1、废纸浆原料应用于家具产品领域的开发与研究摘 要：废纸回收后制成纸浆原料生产家具是响应时代需求的举措。文章以实验为基础，从废纸浆家具的造型、结构和工艺三方面对纸浆家具产品的开发进行实验研究，在此基础上制作出一系列纸浆家具产品，并根据实验过程中遇到的一系列问题，总结出废纸浆家具的不足及改进方向，达到纸浆家具产品研发的经济及环保的目的。 下载 关键词：废纸浆家具 造型 工艺 结构 中图分类号：F124.3 文献标识码：A 文章编号：1004-4914（2015）02-291-03 一、废纸浆原料家具产品的研究背景与意义 （一）废纸浆原料家具产品的研究背景 环境的破坏和能源的紧张使“绿色设计”与“低碳
2、环保”成为现代生活的两大主题，也迫使人们开始关注可再生能源的开发和废弃资源的再利用。废纸作为一种被废弃但还具有利用价值的资源在国外很早就被关注。在美国，早在上世纪 70 年代就颁布了废纸出口贸易准则，并且这个准则每过几年就会根据实际情况进行修改1。可见，废纸的回收再利用已经成为一种节约资源的方法，且已经得到很好的发展。 中国进入 21 世纪以来，废纸浆的用量逐步上升2（图 1），成为全世界最大废纸浆消费国。但中国对废纸的再利用比较晚，技术相对落后，而且中国对废纸的分类比较粗放，导致废纸的再利用率比较低，且再利用后制成的产品不理想。基于以上问题，国内众多大型纸企参与制定并发布了中国造纸协会废纸回
3、收分类及贸易指南（2013），这表明中国对废纸的回收再利用已经向纵深方向发展。 （二）废纸浆原料家具产品的研发意义 1.经济意义。家具行业作为林产工业的重要组成部分，每年对木材的消耗量巨大，但是旧家具的回收却没有形成产业，造成了木材资源的极大浪费。开发和寻找新的家具制造材料成为目前的一大趋势和解决手段。而且废纸浆具有材料来源广、韧性强、材质轻盈和回收率高的特性3，具有优良的环境友好性与极具潜力的经济价值，无论是从生产使用还是到废弃以及回收处理的各个环节都对环境无害或危害甚小，能够最大限度地利用材料资源，并使企业经济效益和社会效益协调优化发展。 2.社会意义。以低耗能、低排放、低污染为基本特征的
4、纸浆家具，是以人们日常生活中大量使用过后被回收的纸质纤维为主要原料。具有材料来源广、材质轻盈、韧性强而且回收率高、可 100%的循环再生产的优越性能，并且在产品的生命周期中包括设计、制造、包装、运输、使用到报废处理等各个环节，对环境负面影响最小而资源利用率最高，符合绿色制造的理念，顺应低碳经济的国情，满足了社会和谐共存的发展需要。 3.现实意义。废纸浆做成的家具造型富于变化，摆脱了传统家具的造型形式和概念，其独特的纹理和触感给人带来全新的感觉体验，不使用常规的粘合剂、油漆等家具辅助材料，具有轻便、时尚、安全、无污染、更新换代快的特点，迎合了广大消费人群的喜爱。色彩表现上，可以根据不同的设计要求
5、进行各类颜色的调配，能够展现出多彩、华丽的视觉印象；造型设计上，由于纸质材料富于变化，因此可以获得兼具复古与现代的造型样式；材料质感上，兼备木材、藤材及纺织物的肌理效果，典雅庄重且透气性良好。全面把握了“环保、节能、健康”这三大主旨，实现了人与自然、环境的和谐共存。 二、废纸浆原料应用于家具产品领域的研究内容 针对该材料所拥有的优越性能，项目组开展了一系列的废纸浆原料应用于家具产品领域的实验研究，主要进行了废纸浆原料家具产品的形态塑造、加工流程及结构原理的实验研究。 （一）废纸浆原料家具产品的形态研究 纸浆家具是指在一定浓度的纸浆中加入适量的化学助剂后通过真空加压工序，使纤维均匀分布在带有滤网
