竹集成材家具的造型与生产工艺.doc

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竹集成材家具的造型和生产工艺(康典竹家具)

自古以来人类就喜欢用木材和竹材来装点室内环境和制作室内家具。因此, 实木家具和圆竹家具历史悠久, 源远流长, 直至现代仍为人们所喜爱。竹集成材家具是近几年开发出来的新生竹家具, 因其材料具有大自然赋予的独特美感以及优越的材料特性, 并具有生态性和环保性而为国内外, 特别为环保意识较强的欧美发达国家所青睐。笔者从家具基材、 典型结构、 基材天然的造型要素、 特殊件加工及使用场所等几个方面, 对竹集成材家具的特点作分析研究。
1 竹集成材家具基材制备
竹材纹理通直, 韧性大, 劈裂性好, 易于劈篾编织, 经过简单的剖、 冲、 刨、 磨等加工可制成各种生活用品, 具有木材无可比拟的优点。同时竹子具有繁殖容易, 生长快, 成材早, 产量高具有一次造林成功, 可年年择伐, 永续利用而不破坏生态环境的特点。由于竹材结构和化学组成都和木材有很大差异, 其强度和密度都高于一般木材, 竹材产品的强度大于一般木材产品, 因此可用较小厚度的竹材产品替代较大厚度的木材产品, 以取得经济上的优势。竹材纹理通直, 质感爽滑, 色泽简洁, 易于漂白、 染色和炭化等处理, 完全能够和一些阔叶材相媲美, 是生产集成材的优质材料。
竹集成材是一种新型的竹质人造板; 它是经过以竹材为原料加工成一定规格的矩形竹片, 经三防(防腐、 防虫、 防蛀)、 干燥、 涂胶等工艺处理进行组坯胶合而成的竹质板方材。根据家具用材的要求特点, 可设计成以下结构: 竹质立芯板材结构, 竹单板(或竹薄木)结构, 竹集成材横拼板, 竹集成材竖拼板, 上层横拼单板、 下层为竖拼单板的双层复合型板, 上下表层为竖拼单板、 芯层为横拼单板的三层复合型板。竹集成材家具就是用这种竹集成材加工而成的一类新型家具。竹集成材最小单元为竹片, 因此它继承了竹材的物理化学特性; 同时又有自身的特点。竹集成材具有竹材收缩率低的特性, 在一定程度上改进了竹材本身的各向异性; 并具有强度大、 尺寸稳定、 幅面大、 变形小、 刚性好、 耐磨损, 并可进行锯截、 刨削、 镂铣、 开榫、 钻孔、 砂光、 装配、 各种覆面和涂饰装饰等加工方式, 还能够调整产品结构和尺寸, 并满足对强度和刚度等方面的要求, 来满足不同的使用要求。
竹集成材表面有天然的致密通直的纹理、 竹节错落有致、 板的边缘可只需铣削加工, 显示板边缘的竹材的天然质感, 因此, 家具用竹集成材是良好的结构材, 并具有天然的美学要素。另外, 其结构的不同, 装饰效果也不同, 因此这种板的结构对家具的造型有一定的影响, 这方面同家具用的木质人造板有较大的不同, 因为家具用的木质人造板不但要饰面处理, 更需要包边装饰。竹集成材生产主要采用低游离甲醛含量的UF树脂胶或用无毒特种胶; 相对传统木质人造板生产用胶而言, 竹集成材生产用胶更注意环保性。竹集成材相对一般实木的力学强度较大, 且干缩系数较小, 表1为竹集成材与橡木和红松的力学强度的比较。表1竹集成材与橡木和红松的力学强度的比较

