成型パルプトレイの主な特性: 材料の性能、試験、仕様に関する技術ガイド

Jun 27, 2021

ご伝言

エンジニアや調達専門家が包装材料としてパルプ成形品を評価するとき、最初に尋ねる質問の 1 つは、「その特性は何ですか?」ということです。これは合理的な質問 - ですが、一見複雑な質問でもあります。パルプ成型品は、固定された特性を持つ単一の材料ではありません。これは、繊維の種類、繊維ブレンド、製造プロセス (トランスファー成形と熱成形)、壁の厚さ、密度、含水量、およびコーティングや添加剤によってその特性が大きく異なる一連の材料です。漂白バガスで作られた壁厚 1.5 mm の熱成形トレイは、壁厚 3 mm の未漂白再生紙で作られた転写成形トレイ - とはまったく異なる特性を持っています -。どちらも「成形パルプ」です。これらの特性 - とその測定方法 - を理解することは、成型パルプを正しく指定し、代替材料 (プラスチック、EPS フォーム、段ボール) と比較し、最終製品が性能要件を満たしていることを確認するために不可欠です。この記事では、パルプ成形トレイの主要な特性に関する包括的な技術ガイドを提供します。機械的特性 (引張強度、破裂強度、圧縮強度、引き裂き強度、剛性)、物理的特性 (密度、厚さ、空隙率、含水率、寸法公差)、熱的特性 (温度範囲、熱伝導率、耐熱性)、バリア特性 (水蒸気、酸素、グリース)、表面特性 (粗さ、印刷適性、摩擦係数)、および各特性の測定に使用される標準化された試験方法です。 (ASTM、TAPPI、ISO、ISTA)。トランスファー成形パルプと熱成形パルプの両方の一般的な値の範囲が含まれているため、製造プロセスがパフォーマンスにどのような影響を与えるかを確認できます。{14}初めてパルプ成形品を指定する包装エンジニアであっても、合格基準を設定する品質管理者であっても、材料を比較する調達専門家であっても、このガイドは情報に基づいた意思決定を行うための技術的知識を提供します。

機械的特性: 強度と構造性能

機械的特性は、成形パルプが加えられた力 - の張力、圧縮、破裂、引き裂き、曲げにどのように反応するかを表します。これらの特性により、輸送、積み重ね、および取り扱い中にトレイが内容物を保護できるかどうかが決まります。

抗張力

引張強さは、材料が破壊する前に耐えることができる最大の引張(引っ張り)応力です。これは最も基本的な機械的特性の 1 つであり、材料品質の一般的な指標としてよく使用されます。

測定方法:長方形の試験ストリップ (通常は幅 15 mm x 長さ 100 mm) の両端を引張試験機に固定し、破断するまで一定速度 (通常 25 mm/min) で引っ張ります。記録された最大力を断面積 (幅 x 厚さ) - で割ると、引張強さ (MPa (または N/mm²)) が求められます。引張強度は、成形パルプが異方性であるため(成形中の繊維の整列により、CD よりも MD の方が強い)、縦方向 (MD、成形中の繊維の流れの方向) と横方向 (CD、MD に垂直な方向) の両方で測定されます -。

標準的な試験方法:ASTM D828 (紙および板紙の引張特性の標準試験方法)、TAPPI T 494 (紙および板紙の引張破断特性)、ISO 1924-2 (紙および板紙 - 引張特性の測定)。

典型的な値:

材質の種類 引張強さ(MD) 引張強さ(CD) MD:CD比
トランスファー-成型(再生紙、2mm) 4~10MPa 2~6MPa 1.5-2.5:1
トランスファー成形(バガスブレンド、2mm)- 6~12MPa 3~7MPa 1.5-2:1
熱成形(バガス、1.5mm) 10~20MPa 6~12MPa 1.3-1.8:1
熱成形(漂白、1mm) 12~25MPa 8~15MPa 1.2-1.6:1
段ボール(単層、比較) 15~30MPa 8~18MPa 1.5-2:1
PET樹脂(比較用) 50~80MPa 50~80MPa 1:1 (等方性)

重要な洞察:(1) 熱成形パルプは、ホットプレス中の密度が高く繊維が圧縮されているため、トランスファー成形よりも大幅に高い引張強度を持っています(同じ厚さで 2-3 倍)。 (2) 成形パルプは異方性 - で、横方向 - よりも機械方向の方が強いため、トレイの設計は MD で最も高い荷重がかかるように方向付けする必要があります。 (3) パルプ成型品の引張強さはプラスチックよりも低いですが、多くの場合、保護包装用途 (荷重が小さな断面に集中するのではなく、広い面積に分散される場合) には十分です。

破裂強度

破裂強度は、材料を破裂させるのに必要な (ゴム製ダイヤフラムからの) 最大静水圧です。これは、鋭利な物体や重い物体がトレイに押し付けられたときにトレイが受ける可能性のある応力の種類をシミュレートした、多方向応力 - の下での材料の破断に対する耐性の尺度です。-。

測定方法:円形の試験サンプル (通常、直径 30 ~ 50 mm) をゴム製のダイヤフラム上にクランプし、サンプルが破裂するまで一定の速度で油圧をダイヤフラムに加えます。破断時の圧力は破裂強度であり、kPa (または psi、または kgf/cm2) で測定されます。

標準的な試験方法:ASTM D774 (紙の破裂強度)、TAPPI T 810 (段ボールおよびソリッドファイバーボードの破裂強度)、ISO 2758 (紙 - の破裂強度の測定)。

典型的な値:

材質の種類 破裂強度
トランスファー-成型(再生紙、2mm) 150~400kPa
トランスファー成形(バガスブレンド、2mm)- 200~500kPa
熱成形(バガス、1.5mm) 400~800kPa
熱成形(漂白、1mm) 500~1000kPa
段ボール(単層、比較) 500~1500kPa
EPSフォーム(比較用) 50~150kPa

