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多层瓦楞纸板缓冲特性仿真与实验的研究的开题报告一、选题背景随着现代物流和快递业的不断发展，瓦楞纸板作为包装材料越来越受到广泛的应用。
多层瓦楞纸板以其优良的缓冲性能，在物流和快递业中得到了广泛的应用。
因此，对多层瓦楞纸板的缓冲特性进行深入研究，以提高其缓冲性能和降低成本，具有重要的理论和实践意义。
二、研究目的和内容本文的研究目的是通过数值仿真和实验研究多层瓦楞纸板的缓冲特性，分析其缓冲机理，探讨多种因素对其缓冲性能的影响，为提高瓦楞纸板的缓冲性能提供理论基础和实验指导。
本文的研究内容包括：1.多层瓦楞纸板的结构及其缓冲特性分析；2.多层瓦楞纸板缓冲特性的数值仿真模拟；3.多层瓦楞纸板缓冲特性的实验研究；4.多种因素对多层瓦楞纸板缓冲性能的影响分析。
三、研究方法1. 文献调研法：通过查阅文献和资料了解多层瓦楞纸板的发展历程、结构形式、缓冲特性等方面的知识。
2. 数值仿真法：通过ANSYS软件对多层瓦楞纸板的缓冲特性进行数值模拟分析，得到其受力情况、失稳破坏模式等信息。
3. 实验方法：通过设计合理的实验方案，对多层瓦楞纸板的缓冲特性进行实验研究，探讨其受力性能、缓冲能力等方面的特点。
四、研究意义和创新点本文的研究可以深入探讨多层瓦楞纸板的缓冲特性，为实践中的包装设计和选择提供一定的参考依据和理论支持。
同时，对于优化和提高多层瓦楞纸板的缓冲性能，提供一定的理论与实践指导。
在方法上，本文采用了实验与数值仿真相结合的研究方法，为多层瓦楞纸板的缓冲特性研究提供了多种并罗列、可验证的数据，为深入研究多层瓦楞纸板的缓冲机理和优化其性能提供了一定的切入点和创新点。
*深圳职业技术学院重点项目资助(06K Jra022)王冬梅:1976年生,博士研究生,讲师,主要研究方向为多孔材料的力学性能、环保型缓冲材料、运输包装等纸质结构型包装材料缓冲性能研究进展*王冬梅1,2,王志伟3(1 江南大学现代机械与包装研究所,无锡214122;2 深圳职业技术学院媒体与传播学院,深圳518055;3 暨南大学包装工程研究所,广州510632)摘要 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。
关键词 缓冲材料 结构 瓦楞纸板 蜂窝纸板 纸浆模塑制品Research Advance in Paper Structure Cushioning Packaging MaterialsWANG Dong mei 1,2,WANG Zhiw ei 3(1 M aching Eng ineer ing I nstit ute,Souther n Y angtze U niver sity,Wux i 214122;2 Schoo l of M edia and Co mmunicatio n,Shenzhen Po ly technic,Shenzhen 518055;3 P ackag ing Eng ineer ing Institute,Jinan U niver sity,Guang zho u 510632)Abstract T his paper summarizes t he r esear ch adv ance and emphases o f paper str ucture cushio ning packagingmateria ls, e.g.co rr ug ated paper bo ard,honeycomb pa perbo ard and paper pulp pro duct at ho me and aboar d.Inland re -sear ches focus on the ex periment stag e o f the ex isting mater ial.Over seas researches focus on the ex planation o f the me -chanical behav iour based o n t he mechanical theor y and the simulation of t he mechanical mode based o n the finite ele -ments prog ram.T he over seas r esear ch r esults are univer sal.T his paper show s that the further study directio ns of a -bov e materia ls are the development of new str uctures and the univer sal char acter istics methods o f cushioning pr oper -t ies.Key words cushioning mater ials,structur e,cor rug ated paper bo ard,honeyco mb paperboard,paper pulp0 前言随着人们对资源、环保、可持续性发展认识的加强,环保型产品越来越受到人们的青睐,停止使用作为缓冲包装材料的EPS 发泡塑料成为/禁白0的一项重要工程。
