木塑材料在家具行业的应用前景分析
2016-11-23 8:48:20 点击：
木塑材料（wood-plastic composite，WPC）是近年来发展起来的一种新型复合材料，它质轻，刚性大、耐酸碱、防水防虫、环保，既可以像木材一样钉、钻、刨、锯、胶合和油漆，也可像热塑性塑料一样成型加工和表面装饰印刷，目前在建筑材料、市政设施、包装材料等领域应用十分广泛。除了以上优点，其手感极像木材，因此我认为其在家具领域的应用极具发展潜力。但目前木塑材料在家具行业的应用还不多，导致这一现象的原因是什么？本文从材料特性和消费者两方面探讨这一问题。
1 木塑材料在家具行业应用的限制因素
1.1 生产方式
目前木塑材料的生产主要采用挤出成型，即把木粉和熔融的塑料混合后挤出模孔得到各种型材与板材，型材成长率远远高于板材。为了减少原料用量，企业多采用微发泡技术降低材料的密度和通过模具技术在型材中产生细小通孔。表面可采用喷漆或油墨印刷技术进行装饰和保护，其中印刷技术不仅可以得到非常逼真的木材、石材纹理，而且由于油墨渗透到材料内部，一定范围内的表面划伤不会对外观产生较大影响。
木塑材料的生产方式对于家具设计制造有以下限制：
（1） 造型自由度低
由于是挤出成型，木塑材料大多数情况下只能呈现直线状态，几乎没有曲线造型和圆滑的转折，因此难以体现出家具应有的亲和感和舒适感，用于家具生产的造型设计自由度大打折扣。
从目前的状况来看，用木塑材料开发家具产品可采用的生产方式更接近于板式家具，外观也很类似，但成本稍高因而市场竞争力较弱。所以，如果外观不能具备实木家具的主要特征，木塑家具的开发就会受到很大的市场阻力。
（2） 端面处理要求高
型材的通孔可以减轻重量、节约用材，是木塑材料使用成本较低的主要原因。但是，型材的端面部位强度较低，易遭受碰撞或局部受力产生破损，而家具的受力节点又往往在材料的端部，因此需要对其端部进行特殊的处理以增加强度，提高了成本和技术难度；另外，消费者在欣赏家具时对细节的要求较高，要求端面处理不仅考虑受力，还必须考虑形式的美观和变化、使用过程的清洁和舒适要求，这都为木塑材料在家具领域的使用带来困难。
（3） 联结方式有限
目前木塑材料常用的联结方式是通过企口卡接，钉合、粘结。企口卡接可以很好的限制材料间两个维度的活动，结构可靠，但用途仅限于面的拼合，难以用作支撑结构；钉合要求有足够的铰钉深度，一般需要在中空的型材内部填充木块，生产效率偏低；粘结对接触面有较高要求，生产难以实现自动化，胶水可能流到表面影响美观。
1.2 表面质量
（1）面平整度是家具质量的一个重要因素，无论实木家具还是板式家具对此都要求很高，对木塑材料来说，这个要求显得尤为苛刻。木塑材料从型孔挤出后会因内应力产生局部变形，虽然环境湿度的变化对木塑材料产生的影响微乎其微，但较大的温差却会导致平面薄板的翘曲变形。目前用木塑材料制做的办公隔断在出口时碰到的难题就是产地和出口国的温差导致的产品变形。
（2）木塑材料的表面硬度低也是影响其在家具行业应用的不利因素。家具在安装、运输和使用过程都可能会遭到各种冲撞，如果家具的表面硬度低，很容易就会产生表面缺陷。木塑型材的表面用钥匙甚至指甲就能划出痕迹，虽然印刷木纹可以起到掩饰作用，但作为家具材料毕竟是一个较大的不足。
