板式家具表面肤感装饰技术研究进展

板式家具表面肤感装饰

技术研究进展

刘如¹，孙玉慧¹，龙玲¹，付秋霞^{1, 2}

1. 中国林业科学研究院木材工业研究所北京 100091

2. 广东瀚秋智能装备股份有限公司广东佛山 528308

摘要：随着科技的提升和人民生活水平的提高，消费者对木质家居产品的品质要求从“视觉”向“触觉”发展，“肤感”家具产品近年来发展迅速。本文对板式家具表面肤感装饰技术的研究进展进行概述，总结板式家具肤感表面形成机制，肤感产品的生产技术、肤感性能评价方法等，并分析存在的问题与发展建议，为板式家具表面肤感性能的进一步提升提供参考。

关键词：板式家具；肤感；表面装饰；褶皱结构

中图分类号：TS664 文献标识码：B 文章编号：2096-9694（2024）04-0072-07

Research Progress on Technology of Decorative Skin-Tactile Surface for Panel Furniture

LIU　Ru1，SUN　Yuhui1，LONG　Ling1，FU　Qiuxia1, 2

1.Research Institute of Wood Industry，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091，China；2.Guangdong Purete Mechanical Co.，Ltd.，Foshan 528308，Guangdong，China

Abstract: With the development of technology and people’s living standards, consumers have shifted their perception of wooden home products from “visual” to “tactile”. Skin-tactile wood-based panel products have been developed quickly in recent years. This paper summarizes the recent research progress of technology of decorative skin-tactile panel furniture including the formation mechanisms of skin-tactile surface, production technology of the panel products, and the measurements. Meanwhile, the shortcomings were analyzed and comments were provided for the future developments of skin-tactile panel furniture.Key words: panel furniture; skin-tactile; surface decoration; wrinkled structures

随着科技的提升和人民生活水平的提高，消费者对家居产品的要求逐渐提升。一些家居产品在满足基本功能的同时，逐渐从“视觉”开始往“触觉”方面进行品质升级。近年来，一种“肤感”表面装饰技术开始应用于板式家具。肤感是一种人体皮肤与外界发生接触时所获得的综合感受，包括柔软、温暖、舒适等。目前“肤感”研究集中于化妆品、纺织品、皮革等领域，通过接触时的顺滑、软硬等感受来进行评价^[1]。相对这些领域，板式家具等木制品表面肤感的研究较少。本文从肤感表面形成机制、肤感产品的生产技术、肤感性能评价方法等方面进行总结，分析存在的问题并提出发展建议，旨在为板式家具表面“肤感”性能的进一步提升提供参考。

壹

肤感表面的形成机制

板式家具表面肤感的形成关键在于特殊的微纳米褶皱结构，如图1所示，这种结构可通过外力或者自发形成^[2]。

图1　板式家具肤感表面的微纳米褶皱结构

Fig.1　Micro-nano wrinkled structure of skin-tactile surface on panel furniture

外力形成机制

外力形成通常是通过压力作用、应力释放或者刻痕、侵蚀等手段在家具表面直接形成褶皱结构，这种褶皱结构可以在涂层或者薄膜等表面装饰层上形成。压力作用需要借助模具将模具的结构转印到家具表面，例如通过膜压的方式在未固化的涂料涂饰人造板表面形成一定的纹理，之后通过紫外光固化灯使涂料完全固化，形成肤感效果^[3]。

板式家具表面肤感装饰技术研究进展

因此，压力作用的关键在于在模具表面形成一定的纹理。应力释放是基于基体材料的形状记忆功能，将具有一定形状记忆的聚合物先拉伸再加热使其形状恢复形成褶皱纹理^[4]。此外，还有直接在装饰材料表面以物理刻痕、化学侵蚀等方式形成微纳米褶皱纹理^[5]。通过外力形成机制形成肤感表面的方式只是对装饰材料表面进行了处理，没有改变装饰材料自身的属性，装饰材料的其他性能如硬度、耐污染等并未得到提升。同时这些处理方式仅限于平面加工，加工工艺较为复杂，耐久性也不高。目前，仅膜压方式得到了产业化，用于表面肤感木制品制备。

