劉雨璐 姜夏旺,2 孫德林 鄒偉華 王張恒

（ 1.中南林業(yè)科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410004； 2.湖南工業(yè)大學(xué)包裝設(shè)計藝術(shù)學(xué)院，株洲 412007）

重組竹材質(zhì)堅硬、色彩豐富、不易開裂變形，是硬質(zhì)木材的良好替代品。重組竹家具已經(jīng)成為重要的家具品類之一。折疊家具因可縮小體積、減少空間占用以及折疊變形所帶來的新奇感深受消費(fèi)者青睞，而重組竹的諸多特性正迎合折疊家具對所需材料的要求。

已有諸多有關(guān)重組竹用于家具制造的研究,如林舉媚[1]對重組竹用于家具制造的機(jī)械加工性、尺寸穩(wěn)定性和漆膜附著力等做出檢測評估；劉學(xué)莘[2]等以重組竹板為基材，分析不同連接方式對板材連接強(qiáng)度的影響；俞君寶等[3]認(rèn)為重組竹雖可適用于板式家具，但其材料特性更符合框式家具對材料的要求，利用重組竹打造的新中式家具更加新穎時尚、工藝簡單、性價比高；黃圣游[4]探討重組竹在新中式家具造型中的適用性，并根據(jù)材料特點(diǎn)和成型工藝進(jìn)行重組竹家具設(shè)計。在折疊家具方面，張福昌[5]指出馬扎的結(jié)構(gòu)是折疊家具設(shè)計中被運(yùn)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式；范雪地[6]探討折疊家具的設(shè)計要素，即結(jié)構(gòu)簡單、便于收納、操作簡便、空間利用率高，并強(qiáng)調(diào)用戶在使用過程中的體驗(yàn)感；薄蕾[7]在蒙古族折疊家具研究中，根據(jù)游牧民族的生活方式對便攜的折疊家具進(jìn)行探討。

在上述已有研究中，較少涉及重組竹在折疊家具設(shè)計與應(yīng)用方面的內(nèi)容。本文對重組竹的力學(xué)特性與視覺特性、折疊式家具的結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行總結(jié)歸納，根據(jù)重組竹高強(qiáng)度、高硬度、高密度的特性，結(jié)合折疊家具的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，分別對輕量化、便攜化、扁平化、功能多樣化的重組竹折疊家具進(jìn)行設(shè)計實(shí)踐，以期為重組竹折疊家具設(shè)計提供一些基本思路。

1 重組竹力學(xué)與視覺特性

重組竹又名重竹，由碾壓成竹絲束的竹材經(jīng)干燥、膠壓而成，是我國最先自主研發(fā)并形成產(chǎn)業(yè)化的一種新型竹質(zhì)人造板材[8]。根據(jù)重組竹的力學(xué)特性與視覺特性，在其作為家具用材時可在一定程度上用作珍貴木材的替代品[9]。

1.1 力學(xué)特性優(yōu)異

與普通木質(zhì)人造板相比，重組竹具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，最為顯著的優(yōu)勢是強(qiáng)度高、質(zhì)量重、硬度大，經(jīng)高溫炭化產(chǎn)生的色彩可改善其表面裝飾性。

1）強(qiáng)度高：重組竹的強(qiáng)重比為2.74～2.94 N·m/kg左右，高于木材、混凝土和普通鋼材，且各個方向的強(qiáng)度數(shù)值高，穩(wěn)定性能好。經(jīng)試驗(yàn)檢測，普通慈竹制成的重組竹板材順紋抗拉壓強(qiáng)度高于杉木、落葉松等常見木材，橫紋抗壓強(qiáng)度更是高出2～5 倍[10-11]。

2）質(zhì)量重：重組竹的密度一般在1.1 g/cm3以上，與檀木相近，大于普通家具用木材，因此內(nèi)外質(zhì)地緊密，質(zhì)量較重，可加強(qiáng)家具自身穩(wěn)定性，且抗彎彈性模量和靜曲強(qiáng)度在人造板中處于較高水平，適合用于制造部件結(jié)構(gòu)纖細(xì)的家具產(chǎn)品[12-13]。

3）硬度大：作為一種高密度材料，重組竹硬度可達(dá)到常用家具木材的2 倍以上，屬于強(qiáng)耐磨性材料，非常適合用于折疊、拆卸、移動這一類對節(jié)點(diǎn)要求較高的家具[14-15]。

1.2 視覺特性宜人

視覺特性在很大程度上體現(xiàn)出材料的設(shè)計屬性，主要反映于材料的色彩、肌理、光澤、質(zhì)感、形態(tài)等方面。重組竹的視覺特性主要表現(xiàn)為色彩溫潤、質(zhì)感宜人及紋理多樣。

