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    新型環保的用材-蜂窩復合材料

    隨著我國經濟的快速發展,對木質材料的需求也大幅增加,主要集中在建筑、家具、包裝和造紙領域。據統計,2003年我國木材進口量約12316萬m3,而且依然呈上升趨勢。2003年進口原木、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品??梢娔静闹倘?。

    蜂窩復合材料應用而生。它是一種新型材料,它質輕、強度大、剛度高,具有緩沖、隔震、保溫、隔熱和隔音等功能,被廣泛應用于建筑業、車船制造業、家具制造、包裝和運輸業,替代木材、泥土磚和高發泡聚苯乙烯,具有較高的經濟價值,并可回收利用;同時可節約大量的森林資源,保護和改善生態環境,是一種符合21世紀發展主題的環保新型材料。

    1.蜂窩紙的起源

    科學家發現,蜜蜂所做的六角六面狀窩是一個杰作,它以最少的材料消耗,構筑成極為堅固的蜂窩,其結構要比其他任何形狀的結構更強有力。因為這種多墻面的排列和一系列連續的蜂窩形的網狀結構,可以分散承擔來自各方的外力,使得蜂窩結構對擠壓力的抵抗,比任何圓形或正方形要高得多??茖W家對蜂窩結構的研究,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,蜂窩結構材料才開始面世的。  

    蜂窩板一般分金屬和非金屬兩大類。金屬類蜂窩板主要適用于飛機制造業、汽輪機制造業、船舶制造業、交通運輸業等。非金屬類蜂窩板又分纖維類和紙類。纖維類蜂窩板主要用于交通運輸業、室內裝飾業以及家具業等;紙類蜂窩板主要用于包裝業、建材業、家具業等。包裝業用的紙類蜂窩板,即蜂窩紙板,主要用于制作包裝箱及運輸包裝。

    2. 蜂窩紙芯的成型理論

    蜂窩紙芯的成型原理,可以通過一個簡單的小試驗進行說明。首先在一張紙條的一側沿紙條長度的垂直方向上涂上節距(T)、寬度(B)、相等的若干條膠線,而且節距是膠線寬度的4倍,T="4B,同樣我們在另一條紙條上也涂上相同的膠線,然后將兩條紙條錯位復合,就可以形成一個正六邊形的蜂窩結構。

    至于錯位粘膠復合,就是將第二條紙的膠線準確的粘膠在第一條紙條兩條膠線間距的正中位置的反面(如圖1),當若干條紙條依次這樣粘接時,把紙條橫向拉開至均勻,這樣若干個正六邊形就形成了。  

    當改變膠線的寬度和節距時(T≠4B),蜂窩就會變成其他形狀的蜂窩。當孔徑即蜂窩的內切圓直徑改變時,可以獲得不同型號的蜂窩紙芯。在實際的生產過程中,一半大蜂窩孔徑的紙芯容易拉伸,生產的速度也可以提高,但強度較低。一般在蜂窩托盤生產中,采用B型(內徑為15mm)和C型(內徑為20mm)的蜂窩紙芯,在家具中多使用B型(內徑為15mm)。

    3. 蜂窩復合材料的應用現狀

    3.1 在航天上的率先使用

    蜂窩結構材料起源于仿生學,并最早用于航空航天領域,它是應航空航天科技的特殊需要而發展起來的一種超輕型的復合材料。從上世紀30年代最早的用于制造飛機的夾層結構的六角型鋁蜂窩芯,到70年代美國波音公司的Boeing747飛機率先使用非金屬的蜂窩復合板作為飛機的地板,到如今,蜂窩復合材料已在飛機、火箭及太空飛船等航空航天器上得到廣泛的使用。

    3.2 蜂窩復合材料在建筑和家具上的應用

    3.2.1 在建筑上的使用

    在民用方面,蜂窩復合板材是由很薄的人造板、紙板與再生紙蜂窩芯粘結制成的復合板材。它非常適合作夾層材料,如蜂窩材料復合輕質墻體,蜂窩芯材僅占實心材料的1~5%左右。例如已研制出來的專利產品–QD-SXZ蜂窩石膏板(專利號ZL002164000,獲上海市科技成果獎。),是一種輕質、保溫、隔熱、隔音、阻燃、無毒易安裝的新型建筑裝潢材料,在建筑、裝潢、倉儲、運輸、交通、農業、影視道具等領域里都能得到廣泛的運用。在西方,蜂窩復合板材在建筑領域已形成了一系列的規范,成為一類性能優良、結構簡單獨特、節省資源和能源的重要新興材料。

