CN101214740A - 一种菱形蜂窝夹层板及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种菱形蜂窝夹层板及制作方法，至少包括一个上表层，一个下表层和一个夹芯层，其特点为所述的夹芯层为直立片状基材拼接形成的菱形网格状的蜂窝结构层。且所述的菱形状的蜂窝结构层是由折叠成“V”形纸条直立相对叠合起来形成的，两条相互叠合的“V”形纸条是顶部与顶部相对叠合起来形成菱形网格状的，相对叠合的顶部压1至8mm宽度的压痕，以保证两条相互叠合的“V”形纸条能牢固的粘接在一起，形成带有一定粘接楞边的菱形网格。

Description

一种菱形蜂窝夹层板及制作方法

技术领域

本发明涉及到一种夹层板的结构及成型方法，特别是指一种板芯为菱形状的多层复合板的结构及成型方法。

背景技术

随着社会的发展和技术的进步，纸质包装容器在各种行业的产品包装中，因其具有质轻、易加工成型、印刷适性好、可循环再利用、对环境无污染等优点，其应用越来越广泛。在中国，纸质包装制品产值约占包装工业产值40％，而经济发达国家占45％以上。1871年，美国人Albert Jones(阿尔伯特·琼斯)发明单面瓦楞纸板，用于包装玻璃灯罩和类似的易碎物品，获得美国第一个专利权。19世纪末，美国开始研究用瓦楞纸板制作的包装运输箱。直至1920年日本发明了双瓦楞纸板之后，瓦楞纸板的用途在全世界范围内迅速扩大。到第二次世界大战时，瓦楞纸箱已代替木箱在运输包装中占到80％。至今，瓦楞纸板已成为现代包装中使用最广泛的包装材料之一，据不完全统计，瓦楞纸箱产值占纸质包装制品总产值的60％以上。

但是，受瓦楞芯层波纹结构的局限，以及瓦楞纸板在成型和储运过程中容易产生“倒楞”现象的缺陷难以克服，严重影响了瓦楞纸箱的箱型稳定性和抗压能力，大大制约了瓦楞纸箱性能的进一步提升。在不变革瓦楞波纹结构的前提下，为了提高瓦楞纸箱、瓦楞纸板托盘的综合性能，国内外的瓦楞纸板(箱)生产商和科研人员为此已经付出了长期和艰辛的努力，但至今仍未能获得理想的解决方案。

为了满足人们对高性能的纸制包装箱的需要，一种新型纸板——六边形蜂窝纸板便应运而生。蜂窝结构于20世纪60年代由美国人发明，最初用于制造美国U-2高空侦察机的机翼材料，后转入民用工业。蜂窝纸板在发达国家广为使用，技术日趋成熟，应用领域不断扩大。蜂窝纸板采用了自然界蜂巢结构原理，把基材用胶粘结或焊接等方法连接成无数个空心正六棱柱体，形成一个整体的受力件——蜂窝状夹芯层，并在其两面复合表层材料而成的一种新型夹层结构的材料。以纸为基材的蜂窝纸板的主要特点是：(1)高强度。蜂窝夹层结构近似正交各向同性，结构稳定性好，不易变形，其突出的抗压能力和抗弯能力是箱式包装材料需要的最重要的特性。(2)抗冲击性、缓冲性好。(3)蜂窝夹层结构内部为封闭的小室，其中充满空气，具有很好的隔声保温性能。(4)无污染，符合现代环保潮流。但另一方面正是由于其高强度、高抗弯能力，蜂窝纸板不能如瓦楞纸板那样可方便地进行弯折，以形成规则的折叠式包装纸箱，而只能用于制作包装箱内缓冲衬件或包装托盘等。与瓦楞纸板相比，蜂窝纸板的成本高、难加工、成型性差，大大制约了它作为包装材料的应用范围。

总的说来，瓦楞纸板结构的发展已达到极限，蜂窝纸板结构发展步履艰难，纸箱行业面临十分尴尬的局面，因此很有必要对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有蜂窝夹层板性能的不足，提出一种既能继承六边形蜂窝夹芯板高强度、抗冲击性、稳定性好的优点，又具有可弯折性，以形成规则的折叠式包装箱的新型复合板。

