、耐压性强、冲击能量吸收性好等特点，广泛用于仪器、精密机械及军用品的缓冲包装材料。（3）玻璃纤维：具有不同密度的玻璃纤维缓冲材料，可制成不同厚度的板或冲压成不同形状的垫块，是一种回弹力很高，且不吸湿、不燃烧、不发霉、能抗菌、可耐强酸碱的缓冲材料。但有些类型具有高擦伤性，且易吸附灰尘。因此，使用时要与加工表面分隔，并将被包装物品的孔密封。（4）天然纤维：天然纤维材料是一种以天然纤维为基体，用胶粘剂粘接而成具有综合性能的缓冲材料。同泡沫塑料一样，具有良好的缓冲性和广泛的使用性。由于纤维素本身具有强度高、耐腐蚀、高回弹和耐冲击等特性，因此常被称为弹性纤维。因此这种缓冲材料常用于易碎产品 （如精密仪器、仪表和电子产品等贵重物品以及陶瓷、玻璃等易碎物品）的缓冲包装垫，特别是用在军用品包装方面，这是因为泡沫塑料缓冲材料的综合性能（如使用温度方面）往往达不到军用品包装缓冲性能的要求。1.2.2 悬挂装置对于一些大型的高级精密仪器等产品，可采用弹簧、悬挂装置等作为缓冲包装的缓冲结构，用弹簧等高弹性的缓冲材料，在坚固的外包装箱里，将产品吊挂起来，使产品不与包装箱接触，从而起到保护产品的目的。这种缓冲装置结构复杂，主要靠机械设备固定，增添防震，减震设备来保护产品，因此造价相对其它缓冲包装材料昂贵。悬挂装置缓冲效果最好，主要用于大型机械和高精密仪器和重要的物品的运输。1.2.3 空隙结构物质材料空隙结构物质材料的种类很多，应用最广泛，总体上可分为纸介缓冲包装材4料和发泡聚合物。其中纸介缓冲包装材料包括皱纹纸、纸垫、纤维纸板、瓦楞纸板、蜂窝纸板和纸浆模塑。发泡聚合物包括微孔海绵橡胶、气泡塑料薄膜、泡沫塑料和发泡型植物纤维缓冲包装材料。其特点性能介绍如下：（1）纸质缓冲包装材料纸质材料富有一定的弹性，既能起缓冲作用，又能分隔内装产品，使之牢固、稳定。纸类材料具有加工方便、价格便宜、可再生、处理简单等优点，特别是可以制成具有缓冲性能的容器，应用相当广泛。1、皱纹纸：皱纹纸是一种经济而且容易得到的缓冲材料，其特点是表面性能稳定，不容易产生粉尘，加工容易，可塑性好，其缓冲作用主要靠挤压皱纹纸而实现，能为质量轻的内装物提供良好的缓冲作用。2、纸垫：纸垫分为薄纸纸垫和毛毡纸垫两种。薄纸纸垫是由几张或最多达120 张薄纸轻轻叠成。毛毡纸垫是由纸浆抄成。用作缓冲包装材料的主要是薄纸纸垫。纸垫柔软且中性，不会损伤产品表面；具有良好的透气性，使有害气体或潮气很容易散发；成本低，加工性能好。缺点是易产生灰尘，耐水性差。广泛用于家具、乐器、家用电器等产品的表面保护。3、纤维纸板：纤维纸板又称纸纤维成型材料，是一种用废纸浆、渣浆等抄成的富有弹性的缓冲包装材料，可压制成单面单瓦楞纸板状，也可以制成柔软且有弹性的厚纸。有的纤维纸板还可以进行防水处理，或者贴牛皮纸面、贴衬里等表面处理，从而得到较好的表面性能。纤维纸板广泛用于裹包材料、衬垫材料和建筑材料等。4、瓦楞纸板：瓦楞纸板是用牛皮卡纸(箱板纸)作里和面，中间用瓦楞原纸(波纹纸 )作夹芯粘结而成。改变夹芯、里纸的层数及瓦楞的形状、尺寸，可得到不同种类的瓦楞纸板。瓦楞纸板具有加工性良好、易裁切、易粘合、成本低、与瓦楞纸箱好协调、使用温度范围比泡沫塑料宽、没有包装公害、取材便利、生产工艺成熟、加工性能好等优点。