廢紙漿原料家具產品的成型與增強處理研究

萬輝　顧繼友

摘要 以廢紙回收再利用為目的進行了廢紙漿原料應用于家具產品領域的相關性及適用性試驗，開展了廢紙漿原料家具產品的成型與增強處理研究，獲得了廢紙漿原料家具產品的成型方式、結構性能和工藝方法，確定了賦予此類產品最佳的材料性能參數與依據，以期最大限度地回收再利用此類材料。

關鍵詞：廢紙漿；家具產品；增強處理；低碳環保

中圖分類號：S784 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-123-03

隨著社會經濟的發展，我國用紙量迅速增加，廢紙資源回收再利用的重要性也更加突顯。盡管國內外一些科研機構做過相關研究，但關于廢紙漿原料在家具產品領域中的應用研究尚無實質性的進展。基于此，筆者研究了利用廢紙漿原料制備家具產品的成型工藝及增強處理技術，以期提高廢紙漿原料的強度、防潮及表面性能等，從而最大限度地回收再利用廢紙漿原料。

1 廢紙漿原料應用于家具產品領域的相關性研究

1.1 材料選用 廢紙漿是由廢紙再生制得的紙漿原料，也稱再生漿（recycled pulp），即由植物纖維原料制得的新漿料。實踐證明，廢紙利用率最高的產品是紙板和新聞紙。其中，新聞紙的廢紙漿回收利用率高達75%，具有高使用率、高得漿率的優勢，且舊報紙中的機械漿的高得率漿再生后強度特性變化不大，甚至可以有所升高[1]。該研究以國產廢舊報紙為原料，在臥式連續水力碎漿機中進行碎漿處理，漿料濃度2.5%，碎解時間10 min，經過疏解、過濾、壓榨、解離后，貯存備用。

1.2 纖維重組 對選用材料進行碎漿，讓廢紙纖維進行充分的疏解和潤脹，使纖維能較好地分裂和細纖維化，盡量避免纖維橫向切斷。采用長纖維半粘狀打漿方式，廢紙纖維縱向分裂，帚化和壓漬效果顯著，細纖維化程度高，均一性好[2]。試驗過程中，將纖維長度控制在1.25～1.50 mm范圍內，以提供更多的交織結合點，同時長纖維本身具有較高的強度，有利于應力的均勻分布。

在廢紙漿原料應用于家具產品領域的初始性能研究中，暫不進行廢紙漿的脫墨處理，而是在后期利用一定的手段改善廢紙漿的外觀質量和光學性能。

2 廢紙漿原料應用于家具產品領域的適用性研究

2.1 密度要求 用特定的模具通過冷壓工藝方法壓制1塊32.0 cm×32.0 cm×1.5 cm的紙漿試驗樣板。試驗過程中不添加任何化學藥劑。壓制過程中緩慢地由低向高加壓。經過反復試驗證明，在一定的壓制時間下，壓強為5 MPa時，紙漿板的質量最優。在一定的壓強下，壓制時間在6～8 h時，裝飾板的質量最優。

成型樣品在沒有添加任何化學制劑的前提下，測定其密度值為0.78 g/cm3，符合家具材料的密度大致為0.30～0.80 g/cm3的要求。

2.2 色澤與紋理 廢紙漿原料未進行脫墨處理，干燥后呈灰白色，無光澤且色感柔和，極符合東方美學中“含蓄美”的審美標準。此外，也可以在脫墨后添加染色劑，可任意調配顏色并且附著力強，能夠滿足不同的審美需求。同時紙漿原料制品具有良好的觸感，柔軟溫和，手感極佳。為了達到良好的表面紋理效果，還可以用特定紋理的上壓板壓制出條式、塊式、花紋式、凹凸式等類型圖案，使其顯示出自然舒適的紙漿紋理和質感。

2.3 工藝性 紙漿原料的加工性能良好，可鋸，易切。最重要的是紙漿原料可模塑成型，既可以通過加強筋的設計獨立成型，也可以與其他材料結合成型，加工方式靈活。并且紙漿原料保留了木質纖維的管狀細胞，具有一定的吸濕能力[3]，因此對涂料的吸附力強，易于著色和涂飾。

2.4 力學性質 紙漿材料雖然沒有木材那么高的強度，但由于形態與結構的不同，也具有一定的各向異性[4]，是家具制造領域一種強度尚好的材料。紙漿原料還具有很強的彈性，能夠減弱外力的沖擊作用。但紙漿材料硬度低，耐磨性較差，因此在使用過程中應運用恰當的加工方式及表面處理技術達到最終使用的目的。

3 廢紙漿原料家具產品的成型研究

3.1 成型試驗 紙質原料碎解后的纖維可塑性極強，筆者從家具產品的造型特點出發，結合紙漿材料的性能進行了平面和曲面2種形式的成型試驗。

（1）平面成型試驗。平面成型試驗制作了固定式擱架（圖1）。

擱架的主體造型是一個黃金矩形。制作過程中先將濕度為75%的紙漿倒入模具當中，利用與模具空隙寬度相等的鋼板層層施加壓力，少量并均勻注水，目的是讓紙纖維能夠更緊密的結合。這一過程不添加任何化學制劑，以便為今后試驗提供最原始的數據。紙胚自然干燥后脫模待用。

（2）曲面成型試驗。曲面成型試驗制作了兒童坐凳。

兒童紙漿坐凳成型試驗采用了最安全的無棱角曲面形態。一方面，此造型承載力足夠大；另一方面，此造型可以堆垛擺放。在設計上為了兒童搬移坐凳的便利，在凳面上預先留有1個圓孔。試驗制作過程中，依舊沒有添加任何化學制劑，旨在測試此種情形下曲面紙漿材料家具樣品的強度，以便為今后此類產品的進一步研發提供參考。坐凳自然干燥成型后，分別進行了200 N和500 N的壓力測試（圖2），在未添加任何化學制劑的情況下，制成的坐凳基本達到了兒童家具的使用需求。

