一, Cambio de material: refuerzo completo de la cadena desde las propiedades de la fibra hasta los aditivos químicos
1. Tecnología de orientación de fibras: reconstrucción de la microestructura
Es posible mejorar enormemente las cualidades mecánicas de la pulpa moldeada manipulando la disposición de las fibras. Por ejemplo, Lenovo utiliza un algoritmo de diseño orientado a la fibra-para hacer que el acolchado de la computadora sea un 40 % más resistente y utiliza un 15 % menos de material. Este método imita cómo cristalizan las fibras naturales alineándolas de forma organizada en la dirección de la tensión para formar un "canal de refuerzo mecánico". Samsung ha utilizado tecnología de orientación de fibra a nanoescala para hacer que el embalaje de los teléfonos móviles sea un 50,6% más duradero y un 30% menos propenso a estropearse con el tiempo.
2. La sinergia entre los compuestos de fibras y los agentes reforzantes.
Diferentes fibras pueden trabajar juntas para hacer que un material funcione mejor que por sí solo. Los estudios indican que la combinación de pulpa de madera de hoja ancha-y pulpa de bagazo en una proporción de 1:1 mejora el índice de tracción, el índice de estallido y la rigidez de los materiales de pulpa para moldeo en un 22,0%, 65,8% y 12,4%, respectivamente. La técnica de refuerzo con fibras minerales también puede dar soporte al material de embalaje de electrodomésticos grandes al darle una resistencia a la tracción de 16,51 MPa y un módulo elástico de 535 MPa. Cierta empresa fabricó una bandeja de pulpa para congeladores que ahora tiene capacidad para 220 kilogramos en lugar de 150 kilogramos. Esto se debe a que incluían un 20% de fibras minerales.
3. Cambiando la forma en que funcionan los aditivos químicos
Agente impermeabilizante: Al agregar sulfato de aluminio o loción de parafina, se puede crear una capa hidrofóbica en la superficie de la fibra que reduce la absorción de agua del 15% a menos del 3%. En una habitación con un 90 % de humedad, cierto fabricante de aire acondicionado utiliza tecnología de recubrimiento de microsílice para mantener el 85 % de la resistencia original del embalaje.
El almidón catiónico hace que las fibras se adhieran mejor formando enlaces de hidrógeno. Agregar un 1% puede hacer que la resistencia a la tracción aumente en un 30%. Las microcápsulas de bicarbonato de sodio recubiertas de epoxi-forman una estructura microporosa al liberar gas, lo que las hace más ligeras y mejores para comprimir.
El revestimiento conductor de grafeno es un compuesto antiestático que mantiene la resistividad de la superficie entre 10 ⁶ y 10 ⁹ Ω/sq, lo que evita que la electricidad estática dañe las piezas electrónicas.
2, Diseño estructural: nuevas formas de hacer las cosas, desde la biónica hasta la topología, aprovechando al máximo
1. Nuevas ideas para formas geométricas tridimensionales-
La estructura de panal se parece a la disposición de unidades hexagonales de un panal, que puede distribuir las tensiones exteriores de manera uniforme. Por ejemplo, una empresa fabricó un revestimiento de pulpa para lavadoras que tiene una disposición de unidad alveolar. En una prueba de caída desde 1 metro, este revestimiento reduce la aceleración máxima del producto en un 27% sin dañar la estructura.
Cavidad hueca y nervaduras de refuerzo: Se utilizan moldes para realizar cavidades y nervaduras verticales en el interior del producto, lo que lo hace más resistente a la flexión. El diseño de la cavidad de cierto molde colgante ha más que duplicado su capacidad de carga-y el compuesto de alta-temperatura y alta-presión de la estructura compuesta multi-capa ha mejorado su resistencia a la compresión entre un 30% y un 50%.
