1. O princípio-de suporte de carga da polpa moldada é a interseção da mecânica estrutural e da ciência dos materiais.
A capacidade-de carga da polpa moldada não depende apenas da resistência inerente do material; em vez disso, melhora suas propriedades mecânicas por meio de uma "estrutura tridimensional entrelaçada de fibra" e um "mecanismo de dispersão de tensão".
Tecelagem-tridimensional de fibras em uma estrutura
Resíduos de papel e polpa de bambu são dois exemplos de fibras vegetais que podem ser utilizadas para gerar celulose moldada. O método de moldagem por sucção a vácuo o transforma em uma estrutura de rede tri-dimensional. O molde é composto por fibras que são tricotadas de forma aleatória para formar um sistema de suporte tri-dimensional que se parece com um favo de mel. Este método pode distribuir as pressões externas uniformemente e minimizar os níveis de estresse em alguns lugares. Por exemplo, uma bandeja de ovos normal pesa apenas 65 gramas, mas pode suportar 80 quilos de peso estático sem quebrar. Isso ocorre porque o design em favo de mel espalha a força do golpe.
Tornando a forma melhor
O design do molde pode fornecer câmaras pulpares moldadas e nervuras de reforço em seu interior, como as nervuras verticais em moldes suspensos. Isso torna muito menos provável que dobre. Por exemplo, o revestimento de polpa que um fabricante desenvolveu para a unidade externa de um ar condicionado tem um padrão de células hexagonais em forma de favo de mel. A aceleração máxima do produto é 27% menor que a da espuma EPS comum no teste de queda de 1m e a estrutura não está danificada. Usando alta temperatura e alta pressão, a construção composta de múltiplas-camadas também combina placas de celulose multi-camadas. A ligação entre as camadas de fibra é mais forte e a resistência à compressão é 30% a 50% mais forte. Em vez de paletes de madeira, pode transportar 500 kg de produtos.
Como lidar com o estresse
A maneira como a estrutura se dobra e se estica, e não como a substância se comprime, confere à polpa moldada suas propriedades de amortecimento. Por exemplo, as grades em forma de favo de mel dividem a embalagem de coisas que não são regulares em pedaços menores. Quando alguma coisa toca a parte externa da unidade, ela muda de forma e absorve energia. Isso impede que tudo desmorone. Esse design ajuda a polpa moldada a preservar sua forma, ao mesmo tempo que altera a forma para dispersar a energia de um impacto quando ela precisa suportar peso.
2. Um grande avanço na tecnologia: passar de "leve" para "alta-resistência"
A polpa moldada precocemente era amplamente utilizada em produtos baratos, como bandejas para ovos, porque custava muito e mudava de formato quando ficava molhada. Mas tecnologias modernas como prensagem úmida, revestimentos nano-impermeáveis e otimização de topologia estrutural fizeram com que funcionasse muito melhor:
A capacidade de moldar coisas em altas temperaturas e pressões
Após a formação do embrião, coloque-o em um ambiente de alta-pressão e alta-temperatura (5–10 MPa) a 180–250 graus para alterar as ligações de hidrogênio entre as fibras, torná-lo mais rígido e elevar a densidade para 0,6–0,8 g/cm³. Uma certa empresa fez uma bandeja de celulose para máquinas de lavar que tem apenas 10 mm de espessura, mas pode suportar uma carga estática de 200 kg, o que é suficiente para eletrodomésticos grandes.
Tecnologia que permite mudar coisas adicionando itens
Você pode tornar a ligação entre as fibras 30% mais forte adicionando produtos químicos impermeabilizantes, como sulfato de alumínio, ou agentes fortalecedores, como cola de amido. O material ainda será leve (50% mais leve que a madeira). Um tipo de embalagem de TV, por exemplo, usa um revestimento de polpa com revestimento antiestático. Isso não apenas protege os equipamentos eletrônicos da eletricidade estática, mas também torna a embalagem 15% mais leve, tornando a estrutura mais eficiente.
Tecnologia para melhorar a topologia estrutural
Use simulação de computador para espalhar melhor as fibras para que o material fique mais denso onde estiver sob muito estresse. Por exemplo, uma empresa utilizou a otimização topológica para fabricar embalagens de celulose para refrigeradores, o que aumentou a densidade local em 20%. Isso reduziu a chance de o produto quebrar durante o teste de queda de 1,2% para 0,3%.
3. Estudo de caso: colocando a teoria à prova no mundo real
Na indústria de eletrodomésticos, a capacidade-de carga da polpa moldada foi minuciosamente avaliada e seu desempenho supera o da espuma plástica convencional:
Embalagem para aparelhos de ar condicionado que vão para fora
Uma empresa principal criou o revestimento de celulose para a unidade externa do ar condicionado em um design hexagonal em forma de favo de mel. A maior aceleração do produto é 27% menor que a da espuma EPS no teste de queda de 1m, e a estrutura não está danificada. As embalagens também podem ser empilhadas para transporte, o que economiza 40% de espaço de armazenamento e 18% dos custos totais.
Papel de embrulho em volta das máquinas de lavar
Alguns tipos de máquinas de lavar vêm com embalagens completas de papel "celulose moldada + papelão ondulado". Ao melhorar sua estrutura, a embalagem fica 20% mais leve e ainda consegue segurar e proteger o peso durante o transporte. Dados de testes reais mostram que esse método reduz a taxa de danos no envio de 0,8% para 0,2%, o que economiza mais de 5 milhões de yuans por ano em despesas pós{7}}vendas.
Embalagem de TV que não produz eletricidade estática
Algumas caixas de TV possuem um revestimento composto de polpa revestida com um material anti{0}estático. Isto não só protege os equipamentos eletrónicos da eletricidade estática, como também torna a embalagem 15% mais leve, melhorando a sua estrutura. O teste ROHS da UE foi aprovado para esta proposta, que agora é um modelo de embalagem que é bom para o meio ambiente.