根据本发明的目的所提出的技术实施方案是：一种菱形蜂窝复合板，至少包括一个上表层，一个下表层和一个夹芯层，其特点为所述的夹芯层为直立片状基材拼接形成的菱形网格状的蜂窝结构层。且所述的菱形状的蜂窝结构层是由折叠成“V”形纸条直立相对叠合起来形成的，两条相互叠合的“V”形纸条是顶部与顶部相对叠合起来形成菱形网格状的，相对叠合的的顶部压1至8mm宽度的压痕，以保证两条相互叠合的“V”形纸条能牢固的粘接在一起，形成带有一定粘接楞边的菱形网格。

下面主要以纸基材为对象，说明所述菱形蜂窝夹层板的具体技术实施方案。制作菱形蜂窝夹层板的材料还可以是金属、有机高分子等材料。

菱形蜂窝纸板加工制作工艺是，先将芯纸按照一定的间隔进行压痕，且压痕线具有一定的宽度，如1至5mm，在压痕线处施涂胶粘剂，使两层经过同样处理过程的芯纸粘合，使用同样的方法粘合第三层、第四层，直至达到所需尺寸要求为止；再将粘合好的芯纸层裁切成所需的高度，得到待拉伸的芯条；然后将芯条拉伸形成具有一定长度和宽度的菱形蜂窝网格状夹芯层，最后在夹芯层的上和下两面分别施涂胶粘剂，粘上由面纸构成的上表层和下表层，形成菱形蜂窝纸板。

为提高菱形胞元(即菱形蜂窝网格状中的单个菱形)间的粘接牢度，并便于加工成型，胞元V形楞峰处楞峰采用小尺寸的直线过渡，同时能增强夹层板的侧边抗压强度。(图3所示)

根据目前制作纸板的设备和工艺，所述菱形蜂窝夹层板加工制作的工艺可以是：

(1)纸坯成型。纸坯成型可采用如下三种方法：

方法1：利用瓦楞纸板生产线：在现有的瓦楞纸板生产线上，采用修正的V型瓦楞辊，以与制造瓦楞芯纸相似的方式，先将瓦楞原纸轧压成V形，然后在成型后的V形芯纸上下楞峰处分别涂施粘合剂，得到第1层带胶棱的V形芯纸；用同样的方法得到第2层、第3层、……、第m层带胶棱的V形芯纸；再将这m层芯纸以胶棱对胶棱的方式彼此粘合在一起，形成具有m层芯纸的小单元复合芯纸层；若干层小单元复合芯纸层再进行粘合，最后得到具有n层芯纸的纸坯，n的值取决于最终的纸板长度或宽度。纸坯压平烘干一定时间，以保证胶粘剂充分干燥并粘牢；最后再将纸坯按制品设计所要求的长度进行横向切断，得到待拉伸的芯条纸坯。

方法2：利用现有纸板模切压痕设备：可采用“圆压圆”、“圆压平”、“平压平”等加工方式，对卷筒式或平张式芯纸仅实施“压痕”操作，压痕处即可形成楞峰，然后按方法1类似的方式得到具有n层芯纸的纸坯，压实、烘干、分切后，得到待拉伸的芯条纸坯。

方法3：利用多组同轴圆盘式涂布设备，涂布圆盘的相邻间隔等于菱形的边长，在第一层平张芯纸上进行滚压涂布，形成若干条具有一定宽度、彼此间隔相等的胶痕，然后与第二层大小相同的平张芯纸粘贴在一起，再将涂布圆盘沿轴向偏移菱形边长一半的距离，在第二层芯纸表面继续进行滚压涂布，再粘贴第三层芯纸，如此反复，最终得到具有n层芯纸的纸坯，压实、烘干、分切后，得到待拉伸的芯条纸坯。

(2)蜂窝夹芯层成型。在拉伸成型机上将芯条纸坯拉伸至所需的成型角，形成菱形蜂窝状网格夹芯层(如图4所示)。成型角为成型后菱形四边形在拉伸方向上的两个对角(设为K)。K值是菱形蜂窝纸板的重要工艺参数，其大小将直接影响纸板的性能。K的理论取值范围为0°～180°。根据对纸板缓冲性能、抗压性能等不同要求，以及加工的方便性和标准化等要求，K的取值推荐如下系列：30°，45°，60°，75°，90°，120°，150°。当K＝90°时，夹芯蜂窝为正菱形四边形；正菱形四边形蜂窝纸板的特点是垂直于棱的四个面的纸板承载能力基本相同，具有近似正交各向同性的特点。

