1. Den bärande-principen för formgjuten massa är skärningspunkten mellan strukturmekanik och materialvetenskap.
Den-lastbärande kapaciteten hos gjuten massa beror inte bara på materialets inneboende styrka; snarare förbättrar den sina mekaniska egenskaper genom en "tre-fiber sammanvävd struktur" och en "spänningsspridningsmekanism."
Tre-dimensionell vävning av fibrer till en struktur
Avfallspapper och bambumassa är två exempel på växtfibrer som kan användas för att generera gjuten massa. Vakuumsugformningsmetoden förvandlar den till en tre-dimensionell nätverksstruktur. Formen består av fibrer som stickas ihop på ett slumpmässigt sätt för att skapa ett tre-dimensionellt stödsystem som ser ut som en bikaka. Denna metod kan sprida yttre tryck jämnt och minimera stressnivåer på vissa ställen. Till exempel väger en vanlig äggbricka bara 65 gram men kan ändå hålla 80 kilo statisk vikt utan att gå sönder. Detta beror på att honeycomb-designen sprider kraften från träffen.
Gör formen bättre
Formens utformning kan ge gjutna massakammare och förstärkande ribbor inuti, som de vertikala ribborna i hängformar. Detta gör att det är mycket mindre benäget att böjas. Till exempel har massalinern som en tillverkare utvecklat för utomhusenheten i en luftkonditioneringsanläggning ett mönster av hexagonala bikakeceller. Produktens maximala acceleration är 27 % lägre än för vanligt EPS-skum i 1m falltestet, och strukturen är inte skadad. Genom att använda hög temperatur och högt tryck kombinerar flerskiktskompositkonstruktionen även fler-massaskivor. Länken mellan fiberskikten är starkare, och tryckhållfastheten är 30 % till 50 % starkare. Istället för träpallar kan den bära 500 kg produkter.
Hur man hanterar stress
Sättet som strukturen böjs och sträcker sig, inte hur ämnet komprimeras, ger gjuten massa dess dämpande egenskaper. Till exempel bryter honungskakenät upp packningen av saker som inte är vanliga i mindre bitar. När något vidrör enhetens utsida ändrar det form och absorberar energi. Detta hindrar det hela från att falla samman. Denna design hjälper gjuten massa att bevara sin form samtidigt som den ändrar formen för att sprida ut energin från en stöt när den måste bära vikt.
2. Ett stort steg framåt inom tekniken: gå från "lätt" till "hög-styrka"
Tidig formad massa användes till stor del till billiga produkter som äggbrickor eftersom det kostade mycket och ändrade form när det blev blött. Men modern teknik som våtpressning, vattentäta nanobeläggningar och strukturell topologioptimering har fått det att fungera mycket bättre:
Förmågan att forma saker vid höga temperaturer och tryck
Efter att embryot har bildats, placera det i en miljö med högt-tryck och hög-temperatur (5–10 MPa) vid 180–250 grader för att ändra vätebindningarna mellan fibrerna, göra det styvare och höja densiteten till 0,6–0,8 g/cm³. Ett visst företag tillverkade en massabricka för tvättmaskiner som bara är 10 mm tjock men som klarar en statisk belastning på 200 kg, vilket räcker för stora apparater.
Teknik som låter dig ändra saker genom att lägga till objekt
Du kan göra bindningen mellan fibrer 30 % starkare genom att tillsätta vattentätande kemikalier som aluminiumsulfat eller förstärkningsmedel som stärkelselim. Materialet kommer fortfarande att vara lätt (50 % lättare än trä). En typ av TV-förpackning, till exempel, använder en anti-belagd massaliner. Detta skyddar inte bara elektronisk utrustning från statisk elektricitet, utan det gör också packningen 15 % lättare genom att göra strukturen mer effektiv.
Teknik för att förbättra strukturell topologi
Använd datorsimulering för att bättre sprida fibrerna så att materialet blir tätare där det utsätts för mycket stress. Till exempel använde ett företag topologioptimering för att tillverka massaförpackningar för kylskåp som ökade den lokala densiteten med 20 %. Detta minskade risken för att produkten skulle gå sönder under falltestning från 1,2 % till 0,3 %.
3. Fallstudie: Att sätta teorin på prov i den verkliga världen
Inom hushållsapparater har gjutmassans bärförmåga-utvärderats grundligt, och dess prestanda överträffar den för konventionellt skumplast:
Förpackning för luftkonditionering som går utomhus
Ett huvudföretag skapade massafodret för luftkonditioneringens utomhusenhet i en hexagonal bikakedesign. Produktens högsta acceleration är 27 % lägre än den för EPS-skum i 1m falltestet, och strukturen är inte skadad. Förpackningen kan också staplas för transport, vilket sparar 40 % av lagringsutrymmet och 18 % av de totala kostnaderna.
Omslagspapper hela vägen runt tvättmaskiner
Vissa typer av tvättmaskiner kommer med "formad massa+wellpapp" helpappersförpackning. Genom att förbättra dess struktur gör detta förpackningen 20 % lättare samtidigt som den fortfarande kan hålla och skydda vikten under transport. Verkliga testdata visar att den här metoden sänker fraktskadorna från 0,8 % till 0,2 %, vilket sparar mer än 5 miljoner yuan per år i efter-utgifter.
TV-förpackningar som inte producerar statisk elektricitet
Vissa tv-boxar har ett foder som består av massa som har belagts med ett anti-statiskt material. Detta skyddar inte bara elektronisk utrustning från statisk elektricitet, utan det gör också förpackningen 15 % lättare genom att förbättra dess struktur. EU ROHS-testet har godkänts för detta förslag, som nu är en modell för förpackningar som är bra för miljön.