1）色彩溫潤：受加工工藝和竹材本身顏色的影響，重組竹可不經(jīng)染色就能擁有獨(dú)特的暖調(diào)色彩，如淺黃本色、碳化褐色及混色。同時，可通過選擇不同的工藝對色彩進(jìn)行調(diào)控，如增加碳化溫度和時間，其顏色可逐漸由淺至深而呈現(xiàn)出與紅木相似的色彩[16-17]；若調(diào)整竹束單元的排列方式和比例，還可呈現(xiàn)出類似斑馬紋樣深淺交織的色彩。

2）質(zhì)感宜人：重組竹結(jié)構(gòu)致密且表面光滑，有著與木材相似的宜人質(zhì)感，加之其主要原材料源于竹材，因此在一定程度上繼承天然竹材舒適宜人的觸感。同時，還可以通過調(diào)整竹束的用量來調(diào)節(jié)材料的質(zhì)感。

3）紋理多樣：重組竹的紋理主要是通過竹絲束的排列形成，因此可以設(shè)計并制造出不同的紋樣。其中，縱向紋理與竹束的排列方向一致，所呈現(xiàn)的紋理方式最為多樣，也是重組竹紋理最直觀的體現(xiàn)，如可表現(xiàn)為深淺不一的斑馬條紋和虎皮紋（如圖1 所示），甚至可呈現(xiàn)出竹節(jié)或蟲洞等天然特征[18]。

圖1 重組竹板材紋理Fig. 1 Texture of recombinant bamboo board

2 折疊式家具結(jié)構(gòu)要素

2.1 基本結(jié)構(gòu)類型

折疊結(jié)構(gòu)是折疊家具的重要組成部分，也是一種歷史悠久、結(jié)構(gòu)形式豐富、普及范圍廣泛的家具結(jié)構(gòu)形式，其賦予家具便攜的特性。結(jié)構(gòu)類型以收啟式折疊為主，同時包含插接式、卡扣式等多種類型。折疊強(qiáng)調(diào)靈活性和功能性，即一物多用、便于收納、輕便易攜等優(yōu)勢。圖2 所示為家具中最常見的折疊結(jié)構(gòu)形式，其中軸心轉(zhuǎn)折式結(jié)構(gòu)是折疊家具結(jié)構(gòu)中使用范圍最廣、最具代表性的一種，有“折扇型”折疊結(jié)構(gòu)之稱。它以旋轉(zhuǎn)軸點(diǎn)為中心帶動連桿實(shí)現(xiàn)收啟動作，按照軸心的數(shù)量分為單軸心轉(zhuǎn)折和多軸心轉(zhuǎn)折，并由此演變出平行滑動式、伸縮式等收啟式結(jié)構(gòu)[19]，如圖2c、d所示。

圖2 折疊結(jié)構(gòu)形式Fig. 2 Classification of folding structures

2.2 主要功能特征

折疊家具作為一種便攜類家具，其功能形態(tài)主要表現(xiàn)為簡潔實(shí)用的外觀與輕便小巧的體量，具有功能多樣、便于攜帶、易于存放等功能特征。

1）造型簡潔：由于折疊家具有著注重便攜性的特殊要求，因此在滿足穩(wěn)定性和基本使用需求的基礎(chǔ)上，造型設(shè)計更趨于簡潔實(shí)用，為實(shí)現(xiàn)攜帶和存放方便創(chuàng)造條件。

2）功能多樣：功能多樣是折疊家具最為突出的特性，也是其在中小戶型用戶中最受歡迎的一點(diǎn)，可以通過疊加、組合或變形等方式實(shí)現(xiàn)。多強(qiáng)調(diào)使用功能的多樣化，表現(xiàn)為一物多用，通過不同功能來解決家具產(chǎn)品的使用方式和空間利用的問題[20]。如圖3a中的折疊桌，通過多軸旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)高度，實(shí)現(xiàn)一桌多用。

3）便于攜帶：絕大部分折疊家具攜帶方便，可供居家出行兩用。其設(shè)計更偏重于體量輕巧和結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。如圖3b中的折疊椅，采用單軸心轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)，通過簡單的旋轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)收啟，方便實(shí)用。

4）易于存放：折疊的目標(biāo)之一就是從造型與結(jié)構(gòu)上有效縮小體積，以達(dá)到節(jié)約存放空間的目的，使家具在閑置狀態(tài)時便于折疊堆放，更有效地減少占地面積。如圖3c中所示的椅子，采用旋轉(zhuǎn)與折疊相結(jié)合的方式使其成為平面狀態(tài)，可極大地節(jié)約空間。

圖3 折疊家具Fig. 3 Folding furniture

3 重組竹折疊式家具設(shè)計實(shí)踐

以重組竹為基材，根據(jù)其材料特性，遵循折疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念，從結(jié)構(gòu)輕量化、便攜、扁平化、快拆快裝以及多功能等方面開展重組竹折疊家具設(shè)計。

