淺析復合材料在家具設計中的應用

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1碳纖維復合材料在家具設計中的表達經典案例

1.1Light-Light椅

Light-Light椅（Light-LightChair）是來自意大利知名設計師阿爾伯特•米達（AlbertoMeda）的構想，1984年問世，由意大利家具制造商Alias公司生產，并隨后被紐約當代藝術館收藏。最初，設計者并未想過要設計一把椅子。米達的初衷是想將碳纖維復合材料應用在室內設計上，然而卻發現椅子恰好是最容易測試材料強度的產品。在Light-Light椅的設計中，米達選擇一種人造纖維蜂窩板（Nomex）作為芯板，將碳纖維布包覆在芯板外部，并利用環氧樹脂和模具固定椅子的造型，最終產品的重量僅為1kg，比著名的吉奧•龐蒂(GioPonti)所設計的由木材和藤條制成的超輕椅還輕0.7kg[5]。

1.2Knotted椅

Knotted椅（KnottedChair）的設計者是如今炙手可熱的荷蘭設計師馬賽爾•萬德斯（MarcelWanders），椅子被授權給意大利家具制造商Cappellini公司從1996年生產至今，被美國、德國、法國以及荷蘭等眾多博物館收藏。1995年萬德斯受到荷蘭品牌DroogDesign與代爾夫特理工大學（DelftUniversityofTechnology）航空系共同發起的名為“純粹設計”的邀請——探索新型復合材料的設計可能性。萬德斯從傳統編結工藝中汲取靈感，先是把外裹人造纖維（Aramid）的碳芯像粗繩一樣打結，編織成柔軟松沓的網；然后對其進行環氧樹脂浸漬處理，再將其扯出八角懸掛在框架上構建出椅子形態；最終在80℃下烘干固化，制作出了這把單件重量僅為5kg的座椅。

2碳纖維復合材料在家具設計中的表達優勢

2.1傳統材料難以達到的超輕質量

與傳統材料相比，碳纖維復合材料最大的特點就是質量輕，它的密度僅為鋼材的1/5，鈦合金的1/3，甚至比鋁合金和玻璃鋼還要輕。使用碳纖維復合材料制造的家具，一方面具有超輕的質量，易于組合、搬動和運輸，另一方面，在視覺上也表現出自然輕盈的美感。在日本設計師鈴木清巳（KiyomiSuzuki）設計的靠背椅（ChercheMidi）中，我們可以看到她對碳纖維復合材料“質輕”這一特性的完美演繹。這把椅子的重量僅為960g，設計的靈感是源于微風中搖曳著的海芋花的暗影，產品最終既在感觀上突顯了輕巧的體態，同時又可以使女性使用者保持優雅的姿態；同樣，來自荷蘭的年輕設計師布拉姆•格南（BramGeenen）設計的高迪椅（GaudiChair）也僅有1kg的高迪椅。然而這兩件坐具都未因為超輕的質量而失去基本的使用功能，反而是更加極致單純的將材料本身的魅力散發出來，這也許就是碳纖維復合材料不同于傳統材料的魅力。

2.2超薄構件的完美呈現

碳纖維復合材料具有剛而強的特性，可以將家具的構件制作的足夠薄。它的比強度（強度/密度）是高強度鋼、超硬鋁、鈦合金的4倍左右，玻璃鋼的兩倍左右；比模量（模量/密度）是它們的3倍以上。如此形式的家具構件不僅節約用材，還減少了家具的占用空間。家具設計師特雷斯•伍德格特（TerenceWoodgate）與一級方程式跑車的設計師約翰•巴納德（JohnBarnard）共同合作，制作了具有超薄構件的桌子（SurfaceTable）（圖9）。正如我們所看到的，采用碳纖維增強樹脂制造的桌面板僅有2mm厚，從側面水平視角我們幾乎看不到桌子的框架，但它卻足以承托長達3m的桌面；類似的，在另一件來自澳大利亞的餐桌（StealthTable）設計中，桌面邊緣的厚度也僅為6mm。從這兩張桌子中，我們可以感受到超薄構件流暢而精致的線條所帶來的獨特的品質感與科技感。

2.3超大尺度懸臂的輕松實現

碳纖維復合材料的拉伸強度、彎曲強度都遠高于普通家具材料。利用這一特性，家具的部件在一定空間內可以大尺度的延伸而不彎折。在2009年的TokyoFiber群展上，日本現代建筑師青木淳（JunAoki）展示了他設計的超大尺度懸臂聚光燈（ThinBeamLamp），燈體采用日本東麗產碳纖維（Torayca）制作，其中懸臂的燈板全長達6米；與之類似的還有意大利OlympusFRP公司推出的書架（Aliante），同樣是由碳纖維復合材料制成，書架每一層的擱板以垂直中心為軸向兩側展開，長達2.7m。這樣的兩件家具，均通過恰到好處的材料特性表達——超大尺度懸臂，為用戶提供更大范圍的使用空間。

