植物纖維發泡材料的發泡機理與成型工藝探討

陳杰

摘 要 與傳統聚合物發泡材料相比植物纖維發泡材料的成型機理具有差異性與特殊性，基于此，本文對植物纖維發泡材料的成型機理進行了分析，并對植物纖維發泡材料的發泡技術和常用成型工藝進行了相關的探究，進而對相關的成型工藝進行詳細闡述，預測了植物纖維發泡材料未來發展趨勢。

關鍵詞 植物纖維;發泡材料;發泡機理;成型工藝

前言

近幾年，人們在經濟發展的同時，更加注重新能源的開發和對環境的保護，傳統的發泡塑料垃圾很難降解，容易引發白色污染問題。目前，我國已將堅持可持續發展作為我國一項重要的戰略，在追求低碳經濟、低碳生活的同時也在研制和使用更為環保的包裝材料。基于此背景下，廢紙纖維、農作物秸稈等植物纖維類可以降解的發泡材料逐漸成為環保型緩沖包裝材料出現在人們的視線。該類包裝材料主要以淀粉和植物纖維以及添加劑通過發泡工藝制作而成，且原料來源廣、價格低、制作工藝簡單進而成為這幾點包裝行業研究和開發的重點。

1植物纖維類發泡材料的機理特點

與一般的塑料聚合物分子結構相比，植物纖維類都是大分子結構，因此，兩者在發泡過程和發泡機理等方面也存在著一定的差異。

1.1 植物纖維類發泡材料特點

首先，植物纖維類發泡材料在發泡過程中不利于氣體的保存，植物纖維類的原料大多都是通過植物纖維表面的氫鍵連接進而形成內部交聯的結構，但是植物纖維中的分子之前的間隙較大，進而使發泡過程中的氣體難以保存;其次，植物纖維類都是不均勻的混合物，因而導致大分子的長短和大小都不均勻;再次，植物纖維原料含有較多雜質，很多廢紙類的纖維中含有造紙過程中加入的化學藥品和印刷過程中殘留的纖維表面油墨，還有就是秸稈類纖維來自于農作物的秸稈細胞，細胞內部的雜質細胞較多;最后，植物纖維類具有較強的親水性物質，在發泡的過程中具有很大的吸濕性。

1.2 植物纖維類發泡成型需要的條件

植物纖維類原料作為發泡過程的材料，其大分子的粒徑不宜過小，或者在發泡過程中會導致植物與膠黏劑的相互作用減弱，不利于發泡過程產生氣體的保存。要保證發泡劑作為氣泡核在體系內進行均勻分散，就必須保證植物類纖維處于流體或者熔融狀態。要認識到膠黏劑能夠有效增加植物纖維類發泡材料的強度的重要原料，是發泡材料成型的必要保障，因此就需要在選擇膠黏劑時要慎重[1]。

2植物纖維類發泡成型工藝

2.1 主要成型工藝分析

目前，在植物纖維類發泡材料制作的過程中其成型工藝主要分為一步成型法和二部成型法。

（1）一步成型法。一步成型工藝主要是對整體澆注發泡成型。具體是通過將植物纖維原料進行粉碎后與發泡劑以及其他助劑進行充分的混合并進行提煉，最后澆注在專用的模具當中，由于模具具有限定的形態，再通過發泡后就能對相關模型進行定型。

一步法成型工藝在制作的包裝襯墊中具有以下特點：所制作出的產品緩沖性能比紙漿模塑產品的性能要差一點，但是比發泡聚苯乙烯發泡塑料制品的性能要好一點，在模具結構設計方面和加工成型方面的要求都比二步法所用的模具難度大得多。

（2）二步成型法。二步法成型工藝是將植物纖維經過粉碎碾壓成小于5mm2的纖維狀，并將其與淀粉按照一定的比例進行充分混合，進而能夠形成混合造粒。將粒子放入擠壓機中，通過積壓形成圓柱顆粒。在這個過程中原料會受到水蒸氣的作用而發泡，進而形成發泡顆粒。最后，再將發泡顆粒放入到熱壓成型機的專用金屬模具中，在受熱受壓過程中再一次發泡，進而能夠根據不同的金屬模具制作出不同形狀的包裝制品。二步法成型工藝主要針對的是制作較大、較重的緩沖包裝產品，反之則采用難度稍微較小的一步法成型工藝。

2.2 發泡成型模具的特點

植物纖維發泡材料成型所需要的模具也需要滿足其成型所需要的要求。例如，針對一步法和二步法成型工藝就需要對專用的模具進行設計，應對各種發泡制品在不同的制作及使用條件下的各種因素進行有效的考慮，如模具的幾何結構、脫模方法、傳熱梯度以及制品的堅硬度等。同時，還需要對物料的流動性制品的粗糙程度以及材料的選用等進行研究，進而確定較為理想的參數[2]。

3植物纖維類發泡材料的注意事項

關于植物纖維類發泡材料的研究在近幾年已經取得了不錯的成績，但仍然存在著很多地方需要改進，特別是在發泡工藝等方面的技術問題，下面將進行具體的闡述：①植物纖維類的發泡技術的發泡方法主要是通過運用相關的化學發泡劑達到目的的，但是對于環境和發泡材料的實用者來說這些化學發泡劑具有一定的危害;②植物纖維類發泡緩沖型材料的研究目前還處于實驗室階段，并未投入到大規模的工業化生產中，進而對其大規模應用還存在一定的差距;③現階段專業人員對于植物纖維類發泡材料的性能方面過于看重，進而忽略了工藝參數、專用設備和模具的研究。

4植物纖維類發泡緩沖包裝材料發展展望

在對發泡材料進行制作的過程中應將水蒸氣作為發泡劑進而對植物纖維類材料進行發泡，進而有效減少因運用化學類發泡劑給環境和使用者帶來危害。其次，對于一步法成型與二步法成型的工藝應進行多次試驗，進而能夠確定各自的生產工藝和方法，還需要對成型技術和模具設備進行研究，進而有效改進讓其能夠滿足生產的連續化和自動化等方面的要求。最后，還需要總結植物纖維發泡包裝材料的特性，針對不足或存在的問題進行有針對性的改進，進而提高植物纖維發泡包裝制品的綜合使用性能。

5結束語

總而言之，在經濟日益發展的情況下，人們也開始注重對環境的保護，在以往的發泡材料制品中由于存在很難降解且容易引發白色污染，進而逐漸被植物纖維發泡緩沖包裝材料所代替，因此，植物纖維發泡緩沖包裝材料迎來了發展的機遇。在不久的將來，相關的工作人員就需要針對發泡機理和成型工藝中存在的技術問題進行深入分析和研究，進而對綜合運用性能、生產工藝參數、專用設備和模具進行相應的調整和改進，促進植物纖維發泡包裝制品的發展，使其徹底取代傳統的塑料緩沖包裝材料。

參考文獻

[1] 劉德桃，陳奇峰，李軍，等.植物纖維緩沖材料的研究進展[J].包裝工程，2007，28（4）：15-16.

[2] 羅輝甲.植物纖維緩沖材料的研究現狀與發展展望[J].印刷質量與標準化，2009，（12）：30-33.