鄧榮堅

(廣州金發(fā)碳纖維新材料發(fā)展有限公司，廣州 510663)

0 前言

夾層結(jié)構(gòu)板材最早應(yīng)用于20 世紀(jì)40 年代，是指在2層性能優(yōu)異的面板之間采用膠接等方法夾入如正六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)、圓形蜂窩結(jié)構(gòu)、泡沫結(jié)構(gòu)等具有低密度、高剛性的夾層芯結(jié)構(gòu)而制備的新型結(jié)構(gòu)材料[1]。特殊的結(jié)構(gòu)特征使其具有高強輕質(zhì)的優(yōu)異性能，在誕生之初就廣泛應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域。

早期的夾層材料以蜂窩結(jié)構(gòu)為主，滿足高科技領(lǐng)域?qū)Σ牧细咝阅艿囊?，主要?yīng)用金屬蜂窩[2]。隨著復(fù)合材料科學(xué)的發(fā)展，以纖維增強熱固性聚合物為原材料的蜂窩結(jié)構(gòu)，如玻璃鋼蜂窩以其高的比強度、比模量，耐腐蝕性，絕緣性等優(yōu)異性能亦應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。由于熱固性蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具有很多缺點如韌性較差，原材料不易保存，固化成型后不可回收利用等，為了更好地實現(xiàn)蜂窩夾層材料“民用化”，熱塑性蜂窩結(jié)構(gòu)逐漸受到研究人員的關(guān)注[3]。

熱塑性蜂窩板具有質(zhì)輕、比強度和比剛度高等優(yōu)點，相比熱固性蜂窩板最大的優(yōu)點是，韌性好，環(huán)?？苫厥眨蚨粡V泛應(yīng)用于建筑工業(yè)、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，但其后續(xù)的封邊處理一直是業(yè)內(nèi)的難點，阻礙了其在某些行業(yè)的應(yīng)用如家具行業(yè)和物流行業(yè)等。傳統(tǒng)的封邊機，大多數(shù)為應(yīng)用于板式家具行業(yè)的封邊機，一般需要采用額外的封邊條進(jìn)行封邊，即將封邊條用粘接劑涂膠后，將其放在板材的邊上，沿板材邊緣將封邊條壓實，這種方式生產(chǎn)效率低，封邊后邊緣的強度不高，且制備的板材還含有膠水等膠黏劑，不利于環(huán)保，因而不適用于熱塑性蜂窩板的封邊。

本文作者針對熱塑性蜂窩板的特點，通過大量試驗研究，成功開發(fā)出一款適用于熱塑性蜂窩板的封邊機，已申請專利保護(hù)。以下作詳細(xì)介紹。

1 熱塑性蜂窩板簡介

熱塑性蜂窩板為質(zhì)輕高強的環(huán)保材料，它是一種夾芯結(jié)構(gòu),如圖1所示，面層為連續(xù)玻璃纖維增強熱塑片材經(jīng)過熱壓復(fù)合而成 (CFRTP面層)，芯層為熱塑性材料六角蜂窩芯如PP六角蜂窩芯。芯層與面層通過熔融熱壓黏結(jié)在一起形成板材，成型過程不含任何有害溶劑和膠黏劑，可以100 %回收絕對環(huán)保。

圖1 熱塑性蜂窩板的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural representation of thermoplastic honeycomb plate

圖2所示為熱塑性蜂窩板的實物圖，從圖中可以看到蜂窩板的邊緣并不是一個平面，而是由很多凹凸表面組成，正是由于這種結(jié)構(gòu)決定了蜂窩板采用傳統(tǒng)的封邊機用封邊條膠粘的方法行不通，最致命的缺點是膠黏劑用量極其多，而一般膠黏劑的價格不菲，而且黏結(jié)后黏結(jié)強度不高，封邊條容易脫落，影響了后續(xù)的使用。

