1. Det -bærende prinsippet til støpt masse er skjæringspunktet mellom strukturell mekanikk og materialvitenskap.
Bæreevnen- til støpt masse er ikke bare avhengig av materialets iboende styrke; snarere forbedrer den sine mekaniske egenskaper gjennom en "tre-fibersammenvevd struktur" og en "spenningsspredningsmekanisme."
Tre-dimensjonal veving av fibre til en struktur
Avfallspapir og bambusmasse er to eksempler på plantefibre som kan brukes til å generere støpt masse. Vakuumsugstøpingsmetoden gjør den til en tre-dimensjonal nettverksstruktur. Formen består av fibre som er strikket sammen på en tilfeldig måte for å lage et tredimensjonalt støttesystem som ser ut som en honningkake. Denne metoden kan spre ytre trykk jevnt og minimere stressnivåer enkelte steder. Et vanlig eggebrett veier for eksempel bare 65 gram, men kan holde 80 kilo statisk vekt uten å gå i stykker. Dette er fordi honeycomb-designet sprer kraften til treffet.
Gjør formen bedre
Formens utforming kan gi støpte massekamre og forsterkende ribber innvendig, som de vertikale ribbene i hengeformer. Dette gjør det mye mindre sannsynlighet for å bøye seg. For eksempel har masseforingen som en produsent utviklet for utendørsenheten til et klimaanlegg et mønster av sekskantede honeycomb-celler. Produktets maksimale akselerasjon er 27 % lavere enn for vanlig EPS-skum i 1m falltesten, og strukturen er ikke skadet. Ved å bruke høy temperatur og høyt trykk, kombinerer flerlags komposittkonstruksjonen også flerlags-masseplater. Koblingen mellom fiberlagene er sterkere, og trykkstyrken er 30 % til 50 % sterkere. I stedet for trepaller kan den bære 500 kg produkter.
Hvordan takle stress
Måten strukturen bøyer og strekker seg på, ikke hvordan stoffet komprimeres, gir støpt masse dens dempende egenskaper. For eksempel bryter honeycomb-nett opp pakkingen av ting som ikke er vanlig i mindre biter. Når noe berører utsiden av enheten, endrer det form og absorberer energi. Dette hindrer det hele i å falle fra hverandre. Denne utformingen hjelper støpt papirmasse med å bevare formen samtidig som den endrer formen for å spre energien til et støt når den skal støtte vekten.
2. Et stort skritt fremover innen teknologi: gå fra «lett» til «høy-styrke»
Tidlig støpt masse ble i stor grad brukt til billige produkter som eggebrett fordi det kostet mye og endret form når det ble vått. Men moderne teknologier som våtpressing, nano-vanntette belegg og strukturell topologioptimering har fått det til å fungere langt bedre:
Evnen til å forme ting ved høye temperaturer og trykk
Etter at embryoet er dannet, plasser det i et miljø med høyt-trykk og høy-temperatur (5–10 MPa) ved 180–250 grader for å endre hydrogenbindingene mellom fibrene, gjøre det stivere og øke tettheten til 0,6–0,8 g/cm³. Et visst selskap laget et papirmassebrett for vaskemaskiner som bare er 10 mm tykt, men som tåler en statisk belastning på 200 kg, som er nok for store apparater.
Teknologi som lar deg endre ting ved å legge til elementer
Du kan gjøre bindingen mellom fibre 30 % sterkere ved å tilsette vanntette kjemikalier som aluminiumsulfat eller forsterkende midler som stivelseslim. Materialet vil fortsatt være lett (50 % lettere enn tre). Én type TV-emballasje bruker for eksempel en anti-belagt masseforing. Dette beskytter ikke bare elektronisk utstyr mot statisk elektrisitet, men det gjør også pakningen 15 % lettere ved å gjøre strukturen mer effektiv.
Teknologi for å forbedre strukturell topologi
Bruk datasimulering for å spre fibrene bedre slik at materialet blir tettere der det er under mye stress. For eksempel brukte en bedrift topologioptimalisering for å lage masseemballasje for kjøleskap som økte lokal tetthet med 20 %. Dette reduserte sjansen for at produktet skulle gå i stykker under falltesting fra 1,2 % til 0,3 %.
3. Kasusstudie: Å sette teorien på prøve i den virkelige verden
I industrien for husholdningsapparater er bæreevnen- av støpt masse blitt grundig evaluert, og ytelsen overgår den til konvensjonelt skumplast:
Emballasje for klimaanlegg som går ute
Et hovedfirma skapte masseforingen for klimaanleggets utendørsenhet i en sekskantet honeycomb-design. Produktets høyeste akselerasjon er 27 % lavere enn EPS-skum i 1m falltesten, og strukturen er ikke skadet. Emballasjen kan også stables for transport, noe som sparer 40 % lagringsplass og 18 % av de totale kostnadene.
Innpakningspapir hele veien rundt vaskemaskiner
Noen typer vaskemaskiner kommer med "støpt papirmasse+bølgepapp" full papiremballasje. Ved å forbedre strukturen gjør dette emballasjen 20 % lettere samtidig som den kan holde og beskytte vekten under transport. Ekte testdata viser at denne metoden reduserer fraktskaderaten fra 0,8 % til 0,2 %, noe som sparer mer enn 5 millioner yuan i året i ettersalgs-utgifter.
TV-emballasje som ikke produserer statisk elektrisitet
Noen TV-bokser har et fôr som består av papirmasse som er belagt med et anti-statisk materiale. Ikke bare beskytter dette elektronisk utstyr mot statisk elektrisitet, men det gjør også emballasjen 15 % lettere ved å forbedre strukturen. EU ROHS-testen har bestått for dette forslaget, som nå er en modell for emballasje som er bra for miljøet.
