蜂窩紙的案例
海爾利用RADIOSS優化空調結構和包裝設計
陳運東
主任工程師
青島海爾空調器有限總公司
解決方案
包裝設計中最常用的是蜂窩紙板，蜂窩紙板是典型的各向異性蜂窩材料，在受到軸向壓縮的過程中會依次產生的線彈 性變形、彈性屈曲、塑性坍塌和脆性破壞等幾個過程。截取標準大小的蜂窩紙塊進行軸向靜壓，獲得壓縮力與壓縮行程曲線。虛擬壓縮試驗獲得的壓縮力-形程曲線與試驗測試曲線的高度吻合，證明了蜂窩紙材料模型數據的準確性。
采用2D單元、3D六面體單元以及少數4面體單元對STP格式的水晶空調結構模型進行離散化處理，并進行各部件裝配連接，得到水晶空調機以及包裝結構的有限元離散模型。
按照企業內部抗跌落標準的高度，賦予整個模型初始速度，并添加重力加速度以創建跌落工況。將調整好的模型數據 提交RADIOSS顯式動力學求解器進行求解。
展開 豐田86跑車采用納米纖維素制零部件 車體減重40%
另一方面，基于纖維素納米纖維制造的行李箱蓋使用由纖維素納米纖維制成的蜂窩紙作為核心材料，夾在纖維素納米纖維板之間，此類結構稱為“纖維素納米纖維蜂窩夾芯板”。所有行李箱蓋部件僅由纖維素納米纖維制成，其質量僅為約0.7千克。具纖維素納米纖維蜂窩夾芯板結構的行李箱蓋通過增加厚度，提升了剛性。此外，因具空氣層，該行李箱蓋還具有獨特的隔音和隔熱性能。豐田目前正在提升其防水性能，因為不防水也是行李箱蓋的問題之一。
來源：蓋世汽車
清華大學庹新林課題組《Adv. Mater.》：對位芳綸納米纖維及多形態全芳材料制備新進展
芳綸蜂窩是一種應用于航空航天領域的常用材料。目前芳綸蜂窩主要通過芳綸紙開卷、涂膠、疊合/芯條膠固化、片切、拉伸/定型、浸膠、固化等步驟制備而得，因而也被稱為芳綸紙蜂窩。芳綸紙蜂窩的制備過程復雜，且制品呈脆性，耐熱性較差，蜂窩形式較為單一，難以實現高密度蜂窩的制備。在制備全芳塊材的方法基礎上，可通過成孔模板法，在PANF水凝膠中引入內模板實現全芳蜂窩的制備（圖4a）。全芳蜂窩的制備不需要加膠，為一體化結構，結點完整（圖4b），有別于傳統芳綸紙蜂窩（Nomex蜂窩）的粘接結構（圖4c）。通過改變內模板的種類及間距等，可制備出不同孔結構（圖4d?e和圖1k?l）和不同密度的全芳蜂窩（最高可達300 kg/m3以上）。全芳蜂窩表現出優異的壓縮強度、剪切強度及耐熱性等（圖4f?i）。成孔模板法過程簡單，是制備芳綸蜂窩的一種新方法。全芳蜂窩的孔結構及密度可調，結構完整且性能優異，有望應用于航空航天等領域。
圖4. 全芳蜂窩的制備流程、結構及性能：(a) 全芳蜂窩的制備流程圖（標尺：10 mm）；(b?c) 全芳蜂窩和商業化Nomex蜂窩的SEM圖（標尺：1 mm）；(d?e)不同孔結構的全芳蜂窩（標尺：10 mm）；(f?i) 全芳塊材和Nomex蜂窩的壓縮強度、剪切強度及耐熱性對比。
這一成果近期以“Construction of Aramid Engineering Materials via Polymerization-Induced para-Aramid Nanofiber Hydrogel”為題發表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202101280)上，論文的通訊作者為庹新林副研究員和北京化工大學材料科學與工程學院邱藤副研究員。
展開 一文了解蜂窩夾層結構制造、加工與有限元分析