自发形成机制

自发形成目前多以涂料来实现，主要是通过涂料表层与内部产生不平衡的力从而形成褶皱结构。常用的方法包括热应力、相分离以及辐射膨胀等。热应力法利用不同涂层之间热膨胀系数的差异，在板式家具表面涂饰两种或两种以上不同热膨胀能力的涂料，在加热固化过程中形成褶皱的肤感涂层^[6]。

这种方法制备的肤感涂层纹理形态具有一定的随机性，表面纹理变形的规律一致，通常需要外加模具对形成的纹理进行调控，以达到设计的肤感需求。相分离法利用聚合物不同组分如固相和液相在形成涂层过程中分离，从而产生褶皱结构^[7]。这种方法可以在水性涂料体系中加入一定量的纳米粒子，通过纳米填料的添加量来控制褶皱的深浅、宽窄等。辐射膨胀法利用辐射固化源刺激聚合物在固化过程中产生化学反应，形成厚度方向的膨胀梯度，例如以发光二极管（light emitting diode，LED）作为固化光源首先激发材料发生表面预固化，再通过准分子激发表面形成微观褶皱，之后在汞灯下深层固化时上层固体和下层液体之间的膨胀不同，从而形成褶皱肤感涂层^[8]。这种方法能够通过调节辐照源的强弱实现表面肤感效果的可控制备，制备工艺较为简单，是目前肤感板式家具工业化生产的常用方法之一。

贰

板式家具肤感产品的生产技术

目前的表面肤感产品多为板式家具产品，其生产技术可归纳为平贴法、膜压法和涂饰法等^[9]。

平贴法

平贴法是以反应型聚氨酯热熔胶（polyurethane reactive，PUR）作为胶黏剂，将肤感膜直接平贴到人造板基材表面。肤感膜的生产方式是将聚合物树脂粉料、改性剂、增塑剂、色粉等通过熔融共混后压延、再经牵引轮冷却成型，表面的纹理结构通过压延设备控制。常见人造板表面装饰肤感膜包括高密度聚乙烯（high density polyethylene，HDPE）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）、聚丙烯（polypropylene，PP）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）等，不同的肤感膜材料之间的性能有所差异。

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例如HDPE是一种由乙烯直接聚合而成的聚合物，—C—C—主链是线性柔性长链，赋予了HDPE质软但柔韧性好的特性。相比PP和PVC，HDPE的力学性能较差，拉伸强度仅10~20 MPa。PP膜也是一种线性链烃聚合物，与HDPE在性能上有很多相似之处。但由于PP的主链骨架碳原子上交替地连接着侧甲基，导致PP的分子链比HDPE分子链刚硬，同时分子链的对称性发生了改变，使得规整性降低，但PP的拉伸强度达到30 MPa，耐热性也比HDPE提高。PVC可以看作是PE分子链中每个单体单元上的一个氢原子被氯原子所取代。由于氯原子具有较强的电负性，PVC的硬度和刚性明显上升，但韧性和耐寒性下降。又因为C‒Cl键是偶极子，材料在宏观上表现明显的极性，用于人造板饰面时与基材的附着力较好。但由于PVC对环境有害、光稳定性较差这两方面的原因，不能用于室外、阳台等长期光照的地方。PET膜属于饱和聚酯型高分子，由对苯二甲酸和乙二醇经过缩聚反应形成，具有良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，并且耐热性能良好，在180 ℃以上时热变形较小，耐光照、硬度等表面性能也较好，因此，以PET肤感膜作为表面装饰材料较多。

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一般而言，装饰薄膜相对较软、延展性好，因此，对于木门门扇、门套线、装饰线条、柜类产品的异型部件表面装饰具有较大的优点^[10]。生产过程中首先需要对人造板基材进行预热处理，以减少PUR胶黏剂和基材之间的温差，之后通过刮涂设备将胶黏剂均匀平铺到基材表面，施胶量一般为4~5 g/m2。然后将卷曲的肤感膜贴在板材上，通过滚压机压贴完成^[11]。这种方法制备的肤感板式家具表面质量取决于装饰薄膜的效果，耐污染等表面性能较涂料制备的产品差。贴合后装饰薄膜在受热状态下容易发生分层等缺陷，另外，人造板基材表面若有灰尘存在也会影响装饰薄膜的胶合强度。