（3）采用印刷面饰的材料表面纹理受印刷辊轮直径限制形成规律性重复，大面积使用时影响其真实感。有些木材如榉木的纹理呈点状分布，没有大的图案化纹理，重复出现后不会有明显的人工化痕迹，而花梨木、酸枝木则有明显的线状纹理，同样的纹理重复出现后感觉很不自然。
1.3 消费价值观念
现在大多数消费者都认为实木家具比板式家具高档，一方面是因为板式家具的大批量机械化生产使得其成本下降，市场价格远远低于实木家具，另一方面，由于森林资源危机造成人们对木材的价值判断提高，实木家具的身价也就不断增长。另外，一些企业为了提高自身的市场身价，将名贵木材和能师巧匠的超凡雕刻技艺结合，生产出几套镇店之宝，标出几十万的天价，引导消费者的价值判断。相比之下，密度板、胶合板等人造板材的价值感明显偏低，这种价值观决定了木塑家具很难以较大的利润空间挤进家具市场。没有较大的利润，新材料是很难进入市场的。
2 应对方案的提出
2.1 采用二次加工技术和适用塑料、五金件设计弥补生产技术的不足
（1）木塑型材的弯曲试验证明木塑型材的单一直线风格可以得到改观，曲线造型和弯折都可以在木塑家具上出现。试验方法和过程如下：
根据试点企业资料和初步测试，确定且变形温度范围在155度左右，参考金属弯管工艺和初步试验，确定选用填充热砂，在模具内弯曲的方法；根据设计目标确定弯曲半径和角度范围；根据前阶段试验确定最佳变形温度；根据每次试验结果调整弯曲技术；根据试验纪录分析得出结论。
本次试验共弯曲型材39次，有记录价值的37次（部分试验样本照片附后）。经过分析得出结论：实心材料的最佳变形温度在摄氏155度左右；空心材料的最佳变形温度在摄氏162度左右；90度转角时的最小弯曲半径极限：JF11020为20mm，JF7040为40mm；45度转角时的最小弯曲半径：JF11020为31mm。
从实验结果来看，木塑型材用于家具设计和生产的造型自由度和转角问题可以解决，弯曲工艺有利于产生造型特色。
（2）发泡成型技术是试点企业已经成熟运用的生产技术，目前用于木塑房门的制造，基本原理是在两块木塑博板中间充入发泡剂，利用发泡剂产生的热量和压力使木塑板材紧压在模具内表面产生拉伸变形，冷却后自然粘结为整体门板。这样生产的门板可以预埋铰链、拉手、垫木和电路及锁具的管道，生产效率高、成本低廉、具有实木门的外观品质。
这项技术稍加改进就可用于生产有预埋件的家具门板、面板、整体靠背椅等部件，不但成本低、效率高、便于安装，而且可以利用模具得到不同的浮雕图案，使家具造型和表面装饰形式的选择更多。
（3）借助专用五金件和塑料件解决木塑型材的封口和联结问题。通常铝合金型材制品是通过着色或电镀塑料扣件封闭端口的，木塑型材不仅可以借鉴这种方法，而且可以利用材料的弹性使扣件与型材结合的更紧密，从而起到更整体的视觉效果。一个较好的例子是木塑装饰绒的安装方式：装饰钱上开有一个带封条的钉槽，用钉子固定好装饰线后再把封条卡在槽上，这样钉孔就不会影响美观了。
木塑件专用联结件设计要考虑以下因素：木塑型材内孔尺寸没有铝合金型材精确，联结件要有较大的适应性；薄壁强度较金属材料小，五金件和木塑型材的固定要有足够大的接触面积；利用型材的内腔空间安装微妙的机构从而实现某些特殊功能；利用发泡技术可以把五金件预埋在型材内部。
2.2 用设计手段提高表面质量
