基于材料外观属性的松木家具造型设计研究

  1.总论

  1.1课题研究的背景

  随着生态社会的建设和人们环保意识的增加,实木家具已成为新宠。据近期国外有关资料统计,在西欧市场,实木家具占家具市场份额的47%[1];在中国市场,实木家具的份额也由1991年的12%上升到2000年的34%,且大有方兴未艾之势[2]。但由于森林资源的日趋减少,造成了木材资源的严重不足。面对全球森林资源锐减和人类对木材的需求量日益增大的矛盾,世界各国都在积极寻求新的发展思路,人们将目光聚集在人工速生材上[3],合理使用人工速生丰产林和提高木材的综合利率将是解决木材资源不足的关键所在[4]。因此人工速生林资源成为未来木材综合利用的重点[5]。松木作为一种蓄积量很大的速生人工材必将成为实木家具设计的重点。
  松木树干通直,纹理美观,色泽柔和,可采资源丰富,价格低,径级也普遍在20cm上,是胶合板生产和实木制品的理想用材[6][7]。松木家具产品基材几乎全部采用天然的实木制作,涂饰材料也采用环保的透明清漆或硝基漆,此外在实际生产中各种禅的连接都采用无甲醛含量的白乳胶或骨胶等,可以说松木家具产品是真正意义上的绿色环保家具[8]。松木家具正以其自然清新的外观、良好的绿色生态性能成为家具产品族中的新宠,深受消费者尤其是青少年消费者的喜爱。松木家具产品的市场需求日益增大,有着丰富速生人工林资源的国内松木家具产品将具有很大的市场开发潜力[9]。
  对国内松木家具市场的调查,笔者发现目前国内松木家具存在着一些问题。首先,产品类型单一,目前松木家具均以现代自然、简洁的风格为主,材色多为松木本色,少量为黑胡桃色等深色;其次,松木结疤影响美观,市场上的松木家具大多采用将结疤直接袒露或完全剔除的方式,都未能达到很好的效果;第三,材质柔软,易于损坏;第四,产品档次底,与其他实木家具相比较,价格要便宜很多。因此,加大松木家具的产品创新,提高产品附加值,是目前迫切需要解决的问题。
  分析大量的松木家具设计的案例,笔者发现:就松木家具而言,影响其技术特征和艺术特征的关键在于造型,而影响造型设计的主要因素在于材料本身。彭文利在《家具材料与设计的关联性的研究》中指出家具的造型变化与发展和家具材料的应用与发展是相辅相成的,相互影响、相互促进的。家具材料它以自身的科学性、外观性、经济性而影响家具设计[10]。家具的外观设计从材料上寻求突破口是一种明智的选择[11]。如朱晓杰设计作品的成功主要来源于他对“乌金木”材料的设计与把握[12][13]。因此,研究材料设计特性以及材料与产品设计的关系是对松木家具设计研究的关键所在。
  目前,国内外关于松木家具设计进行了一些研究,其中刘文金《松木家具产品设计技术》和《松木家具制造中的几项关键工艺技术》,李素瑕等《国内松木家具市场研究》,柳献忠《松木家具硝基漆涂饰工艺分析》,苟文元《浅谈松木家具的涂装》,李素瑕《松木家具框架节点接合强度性能研究》等。这些研究多是集中在松木家具的生产技术上,且没有将这些研究与实际的产品相结合,更没有从材料的外观属性上特别是肌理特性上来探讨松木家具设计。
  本课题正是基于目前松木家具的市场前景以及所面临的问题而提出来的。从松木家具材料的特性出发,探讨材料与产品设计的关系,并结合已有的材料基础知识,对材料的外观属性进行研究,以求设计出具有高附加值的和高品质的松木家具。这对于提高松木的综合利用率,开发松木家具产品新类型,提升松木家具的附加值和市场前景都具有重要的意义。

