一, Một bước tiến lớn trong khoa học vật liệu: từ “có thể phân hủy” đến “hiệu suất cao”
1. Công nghệ tăng cường Nanocellulose
Công nghệ cải tiến Nanocellulose (NFC) gần như đã sẵn sàng để bán ra công chúng. Cellulose có kích thước nano có thể được trải đều trong ma trận bột giấy để cải thiện đáng kể tính chất cơ học của vật liệu. Khi nanocellulose được thêm vào quá trình đúc bột giấy, độ bền kéo vượt quá 150MPa, cường độ nén vòng tăng 22%, nhiệt độ biến dạng nhiệt lên tới 205 độ và nó có thể xử lý các cú sốc nhiệt độ từ -20 độ đến 220 độ. Lần đầu tiên, sự đổi mới này đã giúp việc đúc bột giấy có thể thay thế nhựa công nghiệp. Nó có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ đòi hỏi cường độ cao như chế tạo các bộ phận của ô tô và vỏ điện tử.
2. Lớp phủ chức năng làm từ thực vật
Hợp chất fluoride (PFAS) giúp cho khuôn bột giấy truyền thống có khả năng chống thấm nước và chống dầu-nhưng quy định REACH của EU đặt ra những giới hạn chặt chẽ đối với những chất này vì chúng tích tụ trong các sinh vật sống. Năm 2025, Đại học Donghua đã đạt được những tiến bộ công nghệ trong lớp phủ cấu trúc hai lớp "axit chitosan stearic". Họ lấp đầy các lỗ chân lông bằng chitosan để làm cho chúng có khả năng kháng dầu-cao hơn và bao phủ các nhóm ưa nước bằng chuỗi carbon dài của axit stearic để tạo thành hàng rào-chống thấm nước. Điều này làm cho sản phẩm có khả năng chống dầu-lên đến cấp 12 và không bị rò rỉ ngay cả sau 30 phút ngâm trong nước nóng 95 độ. Chất kỵ nước làm từ rong biển do Tập đoàn Henkel tạo ra cũng có thể giúp lớp chống thấm kéo dài hơn tới 12 giờ và chu kỳ phân hủy sinh học ngắn hơn, khiến đây trở thành cách đóng gói thực phẩm tốt hơn.
3. Hệ thống sợi hỗn hợp
Để sử dụng ít bột gỗ hơn, ngành này đang đẩy nhanh phát triển vật liệu bột giấy hỗn hợp làm từ chất thải nông nghiệp, như rơm lúa mì, bã mía và sợi tre. Bột bã mía có chiều dài sợi tốt (0,65-2,17 mm) và giá thành rẻ. Trung Quốc sẽ có thể sản xuất hơn 1,2 triệu tấn vào năm 2025, chiếm 37,4% thị trường nguyên liệu thô. Công nghệ nghiền sinh hóa đã làm bột tre tốt hơn, độ bền xé sợi lên tới 18,5kN m/kg, với tỷ lệ thâm nhập trên 25% trong lĩnh vực bao bì cao cấp. Bởi vì các sợi bổ sung cho nhau nên phương pháp sợi hỗn hợp không chỉ làm giảm chi phí nguyên liệu thô mà còn cải thiện hiệu suất đúc.
2, Cập nhật công nghệ xử lý: cả tốc độ và độ chính xác sẽ tốt hơn
1. Công nghệ tạo hình cho tốc độ cực nhanh
Chu kỳ đúc dài của bột giấy tiêu chuẩn (90 giây cho mỗi khuôn) là một vấn đề lớn làm hạn chế số lượng có thể tạo ra. Công nghệ tạo xung điện áp cao- rút ngắn chu kỳ xuống còn 4 giây cho mỗi khuôn, giúp giảm 43,8% mức sử dụng năng lượng. Hệ thống ép đùn xoắn kép của Jiangsu Xinmeixing đã giúp một dây chuyền duy nhất có thể sản xuất 22.000 tấn mỗi năm, giúp tăng tỷ lệ tự động hóa của các nhà sản xuất quy mô vừa và nhỏ-từ 45% lên 73%. Công ty Kiefel của Đức cũng đã phát hành một máy tạo hình ép nóng thích ứng sử dụng AI để tự động điều chỉnh biến dạng khuôn. Máy này có độ chính xác ± 0,012mm và có thể được sử dụng để đóng gói chính xác các thiết bị điện tử tiêu dùng.
