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塑木复合材料在家具中应用的关键技术
来源: 作者: 发布日期:2012-06-08 阅读次数:3241 评论数:0 收藏 打印 
2012年6月1日上午,应中国塑木网(www.WPC.cn)邀请,华南农业大学林学院李凯夫教授在“2012中国塑木新产品推介暨工程项目对接洽谈会”上发表了题为《塑木复合材料在家具中
2012年6月1日上午,应中国塑木网(www.WPC.cn)邀请,华南农业大学林学院李凯夫教授在“2012中国塑木新产品推介暨工程项目对接洽谈会”上发表了题为《塑木复合材料在家具中应用的关键技术》的演讲。李教授演讲内容丰富、角度新颖,为我们更好地研究、学习、创新塑木复合材料应用带来了新的启示。
   我们将李教授演讲PPT已经转为PDF文档供会员下载,请通过以下地址访问文件——
   http://pan.baidu.com/netdisk/esinit?vc=5cfe26986c5cbaf85bfea3d6c941dccd
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   下面是部分演讲节选内容:
   “十二五”期间,中国塑木产业理应有一个革命性飞跃,成为资源节约与环境保护的最佳实践者。与国外相比,国内相当一部分塑木产品还停留在较为低端的水平,目前主要还是以室外的铺板和景观材料为主,在家装、家具制造及汽车零配件等高端领域的应用几乎是空白。近年来,塑木复合材料还进入了汽车零配件等高端应用领域。德国人甚至将它用到了奔驰、宝马等高级轿车上,凸显出高端化的发展趋势。
   1.塑木复合材料是家具制造的优良材料
   家具由材料构成,制造家具的材料多种多样,如木材、人造板、钢管、塑料、皮革、织物等等。材料的种类、构造、性能直接影响到家具的质量、性能、制造工艺和价格,因此材料在家具生产中占有举足轻重的地位。现代家具以人造板家具为主,板式结构的办公家具、厨房家具、卧室套装家具等等都是用MDF、刨花板、细木工板和胶合板等制作的,即使是框式结构家具,其中有的部件如椅座靠背也往往用人造板制作,甚至桌椅腿也可采用MDF做。
   随着国民生活水平不断提高、居住条件改善,人们对家具的需求量越来越大,家具需求趋向多样化、个性化、高档化、时装化。由于木材具有悦目宜人的颜色,优雅美丽的纹理、良好的触感、强重比大和易加工等优点,因此木材自古以来即是制作家具的首选良材。在人们环保意识增强、崇尚回归自然的今天,实木家具更是受到人们的青睐,但是当今木材资源短缺。我国森林覆盖面积仅20.36%,人均木材资源占有率仅9.2m3,属木材资源匮乏之国。面对我国社会对家具不断增长的巨大需求,预计板式家具、包括具有实木外观的新材料家具将会获得更大发展,因此塑木复合材料将更加显得重要,塑木复合材料企业必须重视塑木复合材料在家具生产中的应用,与家具业携手进行应用技术的研究,充分了解家具用塑木复合材料的质量要求及家具业的发展趋向,不断提高塑木复合材料质量和开发新产品,为家具业提供充足的优质原材料,在满足我国家具需求的同时也求得自身的发展。塑木复合材料企业走内涵发展道路,进行塑木复合材料深加工自己生产家具时,更需做好塑木复合材料的应用研究工作。当然,家具企业也应充分了解各种塑木复合材料的特点、性能,进行合理的应用。
   1.1家具用塑木复合材料的性能要求
   任何家具都是由若干个零部件按一定要求装配组成,虽然家具品种、款式尺寸多种多样,零部件的形状尺寸、质量要求和数量也各不相同,但同类家具的构成均有其自身的规律、有章可循。例如板式结构框类家具不论是大衣橱、书橱,还是客厅低柜、床头柜,均是由旁板(含中旁板)和顶(或面)板、底板组成柜胴体,然后在柜胴体上安装背板,起围蔽作用并增加柜体的刚性,再装抽屉、门板和活动的搁板等。有的柜子还有脚架,以它支承整个柜体有的橱柜要加上装饰用的帽线、装饰木线等。目前柜体的接合基本采用拆装结构,用连接件与圆榫进行接合橱柜上的各零部件所起作用不同,因此所采用的材料,构造也应有所区别,应分别加以考虑和选用。例如搁板上放置物品起承重作用,要求有足够的抗弯强度,同时.其每米长的下垂变形不能大于3mm,否则人的眼睛能明显感觉到变形,而影响美观。
