木塑城市家具連接件及連接方式研究

■楊春曄，蘇艷煒，蘇曉毅，吳章康 Yang Chunye & Su Yanwei & Su XiaoYi & Wu Zhangkang

(西南林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，云南昆明 650224）

社會迅速發(fā)展，城市家具市場為了遵循國家提出的保護(hù)環(huán)境政策，將木塑復(fù)合材料作為生產(chǎn)制造城市家具的主要材料?，F(xiàn)階段，木塑城市家具還處于發(fā)展階段，生產(chǎn)商為了滿足現(xiàn)階段木塑市場的大量需求，還需要根據(jù)現(xiàn)狀投入大量的研究，用于完善目前的木塑城市家具產(chǎn)品。選用木塑亭子、木塑花箱和木塑垃圾桶三類主要木塑產(chǎn)品作為研究目標(biāo)，如何將這三類木塑產(chǎn)品的材料、結(jié)構(gòu)、造型在能夠靈活運(yùn)用與結(jié)合的前提下，又可以使木塑城市家具遵循美學(xué)設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出一個城市獨(dú)特的文化，便是個值得探究和討論的課題。

1 木塑城市家具的特點(diǎn)

木塑復(fù)合材料是以木屑、竹屑、麥秸、谷糠、椰殼、大豆皮、花生殼、甘蔗渣、棉秸稈等初級生物質(zhì)材料為主原料，利用高分子界面化學(xué)原理和塑料填充改性的特點(diǎn)，配混一定比例的塑料基料，經(jīng)特殊工藝處理后加工成型的一種可逆性循環(huán)利用、涵蓋面廣、產(chǎn)品種類多、形態(tài)結(jié)構(gòu)多樣的基礎(chǔ)性材料。木塑復(fù)合材料最大的特色和優(yōu)勢是原料資源化，制備可塑化，產(chǎn)品生態(tài)化，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)化和再生循環(huán)化[1]（圖1）。

依據(jù)城市家具中的分類體系，將城市家具分為管理系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)和美化系統(tǒng)[2]。木塑材料主要應(yīng)用于這四類城市家具系統(tǒng)中的各類設(shè)施里。木塑材料在滿足城市木塑家具使用功能需求的同時，也應(yīng)該滿足美學(xué)設(shè)計(jì)的需求。木塑城市家具是高度還原天然木材料的紋理與色彩，在此基礎(chǔ)上使用木塑復(fù)合材料制作而成，它突破了實(shí)木家具和板式家具因原材料性能差異而引起的限制，使傳統(tǒng)家具的造型和風(fēng)格變得多樣化。

2 木塑城市家具構(gòu)件及連接的分類與應(yīng)用

社會的發(fā)展使木塑材料的應(yīng)用逐步廣泛，盡管木塑制品樣式多樣化，但它們內(nèi)部都是由多種零件，按照一定的結(jié)構(gòu)形式組成部件，再由部件組裝成所需的產(chǎn)品。L型和T型構(gòu)件是一種常見的結(jié)構(gòu)形式，中國在該方面的研究較多，常用于戶外家具及包裝框架結(jié)構(gòu)[3]。相關(guān)試驗(yàn)表明，L型共面與T型共面的螺釘接合強(qiáng)度基本一致，使用時可根據(jù)木塑框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要進(jìn)行合理選擇[4]。

在木塑制品中常有的連接結(jié)構(gòu)形式有焊接結(jié)構(gòu)、釘接結(jié)構(gòu)、膠合結(jié)構(gòu)、拼接結(jié)構(gòu)、搭接結(jié)構(gòu)、榫接結(jié)構(gòu)、框架角部結(jié)構(gòu)和箱框結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)階段，應(yīng)用于木塑材料的連接方式主要為焊接、釘接和膠合三種連接方式。

2.1 焊接結(jié)構(gòu)

把焊接引入木塑的連接方式中，可以快速將木塑復(fù)合材料進(jìn)行連接，并在焊接后處理簡便，制品外表美觀，焊接均勻。但是，焊接存在一定的問題，焊接之后的木塑城市家具不可拆卸，不利于后期更換和修理連接件，更不利于對木塑城市家具的日常保養(yǎng)。

■圖1 木塑復(fù)合材料

■圖2 木塑材料的花箱

2.2 機(jī)械連接結(jié)構(gòu)

