現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的竹材功能特性研究

姜 文 于 帆 陳若丹 （江南大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院 江蘇無(wú)錫 214122）

在崇尚綠色、低碳設(shè)計(jì)的時(shí)代，產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來(lái)越受到大家的關(guān)注，通過(guò)設(shè)計(jì)會(huì)使產(chǎn)品具有更高的經(jīng)濟(jì)附加值。材料作為產(chǎn)品的組成部分，很大程度上決定了產(chǎn)品的形態(tài)、質(zhì)感、造型等方面的因素，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分了解材料的特性。目前，竹材被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)環(huán)保材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用和推廣。充分利用竹材本身的功能特性設(shè)計(jì)竹材料產(chǎn)品，既可展示出竹材產(chǎn)品的獨(dú)特的美感，又可提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

竹材的功能特性包括竹材的物理特性、化學(xué)特性、力學(xué)特性等。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究關(guān)鍵是竹材作為產(chǎn)品的材料要素的應(yīng)用價(jià)值，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的層面分析竹材的功能特性。根據(jù)竹材加工應(yīng)用方式不同，目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中竹材的使用可分為竹原材和人造竹集成材兩大類(lèi)。竹材的功能特性也因加工方式不同呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。

1.竹原材在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的功能特性

針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的竹原材一般是指保留自然構(gòu)造的竹材，其功能特性大多基于竹原材構(gòu)造而言的，具有區(qū)別于一般傳統(tǒng)木質(zhì)材料的特點(diǎn)：中空?qǐng)A筒構(gòu)造、竹節(jié)與竹間結(jié)構(gòu)、纖維的一致性、優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度等。

1.1 竹原材中空?qǐng)A筒構(gòu)造的功能特性

竹原材最為明顯的構(gòu)造特性為中空?qǐng)A筒形態(tài)。中空，意味著同樣的面積，在加工過(guò)程中所用的材料體積較少，減少刻意制作中空所消耗的資源。圓筒，意味著沒(méi)有尖角、天然形成無(wú)縫連接的筒形，經(jīng)過(guò)打磨、切削就可以形成不同半徑、不同長(zhǎng)度的圓柱體。通過(guò)竹原材的弦面、徑面進(jìn)行不同的切割，會(huì)得到更加豐富的竹塊材。橫向切割可形成豐富圓筒造型、賦予變化的曲線切削處理可形成不同的弧面造型、不同角度縱向橫向方向的切削可呈現(xiàn)曲率不同的竹塊。竹塊材可單獨(dú)作為產(chǎn)品單體出現(xiàn)，也可系列化使用，作為元件由點(diǎn)及面，通過(guò)組合搭配形成富有變化的組合產(chǎn)品。

中空?qǐng)A筒是竹區(qū)別于其他材料最典型的特性，既是竹產(chǎn)品材料的功能特性，又是竹產(chǎn)品造型依附的基本形態(tài)，在日常生活中具有極大的應(yīng)用價(jià)值。例如將竹原材嵌套在其他材質(zhì)的外部和內(nèi)部，減少了其他材料的過(guò)分消耗，展示了竹原材的包裹性，也體現(xiàn)了傳統(tǒng)與現(xiàn)代材質(zhì)的融合。一款環(huán)保的提包，將竹跟布巧妙地結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮了竹子中空可載物的作用，又展示出竹材承重能力強(qiáng)可握的作用，充分利用了竹子的原始的功能特性，既簡(jiǎn)單又實(shí)用。合理地利用中空?qǐng)A筒造型，可降低使用其他材料的成本，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.2 竹原材節(jié)結(jié)構(gòu)的的功能特性

與塑料、金屬等人工材料的中空造型不同，竹原材的中空造型是由分布不均勻的竹節(jié)和竹間結(jié)構(gòu)構(gòu)成。竹節(jié)結(jié)構(gòu)具有阻隔的功能，將竹原材分為了一段段密閉的圓筒空間。將竹間部分截?cái)啵汕逦亓私庵窆?jié)的這種阻隔結(jié)構(gòu)。順著竹原材的纖維進(jìn)行縱向地切割，密閉的阻隔結(jié)構(gòu)就擴(kuò)展為開(kāi)放型的阻隔。由于切割角度的不同，竹節(jié)的阻隔能力也不同。

竹節(jié)結(jié)構(gòu)特性使竹材具有更多的實(shí)用性。運(yùn)用密閉性，可制成天然的儲(chǔ)錢(qián)罐。將竹間部分截?cái)?，密閉的圓柱空間打開(kāi)，又形成了有“底”，有一定承載能力的容器，可做杯子、筆筒等。順竹纖維進(jìn)行縱向切割，有課形成半阻隔作用的形態(tài)，可做茶匙等。