膜压法

膜压法以压力作用为肤感形成机制，通常以浸渍胶膜纸饰面人造板为基材，利用倒膜工艺和UV光固化的方式，首先在浸渍胶膜纸饰面人造板表面涂饰UV光固化涂料，将肤感膜上的纹理倒印在涂料表面，之后通过UV光使其完全固化并在表层涂料上留下肤感膜的纹理^[12]。这种方法可以重复利用肤感膜，但形成的肤感效果较单一，对涂料的硬度、耐污染性能无明显提升，同时表面质量容易受膜质量和生产过程中灰尘的影响。

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涂饰法

涂饰法以辐射膨胀法为肤感形成机制，将肤感涂料涂饰在人造板表面，利用辐射固化源刺激油漆成分自动排列，形成褶皱纹理^[13]。因此，以涂饰法形成肤感表面主要是对涂料配方的筛选，使其在特定固化方法下形成具有褶皱的纹理结构。目前常用的涂料包括水性涂料、溶剂型涂料等挥发型涂料和辐射固化型涂料。辐射固化涂料的固化源包括紫外光（UV）、发光二极管（LED）联合准分子灯和电子束（electron beam，EB）等。

水性涂料、溶剂型涂料和UV固化涂料肤感板式家具

以水性涂料、溶剂型涂料和UV固化涂料制备肤感家具，是在涂料中添加固体助剂如消光粉、滑石粉等来实现的^[15]，目前仅在一些研究报道中见到^[14]，尚未有工业化应用的例子。这种生产方式首先将涂料涂饰到板式家具表面，之后通过热风、红外或者自然干燥等方式除去涂料中的稀释助剂，利用固体剂自身的结构使固化后涂料表面产生微纳米的凸起，从而形成褶皱结构^[16]。例如，有以水性分散体和异氰酸酯作为交联剂并配合滑石粉等助剂合成水性肤感涂料的报道^[17]，但水性涂料和溶剂型涂料制备的肤感板式家具表面的硬度以及耐污染等性能相比UV固化肤感板式家具差，无法用于表面性能要求较高的产品，如台面、地板等。

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LED联合准分子灯预固化肤感板式家具

以LED联合准分子灯作为固化光源制备肤感板式家具是目前工业化生产较为成熟的一种方法。首先，利用LED较强但相对汞灯较弱的辐射能量照射涂料表面，使其预固化或半固化；之后，利用准分子灯穿透力低但较高的辐射能量快速，使UV固化涂料中的丙烯酸酯C=C双键在吸收能量之后发生表层固化，此时，底层涂层尚未全固化；最后，利用汞灯穿透力强的特性使涂料完全固化，由于底部未固化的涂料受到表层全固化的影响自发形成褶皱结构。相比直接以汞灯固化的方式，以LED联合准分子灯作为预固化的强烈紫外光波长单一，波长范围窄，刺激作用强，可以在较短时间内使涂料交联，减少引发剂的用量，降低因光引发剂裂解而产生的气味等^[18]。

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(1)准分子灯波长

准分子灯通常是以惰性气体（如氩气等）、卤素气体或惰性-卤素气体为介质，在特殊放电场合下，激发产生辐射光源，相比汞灯产生的辐射光源光谱范围宽（220~1 300 nm，包含紫外光到可见光范围）、所需紫外光光效低。准分子光源可以发射高强度且窄带紫外辐射，并且波长有较好的选择性，光照强度大，刺激作用强[19]。使用的准分子灯按照波长可以分为126、172、222、254、308 nm等，目前常用的为172和254 nm两种。

以波长172 nm的准分子灯作为预固化光源，需要在准分子灯预固化阶段将灯管内填充保护气体（通常为氮气），再放射出波长为172 nm的紫外光[20]。这样的激发状态下真空辐射的光子能力可以达到6 eV，高于多数的化学键键能，因此具有引发聚合、提高涂料交联密度的作用[21]。这样形成的涂料表面硬度高，耐污染性能好，具有抗指纹等优良特性，同时由于氮气保护作用，在辐射区域内不会形成臭氧，涂料因绝氧保护不易黄变。调节准分子灯的固化能量可以实现丝滑、丝绒、磨砂等手感效果的改变，触感可调控。

