紙漿模塑材料是一種應(yīng)用日益廣泛的材料，其 具備良好的防撞、防震、防腐等性能，可以替代 EPS 發(fā)泡材料和傳統(tǒng)木材。普通紙板一般先形成薄壁紙 張，再組裝成瓦楞、蜂窩等結(jié)構(gòu)的材料，其一般用于 承載較輕物品。紙漿模塑材料是一種通過工藝控制 可以一次成型為高密度、高強(qiáng)度、高承載性且自支撐 性能優(yōu)良的材料，如重載紙漿模塑托盤綜合承載質(zhì) 量可達(dá) 2~3 t。以上優(yōu)異性能使得紙漿模塑材料在物 流和包裝領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。機(jī)械強(qiáng)度是影響紙漿 模塑材料應(yīng)用的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

1 試驗

1.1 原料及試劑

原料主要有廢舊瓦楞紙板，購自哈爾濱某廢品回 收站。試劑主要有冰醋酸（CH3COOH），分析純，天 津市富宇精細(xì)化工有限公司；亞氯酸鈉（NaClO2）， 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80％，上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 主要儀器及設(shè)備

主要儀器有 ZT4-00 型打漿機(jī)、ZT7-01 型紙樣成 形器、ZT16-00 型標(biāo)準(zhǔn)纖維解離器，興平中通試驗裝 備有限公司；ZG-20T 型熱壓機(jī)，東莞正工機(jī)電設(shè)備 科技有限公司；CMT5504 型萬能力學(xué)試驗機(jī)，深圳 新三思材料檢測有限公司；上海精宏DNP-9022電熱恒溫培養(yǎng)箱；BX53 型生物顯微 鏡，上海賴氏電子科技有限公司；ZN-P 型紫外老化 試驗箱，上海邁捷試驗設(shè)備有限公司；BC/BD-88HA 型臥式轉(zhuǎn)換型冷藏/冷凍箱，河南新飛電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 漿料的制備

將廢舊紙板裁切成約 20 mm×20 mm 的片狀，水 中浸漬 4 h，根據(jù) GB/T 3703—1999 對漿料進(jìn)行打漿 處理。根據(jù) GB/T 3332—2004 測定打漿度，制得平均 打漿度為 23 °R 的廢紙板漿（Waste Paperboard Pulp， WPP）。依據(jù) GB/T 2677.10—1995，將原始漿料在 75 ℃ 下水浴加熱，隨后加入冰醋酸和亞氯酸鈉進(jìn)行反應(yīng)去 除木素。稱量等量漿料在 75 ℃下水浴加熱做對照組。 反應(yīng)結(jié)束后，漿料經(jīng)多次洗滌、甩干、密封 12 h 平衡 水分備用。

1.3.2 紙漿模塑材料的制備

紙樣成形器抄制定量為 800 g/m2 的濕紙坯，隨后 對紙坯進(jìn)行預(yù)壓（冷壓），壓力為 10 MPa、時間為 1 min，冷壓后每片紙坯質(zhì)量控制為 85 g，密封 12 h 平 衡水分備用。對平衡水分后的紙坯進(jìn)行熱壓，溫度為 170 ℃、壓力為 8 MPa、保溫 20 min，然后取出并冷 卻，得到直徑為 200 mm、厚度約為 0.7 mm、定量約 為 720 g/m2 的所需模塑材料。制漿過程中產(chǎn)生的廢水 中含有大量有機(jī)物，課題組其他成員通過絮凝、沉降 等步驟去除廢液中的懸浮固體，通過生化處理，降解 廢水中的有機(jī)物，以解決廢水問題。

1.3.3 溫濕度試驗

試驗采用電熱恒溫箱和冰箱來控制溫度。結(jié)合實 際環(huán)境條件，設(shè)置 5 個溫度梯度（−20，0，20，40， 70 ℃）。紙漿模塑材料在一定濕度下易吸收水分，濕 度最終會影響吸濕量，也就是其含水率。設(shè)置含水率 梯度前需測出 2 種紙漿模塑材料在 5 個溫度梯度下 的最大吸濕量。在同一塊紙漿模塑材料上裁取 30 mm×30 mm 小樣片進(jìn)行吸濕試驗，將吸濕前經(jīng)過絕干 處理的小樣片放入−20~70 ℃且濕度飽和的密閉環(huán)境 中，同時放置一組小樣片浸漬在水中，分別于 24 h 和 48 h 后去除游離水計算吸濕率。

