高分子材料在輕質(zhì)座椅設(shè)計中的應(yīng)用

雷 煬

（阿壩師范學(xué)院，四川阿壩 623002）

高分子材料在輕質(zhì)座椅設(shè)計中的應(yīng)用

雷 煬

（阿壩師范學(xué)院，四川阿壩 623002）

座椅的設(shè)計歷史中，產(chǎn)生革命性變化的不是源自意識，也不是從風(fēng)格來，而是從材料的變化?，F(xiàn)代座椅設(shè)計的幾項革命性飛躍與材料開發(fā)有密切的聯(lián)系，新材料對家居設(shè)計的影響不僅是技術(shù)使用范疇。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、人們生活方式的演變、審美觀念和流行趨勢的發(fā)展，已經(jīng)開始體現(xiàn)出對材料的追求，推動了座椅產(chǎn)品的更新?lián)Q代。因此試圖通過對高分子材料在輕質(zhì)座椅設(shè)計中的應(yīng)用問題分析，探索出高分子材料對于優(yōu)化的家具設(shè)計方式的理論依據(jù)。

高分子材料；家具設(shè)計；座椅材質(zhì)

Abstract：The design history of the seat，the revolutionary change is not derived from the consciousness，nor is it from the style，but from the material changes.Several of the revolutionary leaps in modern seat design are closely linked to material development，and the impact of new materials on home design is not only the area of technical use.With the progress of science and technology，the evolution of people's lifestyles，aesthetic concepts and the development of popular trends，has begun to reflect the pursuit of materials，and promote the upgrading of the seat products.This paper attempts to explore the theoretical basis of the polymer material for the optimized furniture design by analyzing the application of the polymer material in the lightweight seat design.

Key words：polymer material；furniture design；seat material

座椅設(shè)計的發(fā)展是藝術(shù)、技術(shù)和科學(xué)的相互融合，伴隨科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，材料的創(chuàng)新和發(fā)展將推向新的高度。自工業(yè)革命以來，設(shè)計師們就嘗試用不同的新材料進(jìn)行實驗，當(dāng)新材料適合使用座椅時，座椅的設(shè)計將會做出突破性的改變。新材料成為時代的新寵，高分子材料的應(yīng)用加速了工業(yè)制造和家具產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，輕質(zhì)材料將成為現(xiàn)代家居產(chǎn)品開發(fā)的核心。

1 高分子材料作為輕質(zhì)座椅材料的分析

新材料的出現(xiàn)對家具的設(shè)計和制造產(chǎn)生了巨大而長久的影響。毫無疑問高分子材料是20世紀(jì)家具設(shè)計和造型最具影響力的材料。在工業(yè)產(chǎn)品和家具設(shè)計中應(yīng)用廣泛，成為大眾的 “民主材料”，是家具設(shè)計師最青睞的材料，應(yīng)用于家具設(shè)計的革新變化。

高分子塑料家具具有天然材料家具的優(yōu)點，特別是整體成型、色彩豐富、防水防銹、可回收再生等特點，成為家具的首選材料。高分子材料是由分子量相對較高的化合物組成的材料，通常分子量超過10 000。

玻璃纖維增強塑料（GFRP），俗稱玻璃鋼，是一種有機非金屬和無機非金屬復(fù)合塑料基復(fù)合材料。玻璃鋼具有良好的電絕緣性能和黏結(jié)性能，具有較高的機械強度和耐熱性塑性極強、成型收縮率小、體積輕施工方便等特點見表1。

表1 GFRP物理性能解析

聚乙烯柔軟度、伸長率、沖擊強度和透氣性較好，超高分子量聚乙烯，沖擊強度高，抗疲勞、耐磨、透明性好。聚乙烯對化學(xué)物質(zhì)有良好的耐化學(xué)性，在室溫下不易溶解、不翹曲、易分散、耐光性好、耐磨牢度好、耐磨性好摩擦系數(shù)很低，尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)越的特點。