瓦楞纸板按照瓦楞的形状分为 U、V 、UV 形瓦楞；按照瓦楞层截面的结构可分为 A 、B、C、D、E5 种瓦楞纸板；按照瓦楞层数的多少还可分为一层、双层、三层、五层、七层纸板 (即三重瓦楞纸板)。这些多层瓦楞纸板具有容积大、体积小、质轻、强度高、缓冲性能好、适于折叠、节省存储空间、搬运方便等特点，特别适合于机械、机电等重型产品的运输包装。瓦楞纸板广泛用于电子类、水果类等产品的缓冲包装材料，可以制成各种形状的垫片、5垫圈、隔板、衬板、护角、护棱等。瓦楞纸板有许多优良的性能，但也存在一些缺点：如表面较硬，柔软性差，回弹性差，难形成三维曲面，在包装高级商品时不能直接接触内装物的表面，容易使内装物与缓冲纸板之间出现相对移动，而损坏内装物表面等 2；耐潮湿性能差；复原性小，强度受湿度影响大等。这无疑在一定程度上限制了瓦楞纸板的发展。瓦楞纸板的缓冲主要依靠瓦楞承受力大小，如果对其瓦楞结构方面做出一些相应的调整，可能会增强其性能 3。如瓦楞纸板与塑料薄膜相结合的形式，可克服瓦楞纸板表面较硬的缺点 4。5、蜂窝纸板：蜂窝结构的材料是人类仿照自然界蜜蜂铸造的六角形蜂巢的原理制成的。蜂窝纸板是以牛皮纸、再生纸等为原料，通过专用设备支撑类似蜂窝状的网芯，并在其两面粘合面纸而成的一种纸质板材 5。纸蜂窝网芯是把无数个空心立体六角形，用胶接发布方法连接成一个整体受力件，所以蜂窝纸板承能力大，抗压性能好，能承载较大的平面压力；蜂窝纸板的蜂窝结构增加了可压缩性。使其具有良好的缓冲性能。加大蜂窝芯厚度，吸收冲击能量增大，缓冲效果越好；静态弯曲强度高是蜂窝纸板的特征之一；另外，蜂窝纸板还有可降解回收利用，有利于环境保护，外边易装饰，产品种类多，应用广等诸多优点。但蜂窝纸板存在对某些产品表面产生磨损，难形成三维曲面，湿度影响大，过载复原性差，加工较难，不好模切，垂直方向缓冲性能差，比瓦楞纸板贵等缺点。蜂窝纸板是近几年发展起来的新型包装材料，具有较好的缓冲性能、较高的平压强度和静态弯曲强度、隔音、隔热性能优良，易回收利用、成本低等一系列优点。蜂窝纸板在包装中的应用主要有蜂窝纸箱、缓冲衬垫和蜂窝托盘等。蜂窝纸板制品节省资源，保护生态环境，符合国际包装工业材料的应用发展趋势。但由于蜂窝纸板的生产自动化程度低，蜂窝制品在技术、工艺等问题上还没有得到很好的解决以及价格昂贵等原因，蜂窝纸板制品在包装业并没有得到广泛使用。随着蜂窝纸板的进一步研究和开发、品种增加、质量提高，将会逐渐应用到包装的各个领域。6、纸浆模塑：纸浆模塑是以废纸为主要原料，通过可排水的金属网模塑造成各种形状，经压实干燥，可长期保持形状不变的纸制品。纸浆模塑的应用始于20 世纪 60 年代，我国在 80 年代初开始从国外引进数条各种型号的纸浆模塑生产线。纸浆模塑除了具有质轻、价廉、防震等优点外，还有废纸来源广泛、储运方6便、成本低、透气性好、有利于生鲜物品的保鲜等特点，有一定的强度、刚度和缓冲性能，可模塑成与产品轮廓一样的形状，集缓；中定位于一身；有良好的透气性和吸潮性；易回收复用，环保。模塑制品有以下几种：禽蛋托盘、工业托盘、农用托盘、军工产品、食品包装、特种材料。但是由于纸浆模塑制作受干燥、能耗等因素影响，厚度受到限制，因此不能用于重型产品的缓冲包装；此外，他的缓冲性能不及泡沫塑料，主要用于高脆值的机电产品和部分食品缓冲包装。