圖2 熱塑性蜂窩板實物圖Fig.2 Picture of thermoplastic honeycomb plate

2 實驗研究

從熱性蜂窩板的材料和加工方法可以看到，其所用材料均為熱塑性材料(除了玻璃纖維)，都可以通過熔融加工，作者從這一點上受到啟發(fā)，能否利用熱塑性蜂窩板自身的材料直接通過熔融加工方法來實現(xiàn)封邊。熱塑性蜂窩板的面層是連續(xù)玻璃纖維增強熱塑片材具有很強的可塑性，只要給定一個形狀(通過模具實現(xiàn))，通過熱壓成型就可以簡單的實現(xiàn)。

有了基本思路后，要先驗證其可行性以及封邊效果。在選定形狀時，作者選用了強度最高，最容易成型的圓弧形狀，如圖3所示。封邊的基本原理可以描述如下：先把具有圓弧形狀的模具加熱到設(shè)定的溫度，再把熱塑蜂窩板的邊緣對著圓弧槽緩慢往前壓，最后冷卻定形，熱塑性蜂窩板的靠近邊緣的上下2個面層就會沿著圓弧槽成形為與圓弧槽一樣的形狀，形成圓弧狀的封邊結(jié)構(gòu)。

(a)封邊前 (b) 封邊后圖3 熱塑性蜂窩板封邊原理圖Fig.3 Edge banding schematic of thermoplastic honeycomb plate

圖4 熱塑性蜂窩板封邊簡易模具Fig.4 Edge banding mold of thermoplastic honeycomb plate

圖4所示為實驗研究制作的簡易模具，圖5為通過帶加熱功能的四柱液壓機進(jìn)行熱塑性蜂窩板封邊的現(xiàn)場照片。液壓機平板工作臺具備加熱功能，圓弧狀模具通過平板加熱到設(shè)定的溫度，液壓機上壓板往下運動，緩慢把熱塑性蜂窩板往下壓，使蜂窩板的邊緣通過面層的熱壓成型進(jìn)行封邊。圖6所示為熱塑性蜂窩板4個直角邊都封邊后的實物效果。 直角邊經(jīng)過封邊后變成圓弧邊緣，蜂窩芯被全部包裹在圓弧面層中， 封邊后圓弧邊緣既美觀又耐用(強度高，不會變形)，既環(huán)保(不含膠黏劑)又經(jīng)濟(不使用額外的封邊條)。

圖5 熱塑性蜂窩板封邊實驗現(xiàn)場圖Fig.5 Edge bandingexperimental site of thermoplastic honeycomb plate

圖6 熱塑性蜂窩板封邊實物圖Fig.6 Picture of thermoplastic honeycomb plate with the edge banding

3 熱塑性蜂窩板封邊機的開發(fā)

經(jīng)實驗研究確認(rèn)利用熱塑性蜂窩板面層材料的熱壓成型可以順利對蜂窩板進(jìn)行封邊，而且封邊效果可以滿足使用要求?？尚行院蛯嵱眯远嫉玫津炞C后，作者在此基礎(chǔ)上開始設(shè)計開發(fā)一套適用于熱塑性蜂窩板封邊的封邊機，并找到加工廠家生產(chǎn)制造出來。如圖7所示為執(zhí)塑性蜂窩板封邊機的三維圖設(shè)計圖，設(shè)計過程把效率和自動化作為基本要求，該封邊機可實現(xiàn)兩邊同時封邊，蜂窩板材在封邊過程自動對中，自動夾緊，工人只需完成上料和下產(chǎn)品的過程，直正實現(xiàn)一鍵啟動，完全自動化。關(guān)鍵功能部件可簡述如下：左右兩個封邊模塊配置完全一樣，模塊都配有冷模和熱模，冷模通過冷卻水冷卻，熱模通過電阻絲加熱，兩個模具均為圓弧槽形狀，通過氣缸實現(xiàn)上下位置切換；封邊過程，封邊模塊緩慢往前移動實現(xiàn)熱壓封邊，移動距離通過伺服電機加滾珠絲桿和直線導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精確定位，這是封邊機能實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的保證；由于使用了伺服電機，左右封邊模塊可實現(xiàn)精準(zhǔn)的同步運動，同步運動過程成型模具推著蜂窩板左右移動實現(xiàn)自動對中。通過調(diào)節(jié)夾緊機構(gòu)和封邊模塊的行程，封邊機可實現(xiàn)任意規(guī)格熱塑性蜂窩板的封邊。

