現(xiàn)代包裝一般采用紙、塑料、玻璃、陶瓷、金屬作為包裝材料，由于紙和塑料價格便宜便于加工，且原料來源廣泛，因此紙和塑料包裝材料在日常生活中應(yīng)用面很廣。然而，塑料包裝材料由于不能自行降解，會造成環(huán)境污染等問題，我國的白色污染問題就是最典型的例證。

　　隨著社會的發(fā)展和全球經(jīng)濟一體化的要求，綠色包裝逐漸成為社會的共識，并成為我國包裝行業(yè)發(fā)展的又一個亮點。經(jīng)國際權(quán)威專家量化評估確定，惟有紙才是最有發(fā)展前途的綠色包裝材料。近年來，我國紙模制品設(shè)備發(fā)展非常快，而且逐步趨于成熟。隨著紙漿模塑制品應(yīng)用范圍的不斷推廣，紙模制品的要求不斷提高，紙漿模塑生產(chǎn)工藝和模的設(shè)計等都需要不斷完善和提高。本文針對紙漿模塑制品的工藝流程特點，分析了當(dāng)今紙漿模塑制品的現(xiàn)狀，并對紙漿模塑制品模具設(shè)計的若干要素進行了研究。

　　二、紙漿模塑制品的工藝過程分析1.

　　工藝流程一般情況下，紙漿模塑制品的生產(chǎn)工藝過程如圖1所示，該生產(chǎn)工藝流程可以根據(jù)客戶對產(chǎn)品的不同要求而有所變化，主要包括漿料制備、成型、熱壓定型、定型、整型和包裝等輔助工序。

　　2.紙漿模塑制品的原料選擇紙漿模塑制品的來源主要分為：紙漿、草漿和葦漿等，一般是漂白商品紙漿（用于快餐盒）或廢紙（用于工業(yè)包裝），在生產(chǎn)與使用過程中不會產(chǎn)生二次污染，產(chǎn)品具有質(zhì)量輕、抗壓抗震、緩沖性能好、防靜電、透氣性強和有良好的可回收性等優(yōu)點。作為包裝制品，可以替代聚苯乙烯泡沫塑料（EPS），用于一次性快餐盒、各種電子產(chǎn)品、工藝品、醫(yī)療器械、機械設(shè)備部件、禽蛋、水果、花卉、玻璃制品、陶瓷制品及其它易碎產(chǎn)品的內(nèi)包裝。

　　紙漿模塑制品一般分快餐盒類和工業(yè)內(nèi)包裝類，生產(chǎn)方法基本相同，只是生產(chǎn)快餐盒用的原料為漂白商品紙漿，定量和規(guī)格等指標(biāo)較為嚴(yán)格，并且要進行滅菌、防水及防油處理，設(shè)備及輸送管道多為不銹鋼和塑料材質(zhì)，貯存池內(nèi)壁襯有瓷磚，對廠房和操作人員衛(wèi)生要求也較高。

　　3.制漿制漿是生產(chǎn)紙漿模塑制品的第一道工序。制漿工序包括：用水力碎漿機把漿板碎解成纖維漿料，將碎解的纖維漿料進行篩選、除砂凈化處理，再通過磨漿機將纖維適當(dāng)分絲帚化，以提高纖維間的結(jié)合力。

　　在制漿工序中，嚴(yán)格控制各種漿料的打漿度對后面工序的產(chǎn)品成型及產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。打漿度太高，在產(chǎn)品真空吸附成型時，將產(chǎn)生濾水困難，經(jīng)烘道干燥后，產(chǎn)品將產(chǎn)生較大收縮變形（模內(nèi)干燥除外）。若打漿度過低，則產(chǎn)品的結(jié)合強度低，產(chǎn)品的挺度和抗壓強度將大大降低，會影響產(chǎn)品的使用性能。所以應(yīng)根據(jù)所選用的漿料、漿料的比例關(guān)系、以及需要打漿的量的多少來確定相應(yīng)的打漿度。