显然，在包装成本上，纸浆模塑包装材料与塑料无法竞争，但是从整体社会效益和可持续发展角度讲，纸浆模塑的材料是废纸，这是对纸的回收和再循环利用，能有效地节约用纸。纸浆模塑已广泛应用于一次性快餐具、方便技品包装和鲜蛋、水果、玻璃、陶瓷、家用电器、五金工具及其它易碎产品的防振缓冲包装，是泡沫塑料的主要替换产品。从与塑料泡沫比较的角度讲，塑料泡沫回收处理费用高昂，而且对环境有相当程度的污染，不利于可持续发展与我国所倡导的和谐社会背道而驰，所以纸浆模塑有着相当可观的前景。如能合理利用纸浆模塑将有广阔的利润空间。可以预言，纸浆模塑制品作为环保型绿色科技产品，将发挥积极的作用，被越来越多的人们逐步认识和接受 5。（2）塑料缓冲包装材料塑料缓冲材料一般为合成树脂，经过发泡处理，可以支撑不同性能的泡沫塑料，主要有发微孔海面橡胶、泡沫塑料和气垫塑料薄膜。发泡塑料的性能除决定于其本身材质外，主要决定于发泡程度和泡沫性质。1、微孔海绵橡胶：微孔海绵橡胶是一种特殊类型的缓冲材料，利用发泡方法，在一定压力下产生大小均匀互不连通的微孔结构。由于每个微孔的作用如同一个独立的空气垫，所以具有很高的回弹性、良好的保湿性和漂浮性能，没有明显的吸水性。2、气泡塑料薄膜：气泡塑料薄膜是一种在两层薄膜之间夹杂着整齐排列、大小均匀的空气泡的包装材料。多采用聚乙烯薄膜，其上涂覆聚偏二氯乙烯，可以减少空气的透出。两层薄膜，一层为平面薄膜，另一层为成泡薄膜。一般情况下，基层比泡层厚一倍左右。根据缓冲要求不同，也可以制成二层的气垫薄膜。气泡的形状有圆筒形、半圆形和钟罩形三种。气垫薄膜中由于封入了大量空气，因此具有良好的弹性和隔热性；它密度很小，在 0.0080.03gcm 3 之间；不吸潮，耐腐蚀，且不腐蚀被包装物；加工性能好，易于制成各种形状，能热封，能7吸收冲击能量，有优良的缓冲性能，并且有良好的阻隔性和隔热性。气泡薄膜耐霉变、柔软、质轻、清洁、防潮、防尘。3、泡沫塑料：泡沫塑料由于其良好的缓冲性能和吸振性能成为近代广泛使用的缓冲材料。目前市场上大量使用的是聚苯乙烯泡沫塑料，这种泡沫塑料对于大批量的产品包装具有很大优势，但对于一些不能成批量的产品却不合适,如几件、几十件的产品，人们就不可能做几套昂贵的模具作为聚苯泡沫塑料成型件。聚氨脂泡沫塑料为这种产品提供了一种方便、可靠的包装方法 6。泡沫塑料的泡沫塑料是以高分子树脂如 PE、PS 、PVC 等为原料，经过发泡处理而制成的一种具有无数蜂窝状结构的缓冲材料。泡沫塑料的性能除取决于本身材质外，还取决于发泡程度和泡沫性质。而泡沫性质又取决于气泡结构，气泡结构可分为两种状态，一种是每个薄壁气泡相互隔离而形成独立气泡泡沫；另一种是气泡之间相互连通，成为连续的气泡泡沫。当泡体受到外力冲击作用时，这些开孔或闭孔气泡中的气体通过压缩和滞留使外力的能量被耗散，泡孔起到吸收外来冲击载荷的作用。具有质轻、易于加工成型、缓冲性能好、隔热、隔音、弹性好、耐化学腐蚀性等优点，因此是目前应用最普遍的缓冲包装材料。泡沫塑料根据软硬程度不同，可分为软质泡沫塑料、半硬质泡沫塑料和硬质泡沫塑料三种形式。软质泡沫塑料具有柔软、弹性好的特性，以聚氯乙烯(EPS)为主。硬质泡沫塑料具有一定的刚性，以聚苯乙烯为主。