我国纸浆模塑工业包装的现状与发展

张新昌，梁炬，周防国，孙彬青

(江南人学包装工程系，江苏无锡214063)

[摘要]:叙述了纸浆模塑技术在我国工业包装领域的应用现状及发展，并结合典型工艺与设备讨论了该技术的应用技术要点

[关键词]:纸浆  模塑  工业包装

当前，世界各国在减少包装废弃物污染方面主要是3种解决方案:一是应尽量不用或少用包装;二是应尽量回收包装;三是凡不能回收利用的应尽量使其生物分解，不应危害公共环境(即当今世界公认的发展绿色包装的3R1D原则)为此，美国、加拿大、日本、欧盟等国家和地区先后制定了严格的包装废弃物限制法，在运输包装和销售包装中禁止使用EPS材料，代之以纸浆模塑制品或其他易于处理的材料。

近年来，工厂设在中国大陆的外资企业以及中外电子产品生产厂家(OEM)，在接受订单的同时，也被发单方要求寻找并使用环保的包装材料。面向国内市场的厂家在入世后，也必须采取积极进取的经营策略，顺应全球化的环保趋势，以提升企业和产品形象。所有这些，使得包装界的目光集中转向一种既占老、又新颖的技术—纸浆模塑。

纸浆模塑工业包装技术的现状

上世纪初，造纸已由传统的作坊式生产成为世界性的大工业产业，各种纸张和纸制品深入到人们生活的各个方而，纸浆模塑产品也在这种环境下得以发展。目前，法国、美国、日本、加拿大、冰岛、英国、丹麦、新加坡、荷兰等国的纸浆模塑业都已具备了相当的规模。我国的纸浆模塑行业虽起步较晚，但发展迅速。自1983年引进第一条生产线至今，从事纸浆模塑工艺技术研制和产品生产厂家已经发展到200-300家。然而，一直到20世纪90年代中期，我国纸浆模塑技术的应用领域还只限于简单的蛋托、果托之类的低档产品和一次性快餐餐具。纸模技术用于制造外观精美、性能优异的工业包装制品，还是近几年的事情。目前，我国的纸浆模塑工业包装的生产设备、产品种类、工艺水平已经有了长足的进步，某些性能指标已达到世界领先水平，部分设备和纸浆模塑产品已经与被包装的产品一道走进了国际市场。

1.1纸浆模塑工业包装简介

 “纸浆模塑”，是以纸浆为原料，用带滤网的模具，在压力(负压或正压)、时间等条件下，使纸浆脱水、纤维成形而生产出所需产品的加工方法。纸浆模塑工业包装是指应用于工业品包装领域的纸浆模塑制品。

纸浆模塑制品应用与工业包装的优点，许多文献都有叙述;国外对纸浆模塑制品进行了实验研究，认为在一定条件下纸浆模塑制品的缓冲性能优于EPS。目前的实际应用和模拟试验结果表明，纸浆模塑包装制品主要应用于两大领域:餐盒(食品)制品和工包（工业产品包装）。具体来说，主要包括食(药)品包装、种植育苗、医用器具、电器包装内衬、易碎品隔垫、军品专用包装等。

1.2我国纸浆模塑工业包装生产技术现状

1.2.1原料

可直接使用废纸等回收材料进行生产。通过不同渠道回收而来的废纸，其组成非常复杂，既有以草浆为主的印刷废纸和机木浆为主的废报纸;也有草木浆混杂的废旧纸箱。不同成分的废纸生产出来的制品具有不同的性能，因此，可以根据制品用途不同选用不同的废纸或几种废纸搭配使用，以获得较好的经济效果和使用性能。

1.2.2设备

1.2.2.1纸浆制备

纸浆制备工序多在水力打浆机及分选机上进行经过分选净化的废纸，丙磨碎打浆，成为均匀的纸浆在磨碎过程中还可以将其它纤维浆、木浆、化学浆等加到浆液中去。

1.2.2.2成型设备

国内采用的成型工艺均为真空方式。成型设备主要有仿英国汤姆逊公司的两工位模塑设备和平移式直线多工位自动生产线两种形式两工位设备是日前国内纸浆模塑行业的主流机型。其中又分往返回转式和往复升降式两类。往返回转式技术水平较高，其吸浆过程俗称“倒吸式”，能适应较高生产率和高度较人的制品，但价格略高;往复升降式价格低廉，工作时模具沉入浆池，俗称“上吸式”，在大高度制品成型时易造成厚度不均。典型机型有北京碧生源环保科技发展有限公司的BSY-15/20生产线、广州华工环源绿色包装技术有限公司的HY1000A-3000A型、广州南亚保达纸浆模塑机械设备有限公司的ZMCW系列、中外合资泉州培新机械制造实业有限公司的PX-ZMC1-4型及江苏江阴隆达包装机械有限公司的ZMA/B/C型等。需要指出的是，有些厂家声明的多工位是指一个工作循环中参与吸浆的模具数，这可以体现该机的功效，但与工位的概念不相符。