1.3.4 紫外老化試驗

紫外老化箱內(nèi)模擬自然光進(jìn)行紫外老化試驗。依據(jù) GB/T 22894—2008 確定紫外時間為 0，10，20， 30，40 d，共 5 個梯度。將脫木素和未脫木素材料的 各 4 份試樣懸掛在老化箱中，避免相互接觸、遮擋或 折疊，保持箱內(nèi)溫度在 80 ℃左右，相對濕度在 65% 左右。定期各取出 1 份試樣，連同空白試樣分別密封 保存于黑暗環(huán)境中。

2 結(jié)果與分析

不同吸濕條件下的吸濕率見圖 1。由圖 1 可知， 隨著溫度升高，對應(yīng)的飽和濕度增加，材料吸水率增 加。根據(jù)圖 1 結(jié)果，設(shè)定脫木素材料的含水率為 0， 5%，10%，20%，40%，60%，80%和 84%，共 8 個 梯度；設(shè)定未脫木素材料的含水率為 0，5%，10%，20%，40%，60%，80%和 90%，共 8 個梯度。

當(dāng)溫度為 20 ℃、含水率為 0~40%時，脫木素材 料拉伸強(qiáng)度下降了 45 MPa，降幅為 82%；未脫木素 材料拉伸強(qiáng)度下降了 35 MPa，降幅為 87%。這歸因 于材料含水率上升，纖維中吸附了大量液態(tài)水，導(dǎo)致 纖維之間變得相對分散，結(jié)合力降低。脫木素和未脫 木素材料在含水率達(dá) 40%以后拉伸強(qiáng)度均趨于穩(wěn)定， 原因是纖維對水的吸附趨于飽和，對拉伸強(qiáng)度的影響 減小。在含水率為 0~20%時，脫木素材料拉伸強(qiáng)度隨溫 度的變化幅度相對較大，未脫木素材料拉伸強(qiáng)度隨著 溫度的變化幅度相對較小。當(dāng)含水率為 0、溫度為 −20~20 ℃時，脫木素材料的拉伸強(qiáng)度提高約 22 MPa， 未脫木素材料拉伸強(qiáng)度上升約 7 MPa，說明脫木素材 料更易受溫度的影響。相比于含水率，溫度對脫木素 材料和未脫木素材料拉伸強(qiáng)度的影響較小。

3 結(jié)語

以廢舊瓦楞紙板為原料，經(jīng)打漿、脫木素、成型、 熱壓等工藝制備脫木素和未脫木素紙漿模塑材料，研 究溫濕度及紫外老化對其物理力學(xué)性能的影響，得出 以下結(jié)論。
1）不同溫度下，含水率對紙漿模塑材料拉伸強(qiáng) 度和彎曲強(qiáng)度具有極大的影響。在含水率 0~40%時， 紙漿模塑材料拉伸強(qiáng)度下降約 82%，彎曲強(qiáng)度下降約 80%。當(dāng)含水率高于 40%時，紙漿模塑材料的力學(xué)性 能緩慢下降并逐漸趨于穩(wěn)定。
2）不同含水率下，溫度對紙漿模塑材料力學(xué)性 能無顯著性影響。隨著溫度升高，紙漿模塑材料拉伸 強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度雖然均小幅升高，但脫木素材料對溫 度更敏感。在相同條件下，脫去木素有利于提高紙漿 模塑材料的力學(xué)性能。 3）雖脫除木素對紙漿模塑材料拉伸強(qiáng)度隨紫外 時長的變化無顯著性影響，其拉伸強(qiáng)度隨著紫外時 長增大而降低，但脫木素對于材料彎曲強(qiáng)度隨紫外 時長的變化具有顯著性影響。紫外老化 40 d 時，未 脫木素材料彎曲強(qiáng)度降低約 40%，脫木素材料僅降 低約 13%，可見脫木素可有效保持紙漿模塑材料的 彎曲性能。



 

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