Abstract:In order to reduce the impact of traditional packaging waste on the environment, developing green biodegradable foam materials is the main direction. This article summarizes the biodegradable foam materials that can be used to cushion packaging,aiming to provide a reference for developing new packaging materials. This paper introduces the foaming methods of several kinds of biodegradable materials, including extrusion foaming, heating foaming and solution foaming. Moreover,this paper also elaborates the principle and the ways of technical improvement for each foaming method, including the present application of biodegradable foaming materials, and their advantages and disadvantages. Despite of the rapid development of biodegradable foam materials, there still exist some drawbacks. More efforts should be placed to improve the performance of those materials, so that they can be better put into use in the future.Keywords: degradable; foam materials; cushioning packaging卢佳欣，刘惠，沈丹丹，苟进胜，孟星彤,孙小琪（北京林业大学，北京，100083）可降解缓冲包装材料研究进展综述Degradable Foaming Material and Its Applicationin Cushion PackagingLU Jia-xin, LIU Hui, SHEN Dan-dan, GOU Jin-sheng, MENG Xing-tong, SUN Xiao-qi摘要：目的 为缓解传统包装废弃物对环境造成的压力，开发绿色可降解的发泡材料是主要方向，本文总结了可用于缓冲包装的可降解发泡材料，旨在为新型包装材料的研发提供一定的参考依据。
裕宝浅谈缓冲用纸包装材料结构东莞市裕宝包装材料有限公司国家打击白色污染力度的同时，国家环保包装材料的发展又得到了进一步的发展，一些缓冲材料是很抢手的，用环保型材料代替泡沫塑料作为缓冲包装材料驰皙缓冲包装的一个发展趋势，全纸包装也驰皙避免贸易壁垒的现代包装的新宠。
近几年，纸包装材料的结构开发得到了飞速的发展。
缓冲材料的结构也从单一型转向复杂型，从工艺型转化为功能型。
这里以纸蜂窝材料、瓦楞纸板和纸浆模塑制品为例概述缓冲用纸材料的结构开发情况。
一、纸蜂窝材料纸蜂窝以质轻、环保、隔音、防震、性价比高等优点而著称，它主要用来制作缓冲衬垫吸收产品运输或最俣过程中受到的冲击或振动。
纸蜂窝的结构形式主要有整六角形、戴加强戴的六边形、矩形、棱形、瓦楞形、整方形、疏排圆形、密排圆形、三角形等。
传统的纸蜂窝结构呈整六角形，它靠多层纸交错涂胶粘贴，干燥后切块，再拉开形成整六角形结构。
整六角形纸蜂窝属于劳动密集型产品，不适合于全自动化生产。
2000年Pflug申请了折叠型瓦楞纸蜂窝的专利，它是利用原有的瓦楞纸板生产线，增加分切、旋转、折叠和粘贴工序而制得。