芳綸（Kevlar）是一種新型的合成纖維，具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸堿、輕量等優(yōu)異性能，鋼絲繩的強度為5～6倍，韌性是鋼絲的兩倍。在560℃不分解、不熔化，使用壽命長具有良好的絕緣性和抗老化性能。

碳纖維是由有機的母體纖維使用高溫在1 000～3 000℃的惰性氣體中分解而成。碳纖維具有堅硬、強度高、重量輕等特點，是一種力學(xué)性能優(yōu)良的新型材料，它的比重不到鋼鐵的1/4，碳纖維復(fù)合材料具有3 500MPa以上的拉伸強度，優(yōu)于鋼。拉伸彈性模量為23 000～43 000MPa也高于鋼。碳纖維具有優(yōu)異的纖維度，一般只有19g，拉伸力高達(dá)300kg/mm2，具有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、傳熱、小膨脹系數(shù)等優(yōu)異性能。沒有材料像碳纖維，可以具有如此多的優(yōu)良性能。

在眾多的高分子材料中，用于輕質(zhì)座椅生產(chǎn)的并不多，但其在座椅設(shè)計中的優(yōu)勢明顯，改變了座椅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在20世紀(jì)乃至今天的座椅設(shè)計產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了重要的位置，可以這樣說，高分子材料的應(yīng)用顛覆了數(shù)千年來座椅產(chǎn)業(yè)恒定不變的模式，使座椅設(shè)計與生產(chǎn)效率得到成倍提高。

2 高分子材料的應(yīng)用對于設(shè)計的影響

隨著科技發(fā)展，現(xiàn)代家居設(shè)計隨著人們生活方式的改變和新材料技術(shù)的發(fā)明而改變。現(xiàn)代家具產(chǎn)品具有操作方便與可擴展的視覺空間，同時也使人們更容易變換結(jié)構(gòu)使用，減少束縛感等優(yōu)勢。對于追求舒適生活的人們而言，這已成為現(xiàn)代家具發(fā)展的方向，因而家具被越來越多的設(shè)計師所喜愛。

在2009年東京纖維展中（TOKYOFIBER-09），日本著名的建筑師和家具設(shè)計師坂茂展示了他的碳纖維椅，碳纖維不僅是輕而且有一個比其他材料更強的抗拉強度，它也很薄，容易失去抗壓強度，碳纖維比其他材料更昂貴和難以生產(chǎn)。經(jīng)過幾次材料測試后，設(shè)計者決定在薄鋁板的兩側(cè)應(yīng)用0.25mm的碳纖維層，輕質(zhì)鋁板和碳纖維的組合使得坂茂制造出輕質(zhì)的重量少于300g的紙椅。

1968年意大利先鋒派設(shè)計師加埃諾塔·佩西開始為意大利B&B公司設(shè)計共七種型號的UP系列。他聲稱，這一系列家具的特點是用戶可以隨意改變形狀的，所以選擇使用聚氨酯泡沫。這個系列出廠的時候，沙發(fā)椅和腳墊均被真空包裝，因此是平板件，很容易運輸。使用時打開包裝，泡沫塑料吸收空氣發(fā)脹從而打開形狀。在設(shè)計中，這種方法稱為“釋放成型”特性。佩西是用非常常見的工業(yè)材料來設(shè)計產(chǎn)品，如丙烯樹脂（acrylic resin），硅膠（silicone），聚氨酯泡沫等。這些材料在生產(chǎn)過程中會有偶然性的形式，這是由于材料的彈性特性、偶然性使產(chǎn)品有了更不同的趣味。