3.2 結構性能研究 為了使紙漿原料家具能夠達到一定的強度與支撐度，針對平面成型和曲面成型的不同方式，分別對其結構進行了2種形式的探究：一種是內部加強筋設計。在坐凳的成型過程中考慮了力學上的支撐，根據紙漿小凳的功能需求在內部加入了加強筋設計，使紙漿小凳有足夠的支撐強度，并得出此方法非常適合制作單體小型化家具產品的結論；另一種是用于小型桌面、擱板和裝飾板的結構設計，分別進行了3種結構形式的試驗：①采用鐵釘結合法，主要包括明釘結合法、暗釘結合法和扎釘結合法等；②采用連接件結合法，主要包括直角式連接件結合法、直角式倒刺螺母結合法、膨脹螺母與螺釘結合法以及偏心連接件結合法等；③采用膠粘劑結合法，就是利用環保高強度膠粘劑，對紙漿模塑制件進行粘合。根據試驗樣品是固定式家具的特點，同時考慮到加工性與經濟性，最后采用了膠粘劑結合法結構。

3.3 家具樣品制作工藝 小型家具樣品制作工藝流程包括廢紙原料的回收處理、紙漿制備、纖維重組、模壓成型、干燥和切邊整飾等環節。其中，廢紙回收處理采用人工分選的方式將回收的廢報紙進行適當分類處理，并將分類的廢紙進行消毒處理，以便消除廢紙攜帶的細菌、病毒，使成品達到安全使用的目的[5]。在纖維重組的過程中為使疏解制漿的效果達到最佳，先將碎紙放入水中浸泡24～36 h，讓紙完全浸濕，然后使用水力碎漿機進行水力疏解。碎紙與紙漿通過合理配比，漿料濃度達到5%～8%，使紙纖維末端蓬松和分散以利于紙漿纖維的結合，然后置入已準備好的模具中分別進行濕部成型和模塑成型。成型后的制件含水率為65%～75%，此后進行自然干燥和微波加熱干燥2種試驗。自然干燥受時間限制，干燥周期長，樣品易變形。微波加熱干燥由于是從制品內部直接加熱，所以避免了自然干燥過程中出現的表面硬化、內部干燥不均勻而產生的翹曲變形現象，干燥時間短、速度快。

干燥后的樣品表面會有凹凸不平、形狀不規整的現象，于是采用滾動式切邊機對其加以修正，達到表面平滑、整齊的效果。具體試驗工藝見圖3。

4 廢紙漿原料家具產品的增強處理研究

4.1 增加廢紙漿家具產品的強度性能 在廢紙漿原料無膠成型試驗的基礎上，繼續秉承避免使用化學試劑以達到綠色環保目的的原則，進行了加強紙漿原料強度的試驗。在漿料中適當添加面粉類植物纖維膠質材料以提高其強度性能，并在水力碎漿機運轉當中，加入已碎解的秸稈、木屑、玻璃、石片等其他纖維。在攪拌器中讓混合以上材料的紙漿高速處理3～6 min，同時，在加工過程中根據漿料質量適當加入清水，使紙漿上料濃度保持在1%～ 2%之間，以增加強度和改善表面紋理。

4.2 增強廢紙漿家具產品的表面性能 在廢紙漿家具產品強度改性試驗的基礎上，為進一步加強材料性能研究，分別進行了紙漿原料添加助劑的改性試驗和表面美化試驗。

4.2.1 原漿材料添加助劑試驗。

添加膠粘劑，目的是為了提高材料的耐水與抗水性能；添加挺硬劑使材料具有一定的挺度和拉力，并進一步提高材料表面的平整度與光滑度；添加增強劑，目的在于提高材料的抗壓、抗折能力；添加彈性劑，為了增強紙漿模塑制件的彈性和力度以提高其加工性能和使用壽命；添加防蟲劑，主要起到預防蟲蛀的作用。

4.2.2 表面美化試驗。

主要包括壓花法和刻花法。

4.2.2.1 壓花法。預先根據需要，雕刻出凹形花紋圖案模具，然后將75%濕度的紙漿傾覆在模具上施加壓力并加以固定（圖4）。干燥后花紋圖樣自然成型，模具可反復多次使用，充分體現了紙漿材料的性能優勢。

4.2.2.2 刻花法。在紙漿制件的表面用電動機械刻刀進行各種圖案雕刻，實際操作時需要注意的是掌握刻刀的深淺，以不影響板面強度為佳（圖5）。試驗證明適合于紙漿模塑制件表面裝飾的雕刻形式主要有線雕和平雕2種形式。

5 結論

該研究立足于傳統家具制造原理，進行了適用于廢紙漿家具的材料性能、適用性、成型和機理增強等各項試驗，確定了紙漿與水含量的配比值，并通過強度測試得出最適合于紙漿材料成型的形式，確定了紙漿材料家具制品的結構方式，開發了廢紙漿原料家具產品的工藝流程，實施了廢紙漿原料的機理增強研究，以期最大限度地回收利用廢紙漿原料，并為今后的同類課題研究做鋪墊。

參考文獻

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[2] 張素鳳，索曉紅.三種廢紙纖維性能的分析[J].陜西科技大學學報，2003，21（6）：15-20.

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[4] 江爾德.紙制家具的研究與設計[D].哈爾濱：東北林業大學，2009.

[5] 洪露露，劉文波.典型高得率化學機械漿論述[J].制漿造紙工藝，2009，40（1）：4-9.