典型板材竹质立芯板材的制作工艺流程: 选竹→锯截→开条→粗刨→蒸煮、 三防或炭化→干燥→精刨→选片→涂胶、 陈化→表层胶拼→芯层胶拼→芯层刨光→整板胶合→锯边或开料→砂光→检验分等、 修补包装
(1)选竹: 竹片制造时基本采用竹地板的生产工艺的工序。选用离地250ram5m处毛竹杆, 且要求粗、 直, 壁厚7～9mm, 竹龄4～6a。竹龄过小, <4a时, 其细胞内含物的积累尚少, 纤维问的微孔径较大, 纤维强度尚未完全形成, 在干燥后易引起变形, 制成品干缩湿胀系数大, 几何变形也大, 故不宜选用; 竹龄过大, >7a时, 在干燥后, 硬度过大(含硅量增加), 强度开始降低, 对刀具损伤也大, 故也不宜大量选用。
(2)锯截: 根据产品的长度再加9～10cm的加工余量截断竹子得到竹段。
(3)开条: 将上道工序所得的竹段锯解成竹片。由于利用剖竹机来锯解竹段所得的竹片直度不够, 而给下面的工序带来一定的困难, 并会降低材料的利用率。因此为了获取直度满足要求的竹片, 宜采用工作台可移动的开片锯来加工生产。
(4)粗刨: 修平竹片的内外节, 并刨去一层竹青和竹黄, 这样水分容易进出竹材壁部, 减少精刨机负荷以及干燥装窑体积。缩短干燥时间。
(5)蒸煮: 蒸煮目的是把竹材内的蛋白质, 糖类, 淀粉类, 脂肪以及蜡质等营养物质除掉。完全蒸汽蒸煮时间为6～8h, 分常压和加压两种, 其中加压蒸煮的压力为0．6～0．8MPa; 蒸煮的同时可增加竹片的白度和亮度。另外, 蒸煮时可加入防虫剂、 防腐剂和防霉剂进行三防处理。
(6)炭化: 炭化也是为了把竹材内营养物质除掉。它是将竹片在高温, 高湿下变成深棕色; 炭化的温度为100～105℃, 压力为0．3～0．4MPa, 时间为3～4h。
(7)干燥: 蒸煮处理后的竹片, 含水率超过80％, 达到饱和状态, 需要进行干燥处理。竹材的密度较大, 为0．8g／cm3左右, 且密度分布不均, 竹壁外侧密度较内侧大。竹节部分密度局部增大, 竹杆的茎部向梢部密度逐渐减小, 因此, 竹材的干燥比较困难, 易产生内部应力, 造成翘曲变形。因而, 竹片干燥温度不宜过高, 一般控制在75℃左右, 升温不能太快, 要注意窑内干燥温度及空气循环速度。干燥后含水率为7％～9％, 竹片达到干燥工艺标准要求, 制成品才不易变形、 开裂或脱胶。
(8)精刨: 竹片干燥后要进行精刨以除去竹片的竹青和竹黄, 厚度精度保持在±0．2mm之内, 刨刀片选用硬质合金刀具。
(9)选片: 选片要求达到两个目的, 一是剔除机械加工中不合格的竹片, 另一是将色泽差异大的竹片分级, 变色的要增加调色工序, 以淡化竹片的色泽。同一块板材应选用色泽一致的竹片。
(10)涂胶: 采用脲醛树脂胶粘剂, 其固含量60％～65％, 粘度35～50Pa·S, 施胶量控制在200g／m左右。也可对脲胶进行改性或使用其它胶种, 以增加或提高某些性能。竹片在涂胶后应陈化, 其时间应比木质材料的陈化时间长一些(一般为l5～20rain), 这是因为竹材的弦向或径向吸水速率较低。
(11)表层胶拼: 表层材料为竹片横拼板时, 竹片径面为胶合面, 经过横向胶拼成一定规格尺寸的表层材料。
(12)芯层胶拼: 把色泽较一致并经涂胶陈化后的竹片按青对青、 黄对黄排列的弦面作为胶合面, 然后按所需要宽度排列, 并经过拼板压机胶拼成一定规格尺寸的芯层材料。胶压设备采用蒸汽或高频加热的双向单层压机。
(13)芯层刨光: 胶拼后的芯层材料(芯板)需进行刨光处理, 使芯层厚度均匀一致, 要求芯层厚度公差为±0．2mm。
(14)整板胶合: 由于竹材的导热系数比木质材料略小, 因此其热压时间应略长于木质材料; 热压温度与木质胶合板相同, 热压压力可视竹片的平整度而异, 且与压机的操作顺序有关, 一般比木质材料稍大。采用热压, 温度为100～ll0℃, 多层胶合时, 正压压力为1．5～1．8MPa, 竖拼时的侧压压力为l～1．5MPa; 时间为10～12min; 热压后的板坯在冷却过程中易产生变形, 需放入冷压机中, 使之在受约束的情况下冷却定型, 以保证板材的平整。
(15)锯边或开料: 冷压后的板坯经开料锯进行纵横向锯边或开料成要求的规模尺寸。
(16)砂光: 用宽带砂光机, 对一定规格尺寸(长×宽)板材表面进行磨削加工, 以保证板材表面光洁, 厚度均匀。
(17)检验分等、 修补与包装: 砂光后的板材应进行检验、 分等和修补, 然后再按等级包装入库。其它竹集成材板方材的制作工艺基本上与竹质立芯板的制作工艺相同。
2竹集成材家具典型结构
根据竹集成材家具基材的特点, 可开发成三种类型的竹家具: 一是以榫接合为主的传统家具, 造型和结构上类似于传统的硬木家具, 这类竹家具结构基本上可采用实木家具的结构, 但在营造框式家具造型效果时, 直接经过板面铣型实现, 可节约材料和减少工序, 降低成奉。原实木家具的框架结拘是镶嵌式的, 而对于竹集成材家具可经过铣削来实现这种框式造型(如图1); 二是现代板式竹集成材家具, 可实现标准型部件化的加工。竹材强度较大, 为此．竹集成材板式家具在整体造型上可更为轻巧, 简洁, 明快在结构上, 基本可采用木质人造板连接方式, 但连接件强度要求更高, 并宜使用牙距大、 牙板宽而利于专用螺钉或硬木自攻螺钉(图2)三是造型优美的竹集成材弯曲家具, 主要发挥竹材较好的纵向柔韧性。