(3)蜂窝纸板成型。在已拉伸的网状夹芯层上下双面涂施胶粘剂并贴上由面纸构成的上表层和下表层，即形成具有固定尺寸的菱形蜂窝纸板。

由该发明设计构思所制作出来的新型菱形纸板，通过实验室的对比试验证明：当纸板定量或克重(克/每平分米)相同时，菱形蜂窝纸板的抗压强度和缓冲性能均优于瓦楞纸板；而相对于六边形蜂窝纸板来说，菱形蜂窝纸板的缓冲性能优于六边形蜂窝纸板，菱形蜂窝纸板的抗压强度虽不及六边形蜂窝纸板，但菱形蜂窝纸板易被折叠而制成纸箱，而且制造工艺简单，生产成本低，这些都可说明菱形蜂窝纸板确实有它的独到之处，在一定程度上弥补了瓦楞纸板和六边形蜂窝纸板的不足。经过初步的试验数据对比可得出结论是：

1)同种材料制得的尺寸相同的三种纸板中，菱形蜂窝纸板的用纸量最少，六边形蜂窝纸板次之，瓦楞纸板的用纸量最大，则可得出菱形蜂窝纸板能有效地节省原材料；

2)菱形蜂窝纸板的耐破度、边压强度和戳穿强度都比瓦楞纸板的强度大；

3)当静应力小于某一临界值(如7600kg/m²)时，菱形蜂窝纸板的缓冲系数最小，缓冲效率最高，也就是说它的静态缓冲性能最好；当静应力大于该临界值时，六边形蜂窝纸板的静态缓冲性能最好，菱形蜂窝纸板次之；

4)当跌落高度大于某一临界值(如250mm)时，六边形蜂窝纸板的动态缓冲性能最好，菱形蜂窝纸板次之，瓦楞纸板最差；当跌落高度小于该临界值时，菱形蜂窝纸板的动态缓冲性能最好，六边形蜂窝纸板次之，瓦楞纸板最差。

5)菱形蜂窝结构的稳定性不及六边形蜂窝结构，从而导致菱形蜂窝纸板较易被压溃，因此可将该压溃区作为压痕、弯折线。初步的试验结果表明：当板厚均为10mm时，用4mm宽的压块，分别垂直挤压100mm×100mm的六边形蜂窝纸板和菱形蜂窝纸板的中心区，六边形蜂窝纸板的初始压溃力平均值为0.075kN，菱形蜂窝纸板的初始压溃力平均值仅为0.03kN。

以上试验中，菱形蜂窝纸板试样为手工制作，瓦楞纸板和六边形蜂窝纸板均采用市售的机制试样，试验对比数据有可能存在一定的误差，但性能的变化趋势是可信的。

根据一系列的性能比较试验，可以得出如下初步结论：菱形蜂窝纸板的综合性能要优于瓦楞纸板，且其用纸量要少于瓦楞纸板；而对于六边形蜂窝纸板来说，虽然其缓冲性能在一定程度上优于菱形蜂窝纸板，但是当静态压力较小或跌落高度较低时，菱形蜂窝纸板的缓冲性能就会优于六边形蜂窝纸板，并且菱形蜂窝纸板可进行折叠而制成纸盒、纸箱。用菱形蜂窝纸板制成的纸盒、纸箱不但综合性能要比瓦楞纸盒、纸箱好，而且用纸量少，成本低。

结合菱形蜂窝纸板的这些优势，它除了可制作高性能的纸盒、纸箱用于运输包装和销售包装之外，还可应用在建筑、家具等较大的市场领域。

附图及说明

图1为本发明菱形蜂窝夹层板立体示意图；

图2为本发明菱形蜂窝夹层板复合结构示意图；

图3为本发明菱形蜂窝胞元结构的平面示意图；

图4为本发明菱形蜂窝胞元结构的立体示意图；

图5为本发明菱形蜂窝夹层的生产工艺流程示意图。

图中1、上表层；2、下表层；3、夹芯层；4、“V”形纸条；5、顶部楞边；6、愣峰边。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

从附图1和2可以看出本发明为一种菱形纸板，至少包括一个上表层1，一个下表层2和一个夹芯层3，其特点在由于所述的夹芯层2为直立纸片拼接形成的菱形状的蜂窝结构层。且所述的菱形状的蜂窝结构层是由折叠成“V”形纸条4直立相对叠合起来形成的(见图3、图4)，两条相互叠合的“V”形纸条4是顶部与顶部相对叠合起来形成菱形网格状的，相对叠合的顶部楞边5压有1至8mm宽度的压痕，以保证两条相互叠合的“V”形纸条能牢固的粘接在一起，形成带有一定粘接边的菱形网格。