表1列举了一种以172 nm准分子灯为预固化光源的肤感涂料配方[22]。通常涂料中包含两种或两种以上不同收缩比的基体树脂，并含有C=C双键的丙烯酸类，例如表1中的3官能度UV树脂和丙烯酸单体，使其能在激发作用下产生褶皱结构。

表1　172 nm准分子灯预固化光源的肤感涂料配方^[22]

Tab.1　Formula of skin-tactile coatings pre-cured by 172 nm excimer lamp

以波长254 nm的准分子灯作为预固化光源一般不需要在准分子灯预固化阶段填充保护气体，因此，制备肤感涂层的成本低于波长172 nm的准分子灯，但由于辐射区域氧气浓度较高，因此涂料在固化过程中易发生氧化而导致黄变增加^[23]。同样，波长254 nm准分子灯作为激发光源也需要包含两种或两种以上不同收缩比的基体树脂，并含有C=C双键的丙烯酸类吸收能量固化。通过预固化光源作用也可以提高涂料的交联密度，使其硬度、耐污染性能提升，具有一定的抗指纹特性^[24]。调节准分子灯的固化能量也可控制表面涂层褶皱的宽度和深浅，形成不同触感的肤感木制品。

(2)基材

不同的基材以LED联合准分子灯制备肤感板式家具的工艺略有差异。目前使用的人造板常见为浸渍胶膜纸饰面人造板、装饰单板贴面人造板、装饰薄膜饰面人造板。

以浸渍胶膜纸饰面人造板作为基材制备肤感家具产品是目前工业化生产最为常见的一种，生产工艺也较成熟。首先用500目以上的砂纸对浸渍胶膜纸饰面人造板进行砂光处理，在不破坏饰面板表面花纹的前提下增加涂料与饰面纸之间的结合力；然后进行1~2次附着底漆的涂布，以汞灯固化附着底漆之后砂光并涂布2~3次加硬底漆，提高漆膜硬度，之后再次进行汞灯固化；在涂布完底漆之后再次进行砂光，然后涂布1~2次肤感面漆，采用LED联合准分子灯预固化之后再进行汞灯固化，即完成肤感产品制备^[25]，可以应用于家具柜体、墙板等。板式家具表面肤感装饰技术研究进展

以装饰单板贴面人造板作为基材制备肤感人造板产品也是一种发展趋势，尤其是以实现肤感和单板表面立体纹理效果最为突出。根据是否采用腻子对表面进行封闭处理可以分为封闭型、开放型和半开放型三类产品。其生产工艺与浸渍胶膜纸饰面人造板类似，即对表面填充腻子/不填充腻子的基材表面进行砂光处理，之后经过附着底漆、加硬底漆以及肤哑面漆涂布，并采用LED联合准分子灯预固化之后再进行汞灯固化，即完成肤感产品制备，可以应用于家具柜体、墙板、地板等^[26]。

板式家具表面肤感装饰技术研究进展

以装饰薄膜饰面人造板作为基材制备肤感人造板产品的种类相对较少，其生产工艺与传统PVC板材表面涂饰涂料的工艺基本一致，只需将最后一层面漆替换为肤感面漆并使用LED联合准分子灯预固化之后再用汞灯完全固化[27]。流程也与其他人造板基材类似，但需要注意附着底漆与装饰薄膜之间的界面结合力，防止出现涂料层与装饰薄膜层分离的现象。

电子束固化肤感板式家具

电子束（EB）是以电子加速器产生的高能电子束为辐射源，可使涂料由液态快速转变为固态。以EB作为固化光源制备肤感板式家具的原理与UV固化涂料基本一致，一般需要在涂料中加入具有微纳米褶皱结构的固体粉末，通过EB固化作用在涂料表面产生微纳米的凸起。由于EB的穿透能力强，固化速度快，因此可以降低涂料中挥发性有机物的含量，并且在涂料固化过程中不产生臭氧等污染、不加热可固化等优点^[28]。同样，以EB作为固化源时，为了避免氧阻聚作用，也需要隔绝氧气，如在氮气或惰性气体等保护下进行。电子束固化的工艺与传统紫外光固化工艺基本一致，只需将紫外光固化源替代为电子束即可。由于电子束设备较昂贵，电子束应用于板式家具表面涂饰尚未成熟，但在一些人造板表面装饰材料，如包覆类油漆纸、装饰薄膜等产品^[29]，并通过涂布工艺调控，使其出现了肤感效果。