重要な洞察:(1) 破裂強度は密度および繊維の種類と強い相関があります - 熱成形 (高密度) およびバガス (より強力な繊維) の破裂強度が高くなります。 (2) パルプ成型品の破裂強度は EPS フォームよりも大幅に高く (3-10 倍)、これはより優れた耐突き刺し性と破裂性を備えていることを意味します。 (3) 鋭利な物体または重い物体を保持するトレイの場合、破裂強度は重要な仕様です。トレイの破裂強度が製品からの予想される点荷重を超えることを確認してください。

圧縮強度

圧縮強度とは、トレイ (またはトレイの一部) が破損 (潰れ、座屈、または永久変形) する前に耐えることができる最大圧縮荷重です。これは、積み重ねられた梱包材 - の最も重要なプロパティの 1 つで、下のトレイが崩れることなく何枚のトレイを積み重ねることができるかを決定します。

測定方法:平らな試験サンプルの場合、長方形または円形のサンプルを圧縮試験機の 2 つの平行なプラテンの間に置き、破損するまで一定の速度 (通常 12 mm/min) で圧縮します。完全なトレイの場合、トレイ全体がプラテンと圧縮された - の間に配置され、トレイがサポートできる最大荷重を測定します。圧縮強度は、ニュートン (N) またはキログラム力 (kgf) 単位の最大荷重、または MPa 単位の圧縮応力 (荷重を接触面積で割ったもの) として報告されます。

標準的な試験方法:ASTM D642 (輸送用コンテナ、コンポーネント、および単位荷重の耐圧縮性)、TAPPI T 804 (繊維板製輸送用コンテナの圧縮試験)、ISO 12048 (梱包 - 完成した充填済み輸送パッケージ - 圧縮および積み重ね試験)。特に成形パルプの場合、単一の普遍的な標準はありません。- メーカーは通常、段ボールまたは板紙の試験方法を採用しています。

一般的な値 (側壁が 20mm の標準的な 200x150mm トレイの場合):

材質の種類 圧縮強度(最大荷重) 等価スタック重量
トランスファー-成型(再生紙、2mm) 200-600 N 20~60kg
トランスファー成形(バガスブレンド、2mm)- 300-800 N 30~80kg
熱成形(バガス、1.5mm) 500-1200 N 50~120kg
熱成形(漂白、1mm、リブ付き) 600-1500 N 60~150kg
EPS フォーム (20mm、比較用) 800-2000 N 80~200kg

重要な洞察:(1) 圧縮強度はトレイの設計に大きく依存します - リブ、波形、側壁の角度、および壁の厚さはすべて、圧縮強度に大きく影響します。適切に設計されたリブ付きトレイは、同じ材質と厚さの平らなトレイの 2- 倍の圧縮強度を持つことができます。 (2) 熱成形成形パルプは、壁が薄いにもかかわらず、密度が高く、正確なリブを組み込むことができるため、トランスファー成形圧縮強度と同等またはそれを超えることができます。{11}} (3) 積み重ねて出荷する場合は、常に完全なトレイ (平らな材料サンプルだけでなく) に基づいて圧縮強度を指定し、3 ~ 5 倍の安全率を含めてください (動的荷重、湿度、長期クリープを考慮するため)。

引裂強度

引裂き強度は、材料を通って引裂き (切断) が伝播するのに必要な力です。これは、素材の引き裂きに対する耐性の尺度です -。乱暴に扱われる可能性があるトレイや、鋭利なエッジを持つ製品を保持するトレイにとって重要です。

測定方法:あらかじめカットされたスリットを備えた試験サンプルを引裂き試験機(通常はエルメンドルフ引裂き試験機)に固定し、スリットから引裂きを伝播させるのに必要な力を測定します。{0}引裂き強度はミリニュートン (mN) またはグラム力 (gf) で報告されます。

標準的な試験方法:ASTM D1922 (振り子法によるプラスチックフィルムおよび薄シートの伝播引裂抵抗の標準試験方法)、TAPPI T 414 (紙の内部引裂抵抗)、ISO 1974 (紙 - 引裂抵抗の測定)。

典型的な値:

材質の種類 引裂強度(MD) 引裂強度(CD)
トランスファー-成型(再生紙、2mm) 300~800mN 400~1000mN
トランスファー成形(バガスブレンド、2mm)- 250-700mN 350-900mN
熱成形(バガス、1.5mm) 400~1000mN 500~1200mN
バージンクラフト紙(比較用) 600-1500mN 800~2000mN

重要な洞察:(1) 引裂強度は、引張強度とは反対に、縦方向 (MD) よりも横方向 (CD) の方が高い -。これは、繊維が MD で整列しているため、CD の裂け目は繊維を引き離す必要がある (抵抗が大きい) のに対し、MD の裂け目は繊維間で伝播する (抵抗が小さい) ためです。 (2) 長い繊維(バージンクラフト、長繊維再生紙)は、短い繊維(バガス)よりも引裂強度が高くなります。 (3) 鋭利な物体を保持するトレイの場合、引き裂き強度は重要です - が、ほとんどの包装用途では破裂強度や圧縮強度ほど重要ではありません。

剛性(耐屈曲性)

剛性 (または曲げ抵抗) は、材料を指定の角度に曲げるのに必要な力です。これは、材料の剛性の尺度です -。荷重がかかっても形状を維持する必要があるトレイ、または自動包装装置で扱われるトレイにとって重要です。

測定方法:テストストリップの一端をクランプし、もう一方の端に力を加えて指定の角度 (通常は 15 度) に曲げます。必要な力は曲げ抵抗であり、ミリニュートン (mN) またはグラム力 (gf) で測定されます。剛性は MD と CD の両方で測定されます。

標準的な試験方法:ASTM D5342 (紙および板紙の曲げ抵抗の標準試験方法)、TAPPI T 556 (紙の曲げ抵抗)、ISO 2493 (紙および板紙 - 曲げ抵抗の測定)。

典型的な値:

材質の種類 耐屈曲性(MD) 耐屈曲性(CD)
トランスファー-成型(再生紙、2mm) 100-400mN 60~250mN
トランスファー成形(バガスブレンド、2mm)- 150-500mN 80-300mN
熱成形(バガス、1.5mm) 300~800mN 200-600mN
熱成形(漂白、1mm) 200-600mN 150-450mN