  1.2课题研究的主要内容

  本课题将以马尾松为研究对象,从材料外观属性出发,结合相关的基础理论知识,分析目前松木家具设计现状,探讨松木家具造型设计的新方法。具体研究内容如下:
  ①分析松木材料的外观属性,总结目前松木家具设计中运用外观属性进行设计的规律和存在的主要问题。包括:
  a.目前松木家具中材料色彩的处理方法和存在的问题;
  b.目前松木家具中材料肌理的处理方法和存在的问题;
  c.目前松木家具中材料质感的处理方法和存在的问题;
  d.目前松木家具中材料纹理的处理方法和存在的问题。
  ②分析松木材料的外观属性(包括色彩、质感、肌理等),从提高产品附加值入手,探讨改变松木材料外观属性的方法。包括:
  a.分析松木的色彩特性,探讨改变色彩的方法;
  b.分析松木的肌理特性,探讨改变肌理的方法;
  c.分析松木的质感特性,探讨改变质感的方法;
  d.分析松木的纹理特性,探讨改变纹理的方法。
  ③通过实验,设计和验证改变松木材料外观属性的具体方法。包括:
  a.采用天然染料进行染色的实验;
  b.对材料表面进行刮筋处理的实验;
  c.将松木与其它材料进行复合处理的实验;
  d.对不同切削面进行组合排列的实验。
  ④运用以上研究成果进行松木家具产品设计,总结松木家具造型设计中松木外观属性运用的一般规律。

  1.3创新点

  本论文将材料基础研究与产品设计研究的结合。目前,国内外对于材料的基础研究和产品设计的研究都比较多,而将这两者相结合的研究还不多见。国内尚无基于材料肌理特性的家具设计为研究对象的系统的资料。另外,运用新的方法改变松木材料外观特性,本身也是一种创新。

  1.4研究方法

  1.4.1广泛查阅专业文献、期刊杂志和国内外专业网站

  查阅国内外有关材料与家具设计方面的专著和期刊杂志。如《当代家具设计理论研究》、《家具造型设计》、《家具设计概论》、《材料的魅力--当代家具设计》等专著以及《林产工业》、《装饰》、《国际木业》、《木材工业》、《家具与室内装饰》、《家具》等专业期刊和天天家具网、设计在线等专业网站。

  1.4.2实验法

  对预想的改变松木材料外观特性的方法进行实验,以验证方法是否可行。

  1.4.2比较分析法

  在实验的过程中,对结果进行比较分析,找出最合适,最能达到预期效果的方法。

  1.5课题研究的目的和意义

  理论上从材料特性上研究松木家具造型设计,为完善松木家具设计技术奠定理论基础;
  并为其他相关产品设计技术研究提供理论参考。
  本课题又具有以下几方面的实践意义:
  ①提高松木的综合利用率;
  ②改造松木外观特性,给松木带来新的设计思路;
  ③设计高附加值和高品质的松木家具;
  ④开拓新的松木家具市场。

  2.国内外研究现状

  2.1国内外松木家具设计的研究现状与水平

  松木家具以其自然清新的外观、良好的绿色生态性能成为家具产品族中的新宠,成为追求自然和环保的时尚人士布置家居的首选,深受消费者尤其是青少年消费者的喜爱[14][15]。李素瑕等在《国内松木家具市场研究》中详细介绍了目前国内松木家具设计的现状,具体情况如下:
  ①松木家具产品造型及主要风格。目前松木家具产品造型简洁、朴实大方、线条饱满流畅,多采用直线造型。在风格上有95%以上的松木家具产品均为现代自然、简洁的风格。如“喜梦宝”的产品以巴西铁塔松为材料,线条简洁流畅多以直线条为主,原木的纹路与结疤大方地袒露在外。
  ②松木家具材色及表面处理。目前市场上的松木家具9O%以上的材色为松木本色.少量为黑胡桃色等深色。为了体现松木家具清晰天然的纹理,产品表面处理大多采用透明亚光硝基漆涂饰(NC)。高档松木家具也有采用清油和蜂蜡涂装的。
  ③松木家具价格特征。在中、高端松木家具市场中,松木卧房五件套家具产品价格主要集中在5000元一10000元/套。[9]
  笔者认为从以上的调查结果可以看出目前国内松木家具的设计比较单一,造型和表面处理方式比较简单,趋于同化。此外,相对于其他实木家具来说,松木家具的价格较低,附加值不高。因此,提高松木家具附加值将是松木家具设计的一个突破口。
  目前,国内外关于松木家具设计进行了一些研究,其中刘文金在《松木家具产品设计技术》中全面阐述了松木家具设计中材料、造型和结构的设计原则[16]。李素瑕在《松木家具框架节点接合强度性能研究》中对松木家具节点的接合强度进行了研究[8]。苟文元在《浅谈松木家具的涂装》中简述了松木家具涂装的主要流程,对涂装中几个重要问题进行了探讨,并对施工中出现的问题作了分析,指出应加强施工要求[17]。笔者认为这些研究多是集中在松木家具的生产工艺和技术上,没有对松木家具的造型进行研究,且没有将这些研究与实际的产品相结合,更没有从材料的外观属性上来探讨松木家具设计。

