林業(yè)工程學科下的家具設計

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摘要：家具設計的縱向發(fā)展應該立足于林業(yè)工程科學技術的進步。林業(yè)工程體系之下的木材科學與技術、林產化學加工、生物質能源等科學技術不但支撐著我國當代家具的發(fā)展，而且其前沿科技還能為家具設計提供革新性的啟發(fā)。

關鍵詞：林業(yè)工程；前沿科技；啟發(fā)；家具設計

綜合我國各農林高校的學科簡介，林業(yè)工程學科主要涉及森林資源的培育與開發(fā)利用，以及林產品加工等工程技術領域。重點培養(yǎng)以下四個方面的高級工程技術人才：一是林區(qū)規(guī)劃;二是森林播種、培育、保護以及合理開采技術;三是木材制品設計、加工、利用;四是開采設備和木制品加工設備的設計、制造、使用。我國的家具設計教育源于林業(yè)工程學科下的木材科學與技術，經過改革開放40年，雖然家具設計隨著家具行業(yè)的壯大得到了空前的橫向發(fā)展，但是家具設計的縱向發(fā)展仍然應該立足于林業(yè)工程科學技術的進步?？v觀家具的發(fā)展史，都折射出科學技術的發(fā)展進程，而我國的當代家具更是林業(yè)工程科學技術進展的縮影。林業(yè)工程體系之下的木材科學與技術、林產化學加工、生物質能源等科學技術不但支撐著我國當代家具的發(fā)展，而且其前沿科技還能成為家具設計創(chuàng)新的力量源泉，能為家具設計提供革新性的啟發(fā)。

1木材科學與技術的進展對家具設計的啟發(fā)

木材科學與技術主要包括木材科學和木材工程兩方面。木材科學主要涉及木材自然屬性的基本知識，包括木材的宏觀與微觀結構、木材的物理與化學性質、木材的種類及特征等方面的知識。木材工程主要涉及從科學處理、加工木材到制成產品的基本知識，包括木材的干燥、防腐、改性，以及人造板制造、木制品加工、家具制造等方面的知識。木材科學與技術不但是我國當代家具設計教育與家具制造的根基，而且其前沿科技的進展啟發(fā)著家具設計的新思路。

1.1木材防腐技術對家具設計的啟發(fā)

防腐木的發(fā)展經歷了由工業(yè)防腐木向環(huán)保戶外防腐木發(fā)展的技術變革，木材防腐技術也以制造更加環(huán)保、穩(wěn)定、安全的材料為目標進行提升。將環(huán)保型ACQ防腐藥劑替代普通CCA防腐藥劑，使防腐木在沒有犧牲防腐效果的情況下大大改善其有毒性，防腐木也因此成為了戶外家具的首選材料，這一進展也啟發(fā)了戶外家具的形態(tài)設計，目前防腐木用途還存在局限性，未來隨著防腐木新技術的發(fā)展，應提升防腐性、根除有毒性，使防腐木真正成為室內裝飾與室內家具的良材。

1.2木材彎曲技術對家具設計的啟發(fā)

木材的自然結構上呈多孔狀，屬于力學范疇的彈性材料，在一定條件下可以進行彎曲成型。如果要實現(xiàn)較小曲率半徑的彎曲，就應該在彎曲之前軟化木材，增大其塑性。采用水熱——微波處理可以增強木材的軟化性能，增加木材表面羥基數(shù)量，使非結晶區(qū)微纖絲趨于有序，提高相對結晶度，結晶區(qū)表面微纖絲羥基裸露，增強氫鍵鍵合，增加結晶區(qū)寬度。當水煮處理時間為140~150min、微波處理時間為350s時，試材順紋壓縮率最大，單維和多維彎曲時的曲率半徑最小[1]。木材彎曲技術的進展為家具的形態(tài)設計開啟了更大的創(chuàng)意空間.

1.3木材阻燃技術對家具設計的啟發(fā)

木材阻燃處理的目的是為了提升防火安全，延長使用壽命，從而節(jié)約木材資源。木材阻燃技術不但要加強阻燃劑的有效性，而且要減少阻燃劑污染環(huán)境的可能性。優(yōu)良的木材阻燃劑應該具有阻燃高效，來源豐富，環(huán)境友好，燃后少煙、無毒，防腐防蟲，吸濕性低，不易水解、流失，提升木材性能等特點。木材阻燃劑種類繁多，按所含元素組成可分為鹵系阻燃劑、金屬類阻燃劑、磷－氮系阻燃劑及硼系阻燃劑等[2]。木材阻燃技術為全屋實木定制家具提供了消防安全保障與更優(yōu)良的材料性能，為全屋實木定制家具設計的多樣化保駕護航.