    3.2.2 在家具上的使用

    在家具制造業推廣使用蜂窩復合材料,將會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合板,材料的用量和重量僅為實心中纖板的1/4左右;而復合板的成本卻只有實心板的1/2左右,并且,復合板具有重量輕,不易變形,運輸方便等優點。因而,在歐洲,80%以上的內房門為蜂窩復合門,大多數20 mm厚度以上的家具板材為蜂窩復合板。

    蜂窩復合板非常適合應用于板式家具。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。甚至還有家具生產廠家將其用于制造家具的支撐腿,可見其應用的廣泛性。

    目前,僅在廣東地區,家具企業使用蜂窩紙芯的就已超過200家,國內許多著名的家具企業,如富運、迪信、海沃氏、霍曼、萬利寶、皇朝、富瑋、大富豪、高帆、天誠、新南天、浙江的富得寶和四川的全友等,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。但相對于整個家具行業而言,使用蜂窩紙芯生產家具的企業還是很少,還有很大的市場有待開發。

    在香港市場,使用優質蜂窩材料復合成高檔板材,制成的高檔家具十分暢銷,用戶稱之為“飛機木”。在日本市場,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買蜂窩家具。

    3.2.3在家具上應用的新技術

    傳統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月德國漢諾威展覽會上,德國IMA依馬公司首次展出了多年的研制成果––輕質無框架蜂窩板封邊機,它使一種新的高效低成本的輕質無框架蜂窩板封邊工藝成為可能,在利用紙質蜂窩材料制造家具方面開創了新的思路、方法和前景,它使蜂窩紙制造家具可以實現產業化、工業化和自動化。

    新型輕質無框架蜂窩板的制造工藝是一種工業化的生產過程。它采用大板(4′×8′,即1220mm×2440mm)的制造工藝,即先做無框架大板蜂窩板。具體做法如下:將2張4′×8′的3mm厚的高密度板經過布膠之后,中間夾上經過拉伸處理的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里熱壓,熱壓之后采用電子開料鋸或裁板機進行鋸切達到所需要的尺寸。這種輕質無框架蜂窩板,四周沒有框架,經過德國依馬公司生產的無框架蜂窩板封邊機進行支撐邊條和裝飾邊條的封邊,就形成了各種規格的家具板件。  

    新型輕質無框架蜂窩板與有框架蜂窩板工藝相比具有很多優越性。有框架的制造工藝復雜,很大程度上依靠人工,并且受框架精準度的影響質量不夠穩定,并且這種工藝難以大批量生產形成工業化生產規模。而無框的新工藝可以大批量、機械化生產出所需的不同規格的家具板件。并且這種蜂窩板具有與同樣厚度的刨花板相同的抗壓強度和抗破碎性能。  

    新型輕質無框架蜂窩板在歐洲的面世和普及使用,也將會對中國家具行業產生影響。家具生產中所需不同厚度的家具部件,可以通過選用不同厚度的蜂窩紙制成不同厚度的輕質無框架蜂窩板大板,然后經過開料裁制成所需要的各種尺寸的板坯。最后這些無框架蜂窩板經過德國IMA公司的無框架蜂窩板封邊機進行封邊加工,即可得到各種規格的家具部件。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??梢灶A見,中國家具業也將出現更多的新型輕質無框架蜂窩板的身影。  

    3.3 在包裝領域的應用

    在包裝領域,蜂窩紙板作為一種結構優良、價廉物美的新型環保包裝材料,與瓦楞紙板、木材和塑料相比,有不可替代的優勢,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。它具體應用于:板的蜂窩夾芯結構使其緩沖性能優于瓦楞紙板,可采用全面緩沖或局部緩沖的形式來保護內裝物。  