瓦楞纸板折叠型蜂窝粘贴和切块比较困难，瓦楞型纸蜂窝的单向压缩强度非常高，特别适合于重型产品的缓冲包装。
2004年Basily发明了直接用(fa ming le zhi jie yong)纸借助于模压工艺制得的3D纸蜂窝，它适合于自动化生产，在两个整交方向上具有各向同性，这样的包装材料能使生产者降低成本，节约空间，最少的使用材料，它是引导包装材料改革创新的生力军。
图3的3D折叠型纸蜂窝芯由牛皮纸加工而成，它们均可由平张纸生产而来。
3D折叠型纸蜂窝芯采用了新型的包装机械技术，它可以高速生产，而且其生产成本低于现在的传统纸蜂窝芯的生产成本。
3D折叠型纸蜂窝芯最主要的特征是它们与当前蜂窝结构防损抗震相比较能吸收大量的能量。
另外，3D折叠芯能够提高单位材料的吸能率，使其成本降低。
第42卷 第9期 包 装 工 程2021年5月PACKAGING ENGINEERING ·17·收稿日期：2020-09-10基金项目：国家自然科学基金（31400539）作者简介：吴彤彤（1995—），女，东北林业大学硕士生，主攻缓冲包装材料。
通信作者：吴金卓（1980—），女，博士，东北林业大学教授，主要研究方向为物流与供应链管理。
缓冲包装材料经济性与环境影响评价研究进展吴彤彤，吴金卓，王卉，蔡加丽（东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040）摘要：目的 通过梳理国内外文献，准确掌握不同材质缓冲包装材料的经济性与环境影响程度，为绿色经济缓冲包装材料的设计与应用提供参考和借鉴。
方法 在对常见的缓冲包装进行分类的基础上，分别从缓冲包装材料的经济性和环境影响等2个方面对纸制缓冲包装材料和塑料缓冲包装材料进行评价分析。
结论 常用的缓冲包装材料在加工过程和使用过程均会造成资源浪费和环境污染。
纸制缓冲包装材料加工工艺成熟价格稳定，塑料缓冲包装受原材料价格波动影响较大。
新型缓冲包装材料植物纤维类缓冲材料作为环境友好型材料，符合缓冲包装材料力学性能要求，推行使用可以减缓目前状况，具有发展潜力和研究意义。
关键词：缓冲包装；经济性；环境影响；生命周期评价中图分类号：TB484 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2021)09-0017-08 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2021.09.003Research Progress on Technology Economy and Environmental ImpactAssessment of Buffer Packaging MaterialsWU Tong-tong , WU Jin-zhuo , WANG Hui , CAI Jia-li(College of Engineering and Technology, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)ABSTRACT: This paper aims to accurately grasp the economics and environmental impact of different types of buffer packaging materials by sorting out domestic and foreign literature, in order to provide references for the design and ap-plication of green and economic buffer packaging materials. Based on the classification of common buffer packaging ma-terials, the economy and environmental impacts of paper buffer packaging materials and plastic buffer packaging mate-rials are evaluated. It is concluded that common buffer packaging materials will cause waste of resources and environ-mental pollution during processing and use. The price of paper buffer packaging materials is