重要な洞察:(1) 剛性は厚さの 3 乗に応じて増加します (ビーム理論による) - 2 mm のトレイは、同じ材質の 1 mm のトレイよりも 8 倍剛性が高くなります。これが、トランスファー成形トレイ (肉厚) が、材料密度が低くても適切な剛性を備えている理由です。{6} (2) 熱成形トレイは、壁が薄いにもかかわらず、設計 (リブ、波形、3D 成形) を通じて高い剛性を実現できます。- 材料特性に関係なく、3D 構造自体が剛性を提供します。 (3) 自動包装ラインでは、剛性が重要です - トレイが柔らかすぎると、自動装置に正しく供給されません。完全生産の前に、必ず実際の包装ラインでトレイの剛性をテストしてください。

物理的特性: 密度、厚さ、構造

密度

密度は材料の単位体積あたりの質量です。これは最も基本的な物理特性の 1 つであり、機械的強度、バリア特性、コストに大きな影響を与えます。

測定方法:既知の寸法 (長さ、幅、厚さ) の試験サンプルの重さを量り、質量を体積で割ったものとして密度を計算します (g/cm3 または kg/m3)。成型パルプの場合、密度はトレイ全体で異なる可能性があるため (リブでは厚く、平らな領域では薄く)、代表的な場所で密度を測定することが重要です。

典型的な値:

材質の種類 密度 注意事項
トランスファー-成形(標準) 150 ~ 300 kg/m3 (0.15 ~ 0.30 g/cm3) 低密度、軽量、優れたクッション性
トランスファー-成型(頑丈-/厚い-) 150-250kg/m3 密度は同様ですが、壁が厚い=材料が多い
熱成形(標準) 300 ~ 500 kg/m3 (0.30 ~ 0.50 g/cm3) ホットプレス圧縮によるより高い密度
熱成形(高密度) 450-650kg/m3 超高圧・高温プレス
硬質板紙(比較用) 600-800kg/m3  
段ボール(比較用) 100-200kg/m3 溝付き構造による低密度
EPSフォーム(比較用) 15-50kg/m3 非常に低い密度、優れたクッション性
PET樹脂(比較用) 1300-1400kg/m3 高密度、高強度

重要な洞察:(1) トランスファー成形パルプと熱成形パルプの主な違いは密度です - 熱成形成形パルプは 2-3 倍密度が高く、これが強度が高く、バリア特性が優れ、表面が滑らかであることを説明しています。 (2) パルプ成型品の密度は、固形の板紙やプラスチックよりもはるかに低いため-、軽量でコスト効率が高くなります(単位体積あたりの材料が少なくなります)。- (3) 密度は製造中に制御できます。成形時間 (長いほど繊維の密度が高くなります=増加します=の密度が高くなります)、プレス圧力 (高いほど圧縮率が高くなります=の圧縮率が高くなります=の密度が高くなります)、繊維の種類 (繊維が短いほど=の密度が高くなります) がすべて密度に影響します。

肉厚

壁の厚さは、トレイの壁の成形パルプ材料の厚さです。これは、強度、剛性、重量、コスト、材料の使用に影響を与える重要な設計パラメータです。

測定方法:壁の厚さは、トレイ上の複数の場所(平らな部分、リブ、側壁、コーナー)でマイクロメーターまたは厚さゲージを使用して測定されます。成形パルプの厚さは(成形プロセスにより)トレイ全体で異なる可能性があるため、代表的な場所で測定し、公称厚さと公差範囲の両方を報告することが重要です。

標準的な試験方法:ASTM D645 (紙および板紙の厚さの標準試験方法)、TAPPI T 411 (紙、板紙、および複合板紙の厚さ)、ISO 534 (紙および板紙 - 厚さの測定)。

典型的な値:

材質の種類 肉厚範囲 代表的な公称値
トランスファー-成形(標準) 1.5~3.0mm 2.0mm
トランスファー-成型(頑丈-/厚い-) 3.0~10.0mm 4.0~5.0mm
熱成形(薄肉) 0.8~1.5mm 1.0~1.2mm
熱成形(標準) 1.0~2.0mm 1.5mm
熱成形(厚い壁) 2.0~3.0mm 2.5mm

重要な洞察:(1) トランスファー-成形パルプは、熱成形(0.8-3mm)-よりも厚い壁(1.5-10mm)を持っています。これは、トランスファー成形が強度のために壁の厚さに依存しているのに対し、熱成形は密度と設計に依存しているためです。 (2) 壁の厚さはトレイ全体で均一ではありません。通常、リブやコーナー (成形中に繊維が蓄積する場所) では厚くなり、大きな平らな領域では薄くなります。この変動は正常であり、設計時に考慮する必要があります。 (3) 熱成形トレイの場合、(プレス段階により) 肉厚がより均一になるため、より正確な設計と一貫した性能が可能になります。

気孔率と通気性

気孔率は、材料内の空隙の割合です。通気性 (または空気抵抗) は、空気が材料を通過する速度です。これらの特性は、クッション性能、乾燥時間、バリア特性、印刷適性に影響します。

測定方法:空気透過性は、ガーレー法 (一定の圧力下で一定量の空気が材料を通過する時間) またはシェフィールド法 (一定の圧力下で材料を通過する空気流量) によって測定されます。ガーレー気孔率は数秒で報告されます (= が高いほど透過性が低くなります)。シェフィールドの気孔率は ml/分で報告されます (= が高いほど透過性が高くなります)。

標準的な試験方法:ASTM D726 (紙および板紙の空気通過抵抗の標準試験方法)、TAPPI T 460 (紙の空気抵抗)、ISO 5636 (紙および板紙 - の空気透過度の測定)。

典型的な値:

材質の種類 ガーレー気孔率 (秒/100ml) 注意事項
トランスファー-成形(標準) 0.5~5秒 高い透過性 - 空気が簡単に通過します
トランスファー成形(高密度)- 5~20秒 適度な浸透性
熱成形(標準) 20~200秒 低透過性 - の高密度構造
熱成形(コーティング) 500~10、000+秒 非常に低い透過性の - コーティングが空気の流れを遮断
硬質板紙(比較用) 100~1,000秒  
プラスチックフィルム(比較用) 本質的に不浸透性  

