四、纸浆模塑模具设计

    模具设计必须满足纸浆模塑制品结构要求，而且纸浆模塑制品结构在符合使用和成形工艺条件的同时，也要符合模具设计和制造的要求。因此，设计纸浆模塑模具之前，必须充分分析和研究纸浆模塑制品的结构，以便使制品设计和模具设计两者的经济合理性、技术可行性相互协调和统一。

1 纸浆模塑模具种类

    纸浆模塑制品成形过程中要经过多次进入模具才能最后完成制品制造过程，前面讲过纸浆模塑制品是在单一的凸或凹模上成形，成形之后又必须在凸凹模合模之后的模腔中转移，转移到定形模具的湿纸坯是在定形模具中加压、加热后成形。因此，纸浆模塑模具分为成形模具、定形模具、整形模具和模切模具等。其中成形工艺有两类，一类是吸附成形，另一类是压制成形，压制成形模具有些类似橡胶塑料模具，吸附成形模具较为特殊和复杂。

(1)吸附成形模具：吸附成形模具

    结构由凸模、凹模、网模、模具座、模具背腔和气室等组成。其中网模是模具主体，由于网模是由直径0.15mm丝线(金属或塑料)编织成，自身不能独立成形，必须依附在模具表面才能工作。模具背腔是与模具工作面保持一定厚度、形状完全同步的模具背面部位相对模具座组成的空腔，即凸、凹模是一个具有一定壁厚的壳体。模具工作面与背腔之间由均布的小孔联通。

    模具通过模具座安装在成形机的模板上，模板的另一面安装有气室，气室与背腔相通，同时其上还有两个通压缩空气和真空的通道。

    吸附成形模具的预留量：吸附成形模具的预留量是模具设计的关键。
纸浆模塑制品从湿纸坯到完成制品，由于水的析出而发生收缩。同一个制品的不同位置收缩率不相同又没有规律，致使制品在成形过程中发生多向、多变的收缩变化，给模具设计时确定预留量造成因难，好在目前包装业对纸浆模塑制品制造精度要求不算高，用经验设计法还可以满足要求。为了获得更高的制品制造精度，完善模具设计方法，笔者通过长时间测试和理论推导总结确定了一项具有普遍使用价值、精度很高的模具预留量计算式(由于可以理解的原因不能公布)。这个计算式除了受结构、形状约束之外，还加进了浆料种类、成形条件和烘干方式的系数，所以这个计算式既有理论依据，又有经验系数。

(2)纸浆模塑定形模具：定形模具是在湿纸坯成形之后直接进入具有加热、加压和脱水功能的模具。

    定形模具是用来使湿坯在模内烘干定形，用定形模具制造出来的制品表面光滑，尺寸准确，坚实，刚性好。一次性快餐具都是采用这种模具制造的。在工业内包装上，一些细小、精密、数量大的小型物品都采用一层层堆叠起来的方式包装，每层之间用来包装定位的包装制品，如果采用纸浆模塑制品就需要用定形模具来制造。而一般的工业内包装制品都是单面工作，不用热定形，直接烘干即可。定形模具结构包括凸模、凹模、网模和加热元件，附有网模的凸或凹模上有排水排气孔，工作时湿纸坯在定形模内首先受到挤压，有20% 的水被压榨排出，此时湿纸坯内含水为50-55%使湿纸坯在模内受热后余下来的水被汽化排除，湿纸坯被压榨烘干定形后形成制品。

    定形模具中的网模会使制品表面产生网痕，而且网模在频繁挤压中会很快破损。为了解决这个问题，笔者设计了一种无网模，这种无网模是采用铜基球状粉末冶金制造。两年来经过多次结构改进和选择适当的粉末粒度，制造出来的无网定形模具寿命是网模的10倍，成本降低50%，制造出来的纸制品精度高，内、外表面光滑。

(3) 纸浆模塑整形模具：湿纸坯经过烘干后要发生变形，有的部位变形严重，或者对制品外表形状要求精度高时，制品要经过一道整形工序，使用的模具称整形模具。这种模具也需要有加热元件，但是没有网模也可以。需要整形的制品在烘干时要保留25-30%的含水量，以便于整形。在生产实践中由于含水量不易控制，使制品难以达到质量要求。笔者设计了一种喷雾整形模具，在模具上对应需要整形部位制造出喷雾孔。工作时制品是经过彻底烘干后放进整形模具内，合模同时模具上喷雾孔对制品喷雾热压，这种模具与制衣行业的喷雾熨斗有些相似。

(4)模切模具：模切模具是用来修整制品毛边，亦称切边模。

2 纸浆模塑模具材料

    模切模具除了其中的刀具之外都是采用普通碳钢制造；定形模具和整形模具一般都是采用黄铜、铝合金和不锈钢制造。

    成形模具目前采用黄铜、铝合金和树脂制造。用在工业内包装制品上精度不高时可以直接采用铸造法制造，精度要求高的必须采用机械切削加工法制造。成形模具中的转移模最好采用树脂直接从对应的凸模或凹模上翻倒制造出来，精度高。如果有纸质样品，可采用一种低熔点合金利用样品作母模直接翻倒模具。

    网模是纸浆模塑模具中的关键性模具，是直接影响制品质量和生产效率的重要一环。

    网模用网有金属网和塑料网，金属网又分黄铜网、不锈钢网和镀铬网，网丝直径在0.15-0.25mm之间。按网的编织方法分为单经网、三经网、捻织网和双层织网等。网孔几何形状有正方孔、长方孔和六边形孔。网目一般在40-65目之间。

    模具过渡材料。过渡材料是用来制造初造形的母模或在样品上翻倒制模所用材料。过渡材料有木材、型砂、石蜡、硅橡胶、石膏、树脂等。

五、模具技术进步使纸浆模塑大有用武之地

   笔者正在构思一种能连续运转的成形模具，一种纸模连续抄造机，可以生产出一次成形的蜂窝纸板。这种一次成形的蜂窝纸板除了可以用作包装材料之外，另一个更大的用处是可以用来生产播种纸。

    一种有规律的凹槽纸板(蜂窝纸)在另外一台可以称作“室内台式播种机”上，在纸板的凹槽内播种上植物种子，加入化肥和除草剂，用另外一种纸复合好，制造出一种有一定幅宽的播种纸，这种播种纸使用前分切成纸条，将这种纸条按垄埋进土壤中，对其进行定期适量喷水，水透过土壤浸湿了播种纸，水溶解化肥和除草剂使其渗入土壤，种子有了水分开始萌芽，幼芽穿透浸湿了的播种纸破土而出，剩下的播种纸降解在土壤中成为肥料。将播种纸埋进土壤之后，就只剩下等着收获了。

    纸浆模塑技术是古老的造纸业的新生儿，而纸浆模塑模具恰是这个新生儿的灵魂。

来源:《纸和造纸》