　　紙漿模塑制品制漿工序所用設(shè)備主要有水力碎漿機、纖維疏解除砂機、錐形除砂器、打漿機（或磨漿機）和漿池等造紙行業(yè)通用設(shè)備。對于比較簡陋和規(guī)模較小的生產(chǎn)流程，僅用水力碎漿機和漿池也能滿足其一般生產(chǎn)要求。

　　4.配漿配漿是在凈化、處理好的漿料內(nèi)添加填料、顏料、以及防水防油等功能性助劑，調(diào)配成適合產(chǎn)品質(zhì)量要求的漿料，有時還要控制紙漿濃度。為確保生產(chǎn)過程連續(xù)進行和產(chǎn)品的勻度，必須控制好貯漿池和配漿池內(nèi)液面高度，定時定量地加填料、水和配料。

　　紙漿模塑制品根據(jù)企業(yè)的要求可以選擇添加防水、防油等功能性助劑。目前，紙漿模塑制品所使用的防水劑主要是松香、硫酸鐵和陽離子淀粉，松香和陽離子淀粉附著在紙纖維離子的表面，加強了離子間的粘合作用。

　　5.成型紙漿模塑制品主要采用真空吸附成型法，成型就是將制備好的纖維漿料在附有金屬網(wǎng)的模具上經(jīng)真空吸附成型（產(chǎn)品的形狀），并脫去大量的水。根據(jù)模具上漿的方式又可分為注漿式和吸漿式兩大類，注漿式成型機最早用于生產(chǎn)紙漿模塑餐具，而吸漿式成型機則是今后紙漿模塑包裝容器成型設(shè)備的發(fā)展方向。

　　工作程序為：凸模下移到漿池→抽真空吸漿→凸模上移→凸凹模閉合增壓脫水→凹模移送坯料上移并吹氣→脫模。

　　成型原理為：漿料盛在漿池內(nèi)，將網(wǎng)模固定在凹模上。通過漿槽里漿料的流動及凹模在漿池里的上下移動來攪動漿料，使?jié){料均勻。當(dāng)凹模下移到漿池液面下時，通過真空抽吸，使?jié){料沉積在網(wǎng)模上，然后移出漿池與凸模閉合，經(jīng)增壓脫水得到干度較高的坯料。

　　在成型的過程中通過控制吸漿的時間可以控制模塑產(chǎn)品的厚度。由于真空吸附在每一個方向上的強度是相同的，所以得到的紙漿模塑制品的厚度在理論上應(yīng)該是均勻的。然而，在吸漿過程中，由于漿料的流速和重力等原因，可能會出現(xiàn)模塑產(chǎn)品厚度不均勻的現(xiàn)象。

　　6.定型定型是指濕紙坯成型之后直接進行加熱、加壓和脫水的過程。通過定型使?jié)窦埮髟谀＞邇?nèi)烘干定型。用定型模具加工出來的制品表面光滑美觀、尺寸準(zhǔn)確、堅實、剛性好。紙漿模塑一次性快餐用具就是采用這種模具制造的。

　　在工業(yè)品內(nèi)包裝過程中，一些細小、精密、數(shù)量大的小型物品采用多層堆疊的方式包裝，每層之間用來定位的包裝制品，如果采用紙漿模塑制品就需要定型模具來制造。而一般的工業(yè)包裝制品都是單面工作不用定型，濕紙坯直接進入烘干機烘干即可。

　　7.整型由于纖維層的過濾阻力作用，經(jīng)真空吸附成型的紙漿模塑濕坯的干度通常只能達到20％～30％，濕坯只有加熱干燥后才能使最后產(chǎn)品滿足要求，一般紙漿模塑制品最終干度要達到90％以上。