重要な洞察:(1) トランスファー成形-成形パルプは多孔性が高く、空気が容易に通過します。これはクッション性(衝撃時に空気が逃げ、エネルギーを吸収する)や農産物の包装(通気)には有益ですが、バリア性(水蒸気、酸素、グリースは容易に通過します)が劣ることになります。 (2) 熱成形された成型パルプは、その緻密な構造 - により、より優れた自然バリア特性を提供するため、多孔性が大幅に低くなります (透過性が 10{7}}100 倍低くなります)。 (3) コーティングは気孔率を劇的に減少させることができます-。成形パルプは本質的に空気不透過性になります。これは、調整雰囲気包装 (MAP) やその他のバリア用途に必要です。

水分含有量

含水率は、完成したパルプ成形品中の水分の割合です。これは、強度、剛性、寸法安定性、耐カビ性、保存寿命に影響を与える重要な品質パラメータです。

測定方法:標準的な方法はオーブン乾燥法です-。サンプルの重量を量り、重量が一定になるまで摂氏 105 度のオーブンで乾燥させます。その後、再度重量を量り、水分含有量を (湿重量 - 乾燥重量) / 乾燥重量 x 100% として計算します。-水分含有量は、ピン-タイプまたはピンレス水分計でも測定できます(高速ですが精度は低くなります)。

典型的な値:

状態 水分含有量 注意事項
完成品(目標) 6-10% 強度と柔軟性の最適なバランス
乾燥しすぎます(<5%) <5% 脆く、亀裂が入りやすく、耐衝撃性が低い
Too wet (>12%) >12% 低強度、カビの危険性、寸法不安定性
50% RH での平衡 6-8% 典型的な室内環境
80% RH での平衡 12-15% 湿気の多い熱帯環境
90% RH での平衡 18-25% 非常に湿気の多い-で強度が大幅に低下します

重要な洞察:(1) 水分含有量は重要な品質管理パラメータです - 乾燥しすぎてトレイが脆くなっています。濡れすぎるとトレイが弱くなり、カビが発生しやすくなります。ほとんどのアプリケーションでは、6-10% の目標範囲が最適です。 (2) 成型パルプは吸湿性 - であり、空気中の水分を吸収します。高湿度の環境では、水分含有量が大幅に増加し(12-25% まで)、強度が低下する可能性があります。このため、高湿度の用途では防湿-(コーティング、湿潤強力樹脂)が重要です。 (3) 製品がサプライチェーン全体で仕様の範囲内であることを確認するために、製造時、出荷時、および顧客の受け取り時に水分含有量を測定する必要があります。

寸法許容差

寸法公差は、トレイの寸法 (長さ、幅、高さ、キャビティのサイズ、壁の厚さ) の許容変動を表します。厳しい公差は、自動梱包ライン、製品の正確な適合、および一貫した積み重ねにとって重要です。

測定方法:トレイの寸法は、ノギス、マイクロメーター、または三次元測定機 (CMM) を使用して複数の場所で測定されます。測定された寸法は公称 (設計) 寸法と比較され、偏差が報告されます。寸法公差は通常、公称寸法の ±X mm または ±X% として指定されます。

典型的な値:

材質の種類 寸法許容差(代表値) 注意事項
トランスファー-成形(標準) ±0.5~1.0mm 成形のばらつきや乾燥収縮により公差が緩くなる
トランスファー-成形(精密、トリミングあり) ±0.3~0.5mm トリミングによりエッジの寸法精度が向上します
熱成形(標準) ±0.2~0.5mm プレス加工とより均一な収縮により公差が厳しくなります
熱成形(精密) ±0.1~0.3mm 高精度の工具とプロセス制御-
プラスチック熱成形(比較用) ±0.1~0.3mm  
射出成形(比較用) ±0.05~0.2mm  

重要な洞察:(1) 熱成形パルプは、熱間プレス段階 (材料を均一に圧縮し、収縮のばらつきを低減する) により、トランスファー成形よりも寸法公差が大幅に厳しくなります (2-5 倍)。-。 (2) トランスファー-成形公差は、成形後のトリミング(エッジを正確な寸法に切断する)によって改善できますが、-コストがかかります。 (3) 自動包装ラインでは、寸法公差が重要です。大きすぎるトレイはラインに収まりませんし、小さすぎるトレイはずれたり詰まったりします。包装ラインの要件に基づいて寸法公差を必ず指定し、プロトタイプのテストで検証してください。

熱特性: 温度性能

温度範囲

この温度範囲は、成形パルプを特性の重大な劣化なしに使用できる温度を示します。成型パルプは、ほとんどのプラスチックよりもはるかに優れた耐熱性-に優れています-。

典型的な値:

材質の種類 最低温度限界 高温限界(短期)- 高温限界(連続)
非コーティング成型パルプ -40 ℃ (-40 °F) 以下 200 ~ 250 ℃ (390 ~ 480 °F) 150 ~ 180 度 C (300 ~ 355 度 F)
水性-アクリルコーティング -40℃以下 150~180℃ 100~120℃
PLAコーティング -40℃以下 60~70℃(柔らかくなる) 40~50℃
PET樹脂(比較用) -40℃ 80~100℃ 60~80℃
PP樹脂(比較用) -10℃ 130~150℃ 100~120℃
EPSフォーム(比較用) -40℃ 80~100℃(溶ける) 60~70℃

重要な洞察:(1) コーティングされていない成型パルプは非常に優れた温度範囲を持っています-。急速冷凍(-40℃以下)および最大200-250℃(短期-)のオーブンで使用できます。これにより、「冷凍庫からオーブンまで 1 つのトレイ」用途に適しています-。この機能に匹敵するプラスチックはほとんどありません。 (2) コーティングにより高温限界が緩和されます。-水-ベースのアクリル コーティングは通常 100-120 ℃まで安全です(電子レンジは使用できますが、オーブンは使用できません)。一方、PLA コーティングは 60- 70 ℃(電子レンジやオーブンには使用できません)で軟化します。高温用途の場合は、コーティングされていない成形パルプまたは高温耐性コーティングを使用してください。 (3) 高温では、成型パルプは (水分損失により) 若干脆くなることがありますが、プラスチックとは異なり、溶けたり変形したりしません。これは、食品包装にとって安全性において大きな利点です (食品に溶ける危険性がありません)。

