蜂窝复合材料及其在家具中应用的新技术.doc

蜂窝复合材料及其在家具中应用的新技术咖技术蜂窝复合材料及其在家具中应用的新技术浙江林学院刘晓红高新和蜂窝复合材料是一种新型材料,特点是质轻,强度大,刚度高,并具有缓冲,隔震,保温,隔热和隔音等功能,被广泛应用于建筑业,车船制造业,家具制造,包装和运输业,替代木材,泥土砖和高发泡聚苯乙烯,具有较高的经济价值,并可回收利用;同时可节约大量的森林资源,保护和改善生态环境,是一种符合21世纪发展主题的环保新型材料.作为蜂窝复合材料的终端用户之一的家具企业,也越来越多地使用蜂窝复合材料生产各种家具的零部件,尤其是平面的板件,用其制作越厚的板件其成本和重量的优越性越突出.但与全国5万多家家具企业的数量相比,使用蜂窝材料的只是极少数;一是宣传和推广力度不够,另重要原因就是传统的生产有框架蜂窝复合板大多利用手工,机械化程度低,工艺复杂,并且不稳定,影响了它的推广.为此,国外先进家具设备制造企业经过多年的研究,生产出了无框架蜂窝复合板,解决了工业化,自动化,标准化的问题,尽管还有很多配套问题还在研究和解决过程中,但毕竟使蜂窝复合材料在家具工业的应用方面发生了质的飞跃.1.蜂窝结构材料的起源科学家研究发现,蜜蜂所做的六角六面状窝是一个杰作,它以最少的材料消耗,构筑成极为坚固的蜂窝,其结构要比其他任何形状的结构更强有力.因为这种多墙面的排列和一系列连续的蜂窝形的网状结构,可以分散和承担来自各方的外力,使得蜂窝结构对挤压力的抵抗,比任何圆形或正方形要高得多.从材料力学的角度讲,纸质的强度并不高,但其直立之后的立面强度要比其水平面的强度高75倍.如再对纸质进行固化处理,则可使每层纸的立面硬度增大数百倍,将这些纸制成特制的蜂窝状结构的纸板,可使千万张竖立起来的牛皮纸擎起巨大的负荷重量.这样一来,在某些方面,以纸代木,以纸代钢就成了现实.科学家对蜂窝结构的研究,给人们的启迪是,即使非常薄的材料,只要把它制成蜂窝形状,就能够承受很大的压力.正是受到蜂巢的启发,蜂窝结构材料才开始面世.蜂窝板一般分金属和非金属两大类.金属类蜂窝板主要适用于飞机制造业,汽轮机制造业,船舶制造业,交通运输业等.非金属类蜂窝板又分纤维类和纸类.纤维类蜂窝板主要用于交通运输业,室内装饰业以及家具业等;纸类蜂窝板主要用于包装业,建材业,家具业等.包装业用的纸类蜂窝板,即蜂窝纸板,主要用于制作包装箱及运输包装.2.蜂窝纸芯的成型理论蜂窝纸芯的成型原理,可以通过一个简单的试验进行说明.首先在一张纸条的一侧沿纸条长度的垂直方向上涂上节距(T),宽度(B)相等的若干条胶线,而且节距是胶线宽度的4倍(T=4B),同样我们在另一条纸条上也涂上相同的胶线,然后将两条纸条错位复合,就可以形成一个正六边形的蜂窝结构.圈1蜂窝纸芯的错位上胶理论田至于错位粘胶复合,就是将第二条纸的胶线准确地粘胶在第一条纸条两条胶线间距的正中位置的反面(如图1),当若干条纸条依次这样粘接时,把纸条横向拉开至均匀,这样若干个正六边形就形成了.当改变胶线的宽度和节距时(T413),蜂窝就会变成其他形状的蜂窝.当孔径即蜂窝的内切圆直径改变时,可以获得不同型号的蜂窝纸芯.在实际的生产过程中,一般大蜂窝孔径的纸芯容易拉伸,生产的速度也可以提高,但强度较低.一般在蜂窝托盘生产中,采用B型(内径为l5毫米)和c型(内径为2O毫米)的蜂窝纸芯,在家具中多使用B型(内径为15毫米).3.