   又如柜门常处在视觉中心,门面装饰要求高,尺寸形状要正确,门与柜体间隙(或留边)要均一,不翘曲、不下垂,而门是活动的、经常启闭,因此门板的握螺钉力要大,才能装牢铰链门板两向要取对称结构,不能太重。
   只要条件掌握适当,用塑木复合材料可以达到家具特性要求,塑木复合材料还可进行镂铣装饰。旁板与顶底板间通常用圆榫定位,连接件接合,为保证接合强度,首先要求板材的内结合强度要足够,同时注意配合公差,选择优质连接件。
   我国对家具用塑木复合材料的性能缺乏研究,使用时间不长,积累经验也少,尚缺少具体指标。正因为使用时带有盲目性,致使家具质量难于得到保证,制成的家具有时产生翘曲变形,接头脱落、松动,板材开裂、破坏等而引起用户与家具厂的纠纷,造成经济损失。
   1.2塑木复合材料家具的结构设计
   塑木复合材料作为一种标准工业板材给家具这一传统行业带来了革命性的变化,因为这种材料克服了天然木材的某些缺点而为家具的工业化生产打开了方便之门。结构设计离不开材料的性能,对材料性能的理解是家具结构设计所必备的基础。要做好塑木复合材料家具的结构设计需要解决两大问题,一是充分考虑以塑木复合材料作为制造家具的材料时,对家具结构设计的特殊要求,这属于设计思想问题,也可称为设计理论;二是如何具体设计塑木复合材料家具的基本结构,这是一种方法和手段,在此将之称作为设计实务。前者是务虚的,但却是指导性的,可为设计师的创造性工作提供思维源泉;后者是务实的,可直接应用与设计操作的。
   2.塑木复合材料在家具应用的限制因素
   2.1生产方式
   目前塑木材料的生产主要采用挤出成型,即把木粉和熔融的塑料混合后挤出模孔得到各种型材与板材,型材成品率远远高于板材。为了减少原料用量,企业多采用微发泡技术降低材料的密度和通过模具技术在型材中产生细小通孔。表面可采用喷漆或油墨印刷技术进行装饰和保护,其中印刷技术不仅可以得到非常逼真的木材、石材纹理,而且由于油墨渗透到材料内部,一定范围内的表面划伤不会对外观产生较大影响。
   塑木材料的生产方式对于家具设计制造有以下限制:
   ……
   3.应对方案
   3.1采用适宜的制造技术
   (1)塑木型材的弯曲试验证明塑木型材的单一直线风格可以得到改观,曲线造型和弯折都可以在塑木家具上出现。根据初步测试,确定且变形温度范围在155℃度左右,参考金属弯管工艺和初步试验,确定选用填充热砂在模具内弯曲的方法,根据设计目标确定弯曲半径和角度范围,确定最佳变形温度,根据每次试验结果调整弯曲技术。经过分析得出结论:实心材料的最佳变形温度在155℃左右;空心材料的最佳变形温度在162℃左右;90度转角时的最小弯曲半径极限为20mm和40mm;45度转角时的最小弯曲半径为31mm。从结果来看,塑木型材用于家具设计和生产的造型自由度和转角问题可以解决,弯曲工艺有利于产生造型特色。
   (2)发泡成型技术是成熟运用的生产技术,目前用于塑木房门的制造,基本原理是在两块塑木薄板中间充入发泡剂,利用发泡剂产生的热量和压力使塑木板材紧压在模具内表面产生拉伸变形,冷却后自然粘结为整体门板。这样生产的门板可以预埋铰链、拉手、垫木和电路及锁具的管道,生产效率高、成本低廉、具有实木门的外观品质。这项技术稍加改进就可用于生产有预埋件的家具门板、面板、整体靠背椅等部件,不但成本低、效率高、便于安装,而且可以利用模具得到不同的浮雕图案,使家具造型和表面装饰形式的选择更多。
