一, Thay đổi vật liệu: gia cố chuỗi hoàn chỉnh từ đặc tính sợi sang phụ gia hóa học
1. Công nghệ định hướng sợi: xây dựng lại cấu trúc vi mô
Bạn có thể cải thiện đáng kể chất lượng cơ học của bột giấy đúc bằng cách điều chỉnh cách sắp xếp các sợi. Ví dụ: Lenovo sử dụng thuật toán bố cục theo định hướng sợi quang để làm cho lớp đệm máy tính chắc chắn hơn 40% trong khi sử dụng ít vật liệu hơn 15%. Phương pháp này bắt chước cách các sợi tự nhiên kết tinh bằng cách xếp chúng một cách có tổ chức theo hướng ứng suất để tạo thành một "kênh gia cố cơ học". Samsung đã sử dụng công nghệ định hướng sợi nano để làm cho bao bì điện thoại di động bền hơn 50,6% và giảm 30% khả năng bị hỏng theo thời gian.
2. Sự phối hợp giữa chất xơ và chất gia cường
Các loại sợi khác nhau có thể phối hợp với nhau để làm cho vật liệu hoạt động tốt hơn bản thân nó. Các nghiên cứu chỉ ra rằng việc kết hợp-bột gỗ lá rộng và bột bã mía theo tỷ lệ 1:1 sẽ nâng cao chỉ số kéo, chỉ số nổ và độ cứng của vật liệu đúc bột giấy lần lượt là 22,0%, 65,8% và 12,4%. Kỹ thuật gia cố sợi khoáng cũng có thể hỗ trợ vật liệu đóng gói thiết bị gia dụng lớn bằng cách tạo cho nó độ bền kéo 16,51 MPa và mô đun đàn hồi 535 MPa. Một công ty nào đó đã chế tạo một khay đựng bột giấy cho tủ đông hiện có thể chứa được 220 kg thay vì 150 kg. Điều này là do chúng bao gồm 20% sợi khoáng.
3. Thay đổi cách thức hoạt động của phụ gia hóa học
Chất chống thấm: Bằng cách thêm nhôm sunfat hoặc kem dưỡng parafin, bạn có thể tạo một lớp kỵ nước trên bề mặt sợi giúp giảm khả năng hấp thụ nước từ 15% xuống dưới 3%. Trong một căn phòng có độ ẩm 90%, một nhà sản xuất máy điều hòa nào đó sử dụng công nghệ phủ micro silica để giữ được 85% độ bền ban đầu của bao bì.
Tinh bột cation làm cho các sợi liên kết với nhau tốt hơn bằng cách hình thành liên kết hydro. Thêm 1% có thể làm cho độ bền kéo tăng 30%. Các viên nang siêu nhỏ natri bicarbonate được phủ Epoxy-tạo thành cấu trúc vi xốp bằng cách giải phóng khí, khiến chúng nhẹ hơn và nén tốt hơn.
Lớp phủ dẫn điện graphene là một hợp chất chống tĩnh điện giúp giữ điện trở suất bề mặt trong khoảng từ 10 ⁶ đến 10 ⁹ Ω/sq, giúp ngăn tĩnh điện làm hỏng các bộ phận điện tử.
2, Thiết kế kết cấu: Những cách thức thực hiện mới từ sinh học đến cấu trúc liên kết Tận dụng tốt nhất
1. Ý tưởng mới cho hình dạng hình học ba chiều
Cấu trúc tổ ong trông giống như sự sắp xếp đơn vị hình lục giác của tổ ong, có thể phân tán ứng suất bên ngoài một cách đồng đều. Ví dụ, một công ty sản xuất lớp lót bột giấy cho máy giặt có bố cục dạng tổ ong. Trong thử nghiệm thả rơi ở độ cao 1 mét, lớp lót này làm giảm 27% khả năng tăng tốc tối đa của sản phẩm mà không làm hỏng cấu trúc.
Khoang rỗng và gân gia cố: Khuôn được sử dụng để tạo các khoang và gân dọc bên trong sản phẩm, giúp sản phẩm chắc chắn hơn, chống uốn cong. Thiết kế khoang của một khuôn móc treo nhất định đã tăng hơn gấp đôi khả năng chịu tải-và hỗn hợp-nhiệt độ cao và-áp suất cao của cấu trúc hỗn hợp nhiều-lớp đã nâng cao cường độ nén của nó từ 30% đến 50%.