stable due to mature processing technology, and that of plastic buffer packaging is greatly affected by the price of raw materials. As a new type of buffer packaging material, plant fiber-based buffer material is environmentally friendly and can meet the requirements for the mechanical properties of buffer packaging materials. Therefore, promoting the use of this type of material can im-prove the current situation and the material has development potential and research significance. KEY WORDS: buffer packaging; economy; environmental impact; life cycle assessment随着现代电子商务和移动互联网及信息技术的飞速发展，物流业也呈现出高速发展的态势，大量的商品源源不断地从全国各地运送到客户手中。
缓冲包装材料的应用及发展商品从生产到使用要经过运输、保管、堆码和装卸等一系列过程，在这些情况下其都有可能受到外部作用力而发生机械性损坏。
而采用缓冲包装就可以消除一定的冲击，减缓商品受到的冲击和振动，保证其在可能恶劣的物流条件下免受损坏。
用于制作缓冲包装的材料有很多，下面笔者就详细介绍几类主要缓冲包装材料的应用和发展情况。
纸制缓冲材料纸制缓冲材料主要包括瓦楞纸板、蜂窝纸板和纸浆模塑，其比塑料环保，且价格便宜、来源广泛，所以目前应用较为广泛。
1.瓦楞纸板瓦楞纸板具有加工性好、成本低、适用温度范围广、环境友好等优点。
但瓦楞纸板也存在一定缺点，即表面较硬，当内装物与瓦楞纸板之间出现相对滑动时，内装物表面易被划伤。
此外，瓦楞纸板还存在耐潮湿性能差、复原性小等缺点。
2.蜂窝纸板蜂窝纸板具有优良的缓冲防振性能，且重量较轻。
由于蜂窝纸板采用再生纸板通过水溶性胶黏剂黏合制成，可实现全部回收，既节省资源，又保护生态环境，符合国际包装工业应用发展趋势，因此被广泛用于电子产品、易碎物品、精密仪器、家用电器的缓冲包装。
但蜂窝纸板存在过载复原性差、垂直方向缓冲性能差、加工不方便、价格相对较贵等缺点。
3.纸浆模塑纸浆模塑具有原料资源丰富、无公害，质量较轻、抗压强度大、缓冲性能较好，可回收再利用等优点，因此在我国运输包装领域的应用较广，发展较快。
但纸浆模塑的强度有限，而且缓冲性能与其形状有很大关系，因此目前只能应用于一些小型商品的缓冲包装，如小型电子产品、水果、蛋类等物品，不适用于较重的产品。
发泡缓冲材料泡沫塑料是一种典型的发泡缓冲材料，经发泡制成，具有蜂窝状结构。
其主要品种有EPE（可发性聚乙烯）缓冲材料、EPS（可发性聚苯乙烯）缓冲材料等，具有密度小、易加工成型、缓冲性能好、适用温度范围广、导热率低等优点，因此在运输包装中应用较为广泛。
但不同类型的泡沫塑料，其特点也不一样。
EPS缓冲材料易模塑成形、重量轻、成本低，可广泛应用于精密设备、家用电器等商品的缓冲包装，但其存在体积大、废弃物不能自然风化、焚烧处理会产生有害气体等缺点；EPE缓冲材料虽然是可回收的环保材料，但其价格昂贵，所以主要用于较贵重或易碎商品的缓冲包装。
*深圳职业技术学院重点项目资助(06K Jra022)王冬梅:1976年生,博士研究生,讲师,主要研究方向为多孔材料的力学性能、环保型缓冲材料、运输包装等纸质结构型包装材料缓冲性能研究进展*王冬梅1,2,王志伟3(1 江南大学现代机械与包装研究所,无锡214122;2 深圳职业技术学院媒体与传播学院,深圳518055;3 暨南大学包装工程研究所,广州510632)摘要 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。