肤感性能评价方法

目前人造板表面肤感性能尚无系统的评价方法，现有的评价法包括主观评价法和客观评价法两种。

主观评价法　

主观评价法是通过人与板材接触过程中主观感受来进行判断的，例如：白浩等[30]报道了一种以评价员在样板上进行触摸测试，并按照感官特性（指标）的强弱进行等级划分的测试方法，结果列于表2。

表2　肤感等级分级

Tab.2　Grade leves of skin-tactile

江苏海田技术有限公司企业标准Q/321183 HT 03—2022《超哑肤感紫外光固化木器涂料》也采纳这种主观评价法，将其应用于表面触感的评价[31]。这种方法能较快对板材的表面触感进行识别与判断，但是对检验人员的专业技能要求较高。测试前，检验人员需进行一定的筛选，符合GB/T 13868—2009《感官分析建立感官分析实验室的一般导则》，此外测试时不得使用任何护肤品，且需用洗手液彻底清洗双手。另外，测评员对触觉的正确理解、熟悉程度以及个体因素对检验结果都会产生较大的影响。因此，从事肤感检测的工作人员应经过系统的训练和考核，还应定期对试验人员的触觉进行比对。

除了以专业的检测人员来进行评判以外，也有研究者参考表2的分级表，通过问卷调查的方式，采集不同年龄段的测试者触摸板式家具表面，并进行统计分析，以多数人的感官作为该板式家具的肤感等级^[8]。这种评价方法需要采集较多的测试者，并且受个人主观因素的影响，容易使评价结果不准确。

客观评价法　

客观评价法通过科学仪器对板材的肤感进行定性、定量分析。板式家具表面肤感的形成和表面的特殊结构有关，这种结构会对产品的表面性能产生一定的影响，例如粗糙度、导热系数、光泽度等。此方法在纺织品行业已有较为系统的肤感性能评价指标，例如可通过仪器对纺织品的厚度、压缩、弯曲、柔软度、光滑度等进行判定，并通过模型建立这些指标值与肤感的关系，从而对纺织品的肤感指标值进行评价[32]。但由于板式家具无法像纺织品那样可以卷曲、拉伸等，该仪器无法应用于板式家具的检测。因此，对板式家具肤感的评价还需要进一步建立肤感性能与粗糙度、导热系数、光泽度等指标值之间的关系，从而更好地量化肤感性能。

问题与建议

基于板式家具表面肤感形成机制、肤感产品的生产方式、肤感性能评价方法等方面研究进展，未来还可以从如下方面着手研究。

⏩在肤感形成机制方面，目前的研究仅限于发现了肤感的形成与其表面的褶皱结构相关，然而褶皱的深度、宽度以及不同涂层之间的协同关系有待进一步探索。对于不同的肤感材料，如肤感膜或涂料配方之间的差异对肤感性能的影响尚未见报道，未来可以进一步发掘不同基材、不同底漆等对肤感形成以及性能的影响。

⏩在准分子设备研究方面，目前的产品多限于平面产品，而对异型产品的开发较少，比如LED-准分子固化法可否应用于异面产品；目前仅应用波长172和254 nm的准分子设备，其余波长的准分子设备是否也可以实现肤感效果，以及其性能增强作用，有待于进一步探究。

⏩在涂料涂饰工艺方面，电子束可以实现涂料的深层次固化，是否可以增加涂料的涂布量，在满足表面性能的同时减少涂布次数，实现涂布效率的提升，创制表面性能更优良的肤感饰面板产品。

⏩在产品方面，目前肤感产品由于表面褶皱对光的漫反射效果使其表面光泽度呈现哑光，对于其他光泽度产品的研究还相对较少，例如高光产品（60o光泽度大于85 GU）是否能够实现肤感效果，还有待于进一步研究。

⏩在肤感性能评价标准方法方面，应进一步建立客观的评价方法，健全完善考核指标体系。如加强肤感产品的耐持久性研究，考量产品表面摩擦次数与肤感性能消失的相关性，并将相关指标纳

叁

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（本文编校向琴）

信息来源： PURETE普瑞特

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