浅谈恒温培养箱对于模塑材料性能的影响的作用

纸浆模塑材料是一种应用日益广泛的材料，其 具备良好的防撞、防震、防腐等性能，可以替代 EPS 发泡材料和传统木材。普通纸板一般先形成薄壁纸 张，再组装成瓦楞、蜂窝等结构的材料，其一般用于 承载较轻物品。纸浆模塑材料是一种通过工艺控制 可以一次成型为高密度、高强度、高承载性且自支撑 性能优良的材料，如重载纸浆模塑托盘综合承载质 量可达 2~3 t。以上优异性能使得纸浆模塑材料在物 流和包装领域被广泛应用。机械强度是影响纸浆 模塑材料应用的关键性能指标。

1 试验

1.1 原料及试剂

原料主要有废旧瓦楞纸板，购自哈尔滨某废品回 收站。试剂主要有冰醋酸（CH3COOH），分析纯，天 津市富宇精细化工有限公司；亚氯酸钠（NaClO2）， 质量分数为 80％，上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 主要仪器及设备

主要仪器有 ZT4-00 型打浆机、ZT7-01 型纸样成 形器、ZT16-00 型标准纤维解离器，兴平中通试验装 备有限公司；ZG-20T 型热压机，东莞正工机电设备 科技有限公司；CMT5504 型万能力学试验机，深圳 新三思材料检测有限公司；上海精宏DNP-9022电热恒温培养箱；BX53 型生物显微 镜，上海赖氏电子科技有限公司；ZN-P 型紫外老化 试验箱，上海迈捷试验设备有限公司；BC/BD-88HA 型卧式转换型冷藏/冷冻箱，河南新飞电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 浆料的制备

将废旧纸板裁切成约 20 mm×20 mm 的片状，水 中浸渍 4 h，根据 GB/T 3703—1999 对浆料进行打浆 处理。根据 GB/T 3332—2004 测定打浆度，制得平均 打浆度为 23 °R 的废纸板浆（Waste Paperboard Pulp， WPP）。依据 GB/T 2677.10—1995，将原始浆料在 75 ℃ 下水浴加热，随后加入冰醋酸和亚氯酸钠进行反应去 除木素。称量等量浆料在 75 ℃下水浴加热做对照组。 反应结束后，浆料经多次洗涤、甩干、密封 12 h 平衡 水分备用。

1.3.2 纸浆模塑材料的制备

纸样成形器抄制定量为 800 g/m2 的湿纸坯，随后 对纸坯进行预压（冷压），压力为 10 MPa、时间为 1 min，冷压后每片纸坯质量控制为 85 g，密封 12 h 平 衡水分备用。对平衡水分后的纸坯进行热压，温度为 170 ℃、压力为 8 MPa、保温 20 min，然后取出并冷 却，得到直径为 200 mm、厚度约为 0.7 mm、定量约 为 720 g/m2 的所需模塑材料。制浆过程中产生的废水 中含有大量有机物，课题组其他成员通过絮凝、沉降 等步骤去除废液中的悬浮固体，通过生化处理，降解 废水中的有机物，以解决废水问题。

1.3.3 温湿度试验

试验采用电热恒温箱和冰箱来控制温度。结合实 际环境条件，设置 5 个温度梯度（−20，0，20，40， 70 ℃）。纸浆模塑材料在一定湿度下易吸收水分，湿 度最终会影响吸湿量，也就是其含水率。设置含水率 梯度前需测出 2 种纸浆模塑材料在 5 个温度梯度下 的最大吸湿量。在同一块纸浆模塑材料上裁取 30 mm×30 mm 小样片进行吸湿试验，将吸湿前经过绝干 处理的小样片放入−20~70 ℃且湿度饱和的密闭环境 中，同时放置一组小样片浸渍在水中，分别于 24 h 和 48 h 后去除游离水计算吸湿率。

1.3.4 紫外老化试验

紫外老化箱内模拟自然光进行紫外老化试验。依据 GB/T 22894—2008 确定紫外时间为 0，10，20， 30，40 d，共 5 个梯度。将脱木素和未脱木素材料的 各 4 份试样悬挂在老化箱中，避免相互接触、遮挡或 折叠，保持箱内温度在 80 ℃左右，相对湿度在 65% 左右。定期各取出 1 份试样，连同空白试样分别密封 保存于黑暗环境中。

2 结果与分析

不同吸湿条件下的吸湿率见图 1。由图 1 可知， 随着温度升高，对应的饱和湿度增加，材料吸水率增 加。根据图 1 结果，设定脱木素材料的含水率为 0， 5%，10%，20%，40%，60%，80%和 84%，共 8 个 梯度；设定未脱木素材料的含水率为 0，5%，10%，20%，40%，60%，80%和 90%，共 8 个梯度。

当温度为 20 ℃、含水率为 0~40%时，脱木素材 料拉伸强度下降了 45 MPa，降幅为 82%；未脱木素 材料拉伸强度下降了 35 MPa，降幅为 87%。这归因 于材料含水率上升，纤维中吸附了大量液态水，导致 纤维之间变得相对分散，结合力降低。脱木素和未脱 木素材料在含水率达 40%以后拉伸强度均趋于稳定， 原因是纤维对水的吸附趋于饱和，对拉伸强度的影响 减小。在含水率为 0~20%时，脱木素材料拉伸强度随温 度的变化幅度相对较大，未脱木素材料拉伸强度随着 温度的变化幅度相对较小。当含水率为 0、温度为 −20~20 ℃时，脱木素材料的拉伸强度提高约 22 MPa， 未脱木素材料拉伸强度上升约 7 MPa，说明脱木素材 料更易受温度的影响。相比于含水率，温度对脱木素 材料和未脱木素材料拉伸强度的影响较小。

3 结语

以废旧瓦楞纸板为原料，经打浆、脱木素、成型、 热压等工艺制备脱木素和未脱木素纸浆模塑材料，研 究温湿度及紫外老化对其物理力学性能的影响，得出 以下结论。
1）不同温度下，含水率对纸浆模塑材料拉伸强 度和弯曲强度具有极大的影响。在含水率 0~40%时， 纸浆模塑材料拉伸强度下降约 82%，弯曲强度下降约 80%。当含水率高于 40%时，纸浆模塑材料的力学性 能缓慢下降并逐渐趋于稳定。
2）不同含水率下，温度对纸浆模塑材料力学性 能无显著性影响。随着温度升高，纸浆模塑材料拉伸 强度和弯曲强度虽然均小幅升高，但脱木素材料对温 度更敏感。在相同条件下，脱去木素有利于提高纸浆 模塑材料的力学性能。 3）虽脱除木素对纸浆模塑材料拉伸强度随紫外 时长的变化无显著性影响，其拉伸强度随着紫外时 长增大而降低，但脱木素对于材料弯曲强度随紫外 时长的变化具有显著性影响。紫外老化 40 d 时，未 脱木素材料弯曲强度降低约 40%，脱木素材料仅降 低约 13%，可见脱木素可有效保持纸浆模塑材料的 弯曲性能。



 

免责声明：文章仅供学习和交流，如涉及作品版权问题需要我方删除，请联系我们，我们会在第一时间进行处理。