木塑材料在家具行業(yè)的應用前景分析
2016-11-23 8:48:20??????點擊：
木塑材料（wood-plastic composite，WPC）是近年來發(fā)展起來的一種新型復合材料，它質輕，剛性大、耐酸堿、防水防蟲、環(huán)保，既可以像木材一樣釘、鉆、刨、鋸、膠合和油漆，也可像熱塑性塑料一樣成型加工和表面裝飾印刷，目前在建筑材料、市政設施、包裝材料等領域應用十分廣泛。除了以上優(yōu)點，其手感極像木材，因此我認為其在家具領域的應用極具發(fā)展?jié)摿?。但目前木塑材料在家具行業(yè)的應用還不多，導致這一現(xiàn)象的原因是什么？本文從材料特性和消費者兩方面探討這一問題。
1 木塑材料在家具行業(yè)應用的限制因素
1.1 生產(chǎn)方式
目前木塑材料的生產(chǎn)主要采用擠出成型，即把木粉和熔融的塑料混合后擠出?？椎玫礁鞣N型材與板材，型材成長率遠遠高于板材。為了減少原料用量，企業(yè)多采用微發(fā)泡技術降低材料的密度和通過模具技術在型材中產(chǎn)生細小通孔。表面可采用噴漆或油墨印刷技術進行裝飾和保護，其中印刷技術不僅可以得到非常逼真的木材、石材紋理，而且由于油墨滲透到材料內(nèi)部，一定范圍內(nèi)的表面劃傷不會對外觀產(chǎn)生較大影響。
木塑材料的生產(chǎn)方式對于家具設計制造有以下限制：
（1） 造型自由度低
由于是擠出成型，木塑材料大多數(shù)情況下只能呈現(xiàn)直線狀態(tài)，幾乎沒有曲線造型和圓滑的轉折，因此難以體現(xiàn)出家具應有的親和感和舒適感，用于家具生產(chǎn)的造型設計自由度大打折扣。
從目前的狀況來看，用木塑材料開發(fā)家具產(chǎn)品可采用的生產(chǎn)方式更接近于板式家具，外觀也很類似，但成本稍高因而市場競爭力較弱。所以，如果外觀不能具備實木家具的主要特征，木塑家具的開發(fā)就會受到很大的市場阻力。
（2） 端面處理要求高
型材的通孔可以減輕重量、節(jié)約用材，是木塑材料使用成本較低的主要原因。但是，型材的端面部位強度較低，易遭受碰撞或局部受力產(chǎn)生破損，而家具的受力節(jié)點又往往在材料的端部，因此需要對其端部進行特殊的處理以增加強度，提高了成本和技術難度；另外，消費者在欣賞家具時對細節(jié)的要求較高，要求端面處理不僅考慮受力，還必須考慮形式的美觀和變化、使用過程的清潔和舒適要求，這都為木塑材料在家具領域的使用帶來困難。
（3） 聯(lián)結方式有限
目前木塑材料常用的聯(lián)結方式是通過企口卡接，釘合、粘結。企口卡接可以很好的限制材料間兩個維度的活動，結構可靠，但用途僅限于面的拼合，難以用作支撐結構；釘合要求有足夠的鉸釘深度，一般需要在中空的型材內(nèi)部填充木塊，生產(chǎn)效率偏低；粘結對接觸面有較高要求，生產(chǎn)難以實現(xiàn)自動化，膠水可能流到表面影響美觀。
1.2 表面質量
（1）面平整度是家具質量的一個重要因素，無論實木家具還是板式家具對此都要求很高，對木塑材料來說，這個要求顯得尤為苛刻。木塑材料從型孔擠出后會因內(nèi)應力產(chǎn)生局部變形，雖然環(huán)境濕度的變化對木塑材料產(chǎn)生的影響微乎其微，但較大的溫差卻會導致平面薄板的翹曲變形。目前用木塑材料制做的辦公隔斷在出口時碰到的難題就是產(chǎn)地和出口國的溫差導致的產(chǎn)品變形。
（2）木塑材料的表面硬度低也是影響其在家具行業(yè)應用的不利因素。家具在安裝、運輸和使用過程都可能會遭到各種沖撞，如果家具的表面硬度低，很容易就會產(chǎn)生表面缺陷。木塑型材的表面用鑰匙甚至指甲就能劃出痕跡，雖然印刷木紋可以起到掩飾作用，但作為家具材料畢竟是一個較大的不足。