  2.2国内外松木材料设计特性的研究现状与水平

  国内外对于松木材料的研究主要集中在材料改性、表面处理等方面。

  2.2.1松木改性的研究现状与水平

  松木树干通直,生长速度快,文理清晰美观,色泽柔和,硬度适中,强度和弹性模量较大,价格低,可采资源丰富,并且径级普遍在20cm以上,是胶合板生产和实木制品的理想材料[18]。但是由于松木富含松脂,材性较脆,胶合性能和色泽稳定性差,特别是长期使用过程中,松脂缓慢渗透出来,从而导致油漆附着力低,易起泡脱落,易翘曲、开裂,受潮后易受真菌的侵蚀而发生蓝变、白变和腐朽。这严重影响了松木的使用范围和装饰效果,阻碍了胶合板和实木制品生产的发展。
  西方国家在20世纪50年代开始研究松木的化学性质、松树的结疤和涂层对耐久性的影响以及加工处理办法。早在1964年,stamm就开展了水溶性酚醛树脂对实木进行浸渍处理的研究工作[19]。Rowell和Ryu对酚醛树脂浸渍处理木材的研究表明,处理后木材的尺寸稳定性和抗生物侵害性能得到了很大的改善[20~22]。Inoue,Miroy,Deka采用水溶性三聚氰胺甲醛树脂浸渍处理技术,使木材的表面硬度和弹性模量(M0E)得到显著性的提高[23][24]。
  我国从20世纪80年代以后开始研究马尾松综合改性技术,其中脱脂改性是马尾松木材改性的重点,国内许多学者都对其进行过研究[25]。目前我国对松木脱脂改性处理的方法主要有碱液皂化法、溶剂萃取法、催化聚合法、高温干燥法以及真空干燥法等。一般为了提高脱脂效果,常常采用两种或两种以上的脱脂方法相结合[26~28]。
  1998年冯忠杰在《开发脱脂改性松木做实木家具文章》中指出:脱脂改性松木的冲击强度、顺纹抗压强度和横纹抗压强度等与素材相比已明显得到提高,同时木材的最终含水率、最终含水率均匀度、含水率梯度、内应力以及可见缺陷等五项指标均能满足家具用材的干燥质量要求[29]。2004年,杨哲、彭万喜等通过对湿地松板材进行酸性脱脂技术研究,实验结果得出:用新研制的酸性脱脂液对速生人工林湿地松板材进行低浴比汽蒸处理,处理后的板材保持了新鲜材材色,物理力学性能下降也不明显,可做室内装饰、实木地板和家具等用材[30];同年,杨哲、彭万喜等通过用强碱性脱脂剂对马尾松板材进行低温低浴浸渍处理实验,其结果显示:板材保持了新鲜材材色,力学性能下降不明显,可做室内装饰和实木家具等用材[31];此外,余光在2004年的第18卷第1期的《林业科技开发》上发表的《马尾松家具用材改性处理的几个问题》中指出:马尾松木材脱脂技术能较好地解决马尾松板材油脂污染材面的问题,大大改善了木材的胶合性能和油漆性能,提高了木材尺寸稳定性[32]。使得马尾松木材能用于制作家具、工艺品,也可用于建筑上制作门、窗、装饰板和木地板等。可见,我国马尾松的脱脂改性技术已经比较成熟,改性后的马尾松材可以应用于家具生产制造工业[33][34]。
  笔者认为以上对于松木改性技术的研究已经比较成熟了,为松木的设计技术提供了一个良好的基础。但这些研究多停留在基本材性研究领域,并未对其设计特性进行研究,更未落实到具体的应用过程。