　　由于濕紙坯經(jīng)過烘干或晾干會發(fā)生不同程度的變形，所以當(dāng)產(chǎn)品外觀、形狀及精度要求高時就必須整型。紙模制品整型前的含水量在20％～30％，但在生產(chǎn)應(yīng)用中紙模制品的含水量很難準(zhǔn)確控制。水分過高則整型過程耗能高、耗時長，水分過低時整型將變得十分困難。

　　在整型的過程中，一般的熱壓溫度控制在150～180℃之間，可以根據(jù)產(chǎn)品的大小進行適度的調(diào)節(jié)，但是熱壓溫度不能小于135℃。

　　8.輔助工藝輔助工序主要包括整型切邊、滅菌和產(chǎn)品包裝、檢驗等。

　　整型與切邊是對干燥后的制品進行外形校正、壓光、清除模網(wǎng)成型留下的網(wǎng)痕，使內(nèi)外表面平整光滑，并可根據(jù)不同的客戶和使用要求壓上一些文字和圖案，同時切除產(chǎn)品邊緣的毛刺，壓上便于盒蓋折疊開啟的壓痕等。

　　滅菌處理是食品包裝容器（如蛋托）等區(qū)別于普通紙漿模塑制品制作的工藝之一。目前成品滅菌處理的方法主要有三種：一是采用隧道式臭氧殺菌機，對成品進行最終殺菌；二是用紫外光照射成品滅菌；三是采用高溫烘道滅菌。

　　經(jīng)干燥或整型的制品經(jīng)質(zhì)量檢驗后，進行收集整理、堆疊、計數(shù)，并按要求的數(shù)量進行包裝，從而完成整個紙漿模塑制品的生產(chǎn)過程。紙漿模塑制品的生產(chǎn)，經(jīng)成型干燥后，毛邊較多，外觀不整齊、美觀，有時還需要切邊，以保證產(chǎn)品外觀整齊、美觀。

　　三、紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.

　　紙模制品的結(jié)構(gòu)特點傳統(tǒng)的聚乙烯發(fā)泡塑料主要是依靠材料的彈性模量來起到抗震緩沖作用的，而紙漿模制品則主要是依靠自身的結(jié)構(gòu)抗震。因此，紙漿模制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的。

　　紙漿模塑制品具備一般紙制品具有的強度，挺度和韌性等性能?？梢愿鶕?jù)使用功能要求制成各種復(fù)雜形狀的制品。用作一次性快餐用具時，形狀比較簡單，強度要求也不高。用作工業(yè)內(nèi)包裝時，其形狀就很復(fù)雜，必須滿足工業(yè)內(nèi)包裝的三大要求：一是定位要求，紙模制品必須保證被裝物品在包裝箱內(nèi)有固定位置，要求紙模制品與被包裝物品之間形狀吻合，接觸貼切，尺寸準(zhǔn)確。

　　二是緩沖要求，紙模制品整體要有一定的韌性和柔性，表面還應(yīng)有些松軟，與被包裝物品接觸摩擦?xí)r不會損傷被包裝物品的光澤表面，并能消除包裝件在運輸和裝卸過程中受到?jīng)_擊和振動的影響。

　　三是承載要求，紙模制品要有一定的強度和剛度來支撐被包裝物品和外界壓力。

　　2.紙模制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計紙漿模塑制品作為一種新型材料應(yīng)用于緩沖包裝的時間較短。目前，其結(jié)構(gòu)設(shè)計還處于經(jīng)驗設(shè)計階段，紙漿模制品的設(shè)計要根據(jù)被包裝產(chǎn)品的外型尺寸，外集裝箱的尺寸來進行合理確定。

　　紙漿模塑制品在每一個側(cè)面都必須考慮其減震效果，因此用凸臺來達到緩沖目的，使它在每個面上的截面線都為折線，以提高紙模的強度。紙模的強度和其緩沖性能成反比的關(guān)系，加入的凸臺筋越多，其強度越大，但同時其緩沖性能下降。

　　紙漿模制品存在著一個光面（與成型模具表面貼合的面）和一個毛面，光面的形狀和尺寸要與被包裝產(chǎn)品的外表面相吻合；而毛面要能夠在產(chǎn)品的外包裝（如紙箱等）中實施良好的支撐和固定。

