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(chǎn)化學加工、生物質(zhì)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(nóng)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)化學加工、生物質(zhì)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(zhì)、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(chǎn)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(jīng)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(nèi)裝飾與室內(nèi)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(chǎn)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(zhì)，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(chǎn)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(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)效率，而且使家具產(chǎn)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(chǎn)之間的語言障礙.

2林產(chǎn)化學加工的前沿科技對家具設計的啟發(fā)

林產(chǎn)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(chǎn)生的物質(zhì)作為原料，并通過化學或化工方法將原料加工成產(chǎn)品的過程。林產(chǎn)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(chǎn)品的化學組成、性質(zhì)和加工技術的應用學科。林產(chǎn)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(zhì)，可通過水、水蒸氣或有機溶劑提取獲得，具有內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品的技術。木炭是木材或木質(zhì)原料經(jīng)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(nèi)空氣的潛能。以活性炭作為家具材料，使家具產(chǎn)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(chǎn)品化學加工對家具設計的啟發(fā)

林副特產(chǎn)品化學加工，即對油茶、油桐、橡膠樹、漆樹等經(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)之中，使原本以手工業(yè)生產(chǎn)方式為主的漆藝涂飾向大規(guī)模工業(yè)化、機械化生產(chǎn)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(zhì)能源的前沿科技對家具設計的啟發(fā)

生物質(zhì)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(zhì)能，就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)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(zhì)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(zhì)纖維素轉化成乙醇的過程中，發(fā)展了一系列分離木質(zhì)素的技術[7]，而這些技術極有可能推動眾多新材料的產(chǎn)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(jīng)成為了世界第一大家具生產(chǎn)國，每年因家具制造產(chǎn)生的生物質(zhì)廢料、余料數(shù)量驚人，這些廢料、余料成為了生物質(zhì)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(chǎn)化學加工、生物質(zhì)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(chǎn)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

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[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(chǎn)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(chǎn)工業(yè),2013,40(1):46-48.

[7]施英喬,丁來保,盤愛享.生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)與林產(chǎn)化工[J].林產(chǎn)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