  2.2.2松木材料表面处理的研究现状与水平

  国内外对松木表面处理技术的研究比较少,其中柳献忠在《松木家具硝基漆涂饰工艺分析》中讨论了木材的基本性质和硝基漆涂料主要成分,研究了涂饰的基本工艺,探讨了硝基漆涂饰松木家具获得良好表面质量的方法,指出这种方法基本能满足中低档产品出口要求[35]。苟文元在《浅谈松木家具的涂装》中简述了松木家具涂装的主要流程,对涂装中几个重要问题进行了探讨,并对施工中出现的问题作了分析,指出应加强施工要求[17]。笔者认为这些研究多集中在涂饰方面并具有一定的借鉴作用,但对松木的色彩、肌理、质感等方面的还没有涉及,还有很大的研究空间。
  国内外对于木材表面处理技术的研究比较广泛,可供我们借鉴。
  ①涂饰技术。涂饰是木制品加工制造中的一个重要工序,主要起保护和装饰作用[36]。刘一星在《透明涂饰对木材纹理等视觉特征的影响分析》中对5种木材进行聚氨酯清漆透明涂饰处理,结果表明:透明涂饰总体上有利于增强木材表面的视觉效果,但影响效果视素材的纹理情况而定。素材纹理原本清晰、明显时,其纹理效果略有变化,但并不显著;而原本呈弱纹理及或隐纹理的素材,透明涂饰对改变其视觉效果的影响作用显著[37]。何中华在《家具涂饰环保技术的研究》中探讨了家具涂饰中各种方法的环保性能[38]。陈秀兰研究了水性涂料在木家具涂饰工艺中的运用[39]。笔者认为此研究可运用于松木的涂饰技术中。
  ②染色技术。1950年,美国的Coxrm和Millary提出了木材染色的简单工艺。1951年美国一染料公司用自己生产的染料进行木材染色,并称为不褪色的染料,引起了各国科技工作者的重视。六十年代以来,日本在木材染色领域作了大量的研究工作[40]。1964年大川勇等用直接染料,酸性染料,碱性染料对木材染色[41]。添野丰开展了木材表面均一染色、花纹染色、突出木射线染色和多色染色等技术体系的研究并研制出了浸泡技术和装置[42]。1971年基太村洋子等用各种染料研究木材的染色性[43]。1990年饭田生穗等对58种阔叶材和3种针叶材进行染色试验,使用21种直接染料、酸性染料、碱性染料和活性染料[44]。
  80年代末我国开始对木材染色技术进行探索。1993年刘元发表文章介绍了木材着色剂及其特征由于染色是增加木材装饰效果、提高木材附加值的重要手段,木材染色正在受到生产研究领域广泛关注和重视。1998年,林金国等揭示了木竹材的染色机理,为木材染色工艺的进一步研究打下基础[45]。邓邵平等分析了常见树种木材单板染色工艺的影响规律,为人造装饰单板制造工艺提供了一定的理论依据[46]。胡淑宜等采用不同染料分析木材主要化学成分的染色及其对木材纹理的影响[47]。鲍甫成等探讨了木材构造和木材染色效果之间的相关性变化规律[48]。段新芳等采用酸性染料桔黄,研究了毛白杨主要组分与酸性染料的相互作用[49]。李宁等探讨了木材染色处理工艺参数对颜色坚牢度的影响[50]。于志明等选取毛白杨、泡桐、马尾松和红松等树种,采用真空浸注法,研究了木材染色预处理工艺和染色工艺条件对木材中染料渗透机理的影响[51]。笔者认为可以运用这些方法对松木进行染色,但以上的各种木材染色方法都是基于有机染料上的研究。松木作为一种绿色材料必须考虑其环保性能,是否可以将天然染料运用在松木的染色技术中,这是我们值得研究的方向。
  ③凹凸纹理加工。国内外对于木材表面凹凸纹理的研究尚比较少。其中王宏斌等对水杉板材表面凹凸纹理加工前处理方法进行了研究[52];周蓓对仿欧式古典家具的做旧工艺中,对表面纹理进行了研究[53]。笔者认为松木的早、晚材区别明显,运用一定的技术,对其表面进行加工,应该能够形成一定的凹凸纹理,并具有很好的装饰效果。
  笔者认为以上这些研究都具有一定的参考价值,但还不够全面,多注重对材料本身设计特性的研究,没有与其产品设计联系在一起,缺乏实用性。同时也没有专门针对松木材料设计特性的研究。