6、的模具成型机中，形成具有拟定形状和规定尺寸的湿纸模坯，然后经过进一步的脱水、脱模、干燥整饰而最终成型的家具制品4。在废纸原料家具产品形态的实验研究中发现，一方面，由于纸浆是由回收后的废纸经过分类拣选，温水浸涨后被重新打成的一种物质，具有一定的湿度和流动性，其形态可以根据创意和模具造型设计成点、线、面和体块等各种形态的家具部件，并且纸纤维是碎解后重新结合的，因此部件非常坚固耐用，而重量相比于同等大小的其他材料所制成的部件要轻得多，非常适合制作功能简洁、小型化的单体家具。另一方面，干燥后的纸浆表面触感丰富，纹理凹凸有致，表面反射能力较差而且光泽度比较低，但这一特性却相比于高光泽度的家具，更符合了东
7、方美学中“含蓄美”的标准。 在废纸浆原料家具产品的形态研究过程中，还利用了纸浆纤维结合力强、湿性加工时可模压花纹的优点，以面材和块材为主要造型要素来获得纸浆家具的外观样式美，并且为了加强结构强度的需要和更加丰富的外观形式，在纸浆家具产品的形态塑造的过程中，还尝试了将纸浆材料与其他多种材料相结合，以对比的方式加强纸浆材料自身的形象特征，进一步探索和利用不同的加工工艺体现质感和触感的材质美，强调造型、材质的多元化策略，以获得纸浆家具产品不同的造型风格。 （二）废纸浆原料家具产品的工艺方法实验 材料特性决定生产工艺。纸浆是将纸质纤维与水混合的浓度为 0.5%1%的纸浆悬浮液，里面含有的纸料纤维和细小
8、纤维最终会构成纸浆模塑家具制件的主体部分。纸浆模塑家具作为新兴的一个产品，其生产工艺还不成熟，由于模具设计的缺失和限制，使纸浆模塑家具造型比较简单。机械设备因素和纸浆本身的材料特性使得纸浆模塑家具不像木材等其他家具材料可以生产出精度很高的家具，加上纸浆的理化性能有待提高，再考虑到纸浆模塑家具的强度等问题，导致纸浆模塑家具的产品类型比较有限。尽管存在以上种种问题，但笔者经过不断的研究和实验总结出一套制作纸浆模塑家具的生产工艺流程（图 2）。 1.废纸制浆。将经过分类的废纸放入水中浸泡 24 小时，将浸泡过的废纸放入碎浆机进行打碎。 2.机理改性。为了增强材料的物理性能，可以根据需要向打碎的纸浆中
9、添加胶黏剂、挺硬剂、增强剂、颜料、弹性剂和防虫剂等。 3.成型。在这个步骤里主要有两个工作，一个是模具制作，另外是纸浆成型。可以说模具的制作是整个生产工艺最关键的环节，模具造型、精度及是否容易脱模等直接决定了纸浆模塑家具的质量和美观程度。而纸浆模塑家具的成型又分为两个方面，一方面要保证模具的成型精度高，无繁琐的线形和不易脱模的死角；另一方面要保证倒入模具的纸浆要完全充满整个模具，保证密实度和平整度，无空鼓和气泡等。 4.干燥。干燥是纸浆家具成型的重要工艺过程，干燥方式和条件不当，会导致纸浆模塑家具的变形或扭曲。倒入模具内成型的纸浆家具制件的含水量为 65%75%左右，较难使用机械方法达到干燥的
10、目的。笔者在实验过程中总结出以下干燥方法：自然光风干、热风干燥法、远红外线辐射干燥和微波加热干燥。其中，热风干燥要注意预留干燥后的变形量，考虑收缩率；远红外线干燥中远红外线可以被纸纤维良好的吸收可获得较高的加热效率，纸浆模塑家具在远红外线干燥中的扭曲变形较小，比较适合小尺寸模塑家具的干燥；微波加热干燥则可避免干燥过程中出现的内部干燥不均匀、表面硬化等产生的翘曲变形现象，对较厚的纸浆模塑制件效果显著。 5.切边整形。切边整形主要是针对不平整的纸浆模塑家具使用滚动式切边机进行修整，以便得到尺寸完整性高，表面平整的效果，在此基础上，还可根据需求进行进一步的装饰或加工。 （三）废纸浆原料家具产品的结构