通常应用的泡沫塑料有聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、硅树脂、醋酸纤维素和脲树脂。包装中最常用的是聚胺酯、聚乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料。泡沫塑料缓冲材料一般为合成树脂，经过发泡处理，可以支撑不同性能的泡沫塑料，主要有发泡聚苯乙烯(EPS)、发泡聚乙烯(EPE)、乙烯醋酸乙烯共聚物橡塑(EVA)、聚氨酯(PU)、发泡聚丙烯(EPP)等发泡塑料。发泡聚苯乙烯(EPS)： 发泡聚苯乙烯即(EPS)，俗称保丽龙，是一种可模塑 1的、轻质的、半硬质的、闭孔的和低成本的缓冲材料。聚苯乙烯泡沫塑料是以聚苯乙烯树脂为主体，加入发泡剂等添加剂制成，它是目前使用最多的一种缓冲材料。它具有闭孔结构，吸水性小，有优良的抗水性；密度小，一般为0.0150.03gcm 3；机械强度好，缓冲性能优异；加工性好，易于模塑成型；着色性好，温度适应性强，抗放射性优异等优点。但燃烧时会放出污染环境的苯乙烯气体，不耐多次冲击，性脆，拉伸强度低。聚苯乙烯泡沫塑料广泛用于各种精8密仪器、仪表、家用电器等的缓冲包装，也可用其直接制成杯、盘、盒等包装容器来包装物品。EPS 是目前市场上使用最广泛的缓冲材料，但是 EPS 无法自然分解，体积又大，不易回收，在焚烧过程中会产生大量有毒有害气体，存在一系列环保问题，所以许多欧洲国家都禁止采用 EPS 作为缓冲材料。但是如果能找到一种合适的发泡剂，就有可能找出一种性价比与 EPS 相当的环保新型缓冲材料。发泡聚乙烯(EPE) ： 发泡聚乙烯即 EPE，俗称珍珠棉。它是以聚乙烯树脂 2为主体，加发泡剂、交联剂和其它添加剂制成。它具有密度小，缓冲性、耐热性、吸水性强；化学性能稳定，不易受腐蚀；机械性能好，坚韧、有挠性、耐摩擦：加工性能好，易于成型，价格较便宜等优点。EPE 还是一种可以回收的环保材料。EPE 的缺点就是价格比 EPS 要贵一些，不能模塑。目前 EPE 主要用于较贵重的和易碎的产品的缓冲包装。聚乙烯泡沫塑料在包装上广泛用于精密仪器仪表、家用电器、玻璃和陶瓷制品、工艺品、贵重物品等的缓冲包装；可制成缓冲衬垫，作为包装内衬材料；也可制成缓冲袋、缓冲板箱等包装容器；还可制成冷冻食品和热食品的绝热容器等。EPE 的广泛使用主要在于它不仅本身的性能良好外，还能根据客户的要求向里面添加各种防静电剂、阻燃剂等。并且其成型工艺独特，不需要使用模具。在制样过程中，不但能完全按客户的要求，自由进行设计的变动，而且大大减少客户的模具费用。尤其在客户产品品种多及数量少的特殊情况下，更能显示 EPE 所带来的效益，如优化设计综合成本低于发泡胶，纸塑等产品；制样及生产周期短，可极大地缩短交货周期；成品造型设计新颖美观，实用，高效，这就是其受到追捧的主要原因了。乙烯醋酸乙烯共聚物橡塑(EVA) ： EVA 即乙烯醋酸乙烯共聚物橡塑。 3它是近年发展起来的新型环保包装材料，具有良好的使用性能，如缓冲隔振性能好、回弹性与抗张力高、韧性强、隔热、防潮、耐附属、无毒、不吸水、成型加工容易等等。最典型的应用是要求能长期使用的包装，如用于五金工具等产品的包装。