圖7 熱塑性蜂窩板封邊機三維圖Fig.7 Three-dimensional diagram of thermoplastic honeycomb plate edge banding machine

圖8 熱塑性蜂窩板封邊機實物圖Fig.8 Picture of thermoplastic honeycomb plate edge banding machine

圖8所示為執(zhí)塑性蜂窩板封邊機的實物圖，熱塑性蜂窩板的封邊過程可簡述如下：工人把待封邊的蜂窩板搬到封邊機的工作臺上，按下控制面板上的一鍵啟動按鈕，左右封邊模塊往前移動，蜂窩板自動對中，夾緊機構(gòu)動作夾緊蜂窩板，熱模接觸到蜂窩板開始熱壓封邊，左右封邊模塊緩慢往前移動到設(shè)定位置后迅速往后退一定的距離，氣缸動作切換冷模和熱模的位置，左右封邊模塊再往前迅速移動到設(shè)定位置，冷模接觸到蜂窩板開始冷卻定型，冷卻時間到后，封邊模塊往后退，夾緊機構(gòu)松開蜂窩板，工人拿出封好邊的產(chǎn)品，完成一次封邊過程。

4 熱塑性蜂窩板封邊產(chǎn)品的應(yīng)用

圖9 蜂窩托盤Fig.9 Picture of pallet made by thermoplastic honeycomb plate

熱塑性蜂窩板由于其邊緣為凹凸表面組成而非一個平面，導(dǎo)致其后續(xù)的封邊處理一直是業(yè)界的難點，阻礙了其進(jìn)一步的應(yīng)用。通過作者設(shè)計的熱塑性蜂窩板封邊機可實現(xiàn)蜂窩板的完美封邊，促進(jìn)了其在某些行業(yè)的應(yīng)用，如物流行業(yè)、家居行業(yè)等。圖9所示為廣州金發(fā)碳纖維新材料發(fā)展有限公司開發(fā)的蜂窩托盤在物流展上拍的照片，該托盤主要由熱塑蜂窩板和注塑腳組成，熱塑蜂窩板通過作者所設(shè)計的封邊機進(jìn)行封邊處理，封邊后邊緣強度與蜂窩板母體強度一致，經(jīng)得起3 m跌落試驗和平時工人開叉車的野蠻操作。由于該蜂窩托盤具備輕量化負(fù)重大和周轉(zhuǎn)次數(shù)遠(yuǎn)比木托盤高的特點，所以一經(jīng)推出就受到了廣泛的好評。

隨著現(xiàn)代生活的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對于板式家具的質(zhì)量的要求也不斷提高。在板式家具的生產(chǎn)中，封邊是非常重要也是使用最頻繁的一個環(huán)節(jié)， 但又是產(chǎn)品質(zhì)量問題體現(xiàn)得最為集中的一個工序。判斷一件板式家具的質(zhì)量究竟如何，最直觀的一點就是家具的封邊質(zhì)量[4]。熱塑封窩板作為質(zhì)輕高強的板式材料，只要封邊處理好，就可以成功應(yīng)用于家居行業(yè)。

5 結(jié)論

(1)熱塑性蜂窩板封邊機的成功開發(fā)，解決了行業(yè)的一個難點，采用該技術(shù)處理的蜂窩板，其邊緣光滑美觀，邊緣強度基本與蜂窩板母體強度一致，經(jīng)久耐用，永不脫落；

(2)由于不需要使用額外的封邊條，也不需要任何膠黏劑，因此該封邊技術(shù)應(yīng)該是目前所有封邊工藝中成本最低的一種工藝，既環(huán)保又美觀又耐用又經(jīng)濟，必然會促進(jìn)熱塑性蜂窩板更廣泛的應(yīng)用。