  2.3国内外松木材料与家具设计关系的研究现状与水平

  国内外专门探讨松木与其产品设计关系的文献还很少,其中刘文金在《松木家具产品设计技术》一文中指出了松木材性特征是松木家具产品设计的基本依据之一,从材性上探讨了松木材料与产品设计的关系[16]。笔者认为此研究非常具有启发意义,但其主要是从材料的自然属性上进行研究,对松木材料的人工属性还未涉及。此外,刘文金《当代家具设计理论研究》和《家具造型设计》、胡景初《家具设计概论》、许柏鸣主编的《材料的魅力--当代家具设计》中都简要介绍了材料与家具设计的关系[54~57]。但并未对松木材料与松木家具设计的关系作深入研究。
  家具已经成为了一种典型的工业产品[55]。因此,产品设计领域的相关研究应该具有借鉴意义。国内外关于材料与产品设计关系的研究比较广泛,魏小利在《概论材料与产品设计之关系》中论述了材料科学技术与产品设计发展之关系。认为科学技术发展的多元化,材料开发也呈现多元化,材料间的相互“渗透”、“结合”,形成材料之间的互补性。多材质的配置,如坚硬的材质与柔软的材质,粗犷的材质与细腻的材质等的配置对比,相互显示其材质的表现力,展示其美的属性,材料与产品设计之间是相互作用的,有时一种设计促进了工艺的改进,实现了产品特有的功能或形式,有时一种新工艺、新材料又能反作用于设计,激发更多的创意灵感,促使设计的升华[58]。目前国内外主要从材料的感觉特性、肌理、质感、色彩等方面对此进行了研究。
  ①感觉特性。吴国荣等在《产品设计中材料感觉特性的运用》中研究分析了材料的感觉特性,探讨了产品设计中材料感觉特性运用的方法及作用。指出既要重视材料自然质感的表达,又要注重拓展材料人为质感的应用。人为质感是人有目的的对材料表面进行技术性和艺术性加工处理,使其具有材料自身非固有的表面特征。对材料进行人为处理后,材料可产生同材异质感和异材同质感[59]。江湘芸在《产品造型设计材料的感觉特性》中提出了产品造型设计材料这一概念,即在工业产品造型设计过程中,利用各种材料进行加工、制作,使其成为适需、宜人、创新的产品,这些可用于产品造型设计的材料,即通称为产品造型设计材料。产品造型设计材料是工业产品造型设计的物质基础,是产品满足功能要求、体现结构的基本要素。科学合理地运用材料的感觉特性,将会拓宽设计思路,丰富和完善设计构思,给产品造型设计带来新的特点[60]。此外,周红娟、张悦霞、罗仕鉴、丘永福等都对此进行了相关的研究[61~64]。笔者认为以上研究主要强调了材料在产品设计中的重要性,并未就材料设计的具体问题进行研究。
  ②质感。阿瑟·叔本华曾写到:“通过感观对材料的质感、硬度以及内聚性等方面的直接体验,对于理解一件作品并从中获得美的享受来说,绝对必要的”[65]。不同材料受光后的视觉质感各不相同。透明材料,如玻璃,受光后呈透明体,常以反映身后的景物来削弱自身的特性,给人以轻盈、明快、开阔的感觉.抛光大理石面、塑料光洁面、釉面砖等高反光材料,它们的表面光滑、不透明、受光后明暗对比强烈,因他们反射周围景物,自身的材料特性一般较难全面反映,给人以生动、活泼的感觉.漫反射材料通常不透明,表面粗糙,为无光或亚光,如毛石、原木、水泥、毛皮等,这类材料则以反映自身材料特性为主,给人以质朴、柔和、平稳的感觉[66]。
