基于輕質(zhì)立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板的臨時性家具設(shè)計

張海婷 郝景新* 吳新鳳 于利亞 戴學(xué)鵬 李偉光

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2.深圳朗暉展示有限公司，廣東 深圳 518000；3.湖南巨迪家居有限公司，湖南 長沙 410016；4.中國林業(yè)科學(xué)院木材工業(yè)研究所，北京 100091）

紙基家具具有可回收、再循環(huán)和再利用的環(huán)保屬性。隨著綠色理念的深入人心[1]，紙基家具的發(fā)展頗受關(guān)注。綜合國內(nèi)外紙家具研究發(fā)展?fàn)顩r可以發(fā)現(xiàn)，國外對紙基家具的研究早期多從視覺時尚、視覺藝術(shù)的角度，后逐漸注重對其實用性及持續(xù)價值的研究[2]，并提出形式與功能統(tǒng)一的設(shè)計原則，且將設(shè)計與生產(chǎn)優(yōu)勢相融合。國外紙基家具的研發(fā)體系較為成熟，在家具市場上占有一定份額[3]。目前國內(nèi)學(xué)者對于紙基家具的研究主要還停留在理論階段，產(chǎn)品與市場的銜接及其推廣路徑尚不完善，發(fā)展受到限制。近年來，國內(nèi)展示展覽行業(yè)對紙基家具的需求逐漸增大，筆者通過對展示展覽行業(yè)的深入調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前臨時性展覽所用的臨時性紙家具通常以立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板為主要材料，該材料的力學(xué)性能優(yōu)于瓦楞紙板、蜂窩復(fù)合紙板，在臨時性家具中應(yīng)用立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板擁有很大的市場。

1 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板材料屬性

不同于傳統(tǒng)的臥式排列，立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板通過翻轉(zhuǎn)90°后形成立式瓦楞芯層[4]，再通過上下覆面組成“工”字梁（如圖1所示），具有較強的平壓性能和抗彎性能，可應(yīng)用于建筑、運輸包裝、紙質(zhì)家具、廣告展覽等行業(yè)。立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板材料具有輕質(zhì)高強、成本低、可回收、表面裝飾效果優(yōu)異等特點。

圖1 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板Fig.1 Vertical corrugated sandwich composite board

1.1 輕質(zhì)高強

立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板的密度約為0.1 g/cm3，其彎曲強度、彎曲剛度、平壓強度、剪切強度、側(cè)壓強度、戳穿強度等力學(xué)性能高于蜂窩紙板，在微孔小壁的瓦楞紙芯家具行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景[5-6]。立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板兼有瓦楞紙板和蜂窩紙板的結(jié)構(gòu)特點，將兩者的優(yōu)點組合聯(lián)用，可應(yīng)用于包裝類、裝飾類產(chǎn)品，顯示出較強的技術(shù)優(yōu)勢和市場競爭力[7]。

1.2 成本低、可回收

立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板的生產(chǎn)只需在原有瓦楞紙板設(shè)備上設(shè)置立式排料裝置，生產(chǎn)效率高。此外，瓦楞夾芯復(fù)合紙板質(zhì)量輕、抗壓、抗撕裂、耐戳穿、緩沖性能好、易加工成型、印刷性好，同時還能循環(huán)再生利用[8]，對環(huán)境無危害。

1.3 表面裝飾效果優(yōu)異

當(dāng)覆面材料為白卡紙時，可對其進(jìn)行噴繪印刷。而當(dāng)覆面材料為牛皮紙時，其顏色與木材色澤相近[9]，在視覺上可以模仿木制家具。此外，紙板表面還可以進(jìn)行防水貼面處理或貼絨布處理，相比于其他材質(zhì)的家具，其貼面優(yōu)勢明顯。

2 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板家具結(jié)構(gòu)設(shè)計

家具產(chǎn)品的強度與材料屬性、材料與連接件間的連接強度密切相關(guān)。紙基家具的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接關(guān)系到家具產(chǎn)品的強度[10-11]。立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板家具結(jié)構(gòu)設(shè)計可以借鑒木質(zhì)家具的插接結(jié)構(gòu)，采用螺絲固定。