（3）采用印刷面飾的材料表面紋理受印刷輥輪直徑限制形成規(guī)律性重復，大面積使用時影響其真實感。有些木材如櫸木的紋理呈點狀分布，沒有大的圖案化紋理，重復出現(xiàn)后不會有明顯的人工化痕跡，而花梨木、酸枝木則有明顯的線狀紋理，同樣的紋理重復出現(xiàn)后感覺很不自然。
1.3 消費價值觀念
現(xiàn)在大多數(shù)消費者都認為實木家具比板式家具高檔，一方面是因為板式家具的大批量機械化生產(chǎn)使得其成本下降，市場價格遠遠低于實木家具，另一方面，由于森林資源危機造成人們對木材的價值判斷提高，實木家具的身價也就不斷增長。另外，一些企業(yè)為了提高自身的市場身價，將名貴木材和能師巧匠的超凡雕刻技藝結合，生產(chǎn)出幾套鎮(zhèn)店之寶，標出幾十萬的天價，引導消費者的價值判斷。相比之下，密度板、膠合板等人造板材的價值感明顯偏低，這種價值觀決定了木塑家具很難以較大的利潤空間擠進家具市場。沒有較大的利潤，新材料是很難進入市場的。
2 應對方案的提出
2.1 采用二次加工技術和適用塑料、五金件設計彌補生產(chǎn)技術的不足
（1）木塑型材的彎曲試驗證明木塑型材的單一直線風格可以得到改觀，曲線造型和彎折都可以在木塑家具上出現(xiàn)。試驗方法和過程如下：
根據(jù)試點企業(yè)資料和初步測試，確定且變形溫度范圍在155度左右，參考金屬彎管工藝和初步試驗，確定選用填充熱砂，在模具內(nèi)彎曲的方法；根據(jù)設計目標確定彎曲半徑和角度范圍；根據(jù)前階段試驗確定最佳變形溫度；根據(jù)每次試驗結果調整彎曲技術；根據(jù)試驗紀錄分析得出結論。
本次試驗共彎曲型材39次，有記錄價值的37次（部分試驗樣本照片附后）。經(jīng)過分析得出結論：實心材料的最佳變形溫度在攝氏155度左右；空心材料的最佳變形溫度在攝氏162度左右；90度轉角時的最小彎曲半徑極限：JF11020為20mm，JF7040為40mm；45度轉角時的最小彎曲半徑：JF11020為31mm。
從實驗結果來看，木塑型材用于家具設計和生產(chǎn)的造型自由度和轉角問題可以解決，彎曲工藝有利于產(chǎn)生造型特色。
（2）發(fā)泡成型技術是試點企業(yè)已經(jīng)成熟運用的生產(chǎn)技術，目前用于木塑房門的制造，基本原理是在兩塊木塑博板中間充入發(fā)泡劑，利用發(fā)泡劑產(chǎn)生的熱量和壓力使木塑板材緊壓在模具內(nèi)表面產(chǎn)生拉伸變形，冷卻后自然粘結為整體門板。這樣生產(chǎn)的門板可以預埋鉸鏈、拉手、墊木和電路及鎖具的管道，生產(chǎn)效率高、成本低廉、具有實木門的外觀品質。
這項技術稍加改進就可用于生產(chǎn)有預埋件的家具門板、面板、整體靠背椅等部件，不但成本低、效率高、便于安裝，而且可以利用模具得到不同的浮雕圖案，使家具造型和表面裝飾形式的選擇更多。
（3）借助專用五金件和塑料件解決木塑型材的封口和聯(lián)結問題。通常鋁合金型材制品是通過著色或電鍍塑料扣件封閉端口的，木塑型材不僅可以借鑒這種方法，而且可以利用材料的彈性使扣件與型材結合的更緊密，從而起到更整體的視覺效果。一個較好的例子是木塑裝飾絨的安裝方式：裝飾錢上開有一個帶封條的釘槽，用釘子固定好裝飾線后再把封條卡在槽上，這樣釘孔就不會影響美觀了。
木塑件專用聯(lián)結件設計要考慮以下因素：木塑型材內(nèi)孔尺寸沒有鋁合金型材精確，聯(lián)結件要有較大的適應性；薄壁強度較金屬材料小，五金件和木塑型材的固定要有足夠大的接觸面積；利用型材的內(nèi)腔空間安裝微妙的機構從而實現(xiàn)某些特殊功能；利用發(fā)泡技術可以把五金件預埋在型材內(nèi)部。
2.2 用設計手段提高表面質量
（1）材料變形輕則影響家具外觀，重則影響家具的使用，無論實木家具還是板式家具都面臨這個問題。目前通常采用油漆或貼面的方法保持材料內(nèi)部水分含量的穩(wěn)定防止變形，或在較大面積的家具部件上用色彩或雕刻紋樣來掩飾變形并起到裝飾作用。由于木塑材料變形的主要原因是溫度變化所以用油漆隔離的方法無濟于事，這就使得表面裝飾設計成為非常重要的一項工作。除了雕花、鑲嵌、分割、質感變化等常用表面裝飾手法外，木塑材料還有其獨特的裝飾手法，如印刷、拼接、模壓等等。
