林业工程学科下的家具设计

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摘要：家具设计的纵向发展应该立足于林业工程科学技术的进步。林业工程体系之下的木材科学与技术、林产化学加工、生物质能源等科学技术不但支撑着我国当代家具的发展，而且其前沿科技还能为家具设计提供革新性的启发。

关键词：林业工程；前沿科技；启发；家具设计

综合我国各农林高校的学科简介，林业工程学科主要涉及森林资源的培育与开发利用，以及林产品加工等工程技术领域。重点培养以下四个方面的高级工程技术人才：一是林区规划;二是森林播种、培育、保护以及合理开采技术;三是木材制品设计、加工、利用;四是开采设备和木制品加工设备的设计、制造、使用。我国的家具设计教育源于林业工程学科下的木材科学与技术，经过改革开放40年，虽然家具设计随着家具行业的壮大得到了空前的横向发展，但是家具设计的纵向发展仍然应该立足于林业工程科学技术的进步。纵观家具的发展史，都折射出科学技术的发展进程，而我国的当代家具更是林业工程科学技术进展的缩影。林业工程体系之下的木材科学与技术、林产化学加工、生物质能源等科学技术不但支撑着我国当代家具的发展，而且其前沿科技还能成为家具设计创新的力量源泉，能为家具设计提供革新性的启发。

1木材科学与技术的进展对家具设计的启发

木材科学与技术主要包括木材科学和木材工程两方面。木材科学主要涉及木材自然属性的基本知识，包括木材的宏观与微观结构、木材的物理与化学性质、木材的种类及特征等方面的知识。木材工程主要涉及从科学处理、加工木材到制成产品的基本知识，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识。木材科学与技术不但是我国当代家具设计教育与家具制造的根基，而且其前沿科技的进展启发着家具设计的新思路。

1.1木材防腐技术对家具设计的启发

防腐木的发展经历了由工业防腐木向环保户外防腐木发展的技术变革，木材防腐技术也以制造更加环保、稳定、安全的材料为目标进行提升。将环保型ACQ防腐药剂替代普通CCA防腐药剂，使防腐木在没有牺牲防腐效果的情况下大大改善其有毒性，防腐木也因此成为了户外家具的首选材料，这一进展也启发了户外家具的形态设计，目前防腐木用途还存在局限性，未来随着防腐木新技术的发展，应提升防腐性、根除有毒性，使防腐木真正成为室内装饰与室内家具的良材。

1.2木材弯曲技术对家具设计的启发

木材的自然结构上呈多孔状，属于力学范畴的弹性材料，在一定条件下可以进行弯曲成型。如果要实现较小曲率半径的弯曲，就应该在弯曲之前软化木材，增大其塑性。采用水热——微波处理可以增强木材的软化性能，增加木材表面羟基数量，使非结晶区微纤丝趋于有序，提高相对结晶度，结晶区表面微纤丝羟基裸露，增强氢键键合，增加结晶区宽度。当水煮处理时间为140~150min、微波处理时间为350s时，试材顺纹压缩率最大，单维和多维弯曲时的曲率半径最小[1]。木材弯曲技术的进展为家具的形态设计开启了更大的创意空间.

1.3木材阻燃技术对家具设计的启发

木材阻燃处理的目的是为了提升防火安全，延长使用寿命，从而节约木材资源。木材阻燃技术不但要加强阻燃剂的有效性，而且要减少阻燃剂污染环境的可能性。优良的木材阻燃剂应该具有阻燃高效，来源丰富，环境友好，燃后少烟、无毒，防腐防虫，吸湿性低，不易水解、流失，提升木材性能等特点。木材阻燃剂种类繁多，按所含元素组成可分为卤系阻燃剂、金属类阻燃剂、磷－氮系阻燃剂及硼系阻燃剂等[2]。木材阻燃技术为全屋实木定制家具提供了消防安全保障与更优良的材料性能，为全屋实木定制家具设计的多样化保驾护航.

1.4木材超疏水技术对家具设计的启发

木材由于其微观结构呈多孔状以及亲水性基团含量丰富，使得木材具备吸湿、解吸以及干缩、湿胀的性能，因此产生翘曲、变形、开裂等天然缺陷。传统的木材疏水技术没有从源头上抑制水分的侵入，而且大多疏水性能容易老化。先采用二氧化钛(Ti02)溶胶进行处理，再用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)进行改性处理，使木材表面负载有纳米级Ti02颗粒以及修饰了低表面能物质，水接触角较未处理材大幅提高，显示出优良的超疏水性能[3]。木材超疏水技术的发展不但提升了木材的性能，而且拓展了实木家具的适应性，增强了家具的自洁功能，启发了卫浴家具设计的新思路。

1.5木材加工技术升级对家具设计的启发

面对工业化批量生产与个性化市场需求矛盾日渐突出，传统木材加工技术捉襟见肘，基于智能化制造系统的木材加工技术升级呼之欲出。从四个方面实现家具智能制造：第一，通过对家具设计软件的革新，使得图纸转化为可识别代码的转化率达到90%以上；第二，通过数据归集技术与视频成像技术实现生产数据可视化、生产过程透明化；第三，通过对小部件切割设备的算法优化使得小部件生产效率提高、成本下降；第四，通过对算法的革新使得软件对终端设备的控制更加精确[4]。木材加工技术升级不但提升了家具企业的生产效率，而且使家具产品更加适应每个用户的实际需求，使家具设计程序更合理以及基本化解了早期设计与后期生产之间的语言障碍.

