蜂窝复合板的性能以及在家具中的应用

       中国的家具业正以迅猛的速度发展着。到2002年，全国的家具企业已有5万家，总产值达1 650亿元，出口额达到54.17亿美元，较2001年增长了36.5%，中国已成为家具生产和出口大国。预计今后10年，需求额将以每年10%－15%的速度递增。家具工业每年需用木材4000万m3以上，已成为用材大户。但我国木材供应不足，需大量依靠进口，据统计，2001年进口木材及林产品合计金额达90多亿美元，是继石油产品之后的第二大宗产品。为了家具业的可持续发展，在家具行业推广和使用蜂窝复合板具有重要的现实意义。

　　1 蜂窝复合板材的概述

      蜂窝结构材料起源于仿生学，最早用于航空航天领域，它以其比强度、比刚度高，隔热、隔音、表面平整、不易变形、用料省和综合成本低等卓越性能，在包装材料、建筑业、家具制造等行业得到了广泛的应用。它可以是纸质的，也可以是各种金属的，还可以是其他材料制成的。
 

　　蜂窝纸芯是一种纸质的蜂窝结构材料。它是由再生纸经上胶、叠层、压制、裁切和连接而制成的，具有优良的抗压、抗弯性能。
 

　　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。作为夹层材料，蜂窝纸芯材仅占实心材料的1%-5%左右，使用1t的蜂窝纸复合材料，可以替代使用30-50m3的木材。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。因而，在欧洲，80%以上的内房门为蜂窝复合门，大多数20 mm厚度以上的家具板材为蜂窝复合板。

　　因此，在家具行业推广使用蜂窝复合板材，对缓解木材短缺、保护森林资源和生态环境、促进林业的可持续发展都将起到不可忽视的作用。
 

　　2.1 蜂窝纸芯产品的类型

　　蜂窝纸芯产品一般有两种类型：
 

　　（1）连续型 约1m3的蜂窝纸芯展开后的面积大约1000m2，它是由同厚度的蜂窝芯块连接在一起的一整条。其优点是节省材料，使用率可达99%以上，运输成本低，适用于连续、大规模的工业化生产；

　　（2）单元型 展开后的表面积大约2-4m2，可由人工拉伸。

　　蜂窝纸芯在使用之前一般需要拉伸定型，使蜂窝呈正六边形且蜂窝孔径一致、均匀。拉伸定型方式一般有如下两种：

　　2.2.1 机械式拉伸、干燥和定型此法

      是通过专用设备—拉伸干燥机来完成的，生产效率高，适合于大规模生产线生产使用。下面介绍两种专用拉伸设备：

　　（1） 程控电动拉伸机DEX2 该机用红外的方式干燥蜂窝纸芯，其拉伸干燥能力大约为2 m/min，也可以配置型号为KAU的厚度校准单元。使用时，蜂窝芯的拉伸长度由光电开关预置，但此机器以手工方式切割。

　　（2） EDOK120/100 自动拉伸干燥机其输出和干燥能力为4 m/min，配有自动切刀切割蜂窝芯，拉伸长度由控制台预置。采用配套的附加干燥部件后，机器的干燥能力可以提高到12 m/min。

　　拉伸机一般使用电加热部件，某些型号也用热油、热水或高温蒸汽为热源的，一般可以使其含水率降到4%以下。蜂窝纸芯由机器内置的传动链或是传动带输送。所要求的蜂窝纸芯长度可以预先设定，用气动切刀或手动切刀切断。此时拉伸干燥好的蜂窝纸芯保持最佳的六边形状态，便于使用。

　　2.2.2 人工拉伸、展开和定型即在一张预制的平台上用自制的钉耙对蜂窝纸芯进行拉伸，可让蜂窝芯自然干燥或加热烘干后，以手工方式切割所需的尺寸。

　　未展开蜂窝纸芯的宽度一般有1000 、1250、1560 mm三种。为获得最大的表面积，拉伸后蜂窝芯格应尽量接近正六边形，即展开后的蜂窝芯宽度为未展开宽度的75%时为最佳。在使用时，用户可以根据实际需要的尺寸，蜂窝纸芯的拉伸范围可控制在60%至80%之间，此时蜂窝纸芯的表面积均小于最佳表面积。在上述极端的情况下，表面积将减少3%左右。

　　必须特别注意的是在使用连续型蜂窝芯时，不要在开始时将塑料缠绕膜包装带完全撕开，以免蜂窝芯散开难以处理，应边用边将缠绕膜向下拉开，以保证蜂窝芯的正常使用。
 

　　制作蜂窝纸复合板材常用的粘合剂有脲醛树脂胶、聚乙酸乙烯酯乳液以及聚氨酯胶。
 

　　3.1 脲醛树脂胶粘剂（UF）

　　家具行业普遍使用粉状脲醛树脂，因其贮存期长（可长达1～2年至久）、使用简便（加入适量水分和固化剂就可以调成胶液）、固化时间短。较为常用和理想的固化剂为氯化铵、氯化锌、盐酸苯胺、硫酸铵和磷酸铵等，一般用量为树脂的0.1%-2%。