2.4靈動多變的曲線造型

碳纖維布是碳纖維復合材料家具制作的原材料之一，它具有布匹的柔軟特質和極強的可設計性，在三維空間里可以任意的扭曲，所以設計者可根據自己的想法，用線或面等單純的元素賦予碳纖維布輕巧靈動的造型，再使之與樹脂膠合固化，達到預想的創意。獨立設計品牌AdeleCassina推出了一款獨具特色的座椅（DipintaDiBlu），椅子中靠背有著非對稱的線條輪廓，椅腿則做無規律螺旋扭曲，造型中曼妙的曲線將哥特式藝術品的設計風格凸顯的淋漓盡致[8]；而在洛杉磯Synperia工作室推出的首款座椅（ErgonNomosChair）中，我們同樣可以看到碳纖維復合材料所展現的婀娜多姿的曲線，這款椅子的背部造型貼合自然的人體脊背曲線，呈現出輕薄流暢的體態。在上面的作品中，靈動的造型為產品帶來朝氣和生命力，材料也因此表達到極致，也許這就是這么多新興設計師和崇尚時尚的藝術家對碳纖維復合材料著迷的原因之一吧。

2.5柔韌可編織的單元結構

碳纖維復合材料也能以繩束的形式表現在家具結構中，其中這種類型的復合材料大多是窄的碳纖維布或是碳纖維束通過與樹脂膠合固化而制成的。因為繩束特殊的柔韌性和可編織性，使得制作的家具既現代又不失工藝感。有感于碳纖維布在建筑結構補強中的應用，日本設計師佐藤大（OkiSato）在白色泡沫板上穿插一段一段的碳纖維布，使其原本無形無強度的框架顯現出來，成了可以支撐的坐具（VisibleStructures）；而來自西班牙的設計師哈維爾•莫雷諾•貝奈托（JavierMorenoBeneyto）則從自然界的蠶繭汲取靈感，用碳纖維束纏繞在金屬框架上，仿生設計出清新自然的座椅（SilkChair）。從上述作品中我們可以看出，這一材料特性給予了設計者更多的創意空間和樂趣，同時也豐富了碳纖維復合材料家具的造型，材料的柔韌可編制的特性總是以不同的巧妙方式表現出來。

2.6豐富艷麗的色彩表現

通過與樹脂復合，碳纖維材料擺脫了傳統的黑色，可以擁有各種靚麗的色彩。在工業生產中，碳纖維材料本身為黑色，但可以與其他彩色纖維材料混紡，制造出多色的碳纖維布及其復合材料；此外，黑色的碳纖維布與彩色樹脂膠合，也可以制備出各種顏色的碳纖維復合材料。將以上兩種制備方式應用在碳纖維家具制作上，可獲得各種不同顏色的碳纖維家具。瑞典家具品牌Lisar為GulfOilLtd公司設計了一款碳纖維座椅（GulfCH.AIR），座椅的靠背和座面以清新的天藍色和靚麗的橙色搭配，鮮亮而富有活力，很容易讓人聯想到賽車運動。碳纖維復合材料可以通過靈活的工藝獲得豐富的色彩表達，這也為材料本身在家具上更廣泛的應用提供了可能性（圖18）。

2.7與木材結合可改善表面裝飾性能

碳纖維增強木材在建筑上應用已久，隨后設計師們發現在家具的結構中也可以用類似的形式表現。確切的說，木材天然的紋理用以裝飾家具的表面，碳纖維優良的力學性能用以結構支撐。設計師保羅•勒巴赫（PaulLoebach）所制作的沃森桌（WatsonTable）就是最好的例證。從這件家具中，我們可以看到，它既表現了木材自然的紋理和觸感，又同時擁有輕巧而堅固的結構，而桌子腿部的彎曲造型是木材單板與碳纖維增強樹脂膠通過特殊的模具復合制成的[10]，最終成為我們眼前的這件家具。

3結論

如果說人造板材料在家具中的廣泛應用是家具工業發展的一個關鍵點，那么如今碳纖維復合材料在家具上的興起可以算是又一個飛躍。從碳纖維復合材料家具的經典設計和最新潮流設計可以看出，碳纖維復合材料在家具設計中的表達存在諸多的優勢，約翰•羅斯金曾指出，“忠實于材料本身（TruthtoMaterials）”是設計要遵守的重要信條之一，碳纖維復合材料家具的設計也是如此，只有深刻的了解材料本身的特性及優勢，才能設計出更好的家具。

作者：李超 耿曉杰 單位：北京林業大學材料科學與技術學院