关键词 缓冲材料 结构 瓦楞纸板 蜂窝纸板 纸浆模塑制品Research Advance in Paper Structure Cushioning Packaging MaterialsWANG Dong mei 1,2,WANG Zhiw ei 3(1 M aching Eng ineer ing I nstit ute,Souther n Y angtze U niver sity,Wux i 214122;2 Schoo l of M edia and Co mmunicatio n,Shenzhen Po ly technic,Shenzhen 518055;3 P ackag ing Eng ineer ing Institute,Jinan U niver sity,Guang zho u 510632)Abstract T his paper summarizes t he r esear ch adv ance and emphases o f paper str ucture cushio ning packagingmateria ls, e.g.co rr ug ated paper bo ard,honeycomb pa perbo ard and paper pulp pro duct at ho me and aboar d.Inland re -sear ches focus on the ex periment stag e o f the ex isting mater ial.Over seas researches focus on the ex planation o f the me -chanical behav iour based o n t he mechanical theor y and the simulation of t he mechanical mode based o n the finite ele -ments prog ram.T he over seas r esear ch r esults are univer sal.T his paper show s that the further study directio ns of a -bov e materia ls are the development of new str uctures and the univer sal char acter istics methods o f cushioning pr oper -t ies.Key words cushioning mater ials,structur e,cor rug ated paper bo ard,honeyco mb paperboard,paper pulp0 前言随着人们对资源、环保、可持续性发展认识的加强,环保型产品越来越受到人们的青睐,停止使用作为缓冲包装材料的EPS 发泡塑料成为/禁白0的一项重要工程。
以国家环保局颁发的5固体废弃物处理规定6为代表,国家陆续发布系列的/禁白0、/限白0的规定。
政府有关部门考虑对(EPS)发泡塑料的工业包装应用进行限制,以达到全面控制和消除/白色污染0,保护环境的目的。
因此替代EPS 发泡塑料,使用环保型缓冲包装材料成为绿色缓冲包装发展的一个趋势。
纸质结构型缓冲包装材料以其结构轻、耗材少、性价比高、强度高、缓冲性能优良等特点在近几年成为缓冲包装的新宠。
纸质结构型缓冲包装材料主要有:瓦楞纸板、蜂窝纸板、纸浆模塑制品等,这些材料由于其自身结构特点和成型方式有所不同,在缓冲包装应用中也稍有不同。
纸质结构型缓冲包装材料之所以具有良好的缓冲性能除了因其自身纤维材质具有一定的弹性外,主要是因这些材料的结构中存在多孔结构(如瓦楞纸板和蜂窝纸板)或存在与被包装产品相适应的凹凸结构(如纸浆模塑制品),因此研究纸质结构型缓冲包装材料的结构对研究其缓冲性能至关重要。
1 国内外研究进展1.1 瓦楞纸板缓冲性能的研究进展瓦楞纸板作为一种夹层材料,因其波纹状瓦楞夹芯的形状和种类不同、瓦楞纸板层数不同以及多层瓦楞纸板中瓦楞组合方式的不同使瓦楞纸板存在多种结构形式,这些不同结构的瓦楞纸板的缓冲性能又存在差异。
国内瓦楞纸板的结构形式及其缓冲性能的研究主要有:(1)对不同结构组合形式的瓦楞纸板的比较。
郭鹃等[1]对4层双拱瓦楞纸板和5层瓦楞纸板进行了对比实验,得出4层双拱瓦楞纸板的平压强度超过了5层瓦楞纸板,边压强度仅次于5层瓦楞纸板,在振动实验中得出4层双拱瓦楞纸板的初始抗压性远远超过了5层瓦楞纸板;郭彦峰等[2]分析了X -PL Y 超强瓦楞纸板的结构特征,并进行了耐破强度、戳穿强度、平压强度和边压强度等的对比试验,得出了不同铺层形式的X -PL Y 超强瓦楞纸板的强度优于相应的3A 型或3B 型瓦楞纸板的强度;刘晔等[3]完成了4种型号的三重瓦楞纸板平压、侧压、边压承载规律实验,对不同构型设计的瓦楞纸板强度作了对比试验,并对3B 、X -PL Y(B)2种组合板材按线性、正弦、正切分段曲线进行拟合建立了该材料的静态平压本构关系曲线;向红等[4]测试了多种组合形式的7层瓦楞纸板的耐破强度、抗压强度、戳穿强度等指标,得出了CCB、BBB、A AB型的瓦楞纸板综合性能最佳。