2. Những phát triển mới về cấu trúc tế bào 3D
Một lĩnh vực công nghệ quan trọng hiện nay là cấu trúc hỗn hợp bong bóng tổ ong 3D, được sử dụng để đệm bao bì. Dựa trên thiết kế hai lớp "bong bóng tổ ong", Nhóm Khoa học Vật liệu Hoa Kỳ đã tạo ra tỷ lệ hấp thụ năng lượng 89J/g, cao hơn 40% so với bọt EPE thông thường. Huawei và Lenovo đã hợp tác cùng nhau để tạo ra gói đệm mật độ gradient, giúp bảo vệ các vùng bằng cách thay đổi mật độ một cách nhanh chóng. Mỗi năm, quy mô đơn hàng tăng 31,4%. Kiểu cấu trúc này không chỉ giúp mọi thứ an toàn hơn mà còn sử dụng ít vật liệu hơn vì hình dạng được tối ưu hóa, giúp dễ dàng chế tạo những thứ nhẹ nhàng hơn.
3. Kỹ thuật làm khuôn với hàm lượng carbon thấp
Công nghệ thiết kế khuôn có lượng carbon thấp dựa trên đánh giá vòng đời (LCA)-đang nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn trong thế giới kinh doanh. Lượng khí thải carbon của một bộ khuôn có thể giảm 62% bằng cách mô phỏng kênh dòng chảy của khuôn và sử dụng vật liệu khuôn có thể tái chế để làm cho nó hoạt động tốt hơn. Cụm công nghiệp khuôn mẫu Ninh Ba cũng đã hoàn thiện khuôn siêu âm thế hệ thứ năm, cho phép thay khuôn nhanh chóng trong 30 giây. Điều này làm cho việc sản xuất trở nên linh hoạt hơn nhiều.
3, Đổi mới trong tích hợp chức năng: chuyển từ “bảo vệ thụ động” sang “tạo giá trị chủ động”
1. Phương pháp đóng gói thông minh
Công nghệ IoT đang được tích hợp hoàn toàn với quá trình đúc bột giấy để tạo ra bao bì thông minh có thể nhìn thấy và tương tác. Ví dụ: đưa dải màu tự nhiên nhạy cảm với độ pH-vào gói thực phẩm tươi sống có nghĩa là khi thực phẩm bị hỏng và các chất có tính axit được giải phóng, dải màu sẽ chuyển từ xanh sang vàng, giúp mọi người biết ngay thực phẩm đó ngon như thế nào. Với mạch cảm biến đơn giản được in bằng miếng dán dẫn điện có thể phân hủy sinh học và cảm biến NFC trên điện thoại, bạn có thể đọc được những thông tin như nhiệt độ bảo quản và thời gian vận chuyển, đáp ứng nhu cầu theo dõi sản phẩm tươi sống cao cấp. Đại học Cornell cũng tạo ra các thiết bị điện tử mềm màng mỏng có thể tái chế. Các thiết bị này có thể bao gồm các cảm biến và mực dẫn điện bên trong các gói hàng để thực hiện những việc như theo dõi thời gian lưu trữ hàng hóa dễ hỏng.