（1）材料变形轻则影响家具外观，重则影响家具的使用，无论实木家具还是板式家具都面临这个问题。目前通常采用油漆或贴面的方法保持材料内部水分含量的稳定防止变形，或在较大面积的家具部件上用色彩或雕刻纹样来掩饰变形并起到装饰作用。由于木塑材料变形的主要原因是温度变化所以用油漆隔离的方法无济于事，这就使得表面装饰设计成为非常重要的一项工作。除了雕花、镶嵌、分割、质感变化等常用表面装饰手法外，木塑材料还有其独特的装饰手法，如印刷、拼接、模压等等。
（2）木塑材料的表面硬度可以通过涂饰高硬度漆层提高，一些企业已经开发出了木塑地板，其硬度虽然不能和强化复合地板相比，但用作家具表面却是不成问题的。
（3）通过增加印刷辊轮的直径来解决表面纹理的重复成本高但效果有限，可以考虑用喷墨印刷机取代现有辊印方式。目前德国爱克发公司生产的喷墨印刷机可以印刷大幅面海报、广告牌及招牌，通过技术改进和模仿使之适应板材的表面印刷能够使木塑板材的表面质量大幅提高。
2.3 选准产品开发方向
按照传统标准看木塑材料可以得出一个结论，即处在实木家具的高品质和板式家具的低价格这个夹缝中的木塑家具很难在客厅和卧室占有一席之地，但是木塑材料优良的防水性能决定了它独特的使用价值。卫浴装修风潮和整体厨房的高价位给木塑材料提供了进军家具市场的契机，以卫浴家具为木塑家具开发的突破口是让消费者认识和接受木塑材料的捷径。
户外家具对材料的耐侯性要求较高，木塑材料能够满足这一要求。阳光中的紫外线使大多数塑料制品加速老化，但是木塑材料中的木粉能够有效遮挡紫外线进入材料内部，从而使木塑材料可以在户外有较长的使用时间。从经济因素分析，木塑材料比木材和金属材料的生产成本和维护成本都要低，因此，用它来开发户外家具很有发展前途。
结论
在木塑材料的针孔注射成型技术成熟以前，二次加工技术是解决单件和小批量家具造型和结构问题的有效手段，发泡填充成型技术可用于大批量制做外观较为复杂的装饰部件或预埋联结件生产组合家具的部件；通过专用五金件和塑料件设计可以解决型材的封口和联结问题；用模压、高硬度漆和喷墨印刷技术能够提高板材的表面质量；最重要的是选准产品开发方向，卫浴家具、橱柜和庭院家具是木塑材料进军家具市场的突破口。
1 木塑材料在家具行业应用的限制因素
1.1 生产方式
目前木塑材料的生产主要采用挤出成型，即把木粉和熔融的塑料混合后挤出模孔得到各种型材与板材，型材成长率远远高于板材。为了减少原料用量，企业多采用微发泡技术降低材料的密度和通过模具技术在型材中产生细小通孔。表面可采用喷漆或油墨印刷技术进行装饰和保护，其中印刷技术不仅可以得到非常逼真的木材、石材纹理，而且由于油墨渗透到材料内部，一定范围内的表面划伤不会对外观产生较大影响。
木塑材料的生产方式对于家具设计制造有以下限制：
（1） 造型自由度低
由于是挤出成型，木塑材料大多数情况下只能呈现直线状态，几乎没有曲线造型和圆滑的转折，因此难以体现出家具应有的亲和感和舒适感，用于家具生产的造型设计自由度大打折扣。
从目前的状况来看，用木塑材料开发家具产品可采用的生产方式更接近于板式家具，外观也很类似，但成本稍高因而市场竞争力较弱。所以，如果外观不能具备实木家具的主要特征，木塑家具的开发就会受到很大的市场阻力。
（2） 端面处理要求高
型材的通孔可以减轻重量、节约用材，是木塑材料使用成本较低的主要原因。但是，型材的端面部位强度较低，易遭受碰撞或局部受力产生破损，而家具的受力节点又往往在材料的端部，因此需要对其端部进行特殊的处理以增加强度，提高了成本和技术难度；另外，消费者在欣赏家具时对细节的要求较高，要求端面处理不仅考虑受力，还必须考虑形式的美观和变化、使用过程的清洁和舒适要求，这都为木塑材料在家具领域的使用带来困难。