（2）木塑材料的表面硬度可以通過涂飾高硬度漆層提高，一些企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了木塑地板，其硬度雖然不能和強化復合地板相比，但用作家具表面卻是不成問題的。
（3）通過增加印刷輥輪的直徑來解決表面紋理的重復成本高但效果有限，可以考慮用噴墨印刷機取代現(xiàn)有輥印方式。目前德國愛克發(fā)公司生產(chǎn)的噴墨印刷機可以印刷大幅面海報、廣告牌及招牌，通過技術改進和模仿使之適應板材的表面印刷能夠使木塑板材的表面質量大幅提高。
2.3 選準產(chǎn)品開發(fā)方向
按照傳統(tǒng)標準看木塑材料可以得出一個結論，即處在實木家具的高品質和板式家具的低價格這個夾縫中的木塑家具很難在客廳和臥室占有一席之地，但是木塑材料優(yōu)良的防水性能決定了它獨特的使用價值。衛(wèi)浴裝修風潮和整體廚房的高價位給木塑材料提供了進軍家具市場的契機，以衛(wèi)浴家具為木塑家具開發(fā)的突破口是讓消費者認識和接受木塑材料的捷徑。
戶外家具對材料的耐侯性要求較高，木塑材料能夠滿足這一要求。陽光中的紫外線使大多數(shù)塑料制品加速老化，但是木塑材料中的木粉能夠有效遮擋紫外線進入材料內(nèi)部，從而使木塑材料可以在戶外有較長的使用時間。從經(jīng)濟因素分析，木塑材料比木材和金屬材料的生產(chǎn)成本和維護成本都要低，因此，用它來開發(fā)戶外家具很有發(fā)展前途。
結論
在木塑材料的針孔注射成型技術成熟以前，二次加工技術是解決單件和小批量家具造型和結構問題的有效手段，發(fā)泡填充成型技術可用于大批量制做外觀較為復雜的裝飾部件或預埋聯(lián)結件生產(chǎn)組合家具的部件；通過專用五金件和塑料件設計可以解決型材的封口和聯(lián)結問題；用模壓、高硬度漆和噴墨印刷技術能夠提高板材的表面質量；最重要的是選準產(chǎn)品開發(fā)方向，衛(wèi)浴家具、櫥柜和庭院家具是木塑材料進軍家具市場的突破口。
1 木塑材料在家具行業(yè)應用的限制因素
1.1 生產(chǎn)方式
目前木塑材料的生產(chǎn)主要采用擠出成型，即把木粉和熔融的塑料混合后擠出?？椎玫礁鞣N型材與板材，型材成長率遠遠高于板材。為了減少原料用量，企業(yè)多采用微發(fā)泡技術降低材料的密度和通過模具技術在型材中產(chǎn)生細小通孔。表面可采用噴漆或油墨印刷技術進行裝飾和保護，其中印刷技術不僅可以得到非常逼真的木材、石材紋理，而且由于油墨滲透到材料內(nèi)部，一定范圍內(nèi)的表面劃傷不會對外觀產(chǎn)生較大影響。
木塑材料的生產(chǎn)方式對于家具設計制造有以下限制：
（1） 造型自由度低
由于是擠出成型，木塑材料大多數(shù)情況下只能呈現(xiàn)直線狀態(tài)，幾乎沒有曲線造型和圓滑的轉折，因此難以體現(xiàn)出家具應有的親和感和舒適感，用于家具生產(chǎn)的造型設計自由度大打折扣。
從目前的狀況來看，用木塑材料開發(fā)家具產(chǎn)品可采用的生產(chǎn)方式更接近于板式家具，外觀也很類似，但成本稍高因而市場競爭力較弱。所以，如果外觀不能具備實木家具的主要特征，木塑家具的開發(fā)就會受到很大的市場阻力。
（2） 端面處理要求高
型材的通孔可以減輕重量、節(jié)約用材，是木塑材料使用成本較低的主要原因。但是，型材的端面部位強度較低，易遭受碰撞或局部受力產(chǎn)生破損，而家具的受力節(jié)點又往往在材料的端部，因此需要對其端部進行特殊的處理以增加強度，提高了成本和技術難度；另外，消費者在欣賞家具時對細節(jié)的要求較高，要求端面處理不僅考慮受力，還必須考慮形式的美觀和變化、使用過程的清潔和舒適要求，這都為木塑材料在家具領域的使用帶來困難。