2. Cấu trúc bảo tồn thích ứng
Để tích cực giải quyết các vấn đề phát sinh khi cố gắng giữ thực phẩm tươi sống, việc đúc bột giấy tạo ra một lớp chức năng khác nhau. Ví dụ, cấu trúc hỗn hợp làm từ sợi tre và chất kháng khuẩn chitin tự nhiên có thể tự động kiểm soát độ ẩm bên trong bao bì (RH 85% đến 90%), hấp thụ khí ethylene, ngăn chặn nấm mốc trái cây và rau quả phát triển và tăng thời hạn sử dụng thêm hai đến ba ngày so với hộp bảo quản nhựa truyền thống. Đối với thịt và hải sản tươi sống, người ta sử dụng cấu trúc hỗn hợp làm bằng "đúc bột giấy + màng chắn PLA có thể phân hủy", có tốc độ cản oxy Nhỏ hơn hoặc bằng 1,5cc/(m 2)
3. Sự kết hợp các chức năng mô-đun
“Bảo quản riêng, sưởi ấm thuận tiện và bảo vệ an toàn” là ba nhu cầu chính mà bao bì thực phẩm đúc sẵn cần đáp ứng. Đúc bột giấy đáp ứng những nhu cầu này bằng cách tích hợp các chức năng thông qua đổi mới cấu trúc. Ví dụ: một cấu trúc nhiều-khoang đã được ghép lại với nhau và phân chia khoang nguyên liệu chính, khoang đĩa phụ và khoang nước sốt; mỗi khoang được bịt kín riêng biệt bằng chất bịt kín làm từ thực vật-có thể tái chế để giữ cho hương vị không bị trộn lẫn; Ở dưới cùng của khoang, một rãnh dẫn hướng được chế tạo để nhanh chóng thoát nước ngưng tụ hình thành trong quá trình nấu. Điều này giữ được hương vị của nguyên liệu. Nó có thể được làm nóng theo ba cách: hấp, đun sôi hoặc sử dụng lò vi sóng (từ -20 độ đến 120 độ).
4, Hệ thống sản xuất thông minh: Chuyển từ “Định hướng kinh nghiệm” sang “Định hướng dữ liệu”
1. Nền tảng cho Internet vạn vật công nghiệp
Hơn 1200 công ty sản xuất hiện đã được liên kết với nền tảng Internet of Things công nghiệp được thành lập ở Côn Sơn, Giang Tô. Tối ưu hóa động các thông số chính như nhiệt độ khuôn và nồng độ bùn đạt được bằng cách thu thập và phân tích các thông số quy trình trong thời gian thực. Điều này làm tăng tỷ lệ hoàn vốn lên 99,6%. Công nghệ truy xuất nguồn gốc chuỗi khối cũng đã được sử dụng để xử lý toàn bộ quá trình phát thải carbon. Đối với mỗi tấn thành phẩm, 0,48 tấn chỉ số CCER được giao dịch, giúp doanh nghiệp kiếm được nhiều tiền hơn thông qua giao dịch carbon.
2. Phương pháp AI kiểm tra chất lượng hình ảnh
Công ty TNHH Zhongxin đã độc lập tạo ra một hệ thống kiểm tra chất lượng hình ảnh bằng AI sử dụng thuật toán học sâu để tìm ra các sai sót bề mặt của hàng hóa. Hệ thống này giảm tỷ lệ lỗi xuống 0,03ppm, hiệu quả gấp 20 lần so với kiểm tra chất lượng thủ công. Bằng cách xem xét dữ liệu bị lỗi, hệ thống cũng có thể cải thiện quy trình sản xuất và thiết kế khuôn theo hướng ngược lại, tạo ra một vòng khép kín "cải thiện phản hồi phát hiện".
3. Kế hoạch sản xuất thông minh dựa trên đăng ký
Một mô hình đăng ký mới có tên "cho thuê thiết bị + mua lại sản phẩm" đã được liên minh sản xuất thông minh khu vực phát hành. Mô hình này giảm 67% khoản đầu tư ban đầu của khách hàng và sử dụng công nghệ chuỗi khối để giải quyết điểm carbon. Các nhà sản xuất-vừa và nhỏ có thể thuê thiết bị đúc thông minh, trả phí dựa trên khối lượng sản xuất, sau đó giao thành phẩm cho liên minh để mua lại. Điều này làm giảm rủi ro thị trường và áp lực tài chính.
