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新型材料在现代家具设计与制造中的应用!

随着科技的发展,新材料不断进入人们的视野 。本文从家具基材的角度对新材料进行了简单的介绍。

01 新型人造板

01-1 无醛秸秆板

无醛秸秆板(Formaldehyde- free straw- based panel,俗称禾香板)以稻麦等农作物秸秆碎料为主要原料,在施加异氧酸酯(MDI)胶及功能性添加剂后经高温高压制作而成,是一种无甲醛释放的新型生态环保人造板,如图1。

新型材料在现代家具设计与制造中的应用!

▲图1 无醛秸秆板

无醛秸秆板表面平整光滑、结构均匀对称,具有较好的尺寸稳定性阻燃性和耐候性;具有优良的表面装饰性能,适合于做各种表面装饰处理,如覆贴浸渍纸、装饰板、薄木、装饰纸、压贴塑料薄膜等装饰材料,即使是表面直接涂饰也能取得很好的效果; 具有优良的机械加工性能,特别是异形边加工,可进行开孔、开樨、钉着、镂刨、弯曲、雕刻等。

无醛秸秆板兼具木质刨花板与中密度纤维板的优势,可广泛 应用于家具、厨柜、地板、吸音板、包装材料的制造和室内装饰装修,是木质人造板的理想替代品。

01-2 无醛纤维板

无醛纤维板(Formaldehyde- free fiberboard,俗 称木香板)以木质纤维为主要原料,在施加异割酸酯(MDI)胶及功能性添加剂后经高温高压制作而成,也是一种新型生态、环保的人造板材,如图2。 

无醛纤维板无甲醛或其他有害物质的添加和释放, 具有力学强度高,尺寸稳定性好的特点,其理化性和环保性、阻燃和耐候性、防潮耐水性也都很好。

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▲图2 无醛纤维板

无醛纤维板表面平整光滑、内部结构均匀、板面坚实细密、密度高、厚度公差小、不易变形,板边和板面细致,易于封边和覆膜,具有优良的锯说、镂饨、成型、打孔、开槽、弯曲、雕刻等机械加工性能。

以及浸渍纸、装饰板、薄木、装饰纸、塑料薄膜等装饰材料贴面、木纹直接印刷、涂料涂饰等表面装饰性能,实现环保与物理力学性能的完美平衡,板材更坚固耐用,可广泛代替木质人造板和天然木材的使用,适合应用于各种高档家具和厨柜、地板、木 门、墙板的生产制造和室内装饰装修。

01-3 木质材料强化蜂窝纸芯复合板

木质材料强化蜂窝纸芯复合板是指在传统蜂窝纸芯单元的粘结处添加一块中密度纤板支撑条加工成木质材料强化蜂窝纸芯,再将蜂窝芯与中密度纤维板或胶合板覆贴形成的木质材料强化蜂窝纸芯复合板。

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▲图3 蜂窝纸芯

由于复合时胶合面积增加,提高了支撑强度,因此提高了木质蜂窝复合板的各项力学性能,同时保留了蜂窝结构的隔音隔热性能,增强了蜂窝复合板防水防潮性。图3所示为蜂窝纸芯。

蜂窝板的结构有两种:有框蜂窝板和无框蜂窝板,具有质轻、省材、表面平整、隔音、隔热、比强度和比模量高等特点,可用于制作家具、平板门以及室内隔断。另外这种材料节约木材资源、环保并且可回收,具有广泛的发展与应用前景。

01-4 非结构用单板层积材

单板层积材,又称LVL,是由厚单板经多层顺纹(也可以加入横纹)单板拼接胶压而成的高性能、高附加值产品叫图4所示的非结构用LVL,其厚度 在45 mm以下,主要用于室内的家具制作和装饰装修。

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▲图4 非结构用单板层积材

非结构用单板层积材具有变异性小、质量稳定、规格精确的材料特性,在强度和韧性上都超过了实木锯材,同时还有规格多样化、结构均匀、强度 高、尺寸稳定性强、经济性好、有叠层纹理等多种优良特性。