蜂窩夾層結構是復合材料的一種特殊類型。由于這種輕型結構材料具有最優比強度 、比剛度 、最大抗疲勞性能 、表面平整光滑等特點 ,已在航空、航天領域得到較為廣泛地應用 。
蜂窩夾層結構實質上是由面板、蜂窩芯和膠黏劑3 種基本材料組合而成的復合材料 。常用的為鋁面板 - 鋁蜂窩夾層結構 、碳纖維面板 -芳綸紙蜂窩夾層結構 、玻璃纖維面板 - 玻璃纖維蜂窩夾層結構、 芙拉纖維面板 -Nomex 蜂窩夾層結構等。
從幾何形狀角度，最常見的蜂窩形式為正六邊形蜂窩，其他還有原型蜂窩、過拉伸蜂窩。其中過拉伸蜂窩在一個方向可以產生較大的彎曲變形，適用于曲率比較大的區結構。
六邊形蜂窩
過拉伸蜂窩
當然還有一些特殊的通過蜂窩結構來實現負泊松比效應的結構。
蜂窩的制造與加工
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點擊以下鏈接觀看全自動紙蜂窩制造過程：
全自動蜂窩紙板生產線
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飛行器蜂窩加工
蜂窩夾層結構有限元分析
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蜂窩夾層結構有限元分析一般分為兩種方法：
（1）宏觀等效夾層建模
（2）蜂窩細節建模
等效夾層建模指將蜂窩夾層等效為均勻的實體，而不建立蜂窩具體的晶格形狀。適用于整體結構剛度分析。
需要特別注意的是，在將蜂窩等效為均質實體時，務必采用三維實體單元模擬夾層，不可使用殼單元或連續殼單元，面板則使用殼單元、連續殼或者實體單元均可。
此類模型可以用于求解結構整體的變形。局部的細節應力應變表征誤差很大。
展開 
格林萊特和巴斯夫合作推出聚氨酯表層的汽車行李箱地板
該行李箱地板表面采用了聚氨酯紙蜂窩技術，覆蓋著巴斯夫聚氨酯Elastoskin?表層。與傳統的無紡布表面相比，這種新開發的產品更易于清潔，在設計過程中提供了極大的自由度，而且不易老化，不會排放有害氣體。
聚氨酯泡沫可減輕重量
一直以來，蜂窩結構就已用于行李箱蓋，車頂內襯和帽架。由兩個玻璃纖維墊密封的紙蜂窩用Elastoflex?E半硬質聚氨酯泡沫發泡和壓制。這可以將部件重量減少20-30%，同時保持相同的強度和剛度。
在格林萊特和巴斯夫的合作項目中，Elastoskin?聚氨酯表層首次應用于行李箱地板的B側。聚氨酯表層意味著可以輕松去除污垢并保持行李箱清潔。無紡布表面需要額外一道工序粘合到行李箱地板上，但Elastoskin?聚氨酯表層可以直接覆蓋在上面。該技術為行李箱地板的設計和構思開辟了新的可能性。它既保留了出色的機械性能，同時也減少了排放和氣味。Elastoskin?觸感舒適，易于從模具中脫模，具有高度抗老化性和可重復的輪廓。
成功的全球化足跡
“多年來，巴斯夫一直致力于通過蜂窩技術支持汽車行業減重的趨勢。這一開發過程象征著巴斯夫的全球化方法，這種創新的材料解決方案為汽車內飾部件帶來了新的可能性”高性能材料亞太區高級副總裁Andy Postlethwaite說道。 “我們與格林萊特的合作關系證明了我們在新開發方面擁有深厚的專業知識，為客戶提供大量的支持。考慮到全球附加值，可能會有更多創新。”