1.3 竹原材纖維一致性的功能特性

由于竹材節(jié)間細(xì)胞都是軸向細(xì)胞，沒(méi)有木材中的橫向射線細(xì)胞，因此竹材沒(méi)有橫向纖維，只有縱向纖維存在。竹子纖維方向與生長(zhǎng)方向一致性可稱(chēng)為竹材纖維的一致性。根據(jù)竹材纖維一致性，可較為省力地將竹筒縱向截取為竹片和竹絲。

最早竹片廣泛應(yīng)用是我們所熟知的竹簡(jiǎn)。竹簡(jiǎn)記言記事，成為了中國(guó)語(yǔ)言文化的載體，被賦予了符號(hào)象征。而現(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)該利用竹材溫和、無(wú)毒、環(huán)保的特性，充分使用竹片材。類(lèi)比木材加工的積木玩具的模塊化和拼接性，竹片也可作為玩具元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，組成具有一定功能性和娛樂(lè)性的產(chǎn)品。

竹絲或竹篾緊實(shí)地排布構(gòu)成竹編產(chǎn)品，竹絲與竹篾以線構(gòu)面，具有一定地構(gòu)成感。竹編屬于竹器物加工中的“細(xì)工”，是利用精制過(guò)的竹子進(jìn)行編織成器。[1]運(yùn)用竹絲竹編產(chǎn)品通過(guò)對(duì)竹原材的進(jìn)行重構(gòu)、形成具有自然柔和、有良好地透氣性的產(chǎn)品。但竹編必須依據(jù)人工制作，目前掌握竹編的師傅越來(lái)越少，如何讓現(xiàn)代設(shè)計(jì)與竹編結(jié)合，配合經(jīng)濟(jì)發(fā)展得以廣泛應(yīng)用，是我們需要考慮的問(wèn)題。

1.4 竹原材力學(xué)特點(diǎn)與功能特性

竹材的力學(xué)強(qiáng)度與竹壁厚度及基本密度有關(guān)。與木材年輪和圓周半徑會(huì)隨著生長(zhǎng)時(shí)間而增加不同。竹子的體積與橫切面的周長(zhǎng)不會(huì)隨著竹齡增長(zhǎng)而增加，只是竹壁厚度及基本密度隨竹齡增加而增加。竹材的力學(xué)強(qiáng)度一般隨竹齡的增長(zhǎng)而提高，至一定年齡后達(dá)到穩(wěn)定，但當(dāng)竹稈老化變脆時(shí)強(qiáng)度反而下降。[2]在縱向上，竹材纖維具有很高的韌性、抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。因此選擇合適竹齡的竹原材可做成具有一定承載能力的產(chǎn)品。傳統(tǒng)手工藝人結(jié)合竹材的中空?qǐng)A筒的功能特性制成扁擔(dān)、水車(chē)、竹筏、水管等竹制品。現(xiàn)代設(shè)計(jì)中利用竹材的中空?qǐng)A筒制成傘架、現(xiàn)代家具等。

2.人造竹集成材在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的功能特性

隨著技術(shù)的進(jìn)步，竹材的使用已經(jīng)不只局限于竹原材的使用，而運(yùn)用到了人造材料當(dāng)中。人們已經(jīng)看到了竹材所帶來(lái)的巨大的經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)對(duì)原竹進(jìn)行粗加工，得到較為精細(xì)平整的竹板材，做為竹產(chǎn)品的材料。人造竹集成材作為新興的現(xiàn)代材料，成為了木材的替代產(chǎn)品，應(yīng)用于日常生活中。竹材人造板的功能特性主要表現(xiàn)為：竹材人造板幅面大， 材質(zhì)細(xì)密， 不易開(kāi)裂，尺寸穩(wěn)定性好，具有抗壓、抗拉、抗彎強(qiáng)度高， 剛性好耐磨損， 各向異性差異減小等優(yōu)點(diǎn)。[3]

2.1 人造竹集成材表面肌理與質(zhì)感的功能特性

人造竹集成材經(jīng)過(guò)人工加工過(guò)程，形成了光滑均勻的質(zhì)感。板面色澤自然、質(zhì)地清新，有豐富的竹紋，色澤勻稱(chēng)、竹香怡人。經(jīng)過(guò)切削打磨，視覺(jué)肌理明顯，表面觸覺(jué)舒適、精純，給人柔和、舒適、溫暖的感覺(jué)，可應(yīng)用于與用戶肌膚接觸較為緊密的產(chǎn)品中。