多用于沙发的内部框架,装饰线条等。

01-5 竹集成材

竹集成材是将竹材加工成一定规格的矩形竹片后,经三防(防腐、防虫、防蛀)、干燥和涂胶等工艺处理进行组坯胶合而成的竹质板方材(图5)。 

其不仅继承了竹材物理力学性能好、收缩率低的优 良特性,还具有幅面大、变形小、尺寸稳定、强度大、剛度好、耐磨损的特点,并可进行锯截、刨削、镂貫、开棒、钻孔、砂光、装配和表面装饰等加工方式。

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▲图5 竹集成材

其作为家具用材还具有不开裂、防虫蛀、防霉变的性 能,由于其采用改性的UF树脂胶,相较于传统木质家具所使用的复合材料,具有游离甲醛挥发成分更低和耐候性更好等优点,同时环保自然。

竹集成材表面纹理天然美观、致密通直,竹节 错落有致。

板的边缘只需经饨削加工即可显示出板边缘竹材的天然质感,降低了封边等工序的生产 成本。同时,竹集成材还可进行雕刻、镶嵌和烙花等多种表面装饰,很适于制造家具。

01-6 竹重组材

竹重组材(Bamboo PSL, Bamboo parallel strand lumber),又称重组竹,俗称重竹。

是根据重组木的制造工艺原理,将竹材小径级材、枝丫材等低质材,经辗搓设备加工为横向不断裂、纵向松散而交错相连的竹丝或竹束,然后经干燥或热处理、施胶、组坯、热压而成的一种强度高、规格大、具有天然木竹材纹理结构的板状或方材等形式的材料网,是一种新型竹质人造板材,也是一种高强度竹基纤维复合材料,如图6所示。

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▲图6 竹重组材

重组竹能充分合理地利用植物纤维材料的固有特性,既保证了材料的高利用率,又具有优异的物理力学性能、加工性能、环保性能,其强度大,密度高,材质和色泽近似硬阔叶材,完全能够满足家具制造的要求。

特别是在继承传统造型与工艺方面有着巨大的优势,但其纹理和质感相比天然木材有所不足,且价格偏高,在家具产业中的应用还处于初步探索阶段。

02 改性木材

02-1 炭化木

炭化木是指用160℃~ 230℃的过热蒸汽对木材进行长时间热解处理得到的木材(图7)。其尺寸稳定性高,颜色内外一致,防潮性强,耐腐和耐候性能较高,环保安全,易于保存。对于不同的处理工艺以及不同木材的炭化木,它的使用场合也不一样。

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▲图7 炭化木

比如,炭化热处理的松木与云杉主要用于室内建筑材料;炭化热处理白桦和白杨木材主要用于室内家具、镶板材料及地板等;炭化的松木、杉木则适合做桑拿房。随着炭化技术的发展,水曲柳、榆木等密度较大的硬阔叶材也可用于炭化处理。

02-2 浸渍木

浸渍木是指将木材浸泡在水溶性低分子量树脂溶液中,树脂通过扩散进入木材细胞壁,而使木材增容,然后经干燥除去水分,最后加热使树脂固化得到的木材(图8)。

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▲图8 浸渍木

浸渍木的尺寸稳定性好,硬度相对增加,通过不同树脂的浸渍能得到不同程度的性能改善,如酚醛树脂浸渍木在耐腐、耐酸、绝缘性能方向有很大提高气现有部分手柄、笔托及对强度等性能高要求的领域采用浸渍木,其还可用在建筑、家具行业。 

02-3 压缩木及弯曲木

使用特定方法塑化木材后,经过热压处理便可制得高密度、高强度或形状弯曲的压缩木及弯曲木(图9)。

这种材质均匀、物化性能优良的材料不仅可以代替普通硬质木,甚至可以达到如黑檀等高档阔叶树材的效果。

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▲图9 压缩木

目前主用于制作图章、楼梯扶手、家具腿等产品。运用这种技术,人们可以随心 所欲地把木材弯曲成S形、螺旋形、渐开线型,为家具造形的多样化开拓了新领域。

02-4 塑合木

塑合木是指通过射线照射等方法使事先注入其中的化学物质聚合固化的木材气塑合木不仅保留了木材天然的优良性能,其理化性能都大幅提高,有些甚至可以超过硬木的特性标准。

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由于内部化学物质的不同,其还被赋予了如阻燃、防水等功能。现塑合木主要被应用于生产地板、家具、运动器材等领域。