（3） 联结方式有限
目前木塑材料常用的联结方式是通过企口卡接，钉合、粘结。企口卡接可以很好的限制材料间两个维度的活动，结构可靠，但用途仅限于面的拼合，难以用作支撑结构；钉合要求有足够的铰钉深度，一般需要在中空的型材内部填充木块，生产效率偏低；粘结对接触面有较高要求，生产难以实现自动化，胶水可能流到表面影响美观。
1.2 表面质量
（1）面平整度是家具质量的一个重要因素，无论实木家具还是板式家具对此都要求很高，对木塑材料来说，这个要求显得尤为苛刻。木塑材料从型孔挤出后会因内应力产生局部变形，虽然环境湿度的变化对木塑材料产生的影响微乎其微，但较大的温差却会导致平面薄板的翘曲变形。目前用木塑材料制做的办公隔断在出口时碰到的难题就是产地和出口国的温差导致的产品变形。
（2）木塑材料的表面硬度低也是影响其在家具行业应用的不利因素。家具在安装、运输和使用过程都可能会遭到各种冲撞，如果家具的表面硬度低，很容易就会产生表面缺陷。木塑型材的表面用钥匙甚至指甲就能划出痕迹，虽然印刷木纹可以起到掩饰作用，但作为家具材料毕竟是一个较大的不足。
（3）采用印刷面饰的材料表面纹理受印刷辊轮直径限制形成规律性重复，大面积使用时影响其真实感。有些木材如榉木的纹理呈点状分布，没有大的图案化纹理，重复出现后不会有明显的人工化痕迹，而花梨木、酸枝木则有明显的线状纹理，同样的纹理重复出现后感觉很不自然。
1.3 消费价值观念
现在大多数消费者都认为实木家具比板式家具高档，一方面是因为板式家具的大批量机械化生产使得其成本下降，市场价格远远低于实木家具，另一方面，由于森林资源危机造成人们对木材的价值判断提高，实木家具的身价也就不断增长。另外，一些企业为了提高自身的市场身价，将名贵木材和能师巧匠的超凡雕刻技艺结合，生产出几套镇店之宝，标出几十万的天价，引导消费者的价值判断。相比之下，密度板、胶合板等人造板材的价值感明显偏低，这种价值观决定了木塑家具很难以较大的利润空间挤进家具市场。没有较大的利润，新材料是很难进入市场的。
2 应对方案的提出
2.1 采用二次加工技术和适用塑料、五金件设计弥补生产技术的不足
（1）木塑型材的弯曲试验证明木塑型材的单一直线风格可以得到改观，曲线造型和弯折都可以在木塑家具上出现。试验方法和过程如下：
根据试点企业资料和初步测试，确定且变形温度范围在155度左右，参考金属弯管工艺和初步试验，确定选用填充热砂，在模具内弯曲的方法；根据设计目标确定弯曲半径和角度范围；根据前阶段试验确定最佳变形温度；根据每次试验结果调整弯曲技术；根据试验纪录分析得出结论。
本次试验共弯曲型材39次，有记录价值的37次（部分试验样本照片附后）。经过分析得出结论：实心材料的最佳变形温度在摄氏155度左右；空心材料的最佳变形温度在摄氏162度左右；90度转角时的最小弯曲半径极限：JF11020为20mm，JF7040为40mm；45度转角时的最小弯曲半径：JF11020为31mm。
从实验结果来看，木塑型材用于家具设计和生产的造型自由度和转角问题可以解决，弯曲工艺有利于产生造型特色。
（2）发泡成型技术是试点企业已经成熟运用的生产技术，目前用于木塑房门的制造，基本原理是在两块木塑博板中间充入发泡剂，利用发泡剂产生的热量和压力使木塑板材紧压在模具内表面产生拉伸变形，冷却后自然粘结为整体门板。这样生产的门板可以预埋铰链、拉手、垫木和电路及锁具的管道，生产效率高、成本低廉、具有实木门的外观品质。