2林产化学加工的前沿科技对家具设计的启发

林产化学加工是以林木(干、枝、根、皮、叶、花、果)、林木加工的剩余物(板皮、木屑、碎片)、林木受伤后流出的分泌物和因寄生昆虫作用而产生的物质作为原料，并通过化学或化工方法将原料加工成产品的过程。林产化学加工是以林学、木材化学、化学工程为理论基础，研究上述原料及其产品的化学组成、性质和加工技术的应用学科。林产化学加工不但为当代家具制造提供了必要的辅材（胶黏剂、涂料等），而且其前沿科技还启发了家具设计的新思路。

2.1木材制浆造纸技术对家具设计的启发

木材制浆造纸技术主要涉及制浆与造纸两个环节。制浆是根据抄纸要求，用化学、物理方法，从木材等植物纤维原料中分离、净化纤维的加工过程。造纸是在制浆后加入辅助材料(胶料、填料)，把纤维加工成厚度相同的薄层，即纸张和纸板的成型过程。随着绿色环保思想成为木材制浆造纸技术发展的指导思想，纸逐渐成为了符合4R（Recycle，Reduce，Ruse，Replace）原则的绿色材料，纸材也因此成为了绿色家具的首选材料，启发了众多绿色家具设计的思路.

2.2木材提取物加工对家具设计的启发

木材提取物为非细胞壁物质，可通过水、水蒸气或有机溶剂提取获得，具有内含物含量少以及成分复杂的特点，如栲胶(主要成分是单宁)、樟脑、树脂、色素等。随着社会对环境保护的日益注重，制革工业中广泛开展了植物鞣剂改性的研究与产品开发，如橡槐栲胶的氧化降解改性、落叶松栲胶的深度亚硫酸化改性等，使之更适于少铬无铬鞣法的应用。植物单宁以其绿色资源优势再度获得青睐和发展机遇[5]。以环保无铬鞣剂固定的皮革作为软体家具的饰面材料，提升了家具产品的环保属性，并启发了软体家具设计的绿色思路.

2.3木材热解和气化技术对家具设计的启发

木材热解和气化技术，即在控制空气进气量的情况下进行木材受热分解，从而得到木炭、木醋液、木焦油、木煤气等产品的技术。木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧所获得的深褐色或黑色多孔固体燃料，其主要成分是碳元素。活性炭可以说是木炭的深加工，活性炭因其孔隙结构发达、比表面积大（每克活性炭的总表面积基本超过1500m2），以及超强的吸附能力，使其具备了改善室内空气的潜能。以活性炭作为家具材料，使家具产品具有了优化空气的新功能，并启发了家具装饰设计的新思路.

2.4林副特产品化学加工对家具设计的启发

林副特产品化学加工，即对油茶、油桐、橡胶树、漆树等经济林木，以及在某些林木上放养的白蜡虫、紫胶虫、五倍子蚜虫等进行化学加工，从而获得茶油、桐油、天然橡胶、生漆、虫白蜡、紫胶、五倍子等产品的过程。生漆俗称“大漆”，在我国拥有“国漆”、“漆中之王”的美誉，具有薄而均匀、色泽柔和、平整光滑的特点。漆膜经研磨抛光处理，柔滑细腻、光亮如镜,能获得独特的装饰效果[6]。传统大漆的涂饰工艺复杂且大多以手工为主，制约了家具工业化生产效率。将纳米技术应用于大漆的改性，结合数码喷印技术并将其应用于家具工业化生产之中，使原本以手工业生产方式为主的漆艺涂饰向大规模工业化、机械化生产方式转变，大力提高了大漆涂饰的效率。通过现代纳米科技使传统大漆技艺焕发出新的活力，启发了新中式家具设计的思路.

3生物质能源的前沿科技对家具设计的启发

生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能，就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源.生物质能源不但是我国家具制造中所需燃料的重要来源之一，而且其前沿科技也启发了家具设计的创新。在将木质纤维素转化成乙醇的过程中，发展了一系列分离木质素的技术[7]，而这些技术极有可能推动众多新材料的产生以及新的家具设计的出现，例如透明木材及其家具设计.此外，根据2014—2016年中国家具协会的数据统计，我国已经成为了世界第一大家具生产国，每年因家具制造产生的生物质废料、余料数量惊人，这些废料、余料成为了生物质能源原料的重要来源之一。

4总结

无论是从技术的理性视角还是艺术的感性视角观察，我国当代家具设计从未脱离林业工程科学与技术的指引，以及木材科学与技术、林产化学加工、生物质能源等相关领域的支持。基于林业工程学科下的家具设计是一种尊重科学与技术，以发展生产力与改善人民生活为目标的设计行为。家具设计的艺术样式发展应该立足于林业工程科学技术的进步，林业工程前沿科技为家具设计提供着源源不断的革新性启发，是家具设计创新的重要推动力。

参考文献

[1]佟达,宋魁彦,李坚.水热——微波软化处理对水曲柳弯曲的影响[J].林业科学,2011,47(11):129-132.

[2]王灵燕,聂玉静,陈争骥,等.我国木材阻燃研究现状及发展趋势[J].浙江林业科技,2016,36(5):82-86.

[3]刘思辰,徐剑莹,王小青,等.纳米TiO2处理木材的表面疏水性能初探[J].木材工业,2014,28(3):26-29.

[4]李冠楠.定制家具智造系统的设计与开发[J].电脑知识与技术,2017,13(17):178-179.

[5]陈笳鸿.我国树木提取物开发利用现状与展望[J].林产化学与工业,2008,28(3):111-116.

[6]孙德彬.大漆透明涂饰的技术与方法[J].林产工业,2013,40(1):46-48.

[7]施英乔,丁来保,盘爱享.生物质能产业与林产化工[J].林产工业,2016,43(1):9-11.

作者:邹伟华 孙德林 许焕义 单位:中南林业科技大学