02-5 乙酰化木材

乙酰化木材是通过乙酰剂处理后得到的木材。

乙酰化木材具有稳定均匀、耐腐、热延展性低 等优点。由于乙酰化木材成本较高,主要用于制作高附加值产品。

有研究表明:杨木、樟子松等人工速生林木材经过乙酰化处理后,木材的热塑性提 高,尺寸稳定性增强,漆膜附着力无显著变化,但胶合强度有所下降气因此建议对乙酰化木材进一步进行压缩处理,以提升其密度和表面硬度等性能,满足家具,特别是厨卫家具用材料的要求。

图10为乙酰化木材所制作的地板。

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▲图10 乙酰化木材

 

02-6 染色木

染色木是指通过采用能改变木材颜色及防止木材变色的物理或化学方法得到的木材。染色木提高了普通或低质木材的装饰性和附加值,其消除天然木材色差及模拟硬木装饰效果的特点满足了人们对于高档木材用品的观赏需求,如图11所示。 

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▲图11 染色木皮

目前薄木及人造单板的染色技术较为成熟,而厚度较大的实木染色还存在难以均匀染透的技术问题, 有待进一步探索。

03 复合材料

03-1 碳纤维复合材料

碳纤维多作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、橡胶、木材等材料中,构成复合材料。其具有传统材料难以达到的超轻质量,易于组合、搬动和运输,且能在视觉上表现出自然轻盈的美感。

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比强度高、拉伸强度及弯曲强度高。碳纤维布具有布匹的柔软特质和极强的可设计性,在三维空间里可以任意的扭曲,与树脂胶合可以拥有各种靓丽的色彩。碳纤维增强木材可以利用木材天然纹理装饰家具的表面,碳纤维优良的力学性能也可用以结构支撑。

目前,家具用碳纤维复合材料主要为碳纤维增强树脂基复合材料,碳纤维增强木材复合材料在建筑行业中也有部分应用。

03-2 木塑复合材料

木塑复合材料(Wood-Plastic Composites,WPG) 是国内外近几年蓬勃兴起的一类新型复合材料,指利用聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等代替通常的树脂胶粘剂,与超过50%以上的木粉、稻壳、秸秆等废植 物纤维混合成新的木质材料。主要用于建材、家具、物流包装等行业(图12)。

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▲图12 木塑复合材料

木塑复合材料兼有木材和塑料的特点,能耐虫蛀、耐腐蚀、耐老化、吸水性小、寿命长,尺寸稳定性好且无木材疤痕。其制成品平整坚固,可用于连接固定五金件或压制立体图案,通过添加着色剂或覆膜,产品还会具有很好的装饰效果叫同时,木塑复合材料硬度高,能重复使用和回收再利用,也可生物降解,对环境友好。

木塑复合材料目前在家具市场应用主要集中在户外家具、卫浴家具、厨柜家具 以及桌、凳类家具。

03-3 铝塑复合板

铝塑复合板是以经过化学处理的涂装铝板为 表层材料,用聚乙烯塑料为芯材,在专用铝塑板生 产设备上加工而成的复合材料(图13)。

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▲图12 铝塑复合板

铝塑板融合了铝及塑料两种材料的性能优点, 强度高、表面平整,不仅具有防水、防火、隔音、隔 热、耐腐蚀、耐冲击、可弯曲、可钉刨、施工简便、易 清洗等优点,且自重轻,可以大大降低建筑结构的荷载。铝塑板价格适中,用途广泛。

内外墙装饰, 门厅、饭店、商店、会议室的装饰,旧房装修以及巨台、家具的面层均可使用。使用简单的加工机具就可进行多种复杂形状的加工,满足现代装饰高品质和施工简易性的要求。

03-4 柔性木质纤维复合板

柔性木质纤维复合板是一种由天然植物纤维、原生态树脂、石灰石粉、柔性剂等原料经特殊的成型工艺生产而成的一种同质透心结构的复合材料。

柔性木质纤维复合板具有良好的尺寸稳定性、抗冲击性及耐磨性,铺装效果美观大方,适合于商场、医院、学校等公共场所的地面铺装,也可以代替纤维板、刨花板等材料用作家具的表面装饰及构件, 同时还可用作家具及其他室内装饰材料,具有施工简单、绿色环保等特点。

