新型環(huán)保的家具用材-蜂窩復(fù)合材料
時(shí)間:2006-08-02
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)木質(zhì)材料的需求也大幅增加，主要集中在建筑、家具、包裝和造紙領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年我國(guó)木材進(jìn)口量約12316萬(wàn)m3，而且依然呈上升趨勢(shì)。2003年進(jìn)口原木、鋸材、人造板、木漿及紙和紙板耗匯130億美元左右，折合人民幣1000多億元，是僅次于石油、鋼鐵的第三大用匯產(chǎn)品。可見(jiàn)木材之短缺。自1998年12月開(kāi)始，美國(guó)、加拿大、歐盟等相繼對(duì)我國(guó)出口貨物的木質(zhì)包裝材料實(shí)施新的植物檢疫標(biāo)準(zhǔn)，并要求采取熏蒸或高溫消毒處理，否則將拒絕入境。這一切都意味著急需采用一種新型材料部分地替代木質(zhì)材料，緩解和解決這些面臨的問(wèn)題。
蜂窩復(fù)合材料應(yīng)用而生。它是一種新型材料，它質(zhì)輕、強(qiáng)度大、剛度高，具有緩沖、隔震、保溫、隔熱和隔音等功能，被廣泛應(yīng)用于建筑業(yè)、車(chē)船制造業(yè)、家具制造、包裝和運(yùn)輸業(yè)，替代木材、泥土磚和高發(fā)泡聚苯乙烯，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并可回收利用；同時(shí)可節(jié)約大量的森林資源，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，是一種符合21世紀(jì)發(fā)展主題的環(huán)保新型材料。
1．蜂窩紙的起源
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，蜜蜂所做的六角六面狀窩是一個(gè)杰作，它以最少的材料消耗，構(gòu)筑成極為堅(jiān)固的蜂窩，其結(jié)構(gòu)要比其他任何形狀的結(jié)構(gòu)更強(qiáng)有力。因?yàn)檫@種多墻面的排列和一系列連續(xù)的蜂窩形的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以分散承擔(dān)來(lái)自各方的外力，使得蜂窩結(jié)構(gòu)對(duì)擠壓力的抵抗，比任何圓形或正方形要高得多。科學(xué)家對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)的研究，給人們的啟迪是，即使非常纖薄的材料，只要把它制成蜂窩形狀，就能夠承受很大的壓力。正是受到蜂巢的啟發(fā)，蜂窩結(jié)構(gòu)材料才開(kāi)始面世的。
蜂窩板一般分金屬和非金屬兩大類(lèi)。金屬類(lèi)蜂窩板主要適用于飛機(jī)制造業(yè)、汽輪機(jī)制造業(yè)、船舶制造業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等。非金屬類(lèi)蜂窩板又分纖維類(lèi)和紙類(lèi)。纖維類(lèi)蜂窩板主要用于交通運(yùn)輸業(yè)、室內(nèi)裝飾業(yè)以及家具業(yè)等；紙類(lèi)蜂窩板主要用于包裝業(yè)、建材業(yè)、家具業(yè)等。包裝業(yè)用的紙類(lèi)蜂窩板，即蜂窩紙板，主要用于制作包裝箱及運(yùn)輸包裝。
2. 蜂窩紙芯的成型理論
蜂窩紙芯的成型原理，可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的小試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。
首先在一張紙條的一側(cè)沿紙條長(zhǎng)度的垂直方向上涂上節(jié)距（T）、寬度（B）、相等的若干條膠線(xiàn)，而且節(jié)距是膠線(xiàn)寬度的4倍，T="4B，同樣我們?cè)诹硪粭l紙條上也涂上相同的膠線(xiàn)，然后將兩條紙條錯(cuò)位復(fù)合，就可以形成一個(gè)正六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)。
至于錯(cuò)位粘膠復(fù)合，就是將第二條紙的膠線(xiàn)準(zhǔn)確的粘膠在第一條紙條兩條膠線(xiàn)間距的正中位置的反面（如圖1）,當(dāng)若干條紙條依次這樣粘接時(shí)，把紙條橫向拉開(kāi)至均勻，這樣若干個(gè)正六邊形就形成了。
當(dāng)改變膠線(xiàn)的寬度和節(jié)距時(shí)（T≠4B），蜂窩就會(huì)變成其他形狀的蜂窩。當(dāng)孔徑即蜂窩的內(nèi)切圓直徑改變時(shí)，可以獲得不同型號(hào)的蜂窩紙芯。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，一般大蜂窩孔徑的紙芯容易拉伸，生產(chǎn)的速度也可以提高，但強(qiáng)度較低。一般在蜂窩托盤(pán)生產(chǎn)中，采用B型（內(nèi)徑為15mm）和C型（內(nèi)徑為20mm）的蜂窩紙芯，在家具中多使用B型（內(nèi)徑為15mm）。