Estructura de densidad de gradiente: la densidad de la superficie del paquete es alta para resistir el impacto y la densidad interior es baja para absorber energía. Esto se hace mediante tecnología de control de gradiente de densidad. Con esta técnica, Apple ha conseguido que el embalaje del teléfono sea un 20% más fino manteniendo el mismo nivel de protección.
2. Optimizar la topología y diseñar cosas que parezcan seres vivos.
Uso biomimético: para fabricar materiales de pulpa que puedan repararse a sí mismos, copie la forma en que se unen las fibras de quitina. Las fibras pueden recuperar parcialmente su fuerza mediante la recombinación de enlaces de hidrógeno cuando se lesionan en un área determinada.
Algoritmo para optimizar la topología: uso de simulaciones por computadora para mejorar la distribución de las fibras para que el material sea más denso en regiones donde la tensión es alta. Una empresa fabricaba empaques para televisores que mejoraron la densidad del área en un 20 % mediante la optimización de la topología. Esto redujo la tasa de caída y daño del 1,2% al 0,3%.
3. Optimización de procesos: control exacto sobre todo, desde la configuración de moldeo hasta las tecnologías de secado.
1. Mejorar los parámetros del proceso de moldeo
Temperatura y presión del molde: elevar la temperatura del molde al nivel correcto (180 a 250 grados) puede acelerar la evaporación del agua y fomentar los enlaces de hidrógeno entre las fibras. Aumentar la presión de moldeo (5 a 10 MPa) puede hacer que las fibras se organicen mejor. Mediante la mejora del proceso, una empresa específica aumentó la densidad de las bandejas de pulpa de 0,4 g/cm³ a 0,7 g/cm³ y las hizo un 60 % más resistentes a la compresión.
Tiempo de adsorción al vacío: si aumenta el período de adsorción al vacío de 3 segundos a 8 segundos, la deposición de fibra será más uniforme y habrá menos puntos débiles. El empaque de cierto horno microondas se cambió para que pueda contener 18 capas en lugar de 12.
2. Nuevas formas de secar las cosas
Secado por microondas: calentar el interior y el exterior del producto al mismo tiempo con microondas, lo que reduce la concentración de tensiones. Después de que cierta empresa comenzó a utilizar el secado por microondas, la tasa de deformación del embalaje disminuyó del 5 % al 0,5 % y la resistencia aumentó un 15 %.
Al combinar la penetrabilidad del infrarrojo con la uniformidad del aire caliente, el secado compuesto con aire caliente por infrarrojos aumenta la eficiencia del secado en un 40% mientras mantiene el módulo elástico de las fibras.
4. Tecnología compuesta: pasar de materiales individuales a soluciones de sistemas
1. Compuesto de pulpa y plástico.
Revestimiento de la superficie: para crear una capa que no se desgaste, rocíe una loción acrílica o de poliuretano-a base de agua sobre la superficie de la pulpa. Gracias a esta tecnología, una empresa ha triplicado la resistencia al desgaste de sus envases y ha logrado que duren cinco años más.
Moldeo por inyección integrado: colocación de nervaduras de refuerzo de plástico dentro de estructuras de pulpa para crear un sistema de soporte de carga híbrido. El embalaje de un determinado frigorífico se ha realizado de forma que una bandeja pueda contener más peso, pasando de 200 kilos a 350 kilogramos.
2. Compuesto de pulpa y metal.
Una capa de papel de aluminio compuesto sobre la parte superior de la pulpa puede mejorar su impermeabilización y protección contra ondas electromagnéticas al mismo tiempo. Este método ha hecho que el empaque de un-TV de alta gama sea resistente al agua IPX7-y haya pasado las pruebas de EMC.
Refuerzo de esqueleto de acero: colocar marcos de acero en un embalaje-de alta resistencia para crear una estructura de unión "blanda y dura". Este diseño ha reducido la tasa de rotura durante el envío de una unidad exterior de aire acondicionado determinada del 2,1% al 0,1%.