　　聚乙酸乙烯酯乳液胶（PVAc），俗称“白胶”或“白乳胶”。它的缺点是耐水性、耐湿性、耐热性差。因而用于制作蜂窝夹芯板材的白乳胶，要用改型的防水型PVAc。它常温固化速度较快，不需要加热和添加固化剂。

　　聚氨酯（PU）胶可以常温固化，也可加热固化，是一种很好的蜂窝结构胶。它在室温中固化，一般需要24h左右；在60-100 ℃时，固化时间一般为1.5-3h。可广泛用于蜂窝纸芯与各种面板材料，如木板、防火板、钢板、铝板、玻璃、皮革、塑料等的粘合。

　　4 蜂窝纸芯的选择和制作蜂窝复合板的工艺

　　在实际的应用中，一般蜂窝纸芯不需特殊处理。但如有特殊需要，蜂窝纸芯经处理后亦可以同时具有防潮、隔热、阻燃和防火等多种性能。
 

　　4.1 蜂窝纸芯类型的选择

　　不同的生产厂家，其蜂窝纸芯的规格型号也略有差异。以广州荷力胜蜂窝纸公司为例，它主要有A、B、C、D和E五种型号的蜂窝纸芯，其内径尺寸分别为10、15、21、25和40mm，厚度在10-100mm之间，宽度有900、1000、1100、1250、1140、1560 、2000 mm七种规格。以上规格的蜂窝纸芯经各种组合可以满足所有用户和各种产品对蜂窝纸芯的要求。

　　             在选用蜂窝芯时，可根据蜂窝板材的具体要求参考表1和表2来确定：

                          表1 蜂窝纸芯类型的选择

                             表2 常用规格冒蜂窝纸芯的性能指标

　　*表中所列的数值为在拉伸干燥后测得的值。在实际使用时，如果使用水性粘合剂，蜂窝芯的抗压强度将由于含水率增加而减小，复合加压时，压机的压力应相应地减小。

　　在制作平面门时，一般选择C型蜂窝芯，制作模压门时，则选择D型。在制作家具板材时，如大班台面，则使用B型蜂窝芯较好。对于轻质隔墙，一般可选C型蜂窝芯填充。在制作蜂窝纸板时，A、B、C、D型均可以使用，视蜂窝纸板的用途而定。

       4.2 蜂窝复合板制作工艺

　　蜂窝复合板的制作工艺如下图所示，主要分三个步骤。

蜂窝纸芯→ 展开→      切断

薄板→      裁板→      涂胶         加压→ 裁边→ 蜂窝板成品

木板→      裁成方条→ 组合成框

　　a.接口（可以是平口，也可以是45°）施胶并打码钉连接（码钉形状为U形）；

　　b.接口打孔，用木质的圆棒榫连接，但也要打码钉，以防加压时移位；

　　c.开榫连接、台阶连接以及穿条加胶连接，上述3种方法制成的蜂窝复合板，其四周的边部不再封边，因此，对框架本身的结构要求就非常高。

　　边框条和档料可以用实木制作，也可用中纤板制作。如厚39mm的边框条，可以用厚3mm和18mm的中纤板以（3+18+3）的结构方式，先压成整张的厚板，然后裁成宽度为39 mm的板条，再截成各种宽度和长度的边框条。为了保证边框条和档料的厚度一致，他们在组档前必须先定厚砂光。

　　所裁截的蜂窝纸芯拉伸后的长度要比内框长度的净尺寸多出30mm；充分拉伸后的宽度可以与框架内框宽度的净尺寸大一样大，或略大一点，这可以根据蜂窝复合板的质量、成本、用处以及其他要求而定。蜂窝纸芯的厚度一般应高于边框条厚度0.5～1.0 mm之间，实际的数值取决于边框条、蜂窝纸芯的加工精度和选用的涂胶方式。如边框条的厚度为30 mm，公差±0.2 mm，涂胶方式为面板涂胶，则可使用厚度为30.5 mm的蜂窝纸芯。

　　经过定厚砂光的边框条、档料组成框架，另外同时拉伸和裁剪蜂窝纸芯，并将两张2.5-3mm内等厚的中纤板光面相对组叠摞在一起，通过四辊涂胶机涂胶后，将一张做底板，然后把框架抬放到底板上，并迅速填入刚刚裁好的蜂窝纸芯，最后将另一张涂好胶的中纤板胶面朝内摆放好，便完成一张蜂窝复合板的组坯工作。