3． 蜂窩復(fù)合材料的應(yīng)用現(xiàn)狀
3.1 在航天上的率先使用
蜂窩結(jié)構(gòu)材料起源于仿生學(xué)，并最早用于航空航天領(lǐng)域，它是應(yīng)航空航天科技的特殊需要而發(fā)展起來(lái)的一種超輕型的復(fù)合材料。從上世紀(jì)30年代最早的用于制造飛機(jī)的夾層結(jié)構(gòu)的六角型鋁蜂窩芯，到70年代美國(guó)波音公司的Boeing747飛機(jī)率先使用非金屬的蜂窩復(fù)合板作為飛機(jī)的地板，到如今，蜂窩復(fù)合材料已在飛機(jī)、火箭及太空飛船等航空航天器上得到廣泛的使用。
3.2 蜂窩復(fù)合材料在建筑和家具上的應(yīng)用
3.2.1 在建筑上的使用
在民用方面，蜂窩復(fù)合板材是由很薄的人造板、紙板與再生紙蜂窩芯粘結(jié)制成的復(fù)合板材。它非常適合作夾層材料，如蜂窩材料復(fù)合輕質(zhì)墻體，蜂窩芯材僅占實(shí)心材料的1～5%左右。例如已研制出來(lái)的專(zhuān)利產(chǎn)品–QD-SXZ蜂窩石膏板（專(zhuān)利號(hào)ZL002164000，獲上海市科技成果獎(jiǎng)。），是一種輕質(zhì)、保溫、隔熱、隔音、阻燃、無(wú)毒易安裝的新型建筑裝潢材料，在建筑、裝潢、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、交通、農(nóng)業(yè)、影視道具等領(lǐng)域里都能得到廣泛的運(yùn)用。在西方，蜂窩復(fù)合板材在建筑領(lǐng)域已形成了一系列的規(guī)范，成為一類(lèi)性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單獨(dú)特、節(jié)省資源和能源的重要新興材料。
3.2.2 在家具上的使用
在家具制造業(yè)推廣使用蜂窩復(fù)合材料，將會(huì)大大減少木材的使用量，而且能改善人造板變形的缺陷。以20毫米厚度的板材為例，如果使用2.5mm的中纖板為面板制成蜂窩復(fù)合板，材料的用量和重量?jī)H為實(shí)心中纖板的1/4左右；而復(fù)合板的成本卻只有實(shí)心板的1/2左右，并且，復(fù)合板具有重量輕，不易變形，運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)。因而，在歐洲，80％以上的內(nèi)房門(mén)為蜂窩復(fù)合門(mén)，大多數(shù)20 mm厚度以上的家具板材為蜂窩復(fù)合板。
蜂窩復(fù)合板非常適合應(yīng)用于板式家具。例如，可用于厚度大于18mm的旁板、面板、頂板、隔板、底板、門(mén)板、隔斷以及一些裝飾件。越厚的板材則更能顯示出蜂窩材料的優(yōu)越性；厚板還具有良好的抗彎特性，用于餐桌、茶幾、電視柜等。甚至還有家具生產(chǎn)廠(chǎng)家將其用于制造家具的支撐腿，可見(jiàn)其應(yīng)用的廣泛性。
目前，僅在廣東地區(qū)，家具企業(yè)使用蜂窩紙芯的就已超過(guò)200家，國(guó)內(nèi)許多著名的家具企業(yè)，如富運(yùn)、迪信、海沃氏、霍曼、萬(wàn)利寶、皇朝、富瑋、大豪興利、高帆、天誠(chéng)、新藍(lán)天、浙江的富得寶和四川的權(quán)友等，都已使用蜂窩紙芯制作一部分家具零部件；其他的還包括一些IKEA的OEM廠(chǎng)。但相對(duì)于整個(gè)家具行業(yè)而言，使用蜂窩紙芯生產(chǎn)家具的企業(yè)還是很少，還有很大的市場(chǎng)有待開(kāi)發(fā)。
在香港市場(chǎng)，使用優(yōu)質(zhì)蜂窩材料復(fù)合成高檔板材，制成的高檔家具十分暢銷(xiāo)，用戶(hù)稱(chēng)之為“飛機(jī)木”。在日本市場(chǎng)，家庭主婦則十分欣賞蜂窩家具的輕巧，眾多日本客商明確提出要購(gòu)買(mǎi)蜂窩家具。
3.2.3在家具上應(yīng)用的新技術(shù)
傳統(tǒng)上在家具制造中使用蜂窩板都采用有框架蜂窩板，然而在2005年5月德國(guó)漢諾威展覽會(huì)上，德國(guó)IMA依馬公司首次展出了多年的研制成果––輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板封邊機(jī)，它使一種新的高效低成本的輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板封邊工藝成為可能，在利用紙質(zhì)蜂窩材料制造家具方面開(kāi)創(chuàng)了新的思路、方法和前景，它使蜂窩紙制造家具可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化和自動(dòng)化。