菱形纸板加工制作工艺是(如图3、图4)所示，先将芯纸按照所需高度裁剪成同一高度的纸片，再按照一定的间隔进行压痕，然后将这些压痕折叠成“V”型纸条4，再在“V”型纸条4顶部楞边5上(1至8mm宽)涂胶，使两层经过同样处理过程的芯纸粘合，使用同样的方法粘合第三层、第四层，直至达到所需尺寸要求为止，然后将粘合好的芯纸层裁切成所需的高度，再将其拉伸直至菱形蜂窝芯成正四边形的夹芯层，最后在夹芯层上和下粘上由面纸构成的上表层和下表层，形成菱形蜂窝纸板。

实施例一

一种菱形蜂窝纸板及其加工制作工艺。其菱形纸板至少包括一个上表层，一个下表层和一个夹芯层，其特点为：所述的夹芯层为“V”型纸条拼接形成的菱形状的蜂窝结构层。所述的菱形纸板的加工制作工艺是：

在现有瓦楞纸板生产线上，采用V型瓦楞辊，以与制造瓦楞芯纸相似的方式，先将瓦楞原纸轧压成V形，且再“V”型楞边上形成1至8mm宽的愣峰边，然后在成型后的V形芯纸上下愣峰边处分别涂施粘合剂，得到第1层带胶棱的V形芯纸；用同样的方法得到第2层、第3层、……、第m层带胶棱的V形芯纸；再将这m层芯纸以胶棱对胶棱的方式彼此粘合在一起，若干各m层芯纸可再进行粘合，最后得到具有n层芯纸的纸坯，n的值取决于最终的纸板长度或宽度；纸坯压平烘干一定时间，以保证胶粘剂充分干燥并粘牢；最后再将纸坯按一定的长度进行横向切断(整个工艺流程见图5)。

实施例二

实施例二与实施例一的结构相同，只是菱形纸板的加工制作工艺是：先在切纸机上将上述纸坯按纸板厚度要求分切成芯条，再将芯条拉伸至所需的成型角。成型角为成型后菱形四边形在拉伸方向上的两个对角；菱形网格成型角的取值范围为30°-160°。本实施例的菱形网格成型角为90°。此时夹芯蜂窝为正四边形；正四边形蜂窝纸板的特点是垂直于棱的四个面的纸板承载能力基本相同，即近似正交各向同性。

实施例三

实施例三与实施例一的结构相同，只是菱形纸板的加工制作工艺是：菱形蜂窝缓冲材料成型。在已拉伸的网状夹芯层上下双面涂施胶粘剂并贴上由面纸构成的上表层和下表层，形成具有固定尺寸的菱形蜂窝纸板。

实施例四

实施例四与实施例一的结构相同，只是菱形纸板的加工制作工艺是：纸坯成型。利用多组同轴圆盘式涂布设备，涂布圆盘的相邻间隔等于菱形的边长，在第一层平张芯纸上进行滚压涂布，形成若干条具有一定宽度、彼此间隔相等的胶痕，然后与第二层大小相同的平张芯纸粘贴在一起，再将涂布圆盘沿轴向偏移菱形边长一半的距离，在第二层芯纸表面继续进行滚压涂布，再粘贴第三层芯纸，如此反复，最终得到具有n层芯纸的纸坯，压实、烘干、分切后，得到待拉伸的芯条纸坯。

实施例五

实施例五与实施例一的结构相同，只是菱形纸板的加工制作工艺是蜂窝夹芯层成型。先在切纸机上将上述纸坯按纸板厚度要求分切成芯条，再将芯条拉伸至所需的成型角。成型角为成型后菱形四边形在拉伸方向上的两个对角；成型角的取值范围为0°～180°。本实施例的成型角为90°。此时夹芯蜂窝为正四边形；正四边形蜂窝纸板的特点是垂直于棱的四个面的纸板承载能力基本相同，即近似正交各向同性。

实施例六

实施例六与实施例一的结构相同，只是菱形纸板的加工制作工艺是蜂窝纸板成型。在已拉伸的网状夹芯层上下双面涂施胶粘剂并贴上由面纸构成的上表层和下表层，即形成具有固定尺寸的菱形蜂窝纸板。再在“平压平”式的压缩机上对菱形蜂窝纸板进行平压处理，直至菱形蜂窝夹芯结构被强制压溃，形成类似手风琴风箱形的弹性体。也可将若干层菱形蜂窝纸板粘合在一起，形成多层菱形蜂窝纸板，再进行上述压缩处理，形成多层串联式弹性体。

