竹笋壳材料在家具设计中应用
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摘要：文章旨在利用废弃竹笋壳材料，提高竹笋壳材料在现代家具中的利用率。文章首先分析了竹笋壳材料的多孔性、吸湿性、吸附性等物理特性，然后分析现代家具的材质、肌理、色彩三大设计要素。从而找到在现代家具中科学应用竹笋壳材料的方法，缓解我国目前资源短缺的现状，使现代家具更加绿色环保，努力实现“碳中和”“碳达标”。
关键词：竹笋壳材料；家具设计；应用
竹笋壳作为一种绿色环保的废弃材料，具有特殊的物理特性且易于加工。将其作为一种新材料应用于家具当中，会给现代家具带来了新的尝试。关明杰等以碱处理后的竹笋壳为原料，酚醛树脂为胶黏剂，采用热压成型的方法制备了竹笋壳复合材[1]，为竹笋壳板材家具提供了技术支持；张志威将竹笋壳纤维和淀粉配比混合制作成复合材料[2]，为竹笋壳材料提供了更多的应用方法；李岩等通过优化设计，实现植物纤维增强复合材料的高性能化，以及满足了阻燃、降噪、阻尼等要求，积极推动了其在航空、轨道交通、汽车、建材等领域的应用[3]。由此可见，竹笋壳材料的特有性能为各类产品带来了不同的优化设计，通过研究竹笋壳的物理性能和分析家具设计的艺术要素，能够探究更科学的家具设计方法，为现代家具提供新的思路。
1竹笋壳材料概述
竹，自古以来就和人们的生活有着千丝万缕的联系，而竹笋壳却鲜有人关注。竹笋壳是竹笋在向上生长时脱落的农副产品。目前，笋壳作为农林废弃物，处理方式多为就地掩埋甚至堆放。大量竹笋壳被废弃，造成资源浪费和环境污染。因此，亟需解决竹笋壳的回收利用问题。将竹笋壳作为家具应用材料，不仅减少了竹笋壳资源的浪费，并且提升了竹笋壳材料在家具产品中的应用价值，拓展了其应用范围。
2竹笋壳材料的物理特性
2.1多孔性
竹笋壳是由纤维束组成，这些纤维是中空的，构成了许多孔隙。同时，在细胞壁内、微纤丝之间也有许多空隙，在细胞之间还有许多纹孔相通[4]，如图1所示。由于竹笋壳的多孔性，此类材料具有以下特性：1)回弹性。竹笋壳在结构上的多孔性，使竹笋壳具有良好的力学回弹性。竹笋壳在承受动载荷和冲击载荷时，即便是受力超过了竹笋壳所能承受的范围，也能吸收相当部分能量，使得竹笋壳只是造成较大的形变而不断裂。竹笋壳纤维呈纵向排布，在纵向受力时易撕裂。因此，在使用材料时设计师可以根据这种纹理的纵横排列将其合理的运用到家具结构中。2)硬度较小。在显微镜下，竹笋壳表面与内部孔隙较多，这种特性让材料便于机械加工和化学处理。如染色、固色、水解、竹笋壳改性处理等。3)密度较小。在显微镜下的纤维束中，每束中有20—30根单纤维，这些由果胶粘接起来的纤维束形成一个有弹性的纤维网，单根纤维宽度在5—15μm，其单丝缔合体的表面形态呈现大量沟槽裂缝和凹凸不平的特征[5]。这些大量的沟槽裂缝充分证明了这种材料轻量化的特性，竹笋壳材料的轻质化特性使其材料自身的物理重量与石材、金属等有非常明显的优势。因此，竹笋壳材料家具在运输和安装过程中都会更加方便快捷。
2.2吸湿性
竹笋壳材料有着良好的吸湿性。干缩和湿胀是竹笋壳材料固有的性质，这种性质会导致竹笋壳制品的尺寸不稳定，随着环境温度和空气湿度的变化，材料会出现变形、翘曲和开裂等缺陷。因此，在应用时应先经过化学处理及其他办法来减少和克服其本身材质的缺陷。
2.3吸附性
吸附性是指多孔性材料吸收周围其他物质，如液体、气体等性能。竹笋壳的多孔性和吸湿性都证明了其单位质量的表面积是很大的。因此，竹笋壳材料是属于有高吸附性的材料，对于其他物质的吸附量是很大的，有利于对竹笋壳的化学处理。竹笋壳的吸附性在家具的中应用主要是对胶液和涂料的吸附。胶黏剂分子中的极性基团和涂料极易与竹笋壳表面的极性基团形成物理吸附。因此，竹笋壳吸附性强，易于粘合、涂料加工、改色等操作。
3竹笋壳材料在现代家具中的应用思路
3.1竹笋壳材质在现代家具中的应用