2.2 人造竹集成材力學(xué)特點(diǎn)與功能特性。

人造竹集成材是以竹子或部分竹子為原料，經(jīng)過(guò)切削加工、干燥、施膠、組坯、壓縮膠合等一系列工藝制成。保留竹原材的縱向纖維排列的結(jié)構(gòu)，不宜產(chǎn)生扭曲變形。具有較高的抗壓、抗拉、抗彎強(qiáng)度。可應(yīng)用于需具有較高承載負(fù)荷能力的家具產(chǎn)品中，如竹地板、竹制板材家具。

3.現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中竹材功能特性存在的問(wèn)題和缺陷

竹材獨(dú)特的功能特性一方面會(huì)成為優(yōu)于其他材料的優(yōu)勢(shì)，但有時(shí)也會(huì)成為缺陷而影響竹產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

3.1 竹原材的功能特性缺陷

竹原材的功能特性的缺陷針對(duì)其原始構(gòu)造而言。主要是中空竹節(jié)造成的加工不便和纖維一致性導(dǎo)致的縱向斷裂性問(wèn)題。

獨(dú)特的中空?qǐng)A筒的竹原材個(gè)體差異較大，并且竹節(jié)一般分布不均勻，在批量生產(chǎn)過(guò)程中造成了不便。在手工作坊年代，竹材的個(gè)體差異可以通過(guò)手工藝人的挑選得到解決，制作出具有差異化的產(chǎn)品。而對(duì)機(jī)器大生產(chǎn)而言，竹原材的個(gè)性差異會(huì)影響生產(chǎn)時(shí)間和進(jìn)度。

纖維一致性是竹原材易于縱向截取為竹篾，但由于沒(méi)有橫向纖維存在，導(dǎo)致存在縱向斷裂性的缺陷。竹原材使用時(shí)間較長(zhǎng)，或是受到較大外力，竹材有可能會(huì)沿著纖維方向裂開(kāi)。這樣，在竹原材制作的家具產(chǎn)品中，原本在木材上使用的卯榫結(jié)構(gòu)難以使用，使用較多的是進(jìn)行插接、捆綁等結(jié)合方式。如今，在易斷裂或是老化的節(jié)點(diǎn)處利用其他材料與竹材結(jié)合方法也在廣泛使用。在工藝技術(shù)上一般對(duì)竹材進(jìn)行干燥和涂膠處理，提高竹材的使用壽命。

3.2 人造竹集成材的功能特性缺陷

人造竹集成材的缺陷主要是因竹材成分而引起的蟲(chóng)蛀、霉變問(wèn)題。

由于竹材抽提物比一般木材含有更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如糖類(lèi)、脂肪、蛋白質(zhì)等。這些有機(jī)物質(zhì)是一些昆蟲(chóng)和微生物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，容易引起蟲(chóng)蛀和霉變。因此，竹材更容易老化、腐爛和蟲(chóng)蛀，這是制約竹材應(yīng)用的重要原因之一。所以，竹材在加工生產(chǎn)上應(yīng)注意防霉、防腐和防蟲(chóng)蛀等問(wèn)題，工業(yè)上一般通過(guò)碳化和蒸煮來(lái)解決。

綜上所述，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域竹材具有的功能特性既有優(yōu)勢(shì)又有缺陷。利用現(xiàn)代的技術(shù)手段，充分了解竹原材和人造竹集成材為代表的竹材的功能特性，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮竹材功能特性的優(yōu)勢(shì)，避免竹材本身的功能特性缺陷，才能充分展示出竹材的獨(dú)特美感。以竹原材為材料的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮產(chǎn)品造型及功能如何與竹原材本身的中空?qǐng)A筒構(gòu)造和竹節(jié)結(jié)構(gòu)特性巧妙結(jié)合，使產(chǎn)品各要素聯(lián)系起來(lái)，使竹原材成為產(chǎn)品不可缺少的一部分；以人造竹集成材為材料的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)中發(fā)揮良好的實(shí)用性同時(shí)，充分體現(xiàn)竹材舒適親和的質(zhì)感。可與其他材料結(jié)合，嘗試應(yīng)用于與人接觸較為緊密的產(chǎn)品中?？傊?，應(yīng)用竹原材與人造竹集成材設(shè)計(jì)出好的產(chǎn)品才是對(duì)竹材功能特性最好的詮釋。

[1] 朱小麗.從碩放竹編論“手工藝”之美.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)[J]，2009（11）

[2] 虞華強(qiáng).竹材材性研究概述.世界竹藤通訊[J]，2003(3)

[3] 陳玉和，陳章敏，吳再興， 唐永裕.竹子研究匯刊[J]，2008(2)