最初的實驗室測試和開發在德國Lemf?rde的巴斯夫工廠完成。采用Elastoskin?聚氨酯表層的蜂窩組件由格林萊特在其位于中國蘇州的工廠生產。然后將成品組件運送到全球的汽車制造商和供應商。
來源：環球聚氨酯
展開 家電的零部件結構強度、跌落性能，如何做仿真分析？
材料參數通過以下幾種方法得到：
1）各公司委外測試材料參數；
2）咨詢有比較全的材料參數的高校；
3）公司內部對材料測試其材料的力-位移，換算出應力應變曲線，主要針對EPS和EPE封閉材料；
4）從網絡上收集材料參數；
5）利用仿真軟件進行模擬分析復合材料參數：目前在仿真軟件中可以通過面紙參數去仿真分析出瓦楞紙，蜂窩紙等空心結構的參數來。
泊松比獲取方法：
根據靜態拉伸試驗機測得材料的靜態拉伸工程應力-應變曲線、材料的彈性模型；配合橫向引伸計和縱向引伸計計算得出材料的泊松比；或者用高速相機計算橫向和縱向變形計算泊松比。
應力-應變曲線：
用高速拉伸試驗機測得材料在不同應變率下的工程應力應變數據，然后計算出真實應力應變數據，再減去彈性變形，得到仿真分析用到的塑性應變-應力曲線。
2、跌落仿真分析速度慢：
3、跌落仿真分析結果精度偏低：目前帶包裝的跌落仿真的仿真度偏低是整個行業的弱勢，精度粗估在60%到75%左右吧。在包裝仿真方面，大家提出以下幾個觀點：
1）在配合包裝仿真分析的物理驗證試驗過程中，建議配上高速攝像機，國高材分析測試中心的高速拉伸試驗機，配備高速相機，據說效果杠杠的；
2）包裝仿真一般是指方向，不求精確；
3）跌落仿真中基于材料參數，模型準確性，模型完整性的原因，仿真度很難很高，同時在包裝崗位的仿真分析工作中，可以在產品設計之初對結構進行靜力強度分析，根據分析結果評估包裝方案。
展開 芳綸（芳香族聚酰胺）纖維在輸送帶中的應用
典型應用有：防彈衣、傳送帶、工業過濾布、防火材料、絕緣紙、蜂窩減震型材、繩索、運動器材等。
本文主要介紹芳綸纖維在輸送帶中的應用。
輸送帶廣泛應用于礦山、港口、冶金、水泥和電力等行業，具有大容量持續運輸、使用維護成本低等優點，目前長距離的單條輸送帶長度可達10km以上，但有些種類的輸送帶由于帶體質量較小，導致運行過程中能耗較高，有效輸送量減小。因此，在節能減排的環保要求下，尋找輕量化、高強度、低伸長率的骨架材料，減小帶體質量、降低維護成本、延長使用壽命等成為輸送帶今后的發展方向。
綜合比較各種纖維材料，芳香族聚酰胺纖維(簡稱芳綸纖維)具有強度和模量高、質量小、伸長率低等特點，是符合輸送帶發展方向的理想骨架材料。但同時存在耐壓縮疲勞性較差，因此芳綸傳送帶需要注意避免壓縮引起疲勞。
芳綸傳送帶內部結構
目前芳綸輸送帶普遍采用單層骨架結構，經向采用芳綸紗線，呈直線排列，緯向采用錦綸簾線等。芳綸布的主要結構有簾布結構和直經直緯結構。
芳綸纖維輸送帶優勢
強度高
芳綸骨架層具有強度高、質量小的特點，通常采用單層骨架結構，上下覆蓋膠的厚度較小。與同等強度的鋼絲輸送帶相比，可以大幅減小帶體質量，減少能耗。
更輕薄柔韌
輸送帶帶體更薄，柔順性更好，在運行過程中能與輥輪形成很好的成槽性，也能減小驅動輪的直徑。
耐腐蝕性能更好
鋼絲骨架輸送帶很容易受到水氣等腐蝕，影響強度。
展開 2023杭州包裝展-2023第九屆杭州國際包裝容器展覽會
◆參展范圍
★ 包裝制品
紙包裝制品：彩盒、紙袋、紙罐、紙管、紙杯、紙桶、紙碗、瓦楞紙箱、紙托、蜂窩、吊牌、紙管、紙吸管、紙碗、紙漿模塑、紙展架、無菌包、植物纖維餐具、紙蓋模、瓦楞套、紙護角與緩沖材料、其他紙容器等；