新型輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板的制造工藝是一種工業(yè)化的生產(chǎn)過(guò)程。它采用大板（4′×8′，即1220mm×2440mm）的制造工藝，即先做無(wú)框架大板蜂窩板。具體做法如下：將2張4′×8′的3mm厚的高密度板經(jīng)過(guò)布膠之后，中間夾上經(jīng)過(guò)拉伸處理的4′×8′的蜂窩紙。然后將這種已組好胚的4′×8′三層大板送入熱壓機(jī)里熱壓，熱壓之后采用電子開(kāi)料鋸或裁板機(jī)進(jìn)行鋸切達(dá)到所需要的尺寸。這種輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板，四周沒(méi)有框架，經(jīng)過(guò)德國(guó)依馬公司生產(chǎn)的無(wú)框架蜂窩板封邊機(jī)進(jìn)行支撐邊條和裝飾邊條的封邊，就形成了各種規(guī)格的家具板件。
新型輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板與有框架蜂窩板工藝相比具有很多優(yōu)越性。有框架的制造工藝復(fù)雜，很大程度上依靠人工，并且受框架精準(zhǔn)度的影響質(zhì)量不夠穩(wěn)定，并且這種工藝難以大批量生產(chǎn)形成工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。而無(wú)框的新工藝可以大批量、機(jī)械化生產(chǎn)出所需的不同規(guī)格的家具板件。并且這種蜂窩板具有與同樣厚度的刨花板相同的抗壓強(qiáng)度和抗破碎性能。
新型輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板在歐洲的面世和普及使用，也將會(huì)對(duì)中國(guó)家具行業(yè)產(chǎn)生影響。家具生產(chǎn)中所需不同厚度的家具部件，可以通過(guò)選用不同厚度的蜂窩紙制成不同厚度的輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板大板，然后經(jīng)過(guò)開(kāi)料裁制成所需要的各種尺寸的板坯。最后這些無(wú)框架蜂窩板經(jīng)過(guò)德國(guó)IMA公司的無(wú)框架蜂窩板封邊機(jī)進(jìn)行封邊加工，即可得到各種規(guī)格的家具部件。這種工藝不僅大大減輕了厚板件家具部件的重量，同時(shí)大大減化工藝流程，使厚板件家具部件的制造成本大大降低。可以預(yù)見(jiàn)，中國(guó)家具業(yè)也將出現(xiàn)更多的新型輕質(zhì)無(wú)框架蜂窩板的身影。
3.3 在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用
在包裝領(lǐng)域，蜂窩紙板作為一種結(jié)構(gòu)優(yōu)良、價(jià)廉物美的新型環(huán)保包裝材料，與瓦楞紙板、木材和塑料相比，有不可替代的優(yōu)勢(shì)，正被用于替代木制包裝材料和EPS泡沫塑料緩沖材料。它以紙代木，一噸蜂窩紙板可代替30～50立方米的木材，而成本則只有木材的三分之一。它具體應(yīng)用于：
緩沖襯墊。蜂窩紙板的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)使其緩沖性能優(yōu)于瓦楞紙板，可采用全面緩沖或局部緩沖的形式來(lái)保護(hù)內(nèi)裝物。
托盤(pán)和包裝箱。它制作的蜂窩復(fù)合托盤(pán)（卡板）和蜂窩包裝箱，具有不用熏蒸、不用消毒、不必?zé)崽幚砗娓伞⒉恍鑷?guó)家動(dòng)植檢出具熏蒸證明、不受進(jìn)出口國(guó)海關(guān)特別檢查和限制的特點(diǎn)，可以順利隨貨出口，屬?lài)?guó)際通行的綠色環(huán)保產(chǎn)品。蜂窩托盤(pán)和包裝箱除有出口免檢的好處外，兼具緩沖性好、板面平整、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的特點(diǎn)，其外觀和性能都大大優(yōu)于傳統(tǒng)的天然木質(zhì)托盤(pán)、木包裝箱和EPS泡沫內(nèi)襯墊等包裝材料。全紙型托盤(pán)可以承受500KG載荷，復(fù)合型托盤(pán)可以承載1000-1500KG的重物。它可作普通平托盤(pán)和單面托盤(pán)外，還可制成立柱式托盤(pán)結(jié)構(gòu)。象瓦楞紙箱一樣，蜂窩紙板可加工成紙箱，但一般只能用較薄的蜂窩紙板來(lái)做紙箱。
角撐、護(hù)棱等附件。與緩沖襯墊類(lèi)似，蜂窩紙板可用作運(yùn)輸包裝件的角撐與護(hù)棱，這特別適合于集合包裝，起保護(hù)作用，減少碰撞與摩擦，降低破損。
目前，蜂窩紙板還用于制成“衛(wèi)生棺”，包裝遺體后一起火化，主要供應(yīng)香港、深圳市場(chǎng)，現(xiàn)在大連等城市也開(kāi)始使用“衛(wèi)生棺”。
4.前景分析