   (3)借助专用五金件和塑料件解决塑木型材的封口和联结问题。通常铝合金型材制品是通过着色或电镀塑料扣件封闭端口,塑木型材不仅可以借鉴这种方法,而且可以利用材料的弹性使扣件与型材结合得更紧密,从而达到更整体化的视觉效果。一个较好的例子是塑木装饰绒的安装方式:装饰钱上开有一个带封条的钉槽,用钉子固定好装饰线后再把封条卡在槽上,这样钉孔就不会影响美观了。塑木件专用联结件设计要考虑以下因素:塑木型材内孔尺寸没有铝合金型材精确,联结件要有较大的适应性;薄壁强度较金属材料小,五金件和塑木型材的固定要有足够大的接触面积;利用型材的内腔空间安装微妙的机构从而实现某些特殊功能;利用发泡技术可以把五金件预埋在型材内部。
   3.2采用适宜的设计
   ……
   4.对发展塑木家具的几点看法
   4.1加强塑木复合材料在家具应用的研究
   原材料的质量是保证家具质量的基础,目前我国尚未对家具用塑木复合材料的质量要求进行专门的系统研究,致使塑木复合材料制造者缺乏可靠的根据,家具对塑木复合材料提不出具体要求,导致家具质量缺乏基本保证。建议塑木复合材料企业、家具企业与有关院校研究机构组织起来开展塑木复合材料在家具应用的研究。
   4.2开发新产品
   调整塑木复合材料产品结构赢得市场,是塑木复合材料企业求生存和发展的必由之路。家具制造中需要各种质量要求不同品种的塑木复合材料。如厨房家具,在高湿环境下用的家具等均要求塑木复合材料具有防水性,吸水膨胀率要小;高层建筑、公共场所用家具,需要具有防火、阻燃功能;用于制作橱柜面板、椅腿等零部件时需要用特厚塑木复合材料;用做空心覆面板的覆面材料、橱柜背板、抽屉底板等需要厚度为1.5-5mm的薄型塑木复合材料,以代替胶合板;为减轻家具重量,需要开发强度等符合使用要求而密度为0.4g/cm3左右的轻质塑木复合材料。
   塑木复合材料处在实木家具高品质和板式家具低价格这个夹缝中,塑木家具很难在客厅和卧室占有一席之地,但是塑木复合材料优良的防水性能决定了它独特的使用价值。卫浴装修风潮和整体厨房的高价位给塑木复合材料提供了进军家具市场的契机,以卫浴家具为塑木家具开发的突破口是让消费者认识和接受塑木复合材料的捷径。
   户外家具对材料的耐侯性要求较高,塑木复合材料能够满足这一要求。阳光中的紫外线使大多数塑料制品加速老化,但是塑木复合材料中的木粉能够有效遮挡紫外线进入材料内部,从而使塑木复合材料可以在户外有较长的使用时间。从经济因素分析,塑木复合材料比木材和金属材料的生产成本和维护成本都要低,因此,用它来开发户外家具很有发展前途。
   4.3制订适用的标准
   我国现行的相关标准在质量指标的项目以及指标的水平方面与家具用塑木复合材料质量要求有很大差距。例如家具的横向构件,如橱柜的搁板、顶底板、桌面板等,常常产生严重的下垂弯曲,这是由于板材蠕变性大所致,所谓蠕变是指板材在长期载荷作用下产生的永久变形,塑木复合材料的蠕变比等厚的实木板要大,而且与环境湿度密切相关,湿度大,蠕变亦大。因此,要提高塑木复合材料的弯曲弹性模量达2500MPa左右,并在此基础上正确使用、合理设计,如贴单板、封边、取适当厚度和跨距等。现代家具大部采用拆装结构,藉连接件进行接合,要保证接合强度,首先要保证基材有足够的内结合强度,最好在0.55MPa左右,并按板厚作适当调整。塑木复合材料的密度宜大于0.75g/cm3,而且板材的密度差应控制在±5%,如密度差过大会引起板件的变形,影响接合强度。此外还需增加一些指标如表面结合强度、表面吸收性能等,这些指标关系到板件的装饰性、尺寸稳定性等。
   ******************
   作者简介:李凯夫,男,博士,教授,博士生导师。中国林学会木材工业分会常务理事;广东省林学会理事;广东省家具协会常务理事;广东省林业产业协会副会长、专家委员会主任;中国塑料加工工业协会WPC制品专业委员会专家组专家。现任华南农业大学新技术木质复合材料工程中心主任,主要从事木材科学与技术学科和WPC工艺的研究和教学工作。电话:13527787100;传真:020-85280256;电子信箱:kfli@scau.edu.cn。
  
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