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柔性木质纤维复合板原材料来源广泛,不需要添加人造板常用的腿醛、酚醛等 醛类胶粘剂,无甲醛、苯等有害气体释放。且生产过程绿色环保、无污水排放,产品可回收利用。

04 其他新型材料

04-1 新型陶瓷

陶瓷是一种既传统又新型的材料,它本身具有硬度强、耐磨、耐酸、耐碱等优越性能和独特的装饰美感,被运用于现代装饰中。

陶瓷材料制作的家具在近几年的一些大型家具展中已初露头角,颇受欢迎。

纳米陶瓷具有很强的超塑性,能使陶瓷像金属一样柔韧和易于加工,颠覆了人们对传统陶瓷的概念,打破了瓷砖的固有形态。

柔软陶瓷用普通泥土代替陶土作原材料,加入一定量的合成橡胶,可使其在一般情况下任意折曲变形,小半径弯曲、反复柔曲也不易断裂,进一步开拓了陶瓷材料的应用领域。(图14)

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▲图14 柔软陶瓷

泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体。泡沫陶瓷维连通网状结构的形态结构与肌理,可以被直接运用于产品形态上,为产品造型设计提供了多样化的形式。

如图15用作灯具的造型设计,泡沫陶瓷网状结构对灯光形成反射作用,制造出柔和的光线,渲染出的软光效果能够散发出质朴的原始美与现代的细腻的科技美。

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▲图15 泡沫陶瓷灯具

04-2 新型塑料

①亚克力

亚克力,俗名有机玻璃。亚克力具备透明的质感、色彩丰富、造型时尚个性且具有质量轻、表面硬度高、耐高温、耐候性、耐化学性等特性,除此之外亚克力电器绝缘性优良,易制造加工,可锯、可刨、 易于热弯成型,具有经久耐用的特性。

同时亚克力材料还可回收利用。广泛用于在建筑业,家具制品,卫生洁具中。如图16为亚克力制作的精灵椅。

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▲图16 亚克力精灵椅

②可耐丽

可耐丽(Corian),又称可耐力,面材是一种由天然矿物、甲基丙烯酸甲酯和颜料组成的高科技产品。具有色泽艳丽,绚丽多彩,表面无毛细孔的特点,且有极强的耐污、耐酸、耐腐蚀、耐磨损性能、易清洁。

可耐丽有花岗岩般坚硬的质地,却有木材般的温暖感。接缝紧密,视觉效果好,且可以塑造各种造型。图17为可耐丽所制作的板材通过旋转等方式铺设的室内空间。可耐丽不仅应用于橱柜、洗手台及窗台台面,还可用于室内外墙面、家具、照明等多种领域。

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▲图17 可耐丽室内空间

04-3 新型玻璃

纳米金刚玻璃又称纳米金刚膜玻璃,它的表面是一层由碳组成的,晶相和金刚石接近的纳米缴涂层啊。

纳米金刚玻璃质地坚硬,像镜面一样晶莹剔透,极具金属质感,且具有防沾染、耐磨性好等特点。主要用于工业产品领域,如手机屏幕(图18)等。

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▲图18 纳米金刚玻璃膜

04-4 其他混朝材料

在首届托斯卡纳国际家具设计竞赛中,出现了一种混合新材料(图19),其结构分为三层,基层是模压而成的纸质中空的壳体结构,有一定的刚性;包裹在纸外的是高密度的水溶性发泡材料,既舒适又耐久;最外层为纤维织物。

这种混合新材料取材 广泛,且在水中浸泡20小时以上整个家具可融化, 很好地解决了材料的循环问题。可用与家具制造领域。

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▲图19 首届托斯卡纳大赛获奖作品

05 写在最后

材料是产品的生命,产品的外观、结构及性能均在很大程度上受到材料的影响。随着科技的不断发展,人们对于材料重要性的认识也逐步清晰。 

目前还有很多在其他行业已普及但未应用于家具行业的材料,家具新材料的开发还任重而道远。

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