也叫釘接結(jié)構(gòu)，連接方式中最基礎(chǔ)、最簡單的一種，通常是指螺釘、螺栓和鉚釘?shù)染o固件將兩種分離型材或零件連接成一個復(fù)雜零件或部件的過程[5]。釘接材料分為金屬釘與非金屬釘[6]。機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度高，密封性能好，但此連接方式里的釘子易破壞材料、拆卸不方便、制孔精度高、暴露在外部的金屬釘會出現(xiàn)銹蝕和老化等現(xiàn)象，極大縮短木塑城市家具的使用壽命。

2.3 膠合結(jié)構(gòu)

指單純用膠黏劑將木塑材料進(jìn)行接合。其優(yōu)點(diǎn)為膠黏劑制作成本低，對木塑材料小材大用、短料長用、劣材優(yōu)用，對木塑材料進(jìn)行最大程度的利用，但其剝離強(qiáng)度低，在濕熱、溫度變化或沖擊情況下壽命不長，容易損壞。要解決膠接問題，應(yīng)解決木塑復(fù)合材料的表面處理，膠接材料的表面處理是整個膠接過程中最重要的工序之一，也是膠接成功與失敗的關(guān)鍵之一[7]。

3 木塑花箱、亭子和新型環(huán)保垃圾箱構(gòu)件及連接的現(xiàn)狀

3.1 木塑花箱的構(gòu)件及連接方式

中國木塑花箱的連接方式主要為機(jī)械連接。將鋼釘釘入箱體，固定木塑板材，接合成箱框體。其他木塑板條通過榫卯結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼接，然后與木塑箱框體進(jìn)行組裝（圖2）。

3.2 木塑亭子的構(gòu)件及連接方式

中國木塑亭子的連接方式主要為機(jī)械連接。主要依靠鋼鐵結(jié)構(gòu)架與金屬連接件進(jìn)行連接，鋼鐵結(jié)構(gòu)架用于整個木塑亭子的初步搭建，木塑板材包裹于鋼鐵結(jié)構(gòu)架外部，金屬連接件將木塑板材進(jìn)行接合，組合成木塑亭子，然而金屬連接件大多暴露在外部（圖3）。

3.3 木塑新型環(huán)保垃圾箱的構(gòu)件及連接方式

中國新型環(huán)保垃圾箱的連接方式主要為機(jī)械連接。金屬連接件與鋼鐵結(jié)構(gòu)架相結(jié)合，對木塑板材進(jìn)行接合，鋼管用焊接方式組合成鋼鐵結(jié)構(gòu)架，合頁與自攻螺釘連接件用于垃圾箱門的連接，L型金屬連接件用于垃圾箱體木塑板材之間的組合連接（圖4）。

4 木塑花箱、亭子和新型環(huán)保垃圾箱構(gòu)件及連接存在的問題和解決建議

中國的木塑城市家具由于多數(shù)都設(shè)計(jì)安置在露天環(huán)境里，所以需要考慮到它的易損因素，并方便日后木塑城市家具的維修。不論采用何種木塑材料，都需要考慮其耐久性和易損性，同時要求講究施工安裝工藝，但其構(gòu)件及連接方式對整個木塑城市家具產(chǎn)品起到最根本性影響。木塑花箱、亭子和新型環(huán)保垃圾箱的構(gòu)件及連接方式主要存在的問題有以下幾點(diǎn)。

4.1 木塑花箱構(gòu)件及連接方式存在的問題

因木塑花箱中裝有土壤和植被，遇水易膨脹，木塑花箱的外部易變形開裂，金屬連接件多暴露于花箱外部，受外部多種因素的影響易造成生銹和腐蝕等現(xiàn)象。日常生活中的木塑花箱因使用年代較長導(dǎo)致產(chǎn)品破損垮塌、連接件丟失和腐蝕，導(dǎo)致木塑板材斷裂甚至丟失，嚴(yán)重影響產(chǎn)品使用壽命和環(huán)境美觀效果。

木塑花箱使用的構(gòu)件及連接件樣式單一，不能夠滿足木塑花箱多變造型的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致木塑花箱外觀局限于方體和少量的柱體，市場上無任何球體和異形造型的木塑花箱。連接件樣式的多樣性是決定木塑花箱造型多樣變化的根本因素，多元化造型的木塑花箱才能讓其更易被大眾接受。