（3） 聯(lián)結方式有限
目前木塑材料常用的聯(lián)結方式是通過企口卡接，釘合、粘結。企口卡接可以很好的限制材料間兩個維度的活動，結構可靠，但用途僅限于面的拼合，難以用作支撐結構；釘合要求有足夠的鉸釘深度，一般需要在中空的型材內(nèi)部填充木塊，生產(chǎn)效率偏低；粘結對接觸面有較高要求，生產(chǎn)難以實現(xiàn)自動化，膠水可能流到表面影響美觀。
1.2 表面質量
（1）面平整度是家具質量的一個重要因素，無論實木家具還是板式家具對此都要求很高，對木塑材料來說，這個要求顯得尤為苛刻。木塑材料從型孔擠出后會因內(nèi)應力產(chǎn)生局部變形，雖然環(huán)境濕度的變化對木塑材料產(chǎn)生的影響微乎其微，但較大的溫差卻會導致平面薄板的翹曲變形。目前用木塑材料制做的辦公隔斷在出口時碰到的難題就是產(chǎn)地和出口國的溫差導致的產(chǎn)品變形。
（2）木塑材料的表面硬度低也是影響其在家具行業(yè)應用的不利因素。家具在安裝、運輸和使用過程都可能會遭到各種沖撞，如果家具的表面硬度低，很容易就會產(chǎn)生表面缺陷。木塑型材的表面用鑰匙甚至指甲就能劃出痕跡，雖然印刷木紋可以起到掩飾作用，但作為家具材料畢竟是一個較大的不足。
（3）采用印刷面飾的材料表面紋理受印刷輥輪直徑限制形成規(guī)律性重復，大面積使用時影響其真實感。有些木材如櫸木的紋理呈點狀分布，沒有大的圖案化紋理，重復出現(xiàn)后不會有明顯的人工化痕跡，而花梨木、酸枝木則有明顯的線狀紋理，同樣的紋理重復出現(xiàn)后感覺很不自然。
1.3 消費價值觀念
現(xiàn)在大多數(shù)消費者都認為實木家具比板式家具高檔，一方面是因為板式家具的大批量機械化生產(chǎn)使得其成本下降，市場價格遠遠低于實木家具，另一方面，由于森林資源危機造成人們對木材的價值判斷提高，實木家具的身價也就不斷增長。另外，一些企業(yè)為了提高自身的市場身價，將名貴木材和能師巧匠的超凡雕刻技藝結合，生產(chǎn)出幾套鎮(zhèn)店之寶，標出幾十萬的天價，引導消費者的價值判斷。相比之下，密度板、膠合板等人造板材的價值感明顯偏低，這種價值觀決定了木塑家具很難以較大的利潤空間擠進家具市場。沒有較大的利潤，新材料是很難進入市場的。
2 應對方案的提出
2.1 采用二次加工技術和適用塑料、五金件設計彌補生產(chǎn)技術的不足
（1）木塑型材的彎曲試驗證明木塑型材的單一直線風格可以得到改觀，曲線造型和彎折都可以在木塑家具上出現(xiàn)。試驗方法和過程如下：
根據(jù)試點企業(yè)資料和初步測試，確定且變形溫度范圍在155度左右，參考金屬彎管工藝和初步試驗，確定選用填充熱砂，在模具內(nèi)彎曲的方法；根據(jù)設計目標確定彎曲半徑和角度范圍；根據(jù)前階段試驗確定最佳變形溫度；根據(jù)每次試驗結果調整彎曲技術；根據(jù)試驗紀錄分析得出結論。
本次試驗共彎曲型材39次，有記錄價值的37次（部分試驗樣本照片附后）。經(jīng)過分析得出結論：實心材料的最佳變形溫度在攝氏155度左右；空心材料的最佳變形溫度在攝氏162度左右；90度轉角時的最小彎曲半徑極限：JF11020為20mm，JF7040為40mm；45度轉角時的最小彎曲半徑：JF11020為31mm。
從實驗結果來看，木塑型材用于家具設計和生產(chǎn)的造型自由度和轉角問題可以解決，彎曲工藝有利于產(chǎn)生造型特色。
（2）發(fā)泡成型技術是試點企業(yè)已經(jīng)成熟運用的生產(chǎn)技術，目前用于木塑房門的制造，基本原理是在兩塊木塑博板中間充入發(fā)泡劑，利用發(fā)泡劑產(chǎn)生的熱量和壓力使木塑板材緊壓在模具內(nèi)表面產(chǎn)生拉伸變形，冷卻后自然粘結為整體門板。這樣生產(chǎn)的門板可以預埋鉸鏈、拉手、墊木和電路及鎖具的管道，生產(chǎn)效率高、成本低廉、具有實木門的外觀品質。