熱伝導率

熱伝導率は、材料がどの程度熱を伝導するかを示す尺度です。熱伝導率が低いということは、この材料が優れた断熱材であることを意味します-。食品の包装(食品の保温または保冷)や、温度に敏感な製品の保護に重要です-。

典型的な値:

材料 熱伝導率(W/m・K) 注意事項
転写-成形パルプ(乾燥) 0.05-0.08 コルクに似た優れた断熱材 -
熱成形成型パルプ(ドライ) 0.08-0.12 密度が高いため、導電率がわずかに高くなります
パルプ成型品(湿潤状態、水分20%) 0.15-0.25 水は導電性を高めます - 湿ったパルプは絶縁体として劣ります
EPSフォーム(比較用) 0.03-0.04 パルプ成型品よりも優れた優れた絶縁体 -
段ボール(比較用) 0.05-0.07 トランスファー成形パルプと同様-
プラスチック(PET/PP、比較用) 0.15-0.25 断熱性が低い - は熱を伝導しやすい
アルミニウム(比較用) 200-250 優秀な指揮者

重要な洞察:(1) 乾式成型パルプは、コルクや段ボールに匹敵する優れた断熱材 - であり、プラスチックよりも大幅に優れています。これにより、短期間の断熱に適しています(例: 食品を 15- 30 分間保温し、配送中の温度上昇から製品を保護します)。 (2) パルプ成型品の断熱性能は、長期(数時間から数日)の断熱に関しては、EPS フォーム(2-3 倍断熱性が高い)-ほど良くありませんが、それでも EPS フォームまたは真空断熱の方が優れています。 (3) 湿気は断熱性能を大幅に低下させます - 湿式成型パルプは乾燥したパルプよりも 2 ~ 3 倍高い熱伝導率を持っています。断熱用途の場合は、成形パルプが乾燥した状態に保たれていることを確認してください (防湿コーティングまたは防湿外装を使用してください)。

バリア特性: 水蒸気、酸素、グリース

バリア特性は、材料が水蒸気、酸素、グリース、その他の物質の通過にどの程度抵抗するかを表します。これらの特性は、食品の包装 (鮮度の保持、グリースの漏れ防止) や湿気や酸素による損傷から製品を保護するために重要です。

水蒸気透過率 (WVTR)

WVTR は、水蒸気が材料を通過する速度です。 WVTR が低いほど、水蒸気バリアが優れている (通過する水分が少なくなる) ことを意味します。

測定方法:試験サンプルは水(または乾燥剤)の入ったカップの上に密封され、アセンブリは温度/湿度が制御されたチャンバー内に置かれます。時間の経過に伴うカップの重量変化を測定し、WVTR を g/m2/24h として計算します。

標準的な試験方法:ASTM E96 (材料の水蒸気透過率の標準試験方法)、TAPPI T 448 (紙の水蒸気透過率)、ISO 2528 (シート材料 - 水蒸気透過率の測定)。

一般的な値 (38 ℃、90% RH の場合):

材料 WVTR (g/㎡/24h) 注意事項
コーティングなしの転写-成型パルプ 500-2,000 非常に高い-水蒸気バリアが低い
コーティングされていない熱成形パルプ 200-800 密度が高いため、トランスファー成形よりも高い-優れています-
水性-アクリルコーティング 30-150 中程度の - コーティングにより WVTR が大幅に減少します
スチレン-アクリルコーティング 15-80 純粋なアクリルよりも優れた - 優れたバリア性
PLAコーティング(20ミクロン) 5-30 非常に優れた - PLA は優れた水蒸気バリアです
PET樹脂フィルム(比較用) 10-50 良い
HDPEプラスチックフィルム(比較用) 0.5-5 素晴らしい
アルミホイル(比較用) <0.01 本質的に不浸透性

重要な洞察:(1) コーティングされていない成型パルプは非常に高い WVTR を持っています - これは本質的に水蒸気のふるいです。これは、湿気の透過が望ましい用途 (例、換気が結露を防ぐ農産物の包装など) には問題ありませんが、防湿性が必要な用途 (ドライフード、エレクトロニクス、医薬品など) には問題があります。 (2) コーティングにより WVTR を 10-100x - に低減できるため、成形パルプは中程度のバリア用途に適しています。高バリア用途(例: 調整雰囲気包装、長期保存可能な食品)には、PLA コーティングまたは多層コーティング(成形パルプ + バリア フィルム)が必要です。--。 (3) コーティングを施しても、パルプ成型品の WVTR はプラスチック フィルムやアルミ ホイルよりも高く、バリア要件を最も高くするには、パルプ成型品だけでは十分ではない可能性があります (パルプ成型品 + バリア フィルムの積層、または代替材料を検討してください)。

酸素透過率 (OTR)

OTR は、酸素が材料を通過する速度です。 OTR が低いということは、酸素バリアが優れている(通過する酸素が少ない)ことを意味します。-酸素に敏感な食品(スナック、コーヒー、生の肉など)の鮮度を保つために重要です。-

測定方法:テストサンプルはテストセル内に密閉され、一方の側には酸素が、もう一方の側にはキャリアガス(窒素)が封入されます。サンプルを通過する酸素の量が経時的に測定され、OTR は cm3/m2/24h として計算されます。

標準的な試験方法:ASTM D3985 (プラスチック フィルムおよびシートの酸素ガス透過率の標準試験方法)、ISO 15105-1 (プラスチック - フィルムおよびシート - ガス透過率の測定)。

一般的な値 (23 ℃、相対湿度 0% の場合):

材料 OTR (cm3/m2/24h) 注意事項
非コーティング成型パルプ 10,000-50,000+ 非常に高い - 本質的に酸素バリアなし
水性-アクリルコーティング 5,000-20,000 高-アクリルは酸素バリアとしては不十分です
PVOHコーティング(酸素バリア層) 1-50 優れた - PVOH は最高の酸素バリアの 1 つです
PLAコーティング(20ミクロン) 100-500 中程度の - PLA は中程度の酸素バリアです
PET樹脂フィルム(比較用) 50-200 適度
EVOHフィルム(比較用) 0.1-5 素晴らしい
アルミホイル(比較用) <0.01 本質的に不浸透性