2.1 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板家具本體連接結(jié)構(gòu)

表1 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板家具本體連接結(jié)構(gòu)Tab.1 Connection structure of vertical corrugated composite board furniture body

2.2 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板家具連接件結(jié)構(gòu)

表2 立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板家具連接件結(jié)構(gòu)Tab.2 Connection structure of vertical corrugated composite board furniture

3 V形槽封邊與成型一體化工藝

立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板在切割后會有芯層暴露在外，存在美觀性差、無法封邊遮蓋等問題，因此常與瓦楞紙板及其他材料組合使用。在紙基家具設(shè)計階段，應(yīng)結(jié)合材料特性和相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新工藝結(jié)構(gòu)，使家具產(chǎn)品的設(shè)計更加合理，使產(chǎn)品質(zhì)量得到提升[15]，同時還應(yīng)遵循低成本、減量化原則，降低人工和生產(chǎn)成本，減少運輸與裝配成本。

紙基家具的封邊通常依靠人工，封邊效率低且不美觀。結(jié)合紙基家具工廠的實際生產(chǎn)情況，利用紙基家具易于切割的優(yōu)勢，本文提出一種V形槽折疊封邊的加工技術(shù)。

如圖2所示，在立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板上切割兩個相鄰的V形槽可以實現(xiàn)180°折疊，V切軌跡之間的關(guān)系為：D=2H，其中D為V刀間距，H為立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板的形式厚度。V切角度為95°，設(shè)置修正值為5°，V刀留底厚度為2 mm，以確保最底層材料不被切割。切割后取出多余纖維，再將板件對折后粘合，進(jìn)行一體化成型。在實際生產(chǎn)中,不同厚度、不同覆面材料、顏色的板件可不必再使用封邊膠帶, 減少了工序,。從產(chǎn)品美觀性角度，可凸顯板件的一體化，視覺效果更好。

圖2 V形槽間距與切割示例Fig.2 V-shaped groove spacing and cutting examples

圖3 產(chǎn)品成型圖Fig.3 Product forming diagram

4 臨時性家具設(shè)計實踐

4.1 臨時性家具應(yīng)用市場需求

1) 臨時展覽

會展行業(yè)蓬勃發(fā)展，其特點為周期短，展覽時間在3～30 d之間[16]。對臨時性家具的要求為輕質(zhì)、方便搬運、易于快速組裝。

2 )大型賽事活動

大型賽事活動時間一般在10～50 d之間[17-18]，對于臨時性家具的制作要求為生產(chǎn)周期短、快速組裝、輕質(zhì)高強、易于大批量運輸、物流成本低，且對環(huán)境污染小，可回收。例如，2021年東京冬奧會為運動員提供的臨時性紙床，在奧運會結(jié)束后全部回收。

4.2 臨時性家具設(shè)計原則

4.2.1 減少基材用量

對臨時性家具采取輕量化設(shè)計，在減輕家具整體重量的同時，減少基材的使用量，從而降低生產(chǎn)制造成本。在設(shè)計階段，可以通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，與其他材質(zhì)的合理搭配，例如，與紙方管等的配合使用，使立式瓦楞夾芯復(fù)合板發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。此外，可使用模切排料軟件對圖案進(jìn)行優(yōu)化，減少材料的消耗量，降低制造成本。

4.2.2 增強可調(diào)節(jié)性

臨時性家具應(yīng)設(shè)計為可拆裝結(jié)構(gòu)。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)合形式，提高家具部件安裝、重組與拆卸的靈活性。拆裝方式應(yīng)符合用戶使用習(xí)慣，避免誤裝。

4.2.3 方便運輸和移動

對臨時性家具進(jìn)行輕量化、減量化設(shè)計，使其易于搬動和組合使用。由于臨時性家具通常會被高頻次搬動、轉(zhuǎn)換，在設(shè)計中應(yīng)充分考慮搬運移動的便捷程度，實現(xiàn)單元部件之間的自由拆卸和組裝[19]。同時，應(yīng)采取平板化包裝，降低運輸成本，節(jié)省空間。

