一, Изменение материала: полное армирование цепи от свойств волокна до химических добавок
1. Технология ориентации волокон: восстановление микроструктуры
Вы можете значительно улучшить механические свойства формованной целлюлозы, изменяя расположение волокон. Например, Lenovo использует алгоритм компоновки,-ориентированный на волокна, чтобы сделать компьютерную упаковку на 40 % прочнее при использовании на 15 % меньше материала. Этот метод имитирует кристаллизацию натуральных волокон, выстраивая их организованным образом в направлении напряжения, образуя «канал механического армирования». Компания Samsung использовала технологию ориентации нановолокон, чтобы сделать упаковку мобильного телефона на 50,6% более прочной и на 30% менее вероятной, что она сломается с течением времени.
2. Синергия между составом волокна и армирующими добавками.
Различные волокна могут работать вместе, чтобы материал функционировал лучше, чем по отдельности. Исследования показывают, что сочетание широколистной древесной массы и жома в соотношении 1:1 увеличивает индекс растяжения, индекс разрыва и жесткость формовочных материалов из целлюлозы на 22,0%, 65,8% и 12,4% соответственно. Технология армирования минеральным волокном также может обеспечить поддержку упаковочного материала для крупной бытовой техники, придав ему прочность на разрыв 16,51 МПа и модуль упругости 535 МПа. Одна фирма изготовила лоток для мякоти для морозильников, который теперь вмещает 220 килограммов вместо 150 килограммов. Это потому, что в их состав входит 20% минеральных волокон.
3. Изменение принципа действия химических добавок
Гидроизоляционный агент: добавляя сульфат алюминия или парафиновый лосьон, вы можете создать гидрофобный слой на поверхности волокна, который снижает водопоглощение с 15% до менее 3%. В помещении с влажностью 90 % один производитель кондиционеров использует технологию покрытия из микрокремнезема, чтобы сохранить 85 % первоначальной прочности упаковки.
Катионный крахмал улучшает склеивание волокон за счет образования водородных связей. Добавление 1% может повысить прочность на разрыв на 30%. Микрокапсулы бикарбоната натрия с эпоксидным-покрытием образуют микропористую структуру за счет выделения газа, что делает их легче и лучше сжимается.
Проводящее графеновое покрытие представляет собой антистатическое соединение, которое поддерживает поверхностное сопротивление в пределах от 10 ⁶ до 10 ⁹ Ом/кв., что предотвращает повреждение электронных деталей статическим электричеством.
2. Структурное проектирование: новые способы ведения дел от бионики до топологии.
1. Новые идеи для трехмерных геометрических фигур.-
Сотовая структура выглядит как шестиугольная ячеистая структура, которая может равномерно распределять внешние напряжения. Например, компания изготовила целлюлозную облицовку для стиральных машин, имеющую сотовую структуру. При испытании на падение с высоты 1 метр эта облицовка снижает пиковое ускорение продукта на 27%, не повреждая при этом конструкцию.
Полая полость и ребра жесткости. Формы используются для создания полостей и вертикальных ребер внутри изделия, что делает его более устойчивым к изгибу. Конструкция полости определенной формы для подвесок более чем удвоила ее несущую способность-несущую способность, а композит много-композитной конструкции, выдерживающий высокие-температуры и высокие-давления, повысил ее прочность на сжатие на 30–50 %.
Структура градиентной плотности: поверхностная плотность упаковки высока, чтобы противостоять ударам, а внутренняя плотность низкая, чтобы поглощать энергию. Это достигается с помощью технологии контроля градиента плотности. С помощью этой технологии Apple сделала упаковку телефона на 20% тоньше, сохранив при этом тот же уровень защиты.
2. Оптимизация топологии и создание вещей, похожих на живые существа
Биомиметическое использование: чтобы создать материалы из целлюлозы, которые могут самовосстанавливаться, скопируйте способ соединения хитиновых волокон. Волокна могут частично восстановить свою прочность за счет рекомбинации водородных связей, когда они повреждены в определенной области.
Алгоритм оптимизации топологии: использование компьютерного моделирования для улучшения распределения волокон, чтобы материал был более плотным в областях с высоким напряжением. Компания изготовила упаковку для телевизоров, которая увеличила плотность помещения на 20 % за счет оптимизации топологии. Это снизило вероятность падения и урона с 1,2% до 0,3%.
3. Оптимизация процесса: точный контроль всего: от настроек формования до технологий сушки.
1. Улучшение параметров процесса формования.
Температура и давление формы. Повышение температуры формы до нужного уровня (180–250 градусов) может ускорить испарение воды и способствовать образованию водородных связей между волокнами. Повышение давления формования (5–10 МПа) может привести к более плотной организации волокон. Благодаря совершенствованию процесса одна компания увеличила плотность лотков из целлюлозы с 0,4 г/см³ до 0,7 г/см³ и сделала их на 60 % более устойчивыми к сжатию.
Время вакуумной адсорбции: если увеличить период вакуумной адсорбции с 3 секунд до 8 секунд, осаждение волокон будет более равномерным и будет меньше слабых мест. Упаковка определенной микроволновой печи была изменена так, что в ней можно разместить 18 слоев вместо 12.
2. Новые способы сушки вещей
Микроволновая сушка: одновременное нагревание внутренней и внешней части продукта микроволнами, что снижает концентрацию стресса. После того, как одно предприятие начало использовать микроволновую сушку, степень коробления упаковки снизилась с 5% до 0,5%, а прочность выросла на 15%.
Сочетая проницаемость инфракрасного излучения с однородностью горячего воздуха, инфракрасная сушка композита горячим воздухом повышает эффективность сушки на 40%, сохраняя при этом модуль упругости волокон.
4. Композитные технологии: переход от отдельных материалов к системным решениям.
1. Композит из целлюлозы и пластика
Покрытие поверхности. Чтобы создать устойчивый к истиранию слой, распылите на поверхность целлюлозы полиуретановый или акриловый лосьон на водной-основе. С помощью этой технологии одна компания утроила износостойкость своей упаковки и продлила ее срок службы на пять лет.
Встраиваемое литье под давлением: размещение пластиковых ребер жесткости в конструкциях из целлюлозы для создания гибридной-несущей системы. Упаковка определенного холодильника сделана так, что один лоток может выдерживать больший вес: от 200 до 350 килограммов.
2. Композит целлюлозы и металла.
Слой композитной алюминиевой фольги поверх целлюлозы может улучшить ее как водонепроницаемость, так и защиту от электромагнитных волн одновременно. Благодаря этому методу упаковка высококачественного телевизора IPX7 стала водонепроницаемой-и прошла испытания на электромагнитную совместимость.
Усиление стального каркаса: помещение стальных рам в сверхпрочную-упаковку для создания «мягко-твердой» связующей структуры. Эта конструкция снизила процент поломок наружного блока конкретного кондиционера при транспортировке с 2,1% до 0,1%.