与竹集成材家具相比, 传统的圆竹家具, 机械化程度低导致其生产效率下降, 传统的结构和工艺, 无法实现系列化、 标准化、 通用化的大批量生产; 而竹集成材家具, 打破传统工艺, 实现工业化生产以及家具的模数化组合、 延展、 可移动; 整体设计上崇尚家具天然, 朴素, 环保的特性。
竹集成材家具的结构可采用的接合方式为胶接合、 榫接合、 结构连接件接台、 竹销(条)竹钉接台以及”32nnn系统”设计胶接合主要用于竹集成材家具基材自身结构胶合。竹材强度及韧性较好, 可做竹钉或作为辅助加固的连接(图3)

3竹集成材家具基材本身具有造型特征
经过对竹片表面外形特征的分析, 竹片一般具有竹节、 端面、 弦面和径面。一般情况下。单根竹片的大小相对与其所在的家具板面是比较小的, 在造型设计上往往可将其视为造型形态要素中的线．由此, 竹节、 竹片端面、 竹片弦面和竹片径面就可分别被视为节点端点、 弦面线和径面线。我们能够提炼出竹片在竹集成材家具造型上具有的最基本的构成要素: 点和线。根据实际需要并经不同的生产工艺处理, 竹片可保持天然的本色, 也可经炭化处理成( 深)棕色, 还可染成各种各样的颜色, 当前这种处理比较少由此, 竹片还具有造型中的色彩要素, 且当前主要颜色为本色和棕色; 在造型设计中, 可利用这不同颜色的竹片构成美丽的图案这些固有的造型要素具有很强的装饰效果, 并赋予竹家具造型以新概念。
竹集成材家具的整体造型上显得更为轻Ij, 更能体现竹材的刚性以及力的美学另外, 竹材纵向具有较好的柔韧性, 充分利用这一特性, 能够制作出造型更为丰富, 更为优美的竹集成材弯曲家具, 从而进一步满足不同生活的需要竹集成材家具可不用封边处理竹集成材根据组坯层数分为单层、 双层和多层。能够经过铣削加工板的边缘, 体现竹材的天然的质感, 而且铣边是一个很快的一次性操作工序, 比用贴面封边要便宜得多(图4～12):