平移式直线多工位自动生产线是将注浆吸附、冷压、预热定型、热压干燥和消毒包装五个工序安置在同一升降机架上，利用机械手转位，生产工序为直线式，自动化程度较高。如东北大学研制的DZJ-A型纸餐具生产线，河南新乡第二机床厂研制的ZC-5A型等。这种设备较过去的转轮式餐具生产线在工艺性、适应性上稍好些，但对工业包装制品的生产适应性有限。

1.2.2.3压实、干燥、校形

1)压实。通常，纸浆模塑制品脱水后组织比较疏松，为了提高强度，常将制品压到一定的密实程度压实的方法之一是利用专用的压实定型机，将纸坯放在上下模之间挤压国内常用的往复式和回转式成型机都具有吸浆成型和压实定型两个工序。

2)干燥。纸浆模塑制品在干燥之前的含水率一般为100 %-300%或更高，而制品的含水率要求降为10%-12%，有时甚至低到3%一4%。纸坯的干燥是在箱式干燥通适中周期性地或连续地进行。在天气较好时，也可以露天放置，利用太阳能晒干制品(有报适说，自然干燥的制品质量略差，主要是制品变形和机械强度变差)为了避免翘曲，并得到稳定的尺寸，烘干时可将制品套在干燥用的校形模上，控制好干燥时间和温度，这样可使所要求的内部尺寸固定下来，并限制线性尺寸的变化。

干燥线的热源有燃油燃烧式、蒸汽式、电加热式等几种，近来有报道说将发展微波干燥，但国内日前尚未实际应用。

3)热压校形。根据需要，制品经过烘干后还可进行热压校正，以使制品更加密实，提高强度，同时使制品的形状和尺寸稳定，壁厚均匀，外表面光滑平坦要求不高的制品也可省去此道工序。热挤压校形在热压定型机上进行。有时为了使制品边缘整齐，还可使用切边机进行裁边。

2纸浆模塑技术的国内外应用对比

2.1国外纸浆模塑技术及其应用

目前，国外纸浆模塑技术在工业包装中应用非常广泛。在美国，纸浆模塑制品用纸基本上是废纸，每年用纸大约为450000吨，从1997年开始每年以40 %的速度增长，2000年已经增长到810000吨。从1989年开始，美国约有600家工厂生产纸浆、纸和纸板以及相关制品，其中有200家基本上全是利用废纸作为原料，另外300家在生产过程中 50%采用废纸。纸浆模塑包装的巨大需求量，已使它成为回收纸张的第三人消费行业。

国外纸浆模塑行业的发展特点为:

1)应用领域更加宽广。如汽车行业、脆值在60g及以下的电子产品保护、工业五金器具、生活消费品、医疗器具、家庭用品、办公产品等，纸浆模塑制品甚至已经应用于销售包装方面。

2)在制品原型设计和模具设计上广泛采用计算机辅助设计方法。纸浆模塑制品的模型采用三维计算机软件进行设计，如Pro/Engineer Solid works等，根据设计模型的数据文件，可以使用快速原型机直接制造成型模具和制品原型。也可以将数据文件调入制造软件Master cram，产生数控代码，直接在数控加工中心进行模具加工。而这一技术目前国内只有个别企业能够掌握。

3)制品设计标准化、模块化。在纸浆模塑制品的生产中，模具费用是重要成本之一。国外厂商注意在纸浆模塑制品设计应用面广、通用性好。例如通用的楞状衬板、护角、隔板等，因为生产批量大，模具利用率高，设计简单，模具摊销成本将大大降低。

4)机械设备相对国内比较先进，其特点为采用压力干燥技术，直接热压成型，不需要烘箱，能源消耗大大降低;机器自动化程度非常高，几乎为完全自动化，节省能源和劳动力，并且节约燃料，生产过程中废品率可以低于0.01%;设备一般用高质量的材料制成，性能良好。整个设备完全采用不生锈材料，如不锈钢和高质量铝合金;生产系统为柔性化设计，生产能力从低到高可进行不间断调整。

2.2纸浆模塑设备的国内外现状对比

据分析，国内外纸浆模塑设备相比较有以下差别:

1）在纸浆模塑工业包装设备及生产线方而，国外整体水平高于国内，但差距不大。

2）成型机的结构形式，国内外都以回转式为首选，技术水平差异不大。最近，国内一家公司还首次将纸浆模塑生产线出口到该技术的发源地—欧洲。

3）干燥设备的计算机控制方而国外优于国内。根据纸浆模塑制品干燥时的温湿度变化曲线及制品的干燥规律，使用计算机实时、动态地测控干燥箱内的温度，可使干燥能耗小、干燥效率高、制品变形小、品质高。