它的密度一般为 0.11gcm 3，拉伸强度约为 2.6MPa，拉伸率大于23.5，压缩率大于 80，在 70下加热 24 小时的收缩率仅 1.5。EVA 由于其良好的环保性能受到广泛的追捧，相信在今后相当长一段时间内会被各企业使用。发泡聚氯基甲酸酯(PU)： 发泡聚氨基甲酸酯即 PU，简称聚氯酯，俗称人 4造海绵。聚氨酯泡沫塑料是异氰酸酯和羟基化合物经聚合发泡制成。按其硬度可9分为软质和硬质两类，其中软质为主要品种。一般来说，它具有极佳的弹性、柔软性、伸长率和压缩强度；化学稳定性好，耐许多溶剂和油类；耐磨性优良，较天然海绵大 20 倍；还有优良的加工性、绝热性、粘合性等性能，是一种性能优良的缓冲材料，但价格较高。聚氯酯泡沫塑料一般只用于高档精密仪器、贵重器械、高档工艺品等的缓冲包装或衬垫缓冲材料，也可制成精致的、保护性极好的包装容器；还可采用现场发泡对物品进行缓冲包装。PU 通常采用现场发泡成型，这就解决了有部分产品外观结构较复杂，且易碎等所需要受到全方位保护及固定的问题，但是 PU 最大的缺点在于其价格较高，如果解决了这一方面的问题，相信其使用的范围将更加广泛。发泡聚丙烯(EPP)： 发泡聚丙烯即 EPP，俗称拿普龙，是一种性能卓越的 5高结晶型聚合物气体复合材料。聚丙烯泡沫塑料是以聚丙烯树脂为主体，加入发泡剂及其它添加剂制成。它机械强度较好，有优良的抗拉强度、柔韧性和弹性摩擦系数大，耐磨性能好，有助于制止与其相接触的光滑表面的滑动；密度小，绝热性优良；无毒、无味等。但它对光的稳定性差。聚丙烯泡沫塑料是一种性能优良的缓冲材料，由于其对光洁表面的优良保护性能。已广泛用于家俱、镶板、高档仪器和具有光洁面的金属器具的缓冲包装；也可作为热食品的保温包装；还可制成衬垫、衬板等缓冲材料等。EPP 在耐热性、缓冲性、耐油性等方面均优于EPS，在许多方面性能优于 EPE，且可以回收利用和自然降解，不会造成白色污染。但是由于受到价格高的限制，很多企业更愿意选择 EPS。性能比较如表 1-1所示表 1-1 几种常用泡沫塑料的特性比较10塑料性能聚乙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯（软）聚氨酯（软）聚丙烯冲击特性 优 良 良 良 良复原性 好 差 差 好 好耐腐蚀性 优 不良 不良 良 优吸水性 极小 较小 较小 较大 较小耐磨性 好 差 差 差 好柔软性 优 良 优 优 好最高使用温度（）85 80 60 120 10011第 2 章 缓冲包装材料的性能研究进展目前，国内生产缓冲包装材料的厂家由于受规模、资金、人才的局限，只是按照自己的生产方式和模式生产缓冲材料，对其性能不深入研究分析，也不能给用户提供缓冲材料的相关缓冲性能和特性曲线，而用户在使用过程中需要了解缓冲材料确切的缓冲性能，这样就导致了缓冲材料生产和使用之间的隔阂，不可避免的导致了欠包装和过包装的发生。我国对缓冲包装材料性能的研究进展缓慢，至今还没有建立完整的缓冲包装材料性能数据库。针对目前国内缓冲包装材料性能研究的现状，对缓冲包装材料的性能进行深入研究和建立相关的数据库已势在必行，这将对整个行业产生重要的影响 8。缓冲包装材料的主要目的是用来缓和被包装产品在运输、装卸过程中受到的冲击和振动外力，从而得到保护产品不被损坏。