  郑建启等在《解析工业设计应用材料的质感设计》中简明论述了构成产品设计应用材料质感的特征、类别、属性及形式美基本法则和多样性价值。提出了质感运用的形式美基本法则:
  a.配比率。第一种是调和法则,使各个部位的物面质感统一和谐。在差异中趋向于“同”、“一致”,使人感到融和、整体,各种自然质材与各种人为表面工艺有相关性,也有相排性。第二种是对比法则,对比法则就是整体各部位的物面质感有对比的变化,形成材质对比、工艺的对比。材质的对比虽不会改变产品造型的形体但由于它具有较强的感染力,而使人产生丰富的心理感受。质感的对比,使人感到鲜明、生动、醒目、振奋、活跃。b.主从律。强调在产品的质感设计中要有重点。所谓重点是反映事物的外在因素在排列组合时要突出中心,主从分明。用材质的对比来突出重点,常采用非金属衬托金属,用轻盈的材质衬托沉重的材质,用粗糙的材质衬托光洁的材质。c.适合律。各种质材有明显的个性,在质感设计中应充分考虑到质材的功能和价值,质感应与适用性相符。根据这一法则,应特别注意质感与触觉的关系[67]。
  笔者认为以上研究对材料质感的特点、重要性以及运用方法做了比较深入细致的研究,可以将它运用到松木的设计当中去。但松木具有其特有的材性,因此在运用时还需要进行具体的分析。
  ③肌理。肌理是天然材料自身的组织结构或人工材料的人为组织设计而形成的一种表面材质效果。任何材料表面都有其特定的肌理显示其结构特点。不同的肌理会对心理反应产生不同的影响[68]。马宏儒在《木材肌理在家具造型设计的表现》中分析了木材肌理特征在家具产品造型形态设计中的几方面影响,并提出了对木材肌理进行运用的几个方法,为木材肌理在家具产品中的充分表现提供了依据[69]。笔者认为这些方法可以运用在松木家具设计之中。熊兴福等在《析产品设计之肌理》中通过对肌理的含义及产品设计中肌理运用进行了分析,从材料、加工工艺以及组织结构等因素与肌理的关系的角度对产品设计中的肌理进行了探讨,使设计师能够对产品设计中的肌理的含义及其运用有一个大概的了解,以便在设计中将其良好运用,设计出更多优秀的产品[70]。笔者认为,对于材料肌理的研究多集中在材料的自然肌理特征上,还很少有对加工后的肌理效果的研究。
  ④色彩。江湘芸在《设计材料及加工工艺材料》一书中指出材料是色彩的载体,色彩不可能游离材料而存在,色彩有衬托材料质感的作用。如金黄色的铜质饰件具有华贵、富丽的质感,对人的视觉富有强烈的吸引力,与暗色调的塑料相互映衬,则更能呈现出动人的效果。在设计中,运用色彩规律将材料色彩进行组合和协调,则会产生亮度对比和色度对比,面积效应和冷暖效应等现象,突出材料的色彩表现力[71]。张帆在《色彩在产品设计中的重要性》中研究了色彩的价值,认为只有色彩符合产品设计的整体要求,符合人的审美情趣,才能使人产生舒适感、安全感和美感,进而对产品产生亲近感[72]。笔者认为目前对色彩的研究都是对产品设计中所有色彩的研究,而专门针对材料色彩方面的研究还很少。
  以上是国内外关于松木家具设计的一些研究成果的概述,主要从松木家具的设计现状、松木材料的基本材性、材料于设计的关系等方面进行了研究,而以松木材料外观属性为主探讨松木家具造型设计的研究,到目前为止则为数很少,几乎没有。当然在研究可以作为理论依据为本课题的研究提供参考。

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