这项技术稍加改进就可用于生产有预埋件的家具门板、面板、整体靠背椅等部件，不但成本低、效率高、便于安装，而且可以利用模具得到不同的浮雕图案，使家具造型和表面装饰形式的选择更多。
（3）借助专用五金件和塑料件解决木塑型材的封口和联结问题。通常铝合金型材制品是通过着色或电镀塑料扣件封闭端口的，木塑型材不仅可以借鉴这种方法，而且可以利用材料的弹性使扣件与型材结合的更紧密，从而起到更整体的视觉效果。一个较好的例子是木塑装饰绒的安装方式：装饰钱上开有一个带封条的钉槽，用钉子固定好装饰线后再把封条卡在槽上，这样钉孔就不会影响美观了。
木塑件专用联结件设计要考虑以下因素：木塑型材内孔尺寸没有铝合金型材精确，联结件要有较大的适应性；薄壁强度较金属材料小，五金件和木塑型材的固定要有足够大的接触面积；利用型材的内腔空间安装微妙的机构从而实现某些特殊功能；利用发泡技术可以把五金件预埋在型材内部。
2.2 用设计手段提高表面质量
（1）材料变形轻则影响家具外观，重则影响家具的使用，无论实木家具还是板式家具都面临这个问题。目前通常采用油漆或贴面的方法保持材料内部水分含量的稳定防止变形，或在较大面积的家具部件上用色彩或雕刻纹样来掩饰变形并起到装饰作用。由于木塑材料变形的主要原因是温度变化所以用油漆隔离的方法无济于事，这就使得表面装饰设计成为非常重要的一项工作。除了雕花、镶嵌、分割、质感变化等常用表面装饰手法外，木塑材料还有其独特的装饰手法，如印刷、拼接、模压等等。
（2）木塑材料的表面硬度可以通过涂饰高硬度漆层提高，一些企业已经开发出了木塑地板，其硬度虽然不能和强化复合地板相比，但用作家具表面却是不成问题的。
（3）通过增加印刷辊轮的直径来解决表面纹理的重复成本高但效果有限，可以考虑用喷墨印刷机取代现有辊印方式。目前德国爱克发公司生产的喷墨印刷机可以印刷大幅面海报、广告牌及招牌，通过技术改进和模仿使之适应板材的表面印刷能够使木塑板材的表面质量大幅提高。
2.3 选准产品开发方向
按照传统标准看木塑材料可以得出一个结论，即处在实木家具的高品质和板式家具的低价格这个夹缝中的木塑家具很难在客厅和卧室占有一席之地，但是木塑材料优良的防水性能决定了它独特的使用价值。卫浴装修风潮和整体厨房的高价位给木塑材料提供了进军家具市场的契机，以卫浴家具为木塑家具开发的突破口是让消费者认识和接受木塑材料的捷径。
户外家具对材料的耐侯性要求较高，木塑材料能够满足这一要求。阳光中的紫外线使大多数塑料制品加速老化，但是木塑材料中的木粉能够有效遮挡紫外线进入材料内部，从而使木塑材料可以在户外有较长的使用时间。从经济因素分析，木塑材料比木材和金属材料的生产成本和维护成本都要低，因此，用它来开发户外家具很有发展前途。
结论
在木塑材料的针孔注射成型技术成熟以前，二次加工技术是解决单件和小批量家具造型和结构问题的有效手段，发泡填充成型技术可用于大批量制做外观较为复杂的装饰部件或预埋联结件生产组合家具的部件；通过专用五金件和塑料件设计可以解决型材的封口和联结问题；用模压、高硬度漆和喷墨印刷技术能够提高板材的表面质量；最重要的是选准产品开发方向，卫浴家具、橱柜和庭院家具是木塑材料进军家具市场的突破口。
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