缓冲材料对冲击能量应具有良好的吸收性能，从而有效地减少传递到内装产品上的冲击，这一点是选择缓冲材料首先应考虑的因素。但也不能认为吸收能量大的就一定满足缓冲要求，不同的缓冲材料，其弹性特性不同，对冲击能量的吸收能力也不同。如果不计冲击过程中的能量损失，且最大冲击的全部机械能都转变为缓冲材料的变形能，那么，单位体积吸收能量越大的缓冲材料，其缓冲效果就越好。2.1 缓冲包装材料应具有的特性2.1.1 对冲击能量和振动具有相应的吸收性缓冲包装材料应能吸收受到冲击所产生的能量，但要注意材料的吸收性大小应与所受冲击能量相适应，绝不是吸收性越大的材料就越好；同时还应具有吸收振动外力、达到衰减振动的性能。材料对冲击能量和振动的吸收性选材的首要考虑的因素，只有材料的吸收性与所受的冲击能量相适应才能保证产品的安全和资源的合理利用，包装材料的吸收性就是材料的减振性，如蜂窝纸板，气垫薄膜等都具有对冲击能量和振动良好的吸收性。2.1.1 具备良好的复原性缓冲包装材料加上负荷后会产生一定的变形情况，当除去外加负荷后， 12材料的变形应能较好地恢复到原来的形状，这就是复原性。缓冲材料必须具备复原性，吸收能量大而复原性不好的材料不宜作为缓冲材料，因为只有具有良好的复原性才能重复起到保护作用，才能保证缓冲包装材料的性能的持久性，才能在运输过程中起到良好的保护作用。2.1.3 对温湿度具有较广泛的适应性缓冲材料应具备广泛的温湿度适应性，因具有一定的防潮性，在环境温湿度出现较大波动时都能够保持其良好的缓冲性能，从而保证产品在运输、装卸、储存过程中不受损坏。2.1.4 具备良好的回弹性缓冲材料具备的恢复原来尺寸和形状的能力称为回弹性。缓冲材料在每一次变形之后不可能完全恢复到原来的形状与尺寸。缓冲材料经过几次冲击作用后，结构尺寸变化较大，一方面导致材料的应力一应变曲线发生变化，影响缓冲性能，另一方面材料尺寸变小，在外包装容器内部产生空隙，容易发生二次冲击，这两种情况都可能增大产品破损的可能性。产品的回弹性能是通过其回弹率来描述的7。2.1.5 具备良好的抗蠕变性蠕变是指缓冲材料在受到静外力作用下，随着时间的延长使变形相应增大的一种现象。蠕变也是材料在外力作用下产生的塑性变形而引起的。产品长期储存，缓冲材料就会发生蠕变，结果导致产品与衬垫间发生空隙，造成不利影响。因此，缓冲材料应有良好的抗蠕变性包装件在流通过程中由于蠕变是不可避免的，其结果使材料的结构尺寸变小，从而在包装容器内部产生空隙，导致产品的破损率上升。为解决这一问题，可能根据流通环境条件和流周期，考虑蠕变带来的尺寸变化，设计也适当尺寸的缓冲结构，还可以选择具有良好的抗蠕变性能的缓冲材料8。2.1.6 无污染、符合现代环保潮流如蜂窝纸板全部由可循环再生的纸材制作，可节木代木，替代 EPS 塑料缓衬13垫，使用后可全部回收再利用。瓦楞纸箱生产过程中的废品及边角余料也可模切后进行黏合，制成各种形状的蜂窝状瓦楞纸板缓冲衬垫，即使弃之不用，也可自然降解、吸收，是很好的绿色环保包装材料。