蜂窝复合纸板的生产技术现状我国是继美国,日本,荷兰之后,第四个能生产蜂窝复合纸板的国家.我国蜂窝纸板设备经过十几年的探索,尝试,改进,完善和提高,如今蜂窝纸板设备已形成了自己的风格和生产能力.据不完全统计,国内研制生产蜂窝纸板设备的企业有3O家左右,可以生产原辅材料,蜂窝纸板,托盘,包装箱,卫生棺,建材,家具和衬垫隔板等多种产品,并已成功地研制出生产制造商们所谓的第五代,第六代的蜂窝纸板生产45中国林业产业2006年4月技术l专用设备.这标志着我国蜂窝技术,装备的新起点,无论在设备加工精度,蜂窝纸成型强度,幅度的适应范围,还是在减少能源消耗,降低生产成本等方面都有了较大的改进和提高.在技术水平上,国产设备与国外设备相比,虽在整体上尚存在一定的差距,但在关键技术上并不比国外的差,而且价格上国产设备不到国外设备的1/6.近年来,国内出现了一些有创新能力的蜂窝纸板设备生产企业.例如浙江省黄岩华谊蜂窝技术有限公司,其研制的FBjZ12/1600型蜂窝纸板生产线于1999年2月通过了省级成果鉴定,彻底地解决了加工制作蜂窝纸板通过窄幅原纸限制的难题;北京众和恒业蜂窝纸板成套设备有限公司研制的FBJD12/1300型蜂窝纸板全自动连续生产线,于2000年8月通过了部级新产品鉴定.该生产线的成功开发,在国内外实现了蜂窝纸板由进纸到出成品纸板的全过程自动连续化的生产,不仅减少了每道工序造成的=I=艺方面的材料损耗,而且设备工作效率高.大大地降低了生产成本,填补了国内外蜂窝纸板行业无连续生产线的空白;还有北京中玉仁技术有限公司研制并投入使用的FBJD12/1200F型蜂窝纸板生产线于2000年11月上旬通过了北京市经委组织的专家鉴定.该型生产线采用可调胶辊实现了蜂窝纸芯不同孔径快速调整的特点,制板滚压实现联动,使电机总容量明显下降,既可节能,又降低了设备造价,减轻了用户负担;滚压烘干机实现了高低两端的同步调整.改进了纸板烘干方式,用最先进的多晶半导体加热取代了微波加热.这样既排除了微波辐射给操作人员带来的危害.叉节约了能源,降低了成本,大大方便了维修工作.实践证明,我国蜂窝纸板技术在不断地创新,改进和完善,出现了强劲的发展势头.目前,我国国产蜂窝纸板设备能够生产出标准的蜂窝纸芯,以及有效地对纸芯进行上下层复合,生产出不同厚度,宽度的蜂窝纸板.根据不同用途要求,亦可将纸板加工成不同类型,规格的成品,也可以与胶合板,纤维板,树脂板,金属板等不同材质板材进行单面或双面粘中_林业产业2006年4月46接复合,制成各种蜂窝板材.估计目前全国蜂窝纸板的生产能力每年约为6000万平方米.国产线的推出无疑将为蜂窝纸板的推广应用带来勃勃商机,同时结束了国内蜂窝纸板产品只能靠进口设备生产的历史,更给家具企业使用蜂窝复合材料提供了技术和质量的保障.4.蜂窝复合板在家具上应用的新技术4.1蜂窝复合板的构成在家具制造上,蜂窝复合材料多是以蜂窝复合板的形式被使用的.蜂窝复合板由薄型人造板与蜂窝纸芯经施胶,加压粘合而成的复合板材(见图2).作为夹层材料,蜂窝纸芯材仅占实心材料的1争5%左右,使用1吨的蜂窝纸复合材料,可以替代使用3050立方米的木材.4.2在家具上的使用在家具制造业推广使用蜂窝复合材料,将会大大减少木材的使用量,而且能改善人造板变形的缺陷.