紙漿模塑材料是一種應用日益廣泛的材料，其 具備良好的防撞、防震、防腐等性能，可以替代 EPS 發泡材料和傳統木材。普通紙板一般先形成薄壁紙 張，再組裝成瓦楞、蜂窩等結構的材料，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、高強度、高承載性且自支撐 性能優良的材料，如重載紙漿模塑托盤綜合承載質 量可達 2~3 t。以上優異性能使得紙漿模塑材料在物 流和包裝領域被廣泛應用。機械強度是影響紙漿 模塑材料應用的關鍵性能指標。

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 津市富宇精細化工有限公司；亞氯酸鈉（NaClO2）， 質量分數為 80％，上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 主要儀器及設備

主要儀器有 ZT4-00 型打漿機、ZT7-01 型紙樣成 形器、ZT16-00 型標準纖維解離器，興平中通試驗裝 備有限公司；ZG-20T 型熱壓機，東莞正工機電設備 科技有限公司；CMT5504 型萬能力學試驗機，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，上海邁捷試驗設備有限公司；BC/BD-88HA 型臥式轉換型冷藏/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 GB/T 3703—1999 對漿料進行打漿 處理。根據 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 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行反應去 除木素。稱量等量漿料在 75 ℃下水浴加熱做對照組。 反應結束后，漿料經多次洗滌、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 對紙坯進行預壓（冷壓），壓力為 10 MPa、時間為 1 min，冷壓后每片紙坯質量控制為 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。制漿過程中產生的廢水 中含有大量有機物，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。結合實 際環境條件，設置 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 小樣片進行吸濕試驗，將吸濕前經過絕干 處理的小樣片放入−20~70 ℃且濕度飽和的密閉環境 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

紫外老化箱內模擬自然光進行紫外老化試驗。依據 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 保存于黑暗環境中。

2 結果與分析

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，對應的飽和濕度增加，材料吸水率增 加。根據圖 1 結果，設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。

當溫度為 20 ℃、含水率為 0~40%時，脫木素材 料拉伸強度下降了 45 MPa，降幅為 82%；未脫木素 材料拉伸強度下降了 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水，導致 纖維之間變得相對分散，結合力降低。脫木素和未脫 木素材料在含水率達 40%以后拉伸強度均趨于穩定， 原因是纖維對水的吸附趨于飽和，對拉伸強度的影響 減小。在含水率為 0~20%時，脫木素材料拉伸強度隨溫 度的變化幅度相對較大，未脫木素材料拉伸強度隨著 溫度的變化幅度相對較小。當含水率為 0、溫度為 −20~20 ℃時，脫木素材料的拉伸強度提高約 22 MPa， 未脫木素材料拉伸強度上升約 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度的影響較小。

3 結語

以廢舊瓦楞紙板為原料，經打漿、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性能的影響，得出 以下結論。
1）不同溫度下，含水率對紙漿模塑材料拉伸強 度和彎曲強度具有極大的影響。在含水率 0~40%時， 紙漿模塑材料拉伸強度下降約 82%，彎曲強度下降約 80%。當含水率高于 40%時，紙漿模塑材料的力學性 能緩慢下降并逐漸趨于穩定。
2）不同含水率下，溫度對紙漿模塑材料力學性 能無顯著性影響。隨著溫度升高，紙漿模塑材料拉伸 強度和彎曲強度雖然均小幅升高，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 模塑材料的力學性能。 3）雖脫除木素對紙漿模塑材料拉伸強度隨紫外 時長的變化無顯著性影響，其拉伸強度隨著紫外時 長增大而降低，但脫木素對于材料彎曲強度隨紫外 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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