4竹集成材家具弯曲构件加工方法(图l3)

选片→锯截→开条→粗刨→蒸煮、 软化、 三防→捆扎→放入模具→弯曲→干燥定型→竹片条潦礁→拼宽菠台→单屠竹片条板→竹片条板刨削定厚砂光→竹片条板涂腔→组坯→层积腔台→弯曲竹材集成材构件
5主要使用场所
竹集成材家具属中高档家具, 使用场所广泛; 按社会生活中的一些典型社会活动类型和典型工作、 生活环境的不同, 可分为民用家具、 办公家具(如文员桌、 文件柜、 大班台、 大班椅等)、 特种家具(如公共建筑家具、 商业家具、 宾馆家具、 学校用家具等)以及户外家具(如公园、 游泳池及花园用家具等)当前, 可根据这些地方的不同特点结合竹材的材性和造型上的忧势, 如结构轻巧, 纵向易弯曲, 具有刚性线形和天然的古朴纹理与质感, 容易营造回归自然、 返朴归真的环境等进行设计．已基本上可生产出具有地方特色或满足特殊氛围要求的竹集成材家具。
6小结
(1)古今中外, 人们都是利用自然界最容易获得且最容易加工的材料来制作家具, 首先被广泛采用的树料是木材, 被用于做实术家具．其次是竹材．梭用来做圆竹家具。随着中国对竹材的工业化利用的技术的发展, 开发出来的竹集成材现已被用来制作竹集成材家具, 从而为整个家具业的发展注入了新鲜的血液, 同时也拓宽了竹家具的内涵并给予了竹家具现代文明的气息。竹集成材家具．因其具有生态性和环保性集聚了竹材的天然特性、 实木家具及板式家具的加工特点, 打破了传统圆竹家具结构和加工工艺, 实现工业化生产以及家具的模数化组合、 延展、 可移动整体设计上崇尚家具天然, 朴素, 环保的特性．为国内外消费者所青睬。
(2)竹材强度和密度都高于一般木材．可用较小厚度的竹材产品替代较大厚度的木材产品, 以取得经济上的优势。竹材纹理通直, 质感爽滑, 色泽简洁, 易于漂白、 染色和炭化等处理, 完全能够和一些阔叶材相媲美。竹集成材幅面大、 尺寸稳定; 强度大、 刚性好、 耐磨损; 具有一定的防虫、 防腐性能; 在一定程度上改进了竹材本身的各向异性; 能够进行各种覆面和涂饰装饰, 以满足不同的使用要求。
(3)竹集成材家具可开发成三种类型的竹家具: 一是以榫接合为主的传统家具, 造型和结构上类似于传统的硬木家具; 二是现代板式竹集成材家具。在结构上, 基本可采用木质人造板连接方式, 但在整体造型上可更为轻巧, 简洁, 明快。三是造型优美的竹集成材弯曲家具, 主要发挥竹材较好的纵向柔韧性。
(4)在竹集成材家具中, 竹片上的竹节、 端面、 弦面和径面可被视为造型上最基本的构成要素: 点或线。这些固有的造型要素具有很强的装饰效果, 并赋予竹家具造型以新概念; 可利用炭化竹片和本色竹片拼成美丽图案。
(5)竹集成材家具属中高档家具, 可作为民用家具; 可用于餐厅、 宾馆、 茶室、 咖啡厅等营业场所, 也可用于办公楼、 写字楼、 学校等公共场所。