(2)瓦楞纸板承压与瓦楞结构的关系。
杨嫣红等[5]以C瓦为例提出了瓦楞纸板平压失效二杆结构模型,并研究了含有C瓦的3层瓦楞纸板的屈曲临界载荷;高德等[6,7]分析了瓦楞形状及参数对瓦楞纸板性能的影响,得出增大瓦楞的跨度和高度能得到更好的缓冲性能,瓦楞纸板的高度基本上不影响瓦楞纸板的强度,其强度主要与瓦楞的跨度有关。
(3)不同结构形式的瓦楞纸板衬垫的缓冲性能研究。
近几年用瓦楞纸板开发的不同结构的缓冲衬垫结构也很多,如弹力型、折叠型、弹折型和角型等。
宋超等[8]通过简化力学模型和对比性实验探讨了折叠三角形瓦楞纸板衬垫结构缓冲能力与其截面尺寸、结构折叠层数的关系,得到的基本的规律对新型结构的开发和应用提供了参考;付云岗等[9]通过试验研究双层叠置A B型双瓦楞纸板的冲击与振动特性,给出双层叠置AB型双瓦楞纸板的最大加速度-静应力曲线及其特征系数和经验公式、最大加速度-时间曲线以及振动传递率-频率曲线,并将A B型双瓦楞纸板与发泡聚氨酯泡沫塑料、蜂窝纸板作了比较;刘功等[10]采用AB5层瓦楞纸板设计了4种组合形式的缓冲衬垫,并对其缓冲性能进行了实验。
国外对瓦楞纸板的结构缓冲性能的研究较多且较为深入: (1)瓦楞纸板结构形式的研究。
K im Do W ook等[11]在瓦楞纸板的基础上开发了double-ply加强型瓦楞纸板,将原来3层瓦楞纸板中的夹层变为2层波纹状的瓦楞层,在基本上不增加瓦楞纸板的厚度的基础上增加了瓦楞纸板的压缩强度,并申请了do uble-ply加强型瓦楞纸板的专利;M yung H oo n L ee等[12]对5种不同结构形式(单层SW、双层DW、单层带有双夹芯DM、双层带有一个双夹芯(A A.+Af lute)DM A、双层带有一个双夹芯(A A.+Bflute)DM B)的瓦楞纸板分别沿M D方向和CD方向进行了四点弯曲实验,结果表明瓦楞纸板沿M D方向的弯曲刚度比CD方向大,其中DM A的弯曲刚度最大,DM、DM A、DM B作为新型的瓦楞纸板结构其弯曲刚度较大,与传统的瓦楞纸板相比有较好的结构优势;Rousser ie F.等[13]对瓦楞纸板夹芯结构进行了试验研究,并建立了夹芯结构的模型。
(2)对具有各向异性的瓦楞纸板不同方向承压的理论研究。
Johnso n.M.W.等[14,15]利用矩形板的轴向屈曲理论预测了瓦楞纸板的CD方向和M D方向的应力应变特性;U rbanik.T.J[16]把瓦楞纸板的波纹状瓦楞看作受弹性限制的短柱,研究了瓦楞纸板机械方向非线性屈曲理论,并用材料压缩失效和结构屈曲失效之间的相互关系修正了该理论。
(3)瓦楞纸板箱的力学性能研究。
M c-kee[17]根据瓦楞纸板的边压强度导出了纸箱抗压强度(BCS)的M ckee简化公式,目前仍在使用该公式预测瓦楞纸箱的抗压强度[18,19];2003年Bianco lini M. E.等[20]用试验和有限元理论模型两种方式分析了瓦楞纸板的力学特性,并分析了瓦楞纸箱的屈曲载荷;2005年Biancolini M. E.等[21]又分析了瓦楞纸板的屈曲特性和瓦楞纸箱的后屈曲行为,指出瓦楞纸板的屈曲临界载荷不足以评估瓦楞纸箱的压溃行为。
国内对于瓦楞纸板结构缓冲性能的研究多处于实验阶段,大多是对不同结构形式的瓦楞纸板进行静态、动态压缩实验或振动传递率实验以测出不同结构形式的瓦楞纸板在缓冲性能上的异同,对瓦楞纸板的合理选用具有一定的参考意义;国外对于瓦楞纸板结构缓冲性能的研究比较深入,既用了新型增强型瓦楞结构改善原来瓦楞纸板的缓冲性能,又根据瓦楞纸板的结构形式进行力学性能的理论研究,这些理论研究带有一定的普适性,对于不同结构形式的瓦楞纸板均可采用这些理论来预测其缓冲性能,对于新型瓦楞纸板的开发和瓦楞纸板的合理选材具有一定的指导意义。
1.2蜂窝纸板缓冲性能的研究进展蜂窝纸板作为一种无污染、结构新颖、承重量大、成本低、弹性好且具有良好的缓冲性能的包装材料受到包装界的高度关注,并已顺利应用于大型机电产品的包装、家具、建筑材料等领域。
目前人们研究的蜂窝纸板主要以正六角形纸蜂窝芯为主,其研究主要有:(1)不同厚度的蜂窝纸板缓冲性能的比较研究。
郭彦峰等[22~24]通过实验对比研究了不同厚度的蜂窝纸板的准静态缓冲曲线;Guo Y anfeng等[25]还对不同厚度的蜂窝纸板做了动态压缩实验和振动传递率实验,找出了蜂窝纸板动态压缩曲线和振动传递率曲线的规律;郝巍等[26]试验研究了不同厚度的No mex纸对No mex蜂窝力学性能的影响,认为增加纸的厚度并不是提高No mex蜂窝综合力学性能的最佳途径,只有根据蜂窝密度规格选择合适厚度的N o mex纸才能获得综合力学性能良好的蜂窝。