1.4木材超疏水技術對家具設計的啟發(fā)

木材由于其微觀結構呈多孔狀以及親水性基團含量豐富，使得木材具備吸濕、解吸以及干縮、濕脹的性能，因此產生翹曲、變形、開裂等天然缺陷。傳統(tǒng)的木材疏水技術沒有從源頭上抑制水分的侵入，而且大多疏水性能容易老化。先采用二氧化鈦(Ti02)溶膠進行處理，再用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)進行改性處理，使木材表面負載有納米級Ti02顆粒以及修飾了低表面能物質，水接觸角較未處理材大幅提高，顯示出優(yōu)良的超疏水性能[3]。木材超疏水技術的發(fā)展不但提升了木材的性能，而且拓展了實木家具的適應性，增強了家具的自潔功能，啟發(fā)了衛(wèi)浴家具設計的新思路。

1.5木材加工技術升級對家具設計的啟發(fā)

面對工業(yè)化批量生產與個性化市場需求矛盾日漸突出，傳統(tǒng)木材加工技術捉襟見肘，基于智能化制造系統(tǒng)的木材加工技術升級呼之欲出。從四個方面實現(xiàn)家具智能制造：第一，通過對家具設計軟件的革新，使得圖紙轉化為可識別代碼的轉化率達到90%以上；第二，通過數(shù)據(jù)歸集技術與視頻成像技術實現(xiàn)生產數(shù)據(jù)可視化、生產過程透明化；第三，通過對小部件切割設備的算法優(yōu)化使得小部件生產效率提高、成本下降；第四，通過對算法的革新使得軟件對終端設備的控制更加精確[4]。木材加工技術升級不但提升了家具企業(yè)的生產效率，而且使家具產品更加適應每個用戶的實際需求，使家具設計程序更合理以及基本化解了早期設計與后期生產之間的語言障礙.

2林產化學加工的前沿科技對家具設計的啟發(fā)

林產化學加工是以林木(干、枝、根、皮、葉、花、果)、林木加工的剩余物(板皮、木屑、碎片)、林木受傷后流出的分泌物和因寄生昆蟲作用而產生的物質作為原料，并通過化學或化工方法將原料加工成產品的過程。林產化學加工是以林學、木材化學、化學工程為理論基礎，研究上述原料及其產品的化學組成、性質和加工技術的應用學科。林產化學加工不但為當代家具制造提供了必要的輔材（膠黏劑、涂料等），而且其前沿科技還啟發(fā)了家具設計的新思路。

2.1木材制漿造紙技術對家具設計的啟發(fā)

木材制漿造紙技術主要涉及制漿與造紙兩個環(huán)節(jié)。制漿是根據(jù)抄紙要求，用化學、物理方法，從木材等植物纖維原料中分離、凈化纖維的加工過程。造紙是在制漿后加入輔助材料(膠料、填料)，把纖維加工成厚度相同的薄層，即紙張和紙板的成型過程。隨著綠色環(huán)保思想成為木材制漿造紙技術發(fā)展的指導思想，紙逐漸成為了符合4R（Recycle，Reduce，Ruse，Replace）原則的綠色材料，紙材也因此成為了綠色家具的首選材料，啟發(fā)了眾多綠色家具設計的思路.

2.2木材提取物加工對家具設計的啟發(fā)

木材提取物為非細胞壁物質，可通過水、水蒸氣或有機溶劑提取獲得，具有內含物含量少以及成分復雜的特點，如栲膠(主要成分是單寧)、樟腦、樹脂、色素等。隨著社會對環(huán)境保護的日益注重，制革工業(yè)中廣泛開展了植物鞣劑改性的研究與產品開發(fā)，如橡槐栲膠的氧化降解改性、落葉松栲膠的深度亞硫酸化改性等，使之更適于少鉻無鉻鞣法的應用。植物單寧以其綠色資源優(yōu)勢再度獲得青睞和發(fā)展機遇[5]。以環(huán)保無鉻鞣劑固定的皮革作為軟體家具的飾面材料，提升了家具產品的環(huán)保屬性，并啟發(fā)了軟體家具設計的綠色思路.

