一, Mudança de material: reforço completo da cadeia, desde propriedades da fibra até aditivos químicos
1. Tecnologia de orientação de fibra: reconstruindo a microestrutura
Você pode melhorar muito as qualidades mecânicas da polpa moldada manipulando a forma como as fibras são dispostas. Por exemplo, a Lenovo utiliza um algoritmo de layout-orientado por fibra para tornar o acolchoamento do computador 40% mais resistente e usar 15% menos material. Este método imita como as fibras naturais se cristalizam, alinhando-as de forma organizada na direção da tensão para formar um “canal de reforço mecânico”. A Samsung usou tecnologia de orientação de fibra em nanoescala para tornar as embalagens de telefones celulares 50,6% mais duráveis e 30% menos propensas a quebrar com o tempo.
2. A sinergia entre compostos de fibras e agentes de reforço
Diferentes fibras podem trabalhar juntas para fazer um material funcionar melhor do que sozinho. Estudos indicam que a combinação-de polpa de madeira de folhas largas e polpa de bagaço em uma proporção de 1:1 aumenta o índice de tração, o índice de ruptura e a rigidez dos materiais de moldagem de celulose em 22,0%, 65,8% e 12,4%, respectivamente. A técnica de reforço com fibra mineral também pode fornecer suporte ao material de embalagem de grandes eletrodomésticos, conferindo-lhe uma resistência à tração de 16,51 MPa e um módulo de elasticidade de 535 MPa. Uma certa empresa fez uma bandeja de celulose para freezers que agora pode conter 220 quilos em vez de 150 quilos. Isso ocorre porque incluíam 20% de fibras minerais.
3. Mudando a forma como os aditivos químicos funcionam
Agente impermeabilizante: Ao adicionar sulfato de alumínio ou loção de parafina, você pode formar uma camada hidrofóbica na superfície da fibra que reduz a absorção de água de 15% para menos de 3%. Em uma sala com 90% de umidade, um determinado fabricante de ar condicionado utiliza tecnologia de revestimento de microssílica para manter 85% da resistência original da embalagem.
O amido catiônico faz com que as fibras se unam melhor, formando ligações de hidrogênio. Adicionar 1% pode aumentar a resistência à tração em 30%. As microcápsulas-de bicarbonato de sódio revestidas com epóxi formam uma estrutura microporosa ao liberar gás, o que as torna mais leves e melhores na compressão.
O revestimento condutor de grafeno é um composto antiestático que mantém a resistividade da superfície entre 10 ⁶ e 10 ⁹ Ω/sq, o que impede que a eletricidade estática danifique peças eletrônicas.
2, Projeto Estrutural: Novas Maneiras de Fazer as Coisas, da Biônica à Topologia Fazendo o melhor uso
1. Novas ideias para formas geométricas tri-dimensionais
A estrutura do favo de mel se parece com o arranjo da unidade hexagonal de um favo de mel, que pode distribuir as tensões externas uniformemente. Por exemplo, uma empresa fez um revestimento de celulose para máquinas de lavar que possui um layout de unidade em favo de mel. Em um teste de queda de 1 metro, esse revestimento reduz o pico de aceleração do produto em 27% sem danificar a estrutura.
Cavidade oca e nervuras de reforço: Os moldes são utilizados para fazer cavidades e nervuras verticais no interior do produto, o que o torna mais resistente à flexão. O projeto da cavidade de um determinado molde suspenso mais que dobrou sua capacidade de carga-e o compósito de alta-temperatura e alta-pressão da estrutura composta de múltiplas-camadas aumentou sua resistência à compressão em 30% a 50%.
Estrutura da densidade do gradiente: A densidade da superfície da embalagem é alta para resistir ao impacto e a densidade interna é baixa para absorver energia. Isso é feito por meio da tecnologia de controle de gradiente de densidade. Com essa técnica, a Apple tornou a embalagem do telefone 20% mais fina, mantendo o mesmo nível de proteção.
2. Otimizando a topologia e projetando coisas que se pareçam com seres vivos
Uso biomimético: Para fazer materiais de celulose que possam se reparar, copie a forma como as fibras de quitina são unidas. As fibras podem recuperar parcialmente sua força por meio da recombinação de ligações de hidrogênio quando são lesionadas em uma determinada área.
Algoritmo para otimização da topologia: Uso de simulações computacionais para melhorar a distribuição da fibra para que o material seja mais denso em regiões onde o estresse é alto. Uma empresa fez embalagens para TVs que aumentaram em 20% a densidade da área por meio da otimização topológica. Isso reduziu a taxa de queda e dano de 1,2% para 0,3%.
3, Otimização de processos: controle exato sobre tudo, desde configurações de moldagem até tecnologias de secagem
1. Melhorando os parâmetros do processo de moldagem
Temperatura e pressão do molde: Aumentar a temperatura do molde para o nível certo (180–250 graus) pode acelerar a evaporação da água e estimular a ligação de hidrogênio entre as fibras. Aumentar a pressão de moldagem (5–10MPa) pode tornar as fibras mais organizadas. Através da melhoria do processo, uma empresa específica aumentou a densidade das bandejas de celulose de 0,4g/cm³ para 0,7g/cm³ e as tornou 60% mais resistentes à compressão.
Tempo para adsorção a vácuo: Se você aumentar o período de adsorção a vácuo de 3 segundos para 8 segundos, a deposição da fibra será mais uniforme e haverá menos pontos fracos. A embalagem de um determinado forno de micro-ondas foi alterada para poder conter 18 camadas em vez de 12.
2. Novas maneiras de secar as coisas
Secagem por microondas: aquece o interior e o exterior do produto ao mesmo tempo com microondas, o que diminui a concentração de tensões. Depois que um determinado negócio começou a usar a secagem por micro-ondas, a taxa de empenamento da embalagem caiu de 5% para 0,5% e a resistência aumentou 15%.
Combinando a penetrabilidade do infravermelho com a uniformidade do ar quente, a secagem composta por ar quente infravermelho aumenta a eficiência da secagem em 40%, mantendo o módulo de elasticidade das fibras.
4, Tecnologia Composta: Passando de materiais únicos para soluções de sistema
1. Composto de celulose e plástico
Revestimento de superfície: para criar uma camada resistente ao desgaste, borrife poliuretano-à base de água ou loção acrílica na superfície da polpa. Através desta tecnologia, uma empresa triplicou a resistência ao desgaste das suas embalagens e fez com que durassem mais cinco anos.
Moldagem por injeção incorporada: colocação de nervuras de reforço de plástico dentro de estruturas de celulose para criar um sistema híbrido-de suporte de carga. A embalagem de uma determinada geladeira foi feita de forma que uma bandeja aguenta mais peso, passando de 200 quilos para 350 quilos.
2. Composto de celulose e metal
A camada composta de folha de alumínio sobre a polpa pode torná-la melhor tanto na impermeabilização quanto na proteção contra ondas eletromagnéticas ao mesmo tempo. Esse método tornou a embalagem de uma TV-IPX7 de última geração resistente à água-e passou nos testes da EMC.
Reforço de esqueleto de aço: colocar estruturas de aço em embalagens-resistentes para criar uma estrutura de ligação "macia e dura". Este projeto reduziu a taxa de quebra durante o transporte de uma determinada unidade externa de ar condicionado de 2,1% para 0,1%.