重要な洞察:(1) コーティングされていない成型パルプには本質的に酸素バリアがありません - 酸素は自由に通過します。これは、酸素への曝露が問題にならない用途(例: 非食品製品の保護包装、酸素が必要な農産物包装など)には問題ありませんが、酸素に敏感な製品の場合は問題になります。- (2) 標準的な水性アクリルコーティング-は酸素バリアを大幅に改善しません- アクリルは本質的に酸素透過性です。酸素バリアには、特殊なコーティング (PVOH、EVOH、または多層システム) が必要です。 (3) 調整雰囲気包装 (MAP) またはその他の高酸素バリア用途の場合は、成型パルプをバリア フィルムと組み合わせる必要があります (例: 成型パルプ トレイ + PET/EVOH/PET フィルムの積層) - 成型パルプだけでは十分ではありません。

耐グリース性

耐グリース性は、油、脂肪、グリースの浸透に抵抗する材料の能力です。これは、食品包装 (揚げ物、肉、ソース、焼き菓子) や工業用包装 (油性部品、潤滑部品) にとって重要です。

測定方法:標準テストはキットテスト (TAPPI T 559、ASTM F119) です。-グリース浸透力を高めた一連のヒマシ油/ヘプタン/トルエン混合物を表面に塗布します。-浸透しなかった最も高い番号の混合物 (15 秒以内) が「キット評価」です (1~12、高いほどグリース耐性が優れています)。=耐グリース性は、ラルストン折り目テストまたはグリースと長時間接触した後の目視検査によっても測定できます。

典型的な値:

材料 キットの評価 耐グリースレベル
非コーティング成型パルプ 0-1 なし - グリースはすぐに浸透します
水性-アクリルコーティング 3-6 中程度の - は、短期間であれば軽度のグリースに耐えます
スチレン-アクリルコーティング 6-10 優れた - はほとんどの食品油脂に耐えます
PLAコーティング 8-12 優れた - は、高温で攻撃的なグリースにも耐えます
ワックスコーティング(パラフィン) 6-10 良好な - ですが、リサイクル/堆肥化はできません
耐油紙-(比較用) 5-10  
プラスチック(PET/PP、比較用) 12 優れた - プラスチックは本質的に耐油性です-

重要な洞察:(1) コーティングされていない成型パルプには本質的に耐グリース性がありません - グリースはすぐに浸透し、汚れ、劣化、および漏れの可能性を引き起こします。グリースを含むあらゆる食品用途には、耐グリース性コーティングが不可欠です。- (2) 水-ベースのアクリルコーティングは、適度な耐油性を備えています(キット評価 3-6)-は、油脂分の少ない食品(サンドイッチ、ベーカリーなど)には十分ですが、油分の多い食品(フライドチキン、ピザ、オイリーソースなど)には適していません。- (3) -油脂分の多い食品の場合は、スチレンアクリルコーティング (キット評価 6 ~ 10) または PLA コーティング (キット評価 8 ~ 12) が必要です。 PLA は最高の耐グリース性を備えていますが、耐熱性が低く (電子レンジ/オーブンには対応していません)、工業的にのみ堆肥化可能です (家庭で堆肥化することも、紙の流れでリサイクルすることもできません)。

表面特性: 粗さ、印刷適性、摩擦

表面粗さ

表面粗さは、成形パルプ表面の質感を表します。外観、印刷品質、コーティングの密着性、パッケージの「感触」に影響します。

測定方法:表面粗さは、表面粗さ計(スタイラスで表面をなぞり、垂直方向の偏差を測定する)またはエアリーク法(例: Parker Print-Surf、表面と滑らかな基準面との間の空気漏れを測定する-漏れの多い=粗い表面)で測定されます。{0}}粗さはマイクロメートル (µm) または ml/min (Parker Print-Surf) で報告されます。

標準的な試験方法:ASTM D7127 (表面粗さの標準試験方法)、TAPPI T 555 (紙および板紙の表面粗さ)、ISO 8791 (紙および板紙 - 粗さ/平滑度の測定)。

典型的な値:

材料 表面粗さ (パーカー プリント-表面、ml/分) ビジュアル/テクスチャの説明
トランスファー成形(成形面、メッシュパターン)- 500-2,000 非常に粗い - 目に見えるメッシュ パターン、繊維状の質感
トランスファー-成形(トランスファー側) 200-800 粗い-繊維状の質感、メッシュパターンなし
熱成形(両面) 20-100 滑らかな-マット、ベルベットのような-、均一
熱成形+コーティング(アクリル) 5-30 非常に滑らかな-半光沢またはマット、均一
コートボール紙(比較用) 5-20 スムーズ
プラスチックフィルム(比較用) 1-5 とてもスムーズ

重要な洞察:(1) 表面粗さは、トランスファー成形パルプと熱成形パルプの最も目に見える違いです。{1}トランスファー成形-は、粗い繊維状のメッシュパターンの表面-を備えています-。機能的ではありますが、高級ではありません。熱成形品は滑らかでマットなベルベットのような表面-を持ち、高級板紙に匹敵し、消費者向けの用途に適しています-。 (2) トランスファー成形パルプの両面は異なる粗さを持っています。- 成形側 (メッシュ型と接触している) は目に見えるメッシュパターンを持ち、粗くなっています。転写面(乾燥型と接触する面)はより滑らかです。片面が見える用途 (トレイインサートなど) の場合は、滑らかな面を外側に向けてください。 (3) コーティングは表面を大幅に滑らかにすることができます-。印刷や高級用途に適した均一な転写成形パルプを作成できます-(ただし、薄いコーティングを通して下地の粗さが見える場合があります)。

印刷適性

印刷適性は、材料が印刷インクをどの程度受け入れて保持するかを表します。表面粗さ、多孔性、吸収性、表面エネルギーの影響を受けます。

印刷方法と適合性:

印刷方法 転送-パルプ成形 熱成形パルプ 注意事項
フレキソ印刷 (フレキソ) 良い (シンプルなグラフィック、テキスト) 優れた(高品質のグラフィック) パルプ成形の最も一般的な方法。水性-インク
オフセットリソグラフィー 不良(表面が粗いためドットゲインが発生する) 良好 (滑らかな表面により細かいディテールが可能) 熱成形品の高品質グラフィックスに使用-
デジタル(インクジェット) 普通(吸収面に毛羽立ちが発生する) 良好(表面にコーティングが施されており鮮明な印刷が可能) 短期実行、可変データに適しています
スクリーン印刷 良い (濃いインクが粗い表面をカバーします) 素晴らしい 大胆なグラフィックや特殊効果に適しています
パッド印刷 良好(曲面にも印刷可能) 素晴らしい 3D サーフェス、小さな領域に適しています
ホットスタンプ(箔) 不良(表面が粗いため転写が不完全になる) 良好 (滑らかな表面によりきれいな箔転写が可能) 熱成形されたプレミアムメタリック効果

重要な洞察:(1) 熱成形パルプは、表面が滑らかで、気孔率が低く、質感がより均一であるため、トランスファー成形 - よりも印刷適性が大幅に優れています。-熱成形により、コート板紙に匹敵する高品質のグラフィックスを実現できます。- (2) 転写成形パルプは、フレキソ印刷やスクリーン印刷を使用した単純な印刷 (テキスト、ロゴ、基本的なグラフィック) には適していますが、細かいディテールや高品質のグラフィックには適していません (表面が粗いため、ドットゲイン、インクの広がり、不均一な被覆が発生します)。- (3) どちらのタイプでも、印刷前にプライマーまたはコーティングを適用すると、表面が滑らかになり、吸収性が低下し、インクの付着力が増加するため、印刷品質を大幅に向上させることができます -。高級用途の場合は、常にコーティングまたは下塗りされた表面を使用してください。

摩擦係数 (COF)

摩擦係数は、表面の滑りやすさの尺度です。これは、スタッキングの安定性 (トレイが互いに滑らないようにする必要があります)、自動包装ラインのパフォーマンス (トレイが正しく供給される必要があります)、製品の保持力 (トレイ内で製品が滑らないようにする必要があります) に影響します。

測定方法:COF は、重りを付けたスレッド (試験材料で覆われた) を表面 (試験材料で覆われている) 上で一定の速度で引っ張り、必要な力を測定することによって測定されます。 COF は、スレッドの重量に対する牽引力の比です。静的 COF (動き始める力) と動的 COF (動き続ける力) の両方が測定されます。

標準的な試験方法:ASTM D1894 (プラスチックフィルムおよびシートの静摩擦係数および動摩擦係数の標準試験方法)、TAPPI T 815 (段ボールおよびソリッドファイバーボードの静摩擦係数)、ISO 8295 (プラスチック - フィルムおよびシート - 摩擦係数の測定)。

典型的な値:

材料 静的 COF (パルプ-オン-) キネティック COF(パルプ-オン-) 注意事項
コーティングされていない転写-成形品 0.5-0.8 0.4-0.6 高摩擦 - 優れたスタッキング安定性
コーティングされていない熱成形品 0.4-0.6 0.3-0.5 中程度の摩擦 - 良好なスタッキング
アクリルコーティング 0.3-0.5 0.25-0.4 低摩擦 - は滑らかな表面上を滑る可能性があります
PLAコーティング 0.2-0.4 0.15-0.3 低摩擦 - 滑りやすいため、滑り止め機能が必要な場合があります-
段ボール(比較用) 0.4-0.6 0.3-0.5  
プラスチック(PET/PP、比較用) 0.2-0.4 0.15-0.3  

重要な洞察:(1) コーティングされていない成型パルプは比較的高い COF - を持ち、積み重ねの安定性 (トレイが互いに滑り落ちない) と製品の保持力 (トレイ内で製品が滑り落ちない) に有利です。これは、滑りやすいプラスチックに比べて利点です。 (2) コーティングにより COF が削減されます - アクリルおよび PLA コーティングにより、表面がより滑らかで滑りやすくなります。積み重ね用途で使用されるコーティングされたトレイの場合は、低い COF を補うために滑り止め機能 (例: テクスチャード加工された表面、リブ、噛み合う形状) を追加することを検討してください。- (3) 自動包装ラインの場合、COF は重要なパラメーターです - 高すぎると、トレイが正しく供給されない (トレイがくっつく) 可能性があります。低すぎると、滑ったり、詰まったりする可能性があります。 COF は必ず実際の包装ラインでテストし、必要に応じてコーティングや表面の質感を調整します。

このガイドの使用方法: 成形パルプの特性の指定

成形パルプの特性を理解した上で、用途に合わせて成形パルプ トレイを指定するための実用的なフレームワークを示します。

ステップ 1: アプリケーションの重要なプロパティを特定します。すべてのプロパティがすべてのアプリケーションにとって同等に重要であるわけではありません。製品、出荷環境、最終用途に基づいて、最も重要な特性を 3 ~ 5 つ特定します。

- 保護梱包 (重い/壊れやすい製品):圧縮強度、破裂強度、クッション性(エネルギー吸収)、引裂強度。
- 積み上げ発送:圧縮強度、剛性、寸法公差、COF(積層安定性)。
- 食品包装 (湿った/油っぽい食品):耐グリース性、耐水性(WVTR)、湿潤強度、食品の安全性(移行)、耐温度性。
- 食品包装(乾物、MAP):酸素バリア (OTR)、水蒸気バリア (WVTR)、食品の安全性、ヒートシール性。
- 消費者向け/プレミアム パッケージ:表面粗さ、印刷適性、寸法公差、外観・色、剛性。
- 自動包装ライン:寸法公差、剛性、COF、重量の一貫性、含水率。
- 高湿度環境:-耐湿性(WVTR)、湿潤強度、含水率安定性、寸法安定性。
- 極端な温度 (冷凍庫/オーブン):温度範囲、熱伝導率、耐湿性(結露)。

ステップ 2: 重要なプロパティの目標値を設定します。アプリケーションの要件に基づいて、重要なプロパティの目標値 (最小または最大) を設定します。このガイドの一般的な値の範囲を開始点として使用し、特定のニーズに基づいて調整します。強度特性には 1.5 ~ 3 倍の安全率を含めてください (変動性、湿度、動的荷重を考慮するため)。