4.2.4 輕巧簡潔

利用輕重感的視覺效應(yīng)進(jìn)行設(shè)計。臨時性紙基家具的設(shè)計應(yīng)避免廉價感，減少芯層暴露。巧妙利用折疊方法，使整體外觀形態(tài)具有質(zhì)感。輕巧簡潔的設(shè)計風(fēng)格更符合現(xiàn)代人的審美需求[20]。

4.2.5 經(jīng)濟(jì)實用

由于臨時性家具只是被臨時使用，因此用戶更希望能買到經(jīng)濟(jì)實用，性價比高的產(chǎn)品。對此，應(yīng)從家具材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面綜合考慮，以降低產(chǎn)品成本[21]。目前，紙基家具的生產(chǎn)過程多依靠人工，未來應(yīng)采用自動化加工，以減少人工成本，進(jìn)一步降低臨時家具的價格。

4.3 設(shè)計實踐

選取置物架進(jìn)行設(shè)計實踐。臨時性場合使用的置物架一般對靈活性要求較高。竹、木、人造板等制作的置物架及開放性柜類家具產(chǎn)品體積質(zhì)量較大，在高頻次的場所轉(zhuǎn)換過程中不易搬運、組裝耗時、裝配難度大。因此，從分解角度對置物架進(jìn)行設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)上保持獨立，組合后又可形成一體。設(shè)計中遵循美學(xué)原則，變化與統(tǒng)一、均衡與穩(wěn)定相結(jié)合。利用紙方管、方通連接件作為可控的通用化模塊，用戶可以根據(jù)自身需求對置物架進(jìn)行組裝使用。通過“分解”與“組合”實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化組合，以滿足不同用戶的復(fù)雜性需求。由于模塊化設(shè)計與零部件的通用性[22-23]，可以對置物架的高度、寬度進(jìn)行調(diào)整。還可將置物架設(shè)計為轉(zhuǎn)折式架類產(chǎn)品，在轉(zhuǎn)折點繼續(xù)延伸紙管，使其在寬度或高度方向上自由擴展。

在實際使用中，置物架底板、側(cè)板、背板可根據(jù)實際使用需求放置，在成型加工時，可通過V切工藝對各個板件進(jìn)行設(shè)計，融入一體化設(shè)計理念。如圖4～6所示，需要側(cè)板時，放入模塊2；若同時需要側(cè)板和背板時，則將模塊2轉(zhuǎn)向與模塊1共同使用。當(dāng)需要對局部模塊更改與折疊時，利用復(fù)合紙板折疊的優(yōu)勢實現(xiàn)置物架的反復(fù)拆卸和組裝。

圖4 置物架效果圖Fig.4 Shelf rendering

圖5 置物架拆分圖Fig.5 Shelf disassembly diagram

圖6 置物架安裝Fig.6 Shelf installation

4.3.1 置物架效果圖

4.3.2 置物架模塊生產(chǎn)

使用10 mm厚度的立式瓦楞夾芯紙板進(jìn)行切割制作，圖7中標(biāo)記區(qū)域為生產(chǎn)時的涂膠區(qū)域，涂膠后將紙板折疊粘合。

圖7 置物架模塊生產(chǎn)與平板包裝Fig.7 Shelf module production and flat packaging

4.3.3 置物架實物展示

圖8 置物架實物展示Fig.8 Physical display of shelves

5 結(jié)語

在當(dāng)今綠色、生態(tài)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)的時代背景下[24]，紙基家具作為一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)適用、安全舒適且富有人文情懷的綠色家具將得到長足發(fā)展。在家具設(shè)計中充分體現(xiàn)“低碳化”原則已成為發(fā)展趨勢[25-35]。紙基家具在“人—家具—環(huán)境”協(xié)調(diào)匹配的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)個性化特點,同時無需油漆處理，在生產(chǎn)與使用過程中對人體健康和環(huán)境無危害。立式瓦楞夾芯復(fù)合紙板輕質(zhì)高強，將其應(yīng)用于家具領(lǐng)域，通過合理的設(shè)計可制成多樣化造型和審美風(fēng)格的紙基家具。由于其個性化、功能性、創(chuàng)新性和環(huán)保性等特點，在易搭建、低成本、多功用的臨時性場合中具有很大發(fā)展優(yōu)勢。