4）生产线的自动化方而，基于国情不同，国内外有不同的看法。国外劳动力成本较高，因此设备的自动化程度普遍较高，生产线所需劳动力较少;国内业界则认为一方面我国劳动力成本偏低，另一方而纸浆模塑工业包装制品规格多变，生产批量一般都不很大，实现自动化以后工况、工位、生产率的调整十分不便，因此倾向于部分实现自动化，即成型、挤压定型和干燥成为一体，实现自动化生产，热压定型则根据需要随时加入生产线，制品转位一般由人工辅助。

5）国外设备比较重视模具加工和定型工艺，这是由于许多国外厂商对包装制品的外观、尺寸有较高要求。

6）国外设备较为注重生产环境的无污染化和机件的防腐，因此配备整体式碎浆设备、废水循环系统、采用不锈钢或其他防腐材料等已是普遍现象，而我国只有部分厂家能做到这一点。

7）国内外设备价格差异较大。据了解，相同配置的生产线，国内外机型价格人约相差2-3倍以上。

3纸浆模塑工业包装技术的发展

3.1目前发展纸浆模塑技术的几个具体问题

1）以现有的工艺技术水平，纸浆模塑制品的厚度大致在1-6mm之间，一般产品的厚度为2. 5mm左右。

2）从目前纸浆模塑包装制品的质量和应用情况来看，其最大承载负荷可达150kg，承担形状不太复杂，重量在50kg以内的产品内衬包装是最佳选择。

3）纸浆模塑制品的报价一般根据产品的形状结构与体积、重量，所采用的原材料，制造工艺的要求，产品产量高低，包装物的种类、价值等日前常用的是折算成单位重量的价值，如元/克或元/吨;从华东地区情况看，一般产品报价9000-10000元/吨，外观要求、尺寸要求较高的产品报价12000-14000元/吨

4）纸浆模塑工业包装生产过程中的制品合格率和生产线的可靠性是涉及到生产成本的大问题。目前，国内机型的制品合格率约在85%-95%。

3.2纸浆模塑设备及相关技术要点

工业包装纸浆模塑设备的原理、结构与纸餐具包装大体相同但应注意:

1)工业包装纸浆模塑产品体积较大，一般不能直接使用纸浆模塑餐具设备。

2)工业包装种类繁多，模具的更换十分频繁,模具成本在企业成本中的比例不可忽视。

3)纸浆模塑工包产品的结构设计尚无成熟理论，因而日前多是类比设计，应注意产品开发的技术水平。

4)一般工业包装对产品的外形要求不高，因此，热定型设备的配置可根据需要选择。

5)工包纸浆模塑设备以单工位、双工位居多，这主要与工包产品的结构特点有关。

3.3纸浆模塑工业包装的发展特点

就国内目前情况看，纸浆模塑工业包装的发展特点主要有以下几点:

1)纸浆模塑工业包装材料的巾场正在迅速形成。到2002年，国内已形成珠江三角洲、长江三角洲和北京、天津、大连地区三个纸浆模塑技术发展中心，纸模工包制品的应用已遍及各大品牌产品。特别是2001年以来，相关企业以每年20%的速度递增。一旦国家关于全面禁止使用 EPS的法规出台，纸浆模塑工业包装的市场需求会迅速增大。

2)纸浆模塑工业包装的发展有较好经济基础。以低档的原材料包装高价值的物品是纸浆模塑工业包装材料获取较好回报的经济基础。纸浆模塑工业包装一般是使用纸箱的边角料、旧纸箱和旧报纸作原材料，由于被包装物自身的价值较高，故客户能接受的内包装费用也相对高一些。

3)纸浆模塑工包生产进入门槛较低，但整体技术要求较高纸浆模塑工业包装项日所需的资金投入较少，设备技术含量偏低，另外，用作工业包材的纸浆模塑品种繁多，而且一般来说每一款式的产品连续生产的时间都不会太长，故不易出现同一产品与相压价竞争的局面。再者，工业包材纸浆模塑制品几何形状复杂，同一款式堆叠打包后的体积较大，长途运输费用高，不易出现跨地区的竞争。然而，应当注意的是，纸浆模塑工包制品的每一款式都是一个专用的新产品，都得经过设计、制模、做样品、测试、修正等程序才能正式批量生产，加上利润的多少与生产工艺和管理水平有很大关系，因此投资者必须深思熟虑，除了资金问题还要考虑制品结构设计、模具制造、专业培训、工艺配方以及市场开拓等问题，其整体技术要求较高。

综上所述，纸浆模塑制品是EPS工业包装的有力竞争对手，而纸浆模塑的发展方向应是工业包装。当前，国内纸浆模塑技术的发展水平已接近国外，因此，选购国产设备即可满足要求。

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