　　板坯加压有热压和冷压两种方式。用UF胶或PU胶可以选用热压，UF胶的热压温度可在80-100℃，固化时间为20-15min,固化剂一般用量不超过0.5%（相对于固体树脂的重量），胶的固体含量为60%左右，压力在1.0 MPa左右。PU胶若热压，温度一般在60-80℃，固化时间一般为1.5-3h，压力为0.03-0.05 MPa。至于冷压，三种胶都适用。具体的参数视胶种、是否加固化剂和助剂等具体因数而定。

　　（1）拼好的框架在胶水没固化之前尽量少翻动，以免接口松动；

　　（2）不论热压还是冷压成型时，框架的边框四面必须开出气槽（根据零部件尺寸，在其端面打直径为5mm的通孔即可），以便让蒸气和多余的空气溢出蜂窝板，以免影响成品质量；

　　（3）当蜂窝纸芯刚刚干燥拉伸成型时，其抗压强度比未烘干的高30％左右。因此，企业在使用时应特别注意充分利用这一强度，尽快将刚干燥好的蜂窝纸芯填入边框内，盖上已上胶的面板，必须在20min以内上机压制，否则会因为蜂窝纸因渗胶时间过长而造成它的含水率升高，从而造成强度降低；

　　（4）在往冷压机中摆放拼板时，一定要用9 mm以上的平整度较高的垫板（可以用MDF）将待压的拚板隔开，否则在叠放时容易使拼板移位，造成次品；

　　（5）当两面贴覆的MDF的厚度变化时，如3mm的改成5mm的，应稍微延长施压的时间和适当增加压力；

　　（6）从冷压机或热压机卸下的板件，都应进行一定时间的陈放，使胶完全固化，并使应力达到平衡，以免在后续加工中出现变形、开胶等缺陷。

　　按照以上的方法和工艺参数生产，一般情况下都不会出现开胶，或在蜂窝复合板板面上，能看到其内部边框和档料的轮廓（即所谓“露骨”现象）。因此，企业应在制作工程中，不断总结经验，摸索出一套不同胶种、不同气候条件下生产不同种类蜂窝复合板的工艺参数。
 

　　蜂窝复合板可制成大于18 mm各种厚板，大量应用于板式家具，例如，可用于旁板、面板、顶板、隔板、底板、门板、隔断以及一些装饰件。越厚的板材则更能够显出蜂窝材料的优越性能；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。

　　5.2 蜂窝纸芯的应用现状

　　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，国内许多著名的家具企业，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、新蓝天等，都已使用蜂窝纸芯制作一部分家具零部件；其他的还包括一些IKEA的OEM厂。但相对于整个家具行业，使用蜂窝纸芯生产家具的企业还是很少，还有很大的空间有待开发。

　　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”（飞机上大量采用蜂窝复合板材，因而得名）。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要购买蜂窝家具。
 

　　目前，在家具的使用中还存在以下几个问题：
 

　 （1）由于国内蜂窝纸生产厂家数量有限，技术实力强的就更少，不仅使得产品缺乏竞争，价格仍具有一定的垄断性，而且各项技术服务、培训也跟不上，阻碍了它的推广。

　  （2）市场上所使用的蜂窝纸，主要是为包装设计的，尽管也可以用于家具制造，但缺乏针对性的研究和开发，缺乏相对应的各项指标和使用时的工艺参数。

　  （3）缺乏相应的胶粘剂的研究以及不同材料之间胶合机理的研究，造成了企业在使用胶粘剂时的盲目性和潜在的质量隐患。

　  （4）国家对于环保概念的倡导，内容还不够广泛，深度还太肤浅，一般较重视材料中有害气体的释放问题，而对于节省木材和能源、可循环使用、重量减轻等方面的性能关注不够，重视不足。这也造成了消费者对于环保概念理解的浅显，这也是在家具企业和在市场上推广蜂窝复合板家具较难和较迟缓的一个重要原因。

　 （5）国家和行业都缺乏关于蜂窝纸产品的相关政策和法规，这也影响了蜂窝纸产品的推广和普及。

　　我国是人口大国，也是木材消费大国。节约木材，大力发展替代木材的其他环保材料，对于我国的经济发展尤为重要。因此，国家应尽快制定出有关蜂窝纸产品的法规，投入资金大力扶持蜂窝纸产业，帮助企业研究和生产出适合各种需求的专业蜂窝纸产品，并完善它的技术服务和推广体系，利用媒体，大力宣传和倡导蜂窝纸材料的优越性和它的各种应用，加速它在家具、建筑以及包装上的推广和普及，从而尽快缓解木材资源匮乏给国家经济带来的压力。