2.3木材熱解和氣化技術對家具設計的啟發(fā)

木材熱解和氣化技術，即在控制空氣進氣量的情況下進行木材受熱分解，從而得到木炭、木醋液、木焦油、木煤氣等產品的技術。木炭是木材或木質原料經過不完全燃燒所獲得的深褐色或黑色多孔固體燃料，其主要成分是碳元素?；钚蕴靠梢哉f是木炭的深加工，活性炭因其孔隙結構發(fā)達、比表面積大（每克活性炭的總表面積基本超過1500m2），以及超強的吸附能力，使其具備了改善室內空氣的潛能。以活性炭作為家具材料，使家具產品具有了優(yōu)化空氣的新功能，并啟發(fā)了家具裝飾設計的新思路.

2.4林副特產品化學加工對家具設計的啟發(fā)

林副特產品化學加工，即對油茶、油桐、橡膠樹、漆樹等經濟林木，以及在某些林木上放養(yǎng)的白蠟蟲、紫膠蟲、五倍子蚜蟲等進行化學加工，從而獲得茶油、桐油、天然橡膠、生漆、蟲白蠟、紫膠、五倍子等產品的過程。生漆俗稱“大漆”，在我國擁有“國漆”、“漆中之王”的美譽，具有薄而均勻、色澤柔和、平整光滑的特點。漆膜經研磨拋光處理，柔滑細膩、光亮如鏡,能獲得獨特的裝飾效果[6]。傳統(tǒng)大漆的涂飾工藝復雜且大多以手工為主，制約了家具工業(yè)化生產效率。將納米技術應用于大漆的改性，結合數(shù)碼噴印技術并將其應用于家具工業(yè)化生產之中，使原本以手工業(yè)生產方式為主的漆藝涂飾向大規(guī)模工業(yè)化、機械化生產方式轉變，大力提高了大漆涂飾的效率。通過現(xiàn)代納米科技使傳統(tǒng)大漆技藝煥發(fā)出新的活力，啟發(fā)了新中式家具設計的思路.

3生物質能源的前沿科技對家具設計的啟發(fā)

生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。而所謂生物質能，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質中的能量形式，即以生物質為載體的能量。它直接或間接地來源于綠色植物的光合作用，可轉化為常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，取之不盡、用之不竭，是一種可再生能源，同時也是唯一一種可再生的碳源.生物質能源不但是我國家具制造中所需燃料的重要來源之一，而且其前沿科技也啟發(fā)了家具設計的創(chuàng)新。在將木質纖維素轉化成乙醇的過程中，發(fā)展了一系列分離木質素的技術[7]，而這些技術極有可能推動眾多新材料的產生以及新的家具設計的出現(xiàn)，例如透明木材及其家具設計.此外，根據(jù)2014—2016年中國家具協(xié)會的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國已經成為了世界第一大家具生產國，每年因家具制造產生的生物質廢料、余料數(shù)量驚人，這些廢料、余料成為了生物質能源原料的重要來源之一。

4總結

無論是從技術的理性視角還是藝術的感性視角觀察，我國當代家具設計從未脫離林業(yè)工程科學與技術的指引，以及木材科學與技術、林產化學加工、生物質能源等相關領域的支持。基于林業(yè)工程學科下的家具設計是一種尊重科學與技術，以發(fā)展生產力與改善人民生活為目標的設計行為。家具設計的藝術樣式發(fā)展應該立足于林業(yè)工程科學技術的進步，林業(yè)工程前沿科技為家具設計提供著源源不斷的革新性啟發(fā)，是家具設計創(chuàng)新的重要推動力。

參考文獻

[1]佟達,宋魁彥,李堅.水熱——微波軟化處理對水曲柳彎曲的影響[J].林業(yè)科學,2011,47(11):129-132.

[2]王靈燕,聶玉靜,陳爭驥,等.我國木材阻燃研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].浙江林業(yè)科技,2016,36(5):82-86.

[3]劉思辰,徐劍瑩,王小青,等.納米TiO2處理木材的表面疏水性能初探[J].木材工業(yè),2014,28(3):26-29.

[4]李冠楠.定制家具智造系統(tǒng)的設計與開發(fā)[J].電腦知識與技術,2017,13(17):178-179.

[5]陳笳鴻.我國樹木提取物開發(fā)利用現(xiàn)狀與展望[J].林產化學與工業(yè),2008,28(3):111-116.

[6]孫德彬.大漆透明涂飾的技術與方法[J].林產工業(yè),2013,40(1):46-48.

[7]施英喬,丁來保,盤愛享.生物質能產業(yè)與林產化工[J].林產工業(yè),2016,43(1):9-11.

作者:鄒偉華 孫德林 許煥義 單位:中南林業(yè)科技大學