20世纪末21世纪初，在包装业界有一个比较热门的关键词——纸蜂窝。从它被发明到开始广泛应用，历经了半个世纪的发展过程。随着人类环保意识日益觉醒，地球可持续发展需求的日趋迫切，纸蜂窝制品也因其本身的环保特性而逐渐受到厂商亲睐。本文拟结合笔者从事包装设计开发的经验，谈谈纸蜂窝在运输包装中的应用及设计要领，以期达到抛砖引玉的效果。

一、概述

    蜂窝材料因仿生于蜜蜂的居住巢穴而得名。连续的六边形结构使蜂巢稳固而坚实，具有高平压强度、轻质量等特征。相应的，蜂窝仿生结构具有缓冲、减震、隔热、隔音等特性，被广泛用于人类生活、科技的各个方面，如缓冲包装、货运容器、航空航天、建筑隔墙、装饰隔间、办公桌椅等等。

二、物料性能

    要谈纸蜂窝制品的设计，就必然要谈到其结构特点，因为纸蜂窝制品的应用推广正是基于其结构特点。蜂窝纸板由多排并列的连续六边形纸结构组成，单个蜂孔具有纸质的外壁，六边形的两个端面用纸或其它材质的薄材闭合，形成一个个封闭的气室。由于纸蜂窝制品的组成成分复杂，包括植物纤维、粘合剂、空气等，因此其性能复杂。

    1.物理性能

    纸蜂窝板的缓冲耗能主要集中在两个方面：基材耗能和蜂窝中的气体耗能。

    （1）基材缓冲耗能
    构成纸蜂窝板的基材为纸纤维，主要成分是高分子材料，因此纸蜂窝板具有典型高分子材料所具备的基本粘弹性，呈现出非线性包装力学特点。当它产生动态应力与应变时，部分能量可以贮存起来，另一部分能量则被转化成热能而被耗散掉。从微观上分析其耗能特性：当它受到外力时，一方面分子链可以变形，另一方面会产生分子链的滑移；当除去外力后，变形的分子链要恢复原位，释放外力所作的功，但分子链不能完全恢复原位，会产生一定的永久变形，这一部分做的功变为热能，耗散在周围的环境中。

    （2）气体缓冲耗能
    纸蜂窝板的固相成分虽然都是高分子有机物，但其力学特性与聚合物有一定的区别，主要是因为在纸蜂窝板中气体占有绝大部分体积，对其特性存在较大的影响。当纸蜂窝板受压时，闭合蜂孔中的气体被压缩，机械能转化成热能，贮存能量，随着压力的进一步增大，蜂窝中的气体开始泄漏，形变增大，损耗能量。

    2.力学性能

    纸蜂窝板缓冲力学的主要特性如下：
    （1）纸蜂窝板具有类似于发泡塑料的力学特性，具有显著的粘性和塑性，是一种优良的绿色缓冲包装材料；
    （2）纸蜂窝板的平压强度随孔径的增加而降低，而当厚度高于一个临界值后，随厚度的增加而增强（如图1）；
    （3）纸蜂窝板的缓冲性能受厚度影响不大，与孔径大小有关（如图2）；
    （4）纸蜂窝板的并置能降低缓冲系数，提高缓冲性能，而叠置则能增加平压强度，提高抗冲击性能。

    3.化学性能

    （1）因为纸蜂窝板主要材料由纸质纤维粘合而成，材料本身不具有抗潮抗湿性能，所以如果生产过程中使用了碱性粘合剂，那么在使用过程中它就会吸收环境中的水分。因此，在恶劣的环境下使用纸蜂窝板，其平压强度和缓冲性能会有所降低。
    （2）排除恶劣环境的影响，在正常状态下，纸蜂窝板也具有较高的固状稳定性。

    4.加工性能

    纸蜂窝板作为一种材料，它需要根据产品包装需要而设计制作成不同的结构，从而达到必要的缓冲作用。像一切板状材料一样，纸蜂窝板也具有较好的可加工性。归纳起来，它具有下列几种加工方式：
    （1）模切　配合产品本身的结构特点，模切使其能更好地贴合产品外形。
    （2）预压　通过预压，使构成蜂窝孔壁的纸张变形，从而降低纸蜂窝板的平压强度，提高其缓冲性能。
    （3）粘合　纸质材料具有良好的可粘性，通过胶粘剂的选用，可以和塑料、纸、木材、金属等材料质实现良好的粘接。
    （4）压痕折弯　纸蜂窝板也可以像瓦楞纸板那样进行压痕，改变其折叠方向。这种方式是通过使纸蜂窝板的局部压溃实现的。它还有一种折弯方式，即去掉折弯部分多余的材料，再用粘合剂粘接成所需要的形状。这种方式外形棱角充实规整，但对加工精度和细节要求较高。

    以上特性为纸蜂窝板应用范围、缓冲厚度与结构设计提供了一定的指导作用。在进行纸蜂窝缓冲制品的设计时，如果运用得当，不但可以有效提高衬垫的缓冲保护能力，避免其不利因素，而且可以简化结构，降低设计材料成本。

三、纸蜂窝包装制品的设计思路

    纸蜂窝包装制品的设计主要从两个方面来着手：其一，材料的适当搭配；其二，结构的适宜设计。

    1.材料

    组成纸蜂窝板的基本要素有三个：纸蜂窝芯、面纸、粘合剂。纸蜂窝芯的蜂格大小、纸定量、纸强度和厚度，无一不对其性能起着重要的作用；面纸则直接决定了纸蜂窝板的抗戳穿强度、环境耐受度，对平压强度也有较大的影响；粘合剂将这二者粘接在一起，直接影响着产品的力学与物理机械性能。在设计过程中要综合考虑被包装产品的缓冲需求，将这三个要素协调地结合在一起。

    2.结构

    纸蜂窝板有其独特的优点，但缺陷也很明显，归纳起来主要有以下几点：
    （1）空间和载荷支撑能力优于EPS或纸浆模塑制品，因此要求强度往往比要求缓冲容易得多；
    （2）复杂形状及异面适应能力差；
    （3）表面摩擦显著，不利于对精细产品外观的保护；
    （4）面戳穿能力差；
    （5）环境适应能力有限。
    因此，在进行蜂窝缓冲制品的结构设计时，主要工作就是扬长避短，创新包装方案，优化结构，实现功能性和服务性的完美结合。