　　紙漿模制品采用的是真空吸附成型工藝，其絕對厚度和各部位厚度差均受到成型條件的限制。一般情況下，紙漿模制品的絕對厚度在2～5mm，這就要求我們要通過在合適部位上設(shè)置空腔來保證其整體的動態(tài)緩沖性能，并設(shè)置一定數(shù)量的加強筋來保證自身的整體強度，紙漿模制品的各部位厚度雖然可以通過調(diào)整成型模具相應(yīng)部位的開孔率來控制，但過大的厚度差在成型和干燥過程中難以保證紙漿模制品的質(zhì)量。成型時，濕紙模毛坯的干度約在10％左右，這時的漿料仍具有一定的流動性，易產(chǎn)生沿垂直方向上的纖維流動，造成局部的纖維絮聚現(xiàn)象，影響成型質(zhì)量，尤其是對于垂直方向尺寸較大的紙漿模制品，此種情況更為嚴(yán)重。因而在紙漿模制品的垂直方向要設(shè)計一定的斜度，此斜度也有利于濕紙模毛坯的脫模。一般情況下，其斜度設(shè)計為2o～5o。在紙漿模制品的表面拐角處，要避免直角或銳角相接，否則，在此處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，合理的處理方法是采用圓角過渡。

　　在紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計中還應(yīng)適當(dāng)考慮邊緣結(jié)構(gòu)，紙模制品的邊緣結(jié)構(gòu)有無邊結(jié)構(gòu)、翻邊結(jié)構(gòu)和二重邊結(jié)構(gòu)等。無邊結(jié)構(gòu)適用于重量輕，強度要求不高的一次性餐具和一些工業(yè)內(nèi)包裝制品；翻邊結(jié)構(gòu)和二重邊結(jié)構(gòu)多適用于工業(yè)內(nèi)包裝制品，可以起到提高紙模制品整體強度、緩沖性能和美化制品外觀的作用。

　　四、紙漿模塑制品的模具設(shè)計紙漿模塑制品的模具設(shè)計，是整個生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵。首先必須同時滿足紙漿模塑制品的結(jié)構(gòu)要求和以上成型工藝條件（即紙漿模塑對成型模具、脫水和干燥工藝的影響），其次必須符合模具設(shè)計和制造的要求。

　　紙模制品的成型工藝主要有真空吸附成型法和注漿成型法，真空吸附成型法是紙漿模塑制品生產(chǎn)中最常用的一種成型方法，在這種工藝中，最終的紙漿模塑制品要經(jīng)過多次進出模具才能成為合格產(chǎn)品。紙漿模塑成型使用的模具包括吸附成型模具、整型模具和模切模具等。

　　1.吸附成型模具吸附成型模具結(jié)構(gòu)由凸模、凹模、網(wǎng)模、模座、模具背腔和氣室等組成，其中網(wǎng)模是模具主體。由于網(wǎng)模是由直徑0.15mm絲網(wǎng)（金屬或塑料）編織而成，網(wǎng)目數(shù)一般在40～65目之間。自身不能獨立于成型模具，必須依附在模具表面才能成型。模具背腔是與模具工作面保持一定厚度、并與模具工作面形狀完全同步的模具，背面部位與模具座之間形成的空腔即凸、凹模是一個具有一定壁厚的殼體。模具工作面與背腔之間由均布的小孔聯(lián)通。模具通過模座安裝在成型機的模板上。模板的另一面安裝有氣室，氣室與背腔相通，氣室壁上設(shè)有兩個通壓縮空氣或抽真空的通道。

　　紙漿通過碎漿后成型是通過成型模具使碎漿吸附于上凸模具上，產(chǎn)品的厚度主要通過調(diào)節(jié)吸附時間來控制。厚度通常為2～5mm，根據(jù)紙模產(chǎn)品的大小和強度要求確定其厚度。