以20毫米厚度的板材为例,如果使用2.5毫米的中纤板为面板制成蜂窝复合板,材料的用量和重量仅为实心中纤板的1/4左右;而复合板的成本却只有实心板的1/2左右,并且,复合板具有重量轻,不易变形,运输方便等优点.因而,在欧洲,80%以上的内房门为蜂窝复合门,大多数20毫米厚度以上的家具板材为蜂窝复合板.蜂窝复合板非常适合应用于板式家具.例如,可用于厚度大于18毫米的旁板,面板,顶板,隔板,底板,门板,隔断以及一些装饰件.越厚的板材则更能显示出蜂窝材料的优越性;厚板还具有良好的抗弯特性,用于餐桌,茶几,电视柜等.甚至还有家具生产厂家将其用于制造家具的支撑腿,可见其应用的广泛性.目前,仅在广东地区,家具企业使用蜂窝纸芯的就已超过200家,国内许多着名的家具企业,如富运,迪信,海沃氏,霍曼,万利宝,皇朝,富玮,大豪兴利,高帆,天诚,新蓝天,浙江的富得宝和四JII的全友等,都已使用蜂窝纸芯制作一部分家具零部件.但相对于整个家具行业而言,使用蜂窝纸芯生蝴技术产家具的企业还是很少的,尚有很大的市场空间有待开发.在香港市场,使用优质蜂窝材料复合成高档板材,制成的高档家具十分畅销.用户称之为飞机木.在日本市场,家庭主妇则十分欣赏蜂窝家具的轻巧,众多日本客商明确提出家具生产商要使用蜂窝纸芯制造家具零部件.4.3在家具上应用的新技术新型轻质无框架蜂窝板的生产传统上,在家具制造中使用蜂窝板都采用有框架蜂窝板,然而在2005年5月德国汉诺威展览会上,德国IMA公司首次展出了多年的研制成果轻质无框架蜂窝板封边机,它使一种新的高效低成本的轻质无框架蜂窝板封边工艺成为可能,在利用纸质蜂窝材料制造家具方面开创了新思路,方法和前景.它使蜂窝纸制造家具可以实现产业化,工业化和自动化.(如图3,4)新型轻质无框架蜂窝板的制造工艺是一种工业化的生产过程.它采用大板(48,即1220毫米2440毫米)的制造工艺,即先做无框架大板蜂窝板.具体做法如下:将2张48的3毫米厚的高密度板经过布胶之后,中间夹上经过拉伸处理的48的蜂窝纸.然后将这种已组好胚的48三层大板送入热压机里热压,热压之后采用电子开料锯或裁板机进行锯切达到所需要的尺寸.这种轻质无框架蜂窝板,四周没有框架,经过德国依马公司生产的无框架蜂窝板封边机进行支撑边条和装饰边条的封边,就形成了各种规格的家具板件.新型轻质无框架蜂窝板与有框架蜂窝板工艺相比,具有很多优点.有框架蜂窝板的制造工艺复杂,很大程度上依靠人工,由于框架精准度的影响,质量不够稳定,因而这种工艺难以大批量生产,形成工业化生产规模.而无框架蜂窝板的新工艺可以大批量,机械化生产出所需的不同规格的家具板件.并且这种蜂窝板具有与同样厚度的刨花板相同的抗压强度和抗破碎性能.新型轻质无框架蜂窝板在欧洲的面世和普及使用,也将会对中国家具行业产生影响.家具生产中所需不同厚度的家具部件,可以通过选用不同厚度的蜂窝纸制成不同厚度的轻质无框架蜂窝板大板,然后经过开料裁制成所需要的各种尺寸的板坯.最后.这些无框架蜂窝板,经过德国IMA公司生产的无框架蜂窝板封边机进行封边.即可得到各种规格的家具部件.这种工艺不仅大大减轻了厚板件家具部件的重量,同时还大大简化了工艺流程,使厚板件家具部件的制造成本大大降低.可以预见,中国家具业也将出现更多的新型轻质无框架蜂窝板的身影.5.结柬语我国是在20世纪80年代后期才开始研制蜂窝制品的,比国外滞后了40多年.尽管近些年在生产设备,蜂窝纸品的种类上以及在使用的领域上有了很大的进步和拓展,但总体水平还很低,尤其是蜂窝纸板制