3.1 輕量化折疊家具設(shè)計

輕量化設(shè)計是以減輕產(chǎn)品物理自重和視覺自重為目標(biāo)的產(chǎn)品設(shè)計，即在不犧牲審美需求的前提下增加使用的有效性，同時減少材料用量，或?qū)崿F(xiàn)材料的替換來提高產(chǎn)品的可操控性與性價比[21-22]。重組竹的強(qiáng)度與密度能與部分金屬材料相媲美，與常用木質(zhì)材料相比，在承載力要求相同的條件下，重組竹作為家具構(gòu)件，能以更小的體量滿足所受載荷需求，因此其輕量化設(shè)計在視覺表現(xiàn)上更具優(yōu)勢。通常情況下，通過減少不必要結(jié)構(gòu)、優(yōu)化造型及簡化操作來達(dá)到減輕物理自重的目的，獲得纖細(xì)、飄逸的視覺輕量感。

3.1.1 減輕自重

由于重組竹的密度較大，重組竹折疊家具的第一個設(shè)計難題是降低家具產(chǎn)品的自重。在無法改變重組竹自身重量的情況下，減少材料用量為最直接的手段之一。以圖4 中所示折疊椅為例，構(gòu)件比常規(guī)更顯纖細(xì)，座面用單軸心轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)，橫棖通過卡槽轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)多軸心轉(zhuǎn)折，坐面板材為空心板，整體形態(tài)輕盈。這些方法的采用，可有效減輕物理自重。

圖4 輕薄型折疊椅Fig. 4 Lightweight folding chair

3.1.2 材料替代

在折疊家具中，重組竹可作為主體結(jié)構(gòu)件和主要承重件來替代金屬構(gòu)件，也可以在部件的轉(zhuǎn)動和連接部分使用重組竹替代更重的金屬配件，這樣既可提升整體強(qiáng)度和家具載重，也能實(shí)現(xiàn)不同材料的搭配，彰顯產(chǎn)品個性。如圖5 所示的折疊椅，就是使用重組竹代替原本金屬構(gòu)件，采用軸心轉(zhuǎn)動與伸縮式折疊結(jié)構(gòu)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的折疊功能，在保證強(qiáng)度的同時可以體現(xiàn)竹材的天然特征，也減輕了重組竹椅子的重量。

圖5 與布料搭配的折疊椅Fig. 5 Folding chair with fabric

3.2 便攜式折疊家具設(shè)計

絕大多數(shù)情況下，折疊結(jié)構(gòu)與便攜特征相輔相成。折疊家具通過減小體量、結(jié)構(gòu)變化來實(shí)現(xiàn)其便攜性，例如使用折疊結(jié)構(gòu)收縮大體量的家具，或?qū)⒘Ⅲw的家具拆卸成扁平化狀態(tài)，同時使用薄板等方式達(dá)到便攜效果。如圖6 所示的便攜式重組竹折疊桌，桌面使用薄板邊部加厚，桌腿以抽插的形式連接于背面卡件處，側(cè)板設(shè)卡槽；桌腿抽出后可收納于面板背面，桌面板采用卡槽轉(zhuǎn)軸的單軸心轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)，背面卡件處的提繩可令折疊后的折疊桌輕松攜帶。這種將折疊與拆裝巧妙結(jié)合的設(shè)計，可應(yīng)用于很多便攜式折疊家具中[23]。

圖6 便攜式折疊桌Fig. 6 Portable folding table

3.3 扁平化折疊家具設(shè)計

扁平化折疊結(jié)構(gòu)多基于插接式和卡扣式結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于零部件之間的節(jié)點(diǎn)通過部件自身相互卡掛或插接栓榫實(shí)現(xiàn)固定，且結(jié)構(gòu)上能快速組合，無需釘、膠與連接件，閑置狀態(tài)可折疊存放提升空間利用率[24-26]。由于需要經(jīng)常裝配與拆卸，對材料要求較高，尤其是接口部分，重組竹的高強(qiáng)度正符合這種要求。常用的插接結(jié)構(gòu)主要有十字直插和角度斜插，最大的優(yōu)勢是能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的扁平化儲存運(yùn)輸。圖7 的插接式凳子即采用扁平化的設(shè)計方法，拆裝后為扁平的板件，易于收納，便于運(yùn)輸，同時也具有便攜的特點(diǎn)。

圖7 插接式凳子Fig. 7 Plug-in stool

4 結(jié)語

本文將重組竹顯著區(qū)別于普通木材及木質(zhì)人造板的優(yōu)異性能與折疊家具多功能、易攜帶的結(jié)構(gòu)要素相結(jié)合，發(fā)揮材料在強(qiáng)度、紋理、色彩上的優(yōu)勢，克服自重大的不足，并從輕量化、便攜化、扁平化和功能多樣化的角度出發(fā)，為重組竹在折疊家具中的設(shè)計應(yīng)用提出新的思路和案例，這對于拓寬重組竹的應(yīng)用范圍和折疊家具結(jié)構(gòu)的展現(xiàn)形式，更好地適應(yīng)家具市場的變化與需求具有現(xiàn)實(shí)意義。