按照上述工艺制作的菱形蜂窝缓冲材料，通过改变夹芯菱形胞元的几何尺寸(边长、成型角、胶棱宽度和高度)，可制作具有不同性能的缓冲材料，用作对冲击震动敏感的产品的防护材料，如陶瓷制品、电子元器件等。

Claims (9)

1.一种菱形纸板，至少包括一个上表层，一个下表层和一个夹芯层，其特征于：所述的夹芯层为直立纸片拼接形成的菱形状的蜂窝结构层。

2.如权利要求1所述的菱形纸板，其特征于：所述的菱形状的蜂窝结构层是由折叠成“V”形纸条直立相对叠合起来形成的，两条相互叠合的“V”形纸条是顶部与顶部相对叠合起来形成菱形网格状的，相对叠合的的顶部压1至5mm宽度的压痕，以保证两条相互叠合的“V”形纸条能牢固的粘接在一起，形成带有一定粘接楞边的菱形网格。

3.如权利要求2所述的菱形纸板，其特征在于：所述的菱形网格成型角为取值范围为30°-160°。

4.一种实现权利要求1所述菱形蜂窝纸板的加工工艺，其特征在于：所述的菱形蜂窝纸板加工工艺是：先将芯纸按照所需高度裁剪成同一高度的纸片，再按照一定的间隔进行压痕，然后将这些压痕折叠成V型，再在V型楞上涂胶，使两层经过同样处理过程的芯纸粘合，使用同样的方法粘合第三层、第四层，直至达到所需尺寸要求为止，然后将粘合好的芯纸层裁切成所需的高度，再将其拉伸直至蜂窝芯成菱形的夹芯层，最后在夹芯层上和下粘上由面纸构成的上表层和下表层，形成菱形蜂窝纸板。

5.一种实现权利要求1所述菱形蜂窝纸板的加工工艺，其特征在于：所述的菱形纸板加工工艺步骤是：在现有瓦楞纸板生产线上，采用V型瓦楞辊，以与制造瓦楞芯纸相似的方式，先将瓦楞原纸轧压成V形，然后在成型后的V形芯纸上下愣峰处分别涂施粘合剂，得到第1层带胶棱的V形芯纸；用同样的方法得到第2层、第3层、……、第m层带胶棱的V形芯纸；再将这m层芯纸以胶棱对胶棱的方式彼此粘合在一起，若干各m层芯纸可再进行粘合，最后得到具有n层芯纸的纸坯，n的值取决于最终的纸板长度或宽度；纸坯压平烘干一定时间，以保证胶粘剂充分干燥并粘牢；最后再将纸坯按一定的长度进行横向切断；得到待拉伸的芯条纸坯。

6.一种实现权利要求1所述菱形蜂窝纸板的加工工艺，其特征在于：所述的菱形纸板加工工艺步骤是：先在切纸机上将上述纸坯按纸板厚度要求分切成芯条，再将芯条拉伸至所需的成型角。

7.一种实现权利要求1所述菱形蜂窝纸板的加工工艺，其特征在于：所述的菱形纸板加工工艺步骤是：在已拉伸的网状夹芯层上下双面涂施胶粘剂并贴上由面纸构成的上表层和下表层，即形成具有固定尺寸的菱形蜂窝纸板。

8.一种实现权利要求1所述菱形蜂窝纸板的加工工艺，其特征在于：所述的菱形纸板加工工艺步骤是：利用现有纸板模切压痕设备：可采用“圆压圆”、“圆压平”、“平压平”等加工方式，对卷筒式或平张式芯纸仅实施“压痕”操作，压痕处即可形成楞峰，然后按方法1类似的方式得到具有n层芯纸的纸坯，压实、烘干、分切后，得到待拉伸的芯条纸坯。

9.一种实现权利要求1所述菱形蜂窝纸板的加工工艺，其特征在于：所述的菱形纸板加工工艺步骤是：利用多组同轴圆盘式涂布设备，涂布圆盘的相邻间隔等于菱形的边长，在第一层平张芯纸上进行滚压涂布，形成若干条具有一定宽度、彼此间隔相等的胶痕，然后与第二层大小相同的平张芯纸粘贴在一起，再将涂布圆盘沿轴向偏移菱形边长一半的距离，在第二层芯纸表面继续进行滚压涂布，再粘贴第三层芯纸，如此反复，最终得到具有n层芯纸的纸坯，压实、烘干、分切后，得到待拉伸的芯条纸坯。

Images