這項技術稍加改進就可用于生產(chǎn)有預埋件的家具門板、面板、整體靠背椅等部件，不但成本低、效率高、便于安裝，而且可以利用模具得到不同的浮雕圖案，使家具造型和表面裝飾形式的選擇更多。
（3）借助專用五金件和塑料件解決木塑型材的封口和聯(lián)結問題。通常鋁合金型材制品是通過著色或電鍍塑料扣件封閉端口的，木塑型材不僅可以借鑒這種方法，而且可以利用材料的彈性使扣件與型材結合的更緊密，從而起到更整體的視覺效果。一個較好的例子是木塑裝飾絨的安裝方式：裝飾錢上開有一個帶封條的釘槽，用釘子固定好裝飾線后再把封條卡在槽上，這樣釘孔就不會影響美觀了。
木塑件專用聯(lián)結件設計要考慮以下因素：木塑型材內(nèi)孔尺寸沒有鋁合金型材精確，聯(lián)結件要有較大的適應性；薄壁強度較金屬材料小，五金件和木塑型材的固定要有足夠大的接觸面積；利用型材的內(nèi)腔空間安裝微妙的機構從而實現(xiàn)某些特殊功能；利用發(fā)泡技術可以把五金件預埋在型材內(nèi)部。
2.2 用設計手段提高表面質量
（1）材料變形輕則影響家具外觀，重則影響家具的使用，無論實木家具還是板式家具都面臨這個問題。目前通常采用油漆或貼面的方法保持材料內(nèi)部水分含量的穩(wěn)定防止變形，或在較大面積的家具部件上用色彩或雕刻紋樣來掩飾變形并起到裝飾作用。由于木塑材料變形的主要原因是溫度變化所以用油漆隔離的方法無濟于事，這就使得表面裝飾設計成為非常重要的一項工作。除了雕花、鑲嵌、分割、質感變化等常用表面裝飾手法外，木塑材料還有其獨特的裝飾手法，如印刷、拼接、模壓等等。
（2）木塑材料的表面硬度可以通過涂飾高硬度漆層提高，一些企業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了木塑地板，其硬度雖然不能和強化復合地板相比，但用作家具表面卻是不成問題的。
（3）通過增加印刷輥輪的直徑來解決表面紋理的重復成本高但效果有限，可以考慮用噴墨印刷機取代現(xiàn)有輥印方式。目前德國愛克發(fā)公司生產(chǎn)的噴墨印刷機可以印刷大幅面海報、廣告牌及招牌，通過技術改進和模仿使之適應板材的表面印刷能夠使木塑板材的表面質量大幅提高。
2.3 選準產(chǎn)品開發(fā)方向
按照傳統(tǒng)標準看木塑材料可以得出一個結論，即處在實木家具的高品質和板式家具的低價格這個夾縫中的木塑家具很難在客廳和臥室占有一席之地，但是木塑材料優(yōu)良的防水性能決定了它獨特的使用價值。衛(wèi)浴裝修風潮和整體廚房的高價位給木塑材料提供了進軍家具市場的契機，以衛(wèi)浴家具為木塑家具開發(fā)的突破口是讓消費者認識和接受木塑材料的捷徑。
戶外家具對材料的耐侯性要求較高，木塑材料能夠滿足這一要求。陽光中的紫外線使大多數(shù)塑料制品加速老化，但是木塑材料中的木粉能夠有效遮擋紫外線進入材料內(nèi)部，從而使木塑材料可以在戶外有較長的使用時間。從經(jīng)濟因素分析，木塑材料比木材和金屬材料的生產(chǎn)成本和維護成本都要低，因此，用它來開發(fā)戶外家具很有發(fā)展前途。
結論
在木塑材料的針孔注射成型技術成熟以前，二次加工技術是解決單件和小批量家具造型和結構問題的有效手段，發(fā)泡填充成型技術可用于大批量制做外觀較為復雜的裝飾部件或預埋聯(lián)結件生產(chǎn)組合家具的部件；通過專用五金件和塑料件設計可以解決型材的封口和聯(lián)結問題；用模壓、高硬度漆和噴墨印刷技術能夠提高板材的表面質量；最重要的是選準產(chǎn)品開發(fā)方向，衛(wèi)浴家具、櫥柜和庭院家具是木塑材料進軍家具市場的突破口。
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