4.2 木塑亭子構(gòu)件及連接方式存在的問題

木塑復(fù)合材料連接方式主要有機(jī)械連接、膠接連接和焊接，其中機(jī)械連接或膠接是最好的連接方式。機(jī)械連接主要指金屬連接件和榫卯連接，膠接連接主要是靠膠黏劑進(jìn)行連接，焊接是一種以加熱、高溫或者高壓的方式進(jìn)行連接[8]。但日常生活中的木塑亭子僅使用機(jī)械連接，缺少膠接連接和焊接方式，多種連接方式相結(jié)合才能滿足木塑亭子外觀造型的多樣變化。

4.3 木塑新型環(huán)保垃圾箱

木塑新型垃圾箱的連接件樣式單一，不能滿足垃圾箱多種造型樣式的變化，垃圾箱造型多為方體，少有柱體，無異形造型。其連接件小而復(fù)雜，對連接件精準(zhǔn)度要求極高，生銹被腐蝕的連接件，使垃圾箱的箱門不能完全閉合，箱體變形使內(nèi)箱外漏，影響人們的使用，降低了環(huán)衛(wèi)工人清理垃圾的效率，工人后期不方便對垃圾箱進(jìn)行維修與保養(yǎng)。

4.4 木塑花箱、亭子和新型環(huán)保垃圾箱欠缺對構(gòu)件及連接的人性化需求滿足

木塑城市家具的構(gòu)件及連接方式在很大程度上并未真正從人的需求上考慮。為組裝不同造型的木塑城市家具，需購入不同樣式和不同價格的構(gòu)件及連接件，極大增加了木塑產(chǎn)品的生產(chǎn)成本[9]。不合理的構(gòu)件設(shè)計(jì)不利于后期工人對木塑城市家具的組裝，降低了工人的裝配效率。木塑城市家具中使用大量的構(gòu)件，無形中增加產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，降低木塑城市家具的性價比[10]。

■圖3 木塑材料的亭子

■圖4 木塑材料的垃圾箱

4.5 木塑花箱、亭子和新型環(huán)保垃圾箱存在問題地解決建議

通過研究，針對木塑花箱存在的問題提出改進(jìn)建議，增加木塑花箱構(gòu)件及連接方式的多樣性，避免因單一連接方式而導(dǎo)致的材料破損問題，同時也能滿足木塑花箱多變造型的需求[11]。針對木塑亭子存在的問題提出改進(jìn)建議，盡量隱藏連接件，使其不暴露在外界環(huán)境下，減輕連接件的腐蝕程度；減少連接件的種類與數(shù)量，將一類連接件進(jìn)行多種使用，利于日常保養(yǎng)與維修[12-13]。針對木塑新型環(huán)保垃圾箱存在的問題提出改進(jìn)建議，提高連接件的精準(zhǔn)度，使其在日后的使用中減少因連接件錯位而導(dǎo)致箱體難開合的情況，并盡量隱藏連接件和對暴露在外的連接件進(jìn)行噴漆處理，減輕連接件被腐蝕的程度[14]。

5 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，木塑城市家具構(gòu)件及連接方式也不斷更新，接合強(qiáng)度與科學(xué)性進(jìn)一步得到提高。未來將高科技與木塑城市家具構(gòu)件及連接方式相結(jié)合，使其更趨于人性化和規(guī)模化，木塑城市家具的連接組裝效率與家具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都將得到提高，將推動我國木塑城市家具業(yè)的發(fā)展。

合理的材料選擇與生產(chǎn)工藝，細(xì)分整體和局部的關(guān)系，了解生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力，安裝現(xiàn)場的固定條件，后期更改或運(yùn)輸破損等要素都是需要掌握的知識與技能。一個新產(chǎn)品的開發(fā)是一個循序漸進(jìn)、不斷篩選的過程，是一個團(tuán)隊(duì)智慧的結(jié)晶，更是一個價值的體現(xiàn)?？梢罁?jù)木塑城市家具連接件改良開創(chuàng)一套簡化版結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系，將其運(yùn)用于木塑城市家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在兼具人文性與趣味性的同時，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為木塑城市家具設(shè)計(jì)提供靈感。

在未來，國家對環(huán)保的大力提倡，促使木塑城市家具產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，木塑城市家具的連接件也因此擁有更大的改進(jìn)空間，中國的木塑城市家具產(chǎn)業(yè)將迎來一個質(zhì)的飛躍。