從體積上講，小如電子產(chǎn)品的微型馬達(dá)，大至飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等大型機(jī)電產(chǎn)品；從重量而言，輕如幾百克的蜂窩移動(dòng)電話(huà)，大到幾噸重的汽車(chē)零部件均能適用，已經(jīng)顯示出其它包裝材料無(wú)可比擬的巨大優(yōu)越性。正是由于蜂窩紙板的眾多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在價(jià)格和環(huán)保上的優(yōu)勢(shì)，正日益得到世界各國(guó)政府的鼓勵(lì)和支持，在推廣和應(yīng)用上已出現(xiàn)了令人鼓舞的局面，具有極為廣闊的產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)前景。
在我國(guó)，蜂窩材料也日益受到國(guó)家有關(guān)部門(mén)的重視和扶持，成為近幾年來(lái)在高新技術(shù)方面的投資熱點(diǎn)，其中全自動(dòng)蜂窩紙板生產(chǎn)成套設(shè)備被列入1999年《當(dāng)前國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域指南（目錄）》的136項(xiàng)，而蜂窩紙板在2000年４月又被國(guó)家計(jì)委確定為近期新材料高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的工作重點(diǎn)，其產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)非常明朗。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾方面：
蜂窩紙板是一種深受重視，值得推廣的包裝材料。它順應(yīng)了國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策。包裝是消耗木材的大戶(hù)，代木包裝是國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策。估計(jì)2000年全國(guó)蜂窩紙板的生產(chǎn)能力約為年產(chǎn)蜂窩紙板300萬(wàn)平方米。些蜂窩紙大約50％用于建材（如門(mén)板）、50％用于生產(chǎn)托盤(pán)、包裝箱和衛(wèi)生棺。在《出口貨物代木包裝指導(dǎo)目錄》中，蜂窩紙板成為代木首選材料，它不僅能節(jié)約木材，更主要是打破美、加、歐盟等對(duì)我國(guó)貿(mào)易所設(shè)置的障礙。
蜂窩復(fù)合材料順應(yīng)價(jià)格規(guī)律。今年，木材價(jià)格直線(xiàn)上升，所有與木材有關(guān)的行業(yè)都受到影響，如家具行業(yè)，造紙業(yè)和包裝業(yè)等。近年來(lái)，非洲、南美洲、東南亞國(guó)家都開(kāi)始控制森林采伐量，出口減少，消費(fèi)需求量并沒(méi)有減少反而增加，導(dǎo)致進(jìn)口木材價(jià)格不斷上升。用木材包裝不再是低成本，改用其他更經(jīng)濟(jì)的材料勢(shì)在必然。蜂窩紙板結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，成本較低，符合價(jià)格規(guī)律。
蜂窩復(fù)合材料符合保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的需要。消除白色污染已成為當(dāng)前保護(hù)環(huán)境的重要課題，而運(yùn)輸包裝所大量應(yīng)用的EPS緩沖襯墊，已成為日益嚴(yán)重的白色污染源。《蒙特利爾議定書(shū)》和《維也納宣言》(我國(guó)均為簽字國(guó))規(guī)定，將在2005年實(shí)現(xiàn)消除EPS污染的目標(biāo)。蜂窩紙板具有優(yōu)良的緩沖性能，并可回收利用，是取代EPS的理想材料，符合保護(hù)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的總體方針。
5.結(jié)束語(yǔ)
我國(guó)木材資源貧乏，卻是木材消費(fèi)大國(guó)。節(jié)約木材，大力發(fā)展替代木材的其他環(huán)保材料，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展尤為重要。然而，我國(guó)是在八十年代后期，才開(kāi)始進(jìn)行蜂窩制品的研制，比國(guó)外滯后了40多年。為了縮小與國(guó)外的差距，國(guó)家應(yīng)盡快制定有關(guān)蜂窩復(fù)合材料及其產(chǎn)品的相關(guān)法規(guī)，出臺(tái)優(yōu)惠政策，投入資金大力扶持蜂窩紙產(chǎn)業(yè)，幫助企業(yè)研究和生產(chǎn)出適合各種需求的專(zhuān)業(yè)蜂窩紙產(chǎn)品，并扶持和完善它的技術(shù)服務(wù)和推廣體系，利用媒體，大力宣傳和倡導(dǎo)蜂窩紙材料的優(yōu)越性和它的各種應(yīng)用，加速它在家具、建筑以及包裝上的推廣和普及，從而盡快緩解木材資源匱乏給國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的壓力。