竹笋壳是一种天然的植物材料，选择此类材料应用于家具中便有天然材料的两面性。其优势是绿色环保、材料可持续；其劣势是会受到天然属性的制约和影响。比如直接利用竹笋壳原材料时会容易受温度、湿度的影响产生变色、变形等。因此，直接应用竹笋壳原材料时，应该注意材料使用场景的温度、湿度变化不能过大。应用于家具材料时，应经过化学处理，变成防虫蛀、防腐蚀的材料。并且设计者和生产者应该将竹笋壳材料与其他材料进行结合设计。发挥各种材料之间的特性互补，扬长避短。这样应用材料才能既保持材料的天然属性，又能满足家具材料的功能需求。
3.2竹笋壳肌理在现代家具中的应用
肌理是构成家具工艺美感的重要因素与表现形式。家具材质肌理的处理，一般从以下两个方面考虑：一是材料具有的天然肌理感，比如竹笋壳内外表面的肌理和质感不同，内部有光泽且有防水功能，外部表面具有磨砂质感且有竹制纹理；二是指同一种材料经过不同的加工处理，可以得到不同的肌理质感。竹笋壳纤维复合板材，纤维较细，能给人更加细腻的感觉。竹笋壳板材将竹笋壳裁制成大小不一的形状压制成统一规格的板材。层叠的竹笋壳，长短交错形成了特有的纹理，具有装饰作用。
3.3竹笋壳色彩在现代家具中的应用
色彩是设计中重要的构成之一。对于具有天然良好色泽的竹笋壳材料，应保持其本色。如在世界享有盛名的明式家具，能充分表现出材料本身的自然色泽和纹理美。在不考虑染色的情况下，竹笋壳经过干燥、去黄后大多呈现出天然的黄褐色。在经过不同的高温炭化处理后会呈现不同程度的褐色。这些色彩为设计师提供了基本的自然色系，也可以从中寻找出许多变化，满足设计需求。对于竹笋壳复合材料，色彩效果较差时，也可通过天然染料进行人工着色，以获取新颖的色彩效果。
4竹笋壳材料在现代家具中的应用方式
4.1竹笋壳原材应用
自然脱落的竹笋壳，在清洗、晒干后便可直接使用。在平时的生活中，已经有很多使用的案例，如竹笋壳被用于手工制作鞋底、一次性拖鞋、笋壳雕刻画等。其中的笋壳画是以竹笋壳为画布原料，经烘干炭化，在不同温度下熨烫，形成不同的颜色，再经过剪切、粘合、雕刻，制成生动的花、鸟、风景等。此类应用属于民间手工艺，虽无法批量生产但可运用在家具装饰中，传承其民间工艺，也为家居空间增添了天然装饰。同时又具有竹的天然芳香气息，能使人找到回归自然的感觉。
4.2竹笋壳板材应用
竹笋壳定向刨花板是一种新型刨花板。其中表面层是条状较薄的刨花，中间层是更细小的刨花，表面层与板材纵横交错胶合而成。这种新型刨花板物理性能好，尺寸稳定性好，受力强度均匀，有利于进行工业加工。根据其物理特性，适用于家具中的受力件，如组合家具中的抽屉材料、橱柜所需的各种板面、桌椅面板、软体家具中的结构板等。因为材料多层交错，装修时也可作为功能性板材，如隔热板、吸音板、装饰墙板等。
4.3竹笋壳纤维复合材料应用
竹笋壳纤维是从废弃笋壳中提取出的新型天然纤维。竹笋壳纤维复合板材是以笋壳纤维为原料，在研磨处理过后与淀粉和PLA复合材料或者树脂混合。通过机械设备在金属的模具中高压成型，制成不同密度、不同形制的纤维制品。优点是成型快、强度高、绿色环保、可降解，而且有较好的保温、隔热、隔音效果。
4.4多种材料混合应用
将竹笋壳材料和其他常用材料搭配使用更能创造出合理且多元化的家具。在造型受限的产品中可以以竹材为基本材料，用其他材料来代替某部件，如木材、金属、塑料、陶瓷、玻璃、织物、皮革、纸材、橡胶、石材等材料，可以弥补竹材料加工和材料性质的缺陷。设计方法上以竹材为主体与原产品原有的塑料、金属等结合，在细节上配以皮革、织物类材质，能突出产品的质感与亲和力，让产品富有情感[6]。笋壳系列灯具如图2所示，主体材料由竹笋壳构成，圆环内部是可更换的笋壳画，金属材料镶边装饰，多种材料结合层次丰富。
5总结
竹笋壳材料代表着一种废弃材料向新型环保材料发展的方向，在材料物理特性的研究引导下进行笋壳材料应用设计具有可行性和前瞻性。总的来说，笋壳材料作为一个较为新型的材料，其特性还在不断开发研究当中，市场前景较为广阔。因此，应用笋壳材料的现代家具设计，可以为其他植物材料提供样本，为后续相关研究提供理论支持和参考。
作者:吴丹婷 张本俊 单位:四川美术学院