Cấu trúc mật độ gradient: Mật độ bề mặt gói cao để chống va đập và mật độ bên trong thấp để hấp thụ năng lượng. Điều này được thực hiện thông qua công nghệ kiểm soát độ dốc mật độ. Với kỹ thuật này, Apple đã làm cho bao bì điện thoại mỏng hơn 20% trong khi vẫn giữ nguyên mức độ bảo vệ.
2. Tối ưu hóa cấu trúc liên kết và thiết kế những thứ trông giống sinh vật sống
Công dụng mô phỏng sinh học: Để tạo ra vật liệu bột giấy có thể tự hàn gắn, hãy sao chép cách các sợi chitin đan lại với nhau. Sợi có thể lấy lại một phần sức mạnh bằng cách tái tổ hợp liên kết hydro khi chúng bị thương ở một khu vực nhất định.
Thuật toán tối ưu hóa cấu trúc liên kết: Sử dụng mô phỏng máy tính để cải thiện sự phân bố sợi sao cho vật liệu dày đặc hơn ở những vùng có ứng suất cao. Một doanh nghiệp đã sản xuất bao bì cho TV giúp tăng mật độ diện tích lên 20% thông qua tối ưu hóa cấu trúc liên kết. Điều này làm giảm tỷ lệ rơi và sát thương từ 1,2% xuống 0,3%.
3, Tối ưu hóa quy trình: kiểm soát chính xác mọi thứ từ cài đặt khuôn đến công nghệ sấy
1. Cải thiện các thông số của quá trình đúc
Nhiệt độ và áp suất của khuôn: Tăng nhiệt độ khuôn lên mức phù hợp (180–250 độ) có thể tăng tốc độ bay hơi của nước và khuyến khích liên kết hydro giữa các sợi. Việc tăng áp suất đúc (5–10MPa) có thể làm cho các sợi được tổ chức chặt chẽ hơn. Thông qua cải tiến quy trình, một công ty cụ thể đã tăng mật độ của khay bột giấy từ 0,4g/cm³ lên 0,7g/cm³ và làm cho chúng bền hơn 60% so với khả năng chống nén.
Thời gian hấp phụ chân không: Nếu bạn tăng thời gian hấp phụ chân không từ 3 giây lên 8 giây thì sự lắng đọng sợi sẽ đồng đều hơn và sẽ có ít điểm yếu hơn. Bao bì của một lò vi sóng nào đó đã được thay đổi để có thể chứa được 18 lớp thay vì 12 lớp.
2. Những cách làm khô đồ mới
Sấy vi sóng: làm nóng bên trong và bên ngoài sản phẩm cùng lúc bằng lò vi sóng, giúp giảm nồng độ ứng suất. Sau khi một doanh nghiệp nào đó bắt đầu sử dụng sấy vi sóng, tỷ lệ cong vênh của bao bì giảm từ 5% xuống 0,5% và độ bền tăng 15%.
Kết hợp khả năng xuyên thấu của tia hồng ngoại với tính đồng nhất của khí nóng, sấy composite bằng khí nóng hồng ngoại giúp tăng hiệu suất sấy lên 40% trong khi vẫn giữ được mô đun đàn hồi của sợi.
4, Công nghệ composite: Chuyển từ vật liệu đơn lẻ sang giải pháp hệ thống
1. Hỗn hợp bột giấy và nhựa
Lớp phủ bề mặt: Để tạo một lớp không bị mòn, hãy phun nước-keo dưỡng da polyurethane hoặc acrylic gốc nước lên bề mặt bột giấy. Thông qua công nghệ này, một công ty đã tăng gấp ba lần khả năng chống mài mòn của bao bì và giúp nó tồn tại lâu hơn 5 năm.
Đúc phun nhúng: Đặt các gân gia cố bằng nhựa bên trong cấu trúc bột giấy để tạo thành một hệ thống-chịu tải kết hợp. Bao bì cho một chiếc tủ lạnh nhất định đã được chế tạo sao cho một khay có thể chịu được trọng lượng lớn hơn, từ 200 kg đến 350 kg.
2. Hỗn hợp bột giấy và kim loại
Lớp lá nhôm composite phủ lên trên bột giấy có thể giúp bột giấy vừa chống thấm vừa chắn sóng điện từ tốt hơn. Phương pháp này đã giúp hộp đựng của-TV cao cấp có khả năng chống nước IPX7-và đã vượt qua thử nghiệm EMC.
Gia cố khung thép: đặt khung thép vào bao bì-hạng nặng để tạo thành cấu trúc liên kết "cứng mềm". Thiết kế này đã giảm tỷ lệ vỡ trong quá trình vận chuyển đối với dàn nóng của máy điều hòa không khí từ 2,1% xuống 0,1%.