　?、傥匠尚湍＞叩某叽绱_定吸附成型模具的預(yù)留量是模具設(shè)計的關(guān)鍵。模塑制品從濕紙坯到成品，由于水的排除而發(fā)生收縮，并且同一個制品的不同位置收縮率不相同，又沒有規(guī)律，致使制品在成型過程中發(fā)生多向、多變的收縮變化，給模具設(shè)計確定預(yù)留量造成困難，這點主要是通過經(jīng)驗得到。熱壓模具的尺寸主要通過整型模具的尺寸來確定。

　?、谀＞叩牟牧线x擇吸附成型模具目前采用原子灰、固化劑、樹脂和鋁合金制造。用于精度要求不高的工業(yè)內(nèi)包裝制品時可以直接采用鑄造法制造，精度要求高的則必須用機械切削加工法制造。成型模具的下凸模具主要由鋁合金經(jīng)過加工制造而成，上凹模具則可以利用樹脂直接從對應(yīng)的下凸模具翻倒?jié)沧⒊鰜?，以保證其制造精度。

　　2.定型模具定型模具結(jié)構(gòu)包括凸模、凹模、網(wǎng)模和加熱元件。附有網(wǎng)模的凸?；虬寄Ｉ显O(shè)有排水排氣孔，工作時濕紙坯在定型模內(nèi)首先受到擠壓，有20％的水份被壓榨排出，此時濕紙坯內(nèi)含水量有50％～55％，然后濕紙坯在模內(nèi)受熱，余下來的水份被加熱汽化排除，濕紙坯被壓榨烘干定型成為紙模制品。

　　在使用定型模具對濕紙坯進行壓榨烘干過程中，定型模具中的網(wǎng)模會使制品表面產(chǎn)生網(wǎng)痕而且網(wǎng)模在頻繁擠壓中會很快變形甚至破損。為了解決這個問題，一種新型的無網(wǎng)模具已經(jīng)研制成功。無網(wǎng)定型模具的壽命是一般網(wǎng)模的10倍，并且成本降低50％，用其制造出來的紙模制品精度高，內(nèi)外表面光滑無網(wǎng)痕。

　　3.熱壓整型模具濕紙坯經(jīng)過烘干后會發(fā)生不同程度的變形，當(dāng)對紙模制品外表面形狀要求精度高時，紙模制品要經(jīng)過一道整型工序，整型過程使用的模具稱為整型模具，這種模具也需要有加熱元件，但可以沒有網(wǎng)模。

　　整型模具下凸模的尺寸根據(jù)被包裝產(chǎn)品外形尺寸得到，整型模具下凸模具的尺寸即為產(chǎn)品的外形尺寸，上凹模具的尺寸即為下凸模具尺寸與紙塑產(chǎn)品的厚度之和。

　　整型模具一般都采用黃銅、鋁合金和不銹鋼制造。

　　4.模切模具根據(jù)企業(yè)和產(chǎn)品的需要決定是否需要進行模切，模切模具的刀具用合金鋼材料，模具體采用普通的碳鋼材料。

　　由于成型模具設(shè)計和制造精度的偏差、模具使用后磨損等原因，紙模制品的邊緣往往參差不齊。為了使制品整潔美觀，外觀要求較高的紙模制品都設(shè)有切邊工序。模切模具就是用于修整紙模制品毛邊的模具。然而，紙模制品的切邊工藝是不合理的，它浪費資源，增加制品成本，還破壞了制品的邊緣纖維結(jié)構(gòu)。目前，高精度模具已被開發(fā)出來，使用這種模具生產(chǎn)的制品無需切邊工序。

　　五、紙漿模塑制品的優(yōu)點與弱點1.紙漿模塑制品的優(yōu)點紙漿模塑件相對于EPS緩沖件有許多顯著優(yōu)點：①紙漿模塑包裝制品的原材料是廢紙及各種纖維類材料，來源廣泛且容易收集，不會對環(huán)境和回收造成障礙，有利于產(chǎn)品出口。而發(fā)泡塑料來源于石油產(chǎn)品，資源枯竭與價格問題會越來越嚴(yán)重。