隨著輕型材料被廣泛地應(yīng)用家具領(lǐng)域，座椅的輕型化也成為了座椅發(fā)展的必然趨勢，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的輕型座椅，有的線條簡單、質(zhì)地輕盈，堅固耐用，但過于堅硬的質(zhì)感，使人感到不適；有的輕盈柔軟、質(zhì)感舒適，卻因材料問題無法攻克，使得壽命短暫。所以想要設(shè)計出一把好的輕型座椅，材料的選擇就顯得至關(guān)重要。一個設(shè)計者創(chuàng)造產(chǎn)品和制造方法的最好方式就是感受創(chuàng)作材料的性質(zhì)，許多貌似柔弱或異性的的材料，通過設(shè)計師的改造和創(chuàng)造，達(dá)到以往不能做和不敢做的程度。

3 優(yōu)化材料組合結(jié)構(gòu)對輕質(zhì)座椅設(shè)計的意義

對于多數(shù)座椅設(shè)計而言，底座的可靠性是至關(guān)重要的。底座選用GFRP強化玻璃纖維塑料加入碳纖維涂層，并形成整體高、輕質(zhì)但具有座椅軸承所需的強度，然后再加上高強碳纖維層，從而進(jìn)一步增強基體的化學(xué)強度、抗壓性和承重能力，使底座堅固不易壞。

軟體基質(zhì)部分由聚乙烯纖維和聚乙烯塑料制成。Kavlar纖維的作用增強了耐磨性，增強了強度，為了保證材料在高溫高負(fù)荷的情況下仍保持穩(wěn)定，聚乙烯的目的是體現(xiàn)產(chǎn)品“氣泡感”的透明特性，即使在高載荷和溫度變化的情況下也保持材料不變形。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，采用高承重+高舒適雙層壓縮結(jié)構(gòu)。流線型的綜合底座加固結(jié)構(gòu)具有最佳的性能承重能力和穩(wěn)定性，符合人機工程的自旋弧調(diào)節(jié)裝置，使產(chǎn)品能適應(yīng)更廣泛的人群。

氣泡疏松型座椅，用舒適、輕空氣枕式膜結(jié)構(gòu)，空氣枕紋理輕盈、充滿彈性。對氣枕形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在重力的壓力下能保持強度和分散重力的能力，以達(dá)到良好的抗壓能力和承重效果。

當(dāng)今市面上已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的輕型座椅，但是或易于損壞、或過于堅硬，我們需要一款更加輕質(zhì)而且舒適耐用的座椅。通過對不同高分子纖維材料的個性組合，對座椅結(jié)構(gòu)的大膽創(chuàng)新，形成對座椅形態(tài)的全新設(shè)計概念。在符合人機工程學(xué)的基礎(chǔ)上以輕巧堅固的底座配以高強度的氣枕型膜結(jié)構(gòu)泡沫，組成即堅固耐用，又柔軟舒適的完美的座椅設(shè)計。

4 結(jié)束語

椅子一直是最能體現(xiàn)設(shè)計師水平和當(dāng)代科技發(fā)展的載體，即使現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計成為新興潮流的情況下，座椅設(shè)計仍然是最受設(shè)計師歡迎的設(shè)計對象。高分子輕質(zhì)材料在座椅設(shè)計中的合理利用可使設(shè)計師更加大膽地進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)造，高分子材料科學(xué)在改變設(shè)計方式上有著舉足輕重的作用，相信隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，高分子材料必定會與座椅設(shè)計碰撞出新的火花。

[1] 劉雄亞.透光復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2] 周志譯.50把改變世界的椅子[M].北京：中信出版社，2010.

[3] 楊柏，呂長利，沈佳聰.高性能聚合物光學(xué)材料[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 應(yīng)放天.形式與材料[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.

Application of Polymer Materials in Light Seat Design

Lei Yang

TQ316.3

A

1003–6490（2017）09–0056–02

2017–06–24

雷煬（1990—），男，四川江油人，碩士專任教師，主要研究方向為數(shù)字藝術(shù)、新媒體藝術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、工業(yè)設(shè)計、計算機控制（CNC）。