表 2-2 几种常用缓冲包装材料的性能比较EPE EPS EVA PU 气垫薄膜 瓦楞纸板 蜂窝纸板 纸浆模塑复原性 好 差 好 好 稍差 差 一般 一般缓冲性能 优 优 优 良 优 稍差 良 差密度 小 小 小 小 最小 一般 一般 大腐蚀性 无 无 无 无 无 无 无 无吸水性 无 无 无 大 无 大 大 大耐菌性 良 良 良 良 良 不良 不良 不良耐候性 良 良 良 良 良 良 良 良柔软性 优 差 优 优 优 不良 差 差成型性 良 优 良 良 不良 不可 不可 优可燃性 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃2.2 纸质类缓冲包装材料的力学特性研究进展2.2.1 瓦楞纸板瓦楞纸板具有加工性良好、成本低、使用温度范围比泡沫塑料宽、没有包装公害等优点。但也存在一些缺点：如表面较硬,在包装高级商品时不能直接接触内装物的表面，使内装物与缓冲纸板之间出现相对移动而损坏内装物表面;耐潮湿性能差; 复原性小等。向明介绍了一种新型缓冲包装结构即瓦楞纸板与塑料薄膜相结合的形式。它不仅克服了瓦楞纸板表面较硬这个缺点,而且对各种形状的产品都可采用相同的包装形式,省去了加工特殊形状缓冲衬垫这道工序的费用和时间。针对复原性小这个缺点,何慧君等提出将瓦楞纸板做成互相平行、垂直和交错的多层结构，使其形状如蜂窝，这样就能大大提高其缓冲性能。用瓦楞纸板作缓冲包装材料，既有利于环境保护，又可以回收利用、降低成14本，瓦楞纸板不仅在包装中能阻隔产品，而且在物品受到外界冲击时,吸收能量，延长冲击作用时间，具有良好的缓冲性能。因此，多年来国内外许多学者对瓦楞纸板的力学性能进行了大量的研究，取得了一些有价值的成果。如 Cox 在 1933年通过对瓦楞纸板箱侧板受力分析,提出了一个描述纸箱侧板的压损强度与临界载荷及材料的边压强度的幂函数关系式；1964 年 H. C. Blake 对多层瓦楞纸板的跌落次数与最大加速度进行了研究, 得到了关系曲线；余本农对瓦楞纸板的力学性能进行了试验研究，给出了静态边压应力应变曲线，王振林、奚德昌对瓦楞纸板的承压能力、缓冲性能和平压冲击等进行了研究。高德考虑温度、多次冲击、层数、变形种类等因素，建立瓦楞纸板材料的缓冲性能模型，对于评价和揭示瓦楞纸板材料的缓冲性能规律，开展包装结构的动力学分析计算及缓冲包装优化设计，具有十分重要意义。并利用此瓦楞纸板模型,对物品包装进行了缓冲包装优化设计。2.2.2 蜂窝纸板蜂窝纸板制品节省资源，保护生态环境，符合国际包装工业材料应用发展趋势，尤其是 1998 年美国、加拿大及欧盟等国家限制中国托盘、木质包装箱出口，提出严格的熏蒸检疫等既繁琐、又增加成本的难题之后,震动了我国包装界，致使“纸蜂窝”在国内异军突起。但蜂窝纸板制品使用量并不乐观，主要原因有：一是生产自动化程度低,难以达到纸蜂窝制品的标准化、系列化，纸蜂窝设备及制品在技术、工艺等方面亟待进一步改进、提高和完善；二是目前纸蜂窝制品不仅表面粗糙，而且色彩不佳，不够档次，尤其是防水、防潮问题还没有得到很好解决；三是目前纸蜂窝制品的价格用户难以接受。瓦楞纸板和蜂窝纸板各有优势。蜂窝纸板因其独特的结构使其较瓦楞纸板具有更强的抗压、抗折能力。从力学角度分析，蜂窝结构相当稳定，从蜂巢上来说可见一斑，但是由于受到材料的局限性 (纸制品材料对于环境特别是水有着较高的要求) ，其在使用方面并不能达到全面的地步，而且由于表面粗糙不能用来保护一些较精密较脆弱的产品。