11、设计 家具结构是保证家具强度的重要条件，巧妙的家具结构不仅有利于不同造型的实现，还可以在一定程度上增强家具的支撑强度。 结合纸浆原料的性能特点，在研究过程中选择了面材和块材为纸浆家具产品的主要结构方式。 面材形式的纸浆原料家具产品结构，尝试了铁钉结合法、连接件结合法和胶黏剂结合法，但连接强度相对较低。在此基础上，进一步采用了更加实用的波形与台形结构（图 3）和型腔与加强筋结构设计（图 4）两种方法。这两种结构方式都是利用纸浆原料家具产品本身形态的一部分作为支撑件，纸浆原料家具大都依托模具一气呵成，很少有部件与部件之间的连接情况。实验证明，波形与台形结构方式是比较简单的一种结构方式，其中波形结构
12、生产出的家具表面造型圆润，台形结构则棱角分明。由于两种结构中侧壁是主要的支撑部位，台形结构的侧壁倾斜度相比波形结构侧壁的倾斜度小，所以台形结构比波形结构的纸浆模塑家具稳定性更好一些。型腔是指铸型中组成铸件轮廓的空腔部分，由于型腔结构的纸浆家具中部处于中空状态，直线的边缘设计会使支撑强度下降，所以将纸浆模塑家具的型腔边缘设计为曲线形，以增加侧壁与地面的接触面积。加强筋在模具中面与面转折的位置要预先设置好，然后将打碎的纸浆倒入模内，待干燥完成后，加强筋与纸浆成为整体，增强其支撑强度。 在两次实验并取得一定成果的基础之上，进一步开发了纸浆原料块材形式的纸浆家具结构，因为是以家具自身的某一面作为支撑，
13、所以结构就是家具本身。当块材形式的纸浆家具与木材、金属或塑料等家具材料混合使用的时候，采用了直接嵌套的结构形式，纸浆家具坐落于其他家具材料制成的框架之中，弥补纸浆材料强度不足的弱势（图 5），并取得了极好的效果。 三、总结 纵观废纸浆原料应用于家具产品领域的发展以及以上论文中所做的具有针对性的各项研究，可以看出纸浆原料家具还有以下不足需要改进。 1.模具制作。由于纸浆原料家具是一个较新的领域，没有形成系统，模具比较简单粗糙，精度不够，造型也达不到人们较高的审美标准，导致生产出的家具制品达不到市场化的要求。 2.纸浆的理化性能需要提高。家具首先要满足功能性需求，而功能性需求少不了对强度和硬度的要
14、求，现在的废纸浆不能完全满足家具材料所需要的物理性能，需要通过进一步的实验和研究来改善。 3.工艺需要生产线化和机械化。现在的纸浆模塑家具制作过程经常要伴随一些手工制作，不仅满足不了精度要求，也降低了生产效率。 由此可见，未来纸浆原料家具的发展必然是在解决以上三个问题的基础之上再进行的。作为全新的研发领域，在之前大量实验研究的基础上，需要进一步研究出适用于纸浆材料家具的专用连接件及模具，开发全新的适用于该材料的造型形式，加强市场调查与生产企业合作，并做到以现有纸质（下转第 295 页）（上接第 292 页）材料加工生产技术为支撑、以现代产品加工理论为指导，从而进一步完善此类课题的研究。 注：本
15、文为中央高校基本科研业务费专项资金资助（supported by“the Fundamental Research Funds for the Central Universities）。项目编号 2572014CC01 注释： 1中国林业新闻网.我国废纸回收利用的“软肋”关于废纸回收利用问题述评之一EB/OL（2013-06-27）.http：/3-06/27/content_224034.htm 2季爱坤，刘文波.废纸浆存在的问题及提高其质量的方法J.纸和造纸，2013（11） 3万辉.纸浆模塑家具的设计和研究D.哈尔滨：东北林业大学硕士学位论文，2011.06 4江尔德，于伸，李德华.纸浆模塑家具J.家具，2008（1） （作者单位：东北林业大学材料科学与工程学院 黑龙江哈尔滨 150040） （责编：吕尚）