塑料包裝制品：軟包裝、塑料瓶、塑料盒、塑料箱、塑料桶、塑料杯、塑料軟管、塑料蓋、吸塑包裝、注塑包裝、一次性塑料餐盒、一次性筷子和刀叉、塑料蓋膜、標簽、塑料罐、塑料緩沖包裝、其他塑料容器等；
金屬包裝制品：金屬盒、金屬罐、金屬桶、金屬氣霧劑罐、金屬蓋、鋁箔包裝、覆膜鐵、其他金屬容器等；
玻璃包裝制品：酒類用瓶、日用包裝玻璃瓶、罐頭瓶、醫藥用瓶、化學試劑用瓶、玻璃杯等）；
布類包裝制品：各類（淋膜無紡布 植絨布 裝幀布 各類紡織包裝面料）環保購物袋、可折疊環保袋、手提袋、宣傳袋、資料袋、復膜袋、圍裙、西裝套、婚紗套、鞋袋、廣告袋、索繩式手提袋等；
其他包裝容器: 鋁箔容器、復合材料包裝制品、竹木包裝制品、植絨包裝制品、皮革包裝制品等；
包裝材料
紙包裝材料（特種紙/裝幀紙/防偽紙/水印紙/花紋紙/充皮紙/藝術紙/珠光紙/卡紙/灰板紙/植絨紙/合成紙/石頭紙/淋膜紙/蜂窩紙板/瓦楞紙板/牛皮紙/熱敏紙 坑紙）；
塑料包裝材料（預涂膜/共擠膜/鍍鋁膜/復合膜/保護膜/鐳射膜/貓眼膜/金蔥膜/纏繞膜/熱收縮膜/蒸煮膜/保鮮膜/高阻隔膜/拉伸膜/涂布膜/纖維薄膜/封口膜等）、塑膠片材（PVC/PET/PP片）、瓶蓋、瓶墊；
其他包裝材料（淋膜無紡布/植絨布/裝幀布/各類紡織包裝面料）、各類裝幀材料及包裝革、鋁箔包裝材料、植絨包裝材料、復合包裝材料、EVA EPE epp 泡棉 發泡材料及其他包裝材料；
包裝輔料
相關包裝輔助材料：膠粘劑（糊盒膠/腹膜膠/封口膠/熱溶膠）、水墨/油墨（紙印油墨/塑印油墨/其他材質專用油墨/感光油墨
展開 航空航天材料的選擇及應用
圖2 GLARE層壓板拼接示意圖
蜂窩夾層復合材料由夾層和蒙皮（面板）復合而成，蒙皮可以是鋁、碳／環氧復合材料等，夾層形似蜂窩，是由金屬材料、玻璃纖維或復合材料制成的一系列六邊形、四邊形及其他形狀的孔格，在夾層的上下兩面再膠接（或釬焊）上較薄的面板。鋁蜂窩夾芯復合材料的芯材由鋁箔以不同方式膠接，通過拉伸而制成不同規格的蜂窩，芯材的性能主要通過鋁箔的厚度和孔格大小來控制，具有比強度和比剛度高、抗沖擊性能好、減振、透微波、可設計性強等優點，與鉚接結構相比，結構效率可提高15%~30％。蜂窩夾層結構材料可用來制作各種壁板，用于翼面、艙面、艙蓋、地板、發動機護罩、消聲板、隔熱板、衛星星體外殼、拋物面天線、火箭推進劑儲箱箱底等。但是，蜂窩夾層結構復合材料在某些環境中易腐蝕，受沖擊時，蜂窩夾層會發生永久變形，使蜂窩夾層與蒙皮發生分離。
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航空航天用材分析
下表2為美國軍機用結構材料的百分比，總的變化趨勢是復合材料和鈦合金的用量逐漸增多，鋁合金的用量有所下降。
表2 美國軍機用結構材料的百分比
下表3為典型干線飛機用材比例，B787的復合材料占50%，A350的復合材料占52 % ,大量應用復合材料將成為航空航天領域的發展趨勢。復合材料減重效果好，耐損傷、抗腐蝕、耐久性好，適合機敏結構，但是，復合材料成本很高，抗沖擊性能差，無塑性，技術難度增加，可維修性差、再生利用性差。因此，A320neo和B737MAX的復合材料用量并未比A320和B737增加。
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