如果把蜂窝结构用于其它材料上或许能达到更好的效果。蜂窝纸板重量轻这个优点使其在材料成本上比瓦楞纸板更具优势。但是,在抵挡外物侵入的能力上,瓦楞纸板却比蜂窝纸板高出几倍。在生产成本上,蜂窝纸板生产设备的生产效率远不如瓦楞纸板高,所以在材料加工费上瓦楞纸板要比蜂窝纸15板低得多。为了综合瓦楞纸板和蜂窝纸板的优点，研究工作者们正致力于这两种材料复合件的研究工作，以期得到更好的缓冲包装结构。耿敏、熊宏智等在这方面的研究结果初步证明了瓦楞纸板和蜂窝纸板复合件的优越性能。这将是今后纸质缓冲包装材料的发展方向。2.2.3 纸浆模塑纸浆模塑制品除具有质轻、价廉、防震等优点外,它还具有透气性好，有利于生鲜物品的保鲜,在国际商品流通上,被广泛用于蛋品、水果、玻璃制品等易碎、易破、怕挤压物品的周转包装上,是目前流行于国内外市场的泡沫塑料包装材料的换代产品。纸浆模塑包装材料是植物纤维为主要原料，采用先进的技术和科学工艺模塑成型，制作了纸制工业品的内包装，蛋托，果托等。即使是不回收，这种植物纤维在短期内也可降解，养田沃土，有利于生态平衡，从根本上解决“白色污染”这一社会公害。目前国内有许多企业正兴建纸浆模塑生产基地，积极响应政府的先进号召，以科技为先导，以环保为己任，开发环保产品，治理白色污染，经济效益显着提高。显然。纸浆模塑包装材料与塑料无法竞争，但仅仅考虑生产成本无疑是片面的，从大局着眼，我们更跟应该从社会成本，环保效益和经济承受能力等全方面进行分析。社会成本是指包装材料回收处理成本，泡沫要花 10倍于本身巨额回收处理费用，这由包装材料业转嫁给了政府，增加了政府财政负担；从环保效益看，塑料无论是焚烧、添埋,还是弃入江河湖泊都严重破坏生态平衡，其对农业生产，土壤及水资源所造成的社会经济损失是无法估量的；从经济承受能力来看,随着人们生活水平的提高，消费观念的转变，高档次，高价位的环保产品越来越多人们所接受。纸浆模塑是一种立体造纸技术，是在模塑机上由特殊的模具塑造出一定形状的纸制品。具有四大优势：一是原料来源广，包括废纸、纸板、箱板纸、白边纸等。二是制作过程由制浆、吸附成型、干燥成型完成，对环境无害。三是可以回收再利用。四是体积比发泡塑料小，可重叠，运输方便。纸浆模塑除可制作餐盒、餐具外，还可制作工业制品的缓冲包装，目前发展迅速9。目前，各国专家正在应用理论研究和性能试验的各种方法，分析研究这种材料与高分子材料的差异性。尽管已经初步认识到，在一定条件下，纸浆模塑的缓冲性能可与泡沫塑料相媲美，但是，在模塑纸浆成分对性能的影响方面还是研究16不够，纸浆模塑件的抗湿性还得改进。尤其是在缓冲减振结构设计的力学动态性能方面，有着很大区别：纸浆模塑材料作为缓冲垫是一种空心薄壁状结构(包括凸缘形，尖塔形和座背形等)，而泡沫塑料则是一种实心块状结构。泡沫塑料块受力状态是压缩面积的函数，而纸浆模塑缓冲垫的受力则是结构形状变形系数的函数。可是纸浆模塑用于工业产品的缓冲包装时，和泡沫塑料缓冲能力相近但作用方式不同，它利用受力后的结构变形吸收外界的能量，减少产品受到的冲击和振动，而泡沫塑料受力后材料本身变形，吸收外界的能量。纸浆模塑的缓冲作用主要依靠结构单元来实现，常见的结构单元形式有 4 种，即肋状（ribs） 、塔状（towers） 、座状（