    托盤和包裝箱。它制作的蜂窩復合托盤(卡板)和蜂窩包裝箱,具有不用熏蒸、不用消毒、不必熱處理烘干、不需國家動植檢出具熏蒸證明、不受進出口國海關特別檢查和限制的特點,可以順利隨貨出口,屬國際通行的綠色環保產品。蜂窩托盤和包裝箱除有出口免檢的好處外,兼具緩沖性好、板面平整、質優價廉的特點,其外觀和性能都大大優于傳統的天然木質托盤、木包裝箱和EPS泡沫內襯墊等包裝材料。全紙型托盤可以承受500KG載荷,復合型托盤可以承載1000-1500KG的重物。它可作普通平托盤和單面托盤外,還可制成立柱式托盤結構。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做紙箱。  

    角撐、護棱等附件。與緩沖襯墊類似,蜂窩紙板可用作運輸包裝件的角撐與護棱,這特別適合于集合包裝,起保護作用,減少碰撞與摩擦,降低破損。  

    目前,蜂窩紙板還用于制成“衛生棺”,包裝遺體后一起火化,主要供應香港、深圳市場,現在大連等城市也開始使用“衛生棺”。

    4.前景分析

    從體積上講,小如電子產品的微型馬達,大至飛機發動機等大型機電產品;從重量而言,輕如幾百克的蜂窩移動電話,大到幾噸重的汽車零部件均能適用,已經顯示出其它包裝材料無可比擬的巨大優越性。正是由于蜂窩紙板的眾多優點,尤其是在價格和環保上的優勢,正日益得到世界各國政府的鼓勵和支持,在推廣和應用上已出現了令人鼓舞的局面,具有極為廣闊的產業化市場前景。

    在我國,蜂窩材料也日益受到國家有關部門的重視和扶持,成為近幾年來在高新技術方面的投資熱點,其中全自動蜂窩紙板生產成套設備被列入1999年《當前國家優先發展的高技術產業重點領域指南(目錄)》的136項,而蜂窩紙板在2000年4月又被國家計委確定為近期新材料高技術產業化的工作重點,其產業化趨勢非常明朗。其優勢體現在以下幾方面:

    蜂窩紙板是一種深受重視,值得推廣的包裝材料。它順應了國家產業政策。包裝是消耗木材的大戶,代木包裝是國家的產業政策。估計2000年全國蜂窩紙板的生產能力約為年產蜂窩紙板300萬平方米。些蜂窩紙大約50%用于建材(如門板)、50%用于生產托盤、包裝箱和衛生棺。在《出口貨物代木包裝指導目錄》中,蜂窩紙板成為代木首選材料,它不僅能節約木材,更主要是打破美、加、歐盟等對我國貿易所設置的障礙。  

    蜂窩復合材料順應價格規律。今年,木材價格直線上升,所有與木材有關的行業都受到影響,如家具行業,造紙業和包裝業等。近年來,非洲、南美洲、東南亞國家都開始控制森林采伐量,出口減少,消費需求量并沒有減少反而增加,導致進口木材價格不斷上升。用木材包裝不再是低成本,改用其他更經濟的材料勢在必然。蜂窩紙板結構科學合理,成本較低,符合價格規律。  

    蜂窩復合材料符合保護環境和可持續發展的需要。消除白色污染已成為當前保護環境的重要課題,而運輸包裝所大量應用的EPS緩沖襯墊,已成為日益嚴重的白色污染源?!睹商乩麪栕h定書》和《維也納宣言》(我國均為簽字國)規定,將在2005年實現消除EPS污染的目標。蜂窩紙板具有優良的緩沖性能,并可回收利用,是取代EPS的理想材料,符合保護環境和可持續發展的總體方針。

    5.結束語

    我國木材資源貧乏,卻是木材消費大國。節約木材,大力發展替代木材的其他環保材料,對我國的經濟和環境的可持續發展尤為重要。然而,我國是在八十年代后期,才開始進行蜂窩制品的研制,比國外滯后了40多年。為了縮小與國外的差距,國家應盡快制定有關蜂窩復合材料及其產品的相關法規,出臺優惠政策,投入資金大力扶持蜂窩紙產業,幫助企業研究和生產出適合各種需求的專業蜂窩紙產品,并扶持和完善它的技術服務和推廣體系,利用媒體,大力宣傳和倡導蜂窩紙材料的優越性和它的各種應用,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家經濟帶來的壓力。


    來源:本站
    時間:2019-08-31
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