ステップ 3: 適切な材料タイプと構成を選択します。目標の特性値に基づいて、適切な成型パルプの種類(トランスファー成型と熱成型)、繊維ブレンド(再生紙、バガス、漂白、ブレンド)、肉厚、密度、コーティングや添加剤を選択します。{0}一般的な値の範囲を参照して、どの構成がターゲットのプロパティを満たすことができるかを判断してください。

ステップ 4: プロトタイプを作成してテストします。材料構成を指定したら、プロトタイプを作成し、このガイドで説明されている標準化されたテスト方法を使用して重要な特性をテストします。テスト結果を目標値と比較し、必要に応じて仕様 (繊維のブレンド、厚さ、密度、コーティング) を調整します。プロトタイプがすべてのターゲット プロパティを満たすまで繰り返します。

ステップ 5: 品質管理 (QC) 仕様を設定します。 Once the prototype is finalized, translate the property targets into QC specifications for production. Include: (a) critical properties to test (e.g., compression strength, moisture content, dimensional tolerances); (b) test methods (e.g., ASTM D642 for compression, ASTM D4442 for moisture); (c) acceptance criteria (e.g., compression strength >500N、含水率6-10%、寸法±0.5mm); (d) サンプリング頻度 (例: 生産中は 2 時間ごと、入荷時の出荷ごと)。 (e) 不適合手順 (バッチが QC に合格しなかった場合の対処方法)。

ステップ 6: 監視して改善します。生産バッチの特性を継続的に監視し、データを使用して傾向を特定し、プロセスを改善し、仕様を改良します。現場での障害 (輸送中のトレイの破損、湿気による損傷など) が発生した場合は、根本原因を分析し、それに応じて仕様または QC プロセスを更新します。

結論

パルプ成型品は、幅広い特性を備えた多用途の包装材料です - が、それらの特性は固定されていません。繊維の種類、製造プロセス、壁の厚さ、密度、含水率、コーティングによって大きく異なります。これらの特性 - とその測定方法 - を理解することは、成型パルプを正しく指定し、代替材料と比較し、最終製品が性能要件を満たしていることを確認するために不可欠です。

重要なポイントは次のとおりです。

1. 機械的性質(引張、破裂、圧縮、引裂き、剛性) によってトレイの保護性能が決まります。熱成形されたパルプは、密度が高いため、同じ厚さのトランスファー成形よりも 2-3 倍高い強度を持っています。トレイの設計 (リブ、3D 成形) は、材料特性のみよりも圧縮強度に大きな影響を与えます。
2. 物理的性質(密度、厚さ、気孔率、含水率、寸法公差) は材料の構造と品質を表します。トランスファー成形(150-300 kg/m3)と熱成形(300~500 kg/m3)の主な違いは密度です。{1}水分含有量 (目標 6 ~ 10%) は重要な QC パラメータです。熱成形品は、トランスファー成形品 (±0.5 ~ 1.0mm) よりも厳しい寸法公差 (±0.2 ~ 0.5mm) を持ちます。
3. 熱特性は成型パルプの大きな利点です。-コーティングされていない成型パルプは、-40 ℃ ~ 200 ~ 250 ℃ (短期) で使用できるため、プラスチックでは実現できない「冷凍庫からオーブンまで」の用途が可能になります。パルプ成型品は優れた断熱材でもあります(段ボールに匹敵します)。
4. バリア特性(WVTR、OTR、耐グリース性)は、コーティングされていない成形パルプの主な制限です。- パルプは水蒸気、酸素、グリースに対して非常に透過性があります。コーティングによりバリア特性を劇的に向上させることができます。水ベースのアクリルは中程度の耐水/耐油性を実現し、PLA は高い耐水/耐油性を実現し、PVOH は酸素バリアを実現します。-最高のバリア要件を実現するには、成形パルプ + バリア フィルムの積層が必要になる場合があります。
5. 表面特性(粗さ、印刷適性、COF)は、外観と機能に影響します。熱成形品の表面は滑らかで印刷可能な表面(高級板紙に匹敵)ですが、トランスファー成形品の表面は粗く繊維質です(単純な印刷のみに適しています)。{1}コーティングされていない成型パルプは高い COF - を持ち、積み重ねの安定性に有利です。
6. パルプモールドの指定アプリケーションの重要な特性の特定、目標値の設定、適切な材料構成の選択、プロトタイピングとテスト、QC 仕様の設定が必要です。圧縮強度や積み重ね性能などの用途固有の特性については、(平らな材料サンプルだけでなく)完全なトレイを必ずテストしてください。{1}

Hesheng には、保護包装用の低密度-転写-成形トレイから高級消費者用途向けの高密度熱成形トレイまで、正確に制御された特性を持つ成形パルプ トレイを製造するための技術的専門知識と製造能力があります。-当社は、繊維オプション (再生紙、バガス、漂白、カスタム ブレンド)、コーティング (アクリル、スチレン-アクリル、PLA、PU、PVOH)、添加剤 (湿潤紙力増強樹脂、サイジング剤、ESD- 安全配合) のあらゆるオプションを提供しています。また、当社の製品がお客様の特性仕様を満たしていることを確認するために、標準化された ASTM、TAPPI、ISO メソッド - を使用した包括的な試験サービス - も提供しています。当社の品質管理システムは、バッチ間で一貫した特性を保証し、出荷ごとに完全なテストレポートを提供します。

新しい用途に成形パルプを指定していて、適切な特性と材料構成を決定するためのサポートが必要な場合は、Hesheng の技術チームに連絡してください- 弊社は喜んでお客様の要件を評価し、最適な材料構成を推奨し、プロトタイプとテストデータを提供し、仕様と認定プロセスのあらゆる段階をご案内いたします。適切な特性を備えたパルプ成形品は、最も要求の厳しい性能要件を満たしながら、他の材料では実現できない持続可能性、コスト、設計上の利点を提供します。-。お客様の用途に最適な特性のバランスを見つけるお手伝いをさせていただきます。

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