　?、诩垵{模塑包裝制品適用范圍廣泛，現(xiàn)使用泡沫作為內(nèi)襯的產(chǎn)品基本上都可以用紙漿模塑制品來代替。紙漿模塑制品可疊堆存放，比發(fā)泡塑料占的儲存空間小1／2～2／5，運費及倉儲費用較小。

　　③紙制品防靜電性好，發(fā)泡塑料磨擦容易產(chǎn)生靜電，這對電子產(chǎn)品和家電產(chǎn)品等起到較好的保護作用。

　?、芩芰现破钒b時食品水份不易揮發(fā)，易發(fā)霉腐爛，而紙制品有透水氣性能，從而達到防腐效果。

　　2.紙漿模塑制品的弱點①紙漿模塑制品的生產(chǎn)工藝本身弱點。紙漿模塑制品生產(chǎn)質(zhì)量容易受到各種生產(chǎn)因素的影響，如：原材料若質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品烘干后縮水比率與原設(shè)計工藝不相符，打漿漿料配比不當(dāng)會造成產(chǎn)品破損率高；同一套模具在不同型號成型機上生產(chǎn)，其產(chǎn)品之間有一定差別，致使整型工序時廢品率上升；制作熱壓整型模具若表面不光潔，砂眼較多，或安裝整型模具時，上下模具不平行，整型時摩擦現(xiàn)象嚴(yán)重，易擦碎產(chǎn)品。成型的濕產(chǎn)品烘干時濕度掌握不好，造成整型廢品率高，若烘干產(chǎn)品變形過大，則影響整體質(zhì)量。烘干后的產(chǎn)品若大量積壓不及時運轉(zhuǎn)，長時間風(fēng)干導(dǎo)致產(chǎn)品含水率低，收縮過大，整型時廢品率高。

　　②原材料還比較單一，急需開發(fā)新的原材料來源。紙漿模塑制品需要耗用大量天然林木資源，不利于生態(tài)平衡。

　?、奂垵{模塑制品的生產(chǎn)設(shè)備先進性與自動化程度不夠。

　　紙漿模塑的設(shè)備先進性比起發(fā)泡塑料生產(chǎn)設(shè)備顯得比較落后，如紙漿模塑的自動成型機來說，無論是它的生產(chǎn)效率還是設(shè)備的穩(wěn)定性都比不上發(fā)泡塑料生產(chǎn)設(shè)備，整條生產(chǎn)線上各工序設(shè)備之間的銜接自動化程度較低。生產(chǎn)線對輸送、操縱、調(diào)度、監(jiān)測等人工依賴性還比較嚴(yán)重。

　　④紙漿模塑制品的成本性能比偏高。與發(fā)泡塑料制品比較起來，紙模制品成本居高不下，主要因為：原材料成本高，化學(xué)助劑成本高，自動化程度低。紙模包裝制品為了達到防水防油目的，還需要涂塑或加入各種助劑，這必然增大回收處理難度和增加成本，也影響其固有的降解性能。

　?、菁垵{模塑制品的結(jié)構(gòu)強度和緩沖性能較差。

　　六、結(jié)論綜上所述，紙漿模制品的生產(chǎn)原料來源廣泛、生產(chǎn)工藝流程簡單、生產(chǎn)設(shè)備投資小、能耗低。因此，紙漿模制品在產(chǎn)品的包裝領(lǐng)域內(nèi)有良好的發(fā)展前景，特別適用于造紙廠利用漿渣和紙箱廠、印刷廠等廠家綜合利用廢紙組織生產(chǎn)紙漿模制品的推廣應(yīng)用，對消除聚乙烯發(fā)泡塑料產(chǎn)生的白色污染和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，都將產(chǎn)生十分積極的影響。