现代产品设计中的竹材功能特性研究

姜 文 于 帆 陈若丹 （江南大学设计学院 江苏无锡 214122）

在崇尚绿色、低碳设计的时代，产品设计越来越受到大家的关注，通过设计会使产品具有更高的经济附加值。材料作为产品的组成部分，很大程度上决定了产品的形态、质感、造型等方面的因素，因此在产品设计过程中要充分了解材料的特性。目前，竹材被认为是经济环保材料在产品设计领域被广泛应用和推广。充分利用竹材本身的功能特性设计竹材料产品，既可展示出竹材产品的独特的美感，又可提高产品的经济价值。

竹材的功能特性包括竹材的物理特性、化学特性、力学特性等。在产品设计领域的研究关键是竹材作为产品的材料要素的应用价值，在产品设计师的层面分析竹材的功能特性。根据竹材加工应用方式不同，目前在产品设计领域中竹材的使用可分为竹原材和人造竹集成材两大类。竹材的功能特性也因加工方式不同呈现不同的特点。

1.竹原材在现代产品设计中的功能特性

针对产品设计的竹原材一般是指保留自然构造的竹材，其功能特性大多基于竹原材构造而言的，具有区别于一般传统木质材料的特点：中空圆筒构造、竹节与竹间结构、纤维的一致性、优异的力学强度等。

1.1 竹原材中空圆筒构造的功能特性

竹原材最为明显的构造特性为中空圆筒形态。中空，意味着同样的面积，在加工过程中所用的材料体积较少，减少刻意制作中空所消耗的资源。圆筒，意味着没有尖角、天然形成无缝连接的筒形，经过打磨、切削就可以形成不同半径、不同长度的圆柱体。通过竹原材的弦面、径面进行不同的切割，会得到更加丰富的竹块材。横向切割可形成丰富圆筒造型、赋予变化的曲线切削处理可形成不同的弧面造型、不同角度纵向横向方向的切削可呈现曲率不同的竹块。竹块材可单独作为产品单体出现，也可系列化使用，作为元件由点及面，通过组合搭配形成富有变化的组合产品。

中空圆筒是竹区别于其他材料最典型的特性，既是竹产品材料的功能特性，又是竹产品造型依附的基本形态，在日常生活中具有极大的应用价值。例如将竹原材嵌套在其他材质的外部和内部，减少了其他材料的过分消耗，展示了竹原材的包裹性，也体现了传统与现代材质的融合。一款环保的提包，将竹跟布巧妙地结合起来，发挥了竹子中空可载物的作用，又展示出竹材承重能力强可握的作用，充分利用了竹子的原始的功能特性，既简单又实用。合理地利用中空圆筒造型，可降低使用其他材料的成本，具有极大的经济价值。

1.2 竹原材节结构的的功能特性

与塑料、金属等人工材料的中空造型不同，竹原材的中空造型是由分布不均匀的竹节和竹间结构构成。竹节结构具有阻隔的功能，将竹原材分为了一段段密闭的圆筒空间。将竹间部分截断，可清晰地了解竹节的这种阻隔结构。顺着竹原材的纤维进行纵向地切割，密闭的阻隔结构就扩展为开放型的阻隔。由于切割角度的不同，竹节的阻隔能力也不同。

竹节结构特性使竹材具有更多的实用性。运用密闭性，可制成天然的储钱罐。将竹间部分截断，密闭的圆柱空间打开，又形成了有“底”，有一定承载能力的容器，可做杯子、笔筒等。顺竹纤维进行纵向切割，有课形成半阻隔作用的形态，可做茶匙等。

1.3 竹原材纤维一致性的功能特性

由于竹材节间细胞都是轴向细胞，没有木材中的横向射线细胞，因此竹材没有横向纤维，只有纵向纤维存在。竹子纤维方向与生长方向一致性可称为竹材纤维的一致性。根据竹材纤维一致性，可较为省力地将竹筒纵向截取为竹片和竹丝。

最早竹片广泛应用是我们所熟知的竹简。竹简记言记事，成为了中国语言文化的载体，被赋予了符号象征。而现代的产品设计中应该利用竹材温和、无毒、环保的特性，充分使用竹片材。类比木材加工的积木玩具的模块化和拼接性，竹片也可作为玩具元件进行设计，组成具有一定功能性和娱乐性的产品。

竹丝或竹篾紧实地排布构成竹编产品，竹丝与竹篾以线构面，具有一定地构成感。竹编属于竹器物加工中的“细工”，是利用精制过的竹子进行编织成器。[1]运用竹丝竹编产品通过对竹原材的进行重构、形成具有自然柔和、有良好地透气性的产品。但竹编必须依据人工制作，目前掌握竹编的师傅越来越少，如何让现代设计与竹编结合，配合经济发展得以广泛应用，是我们需要考虑的问题。

1.4 竹原材力学特点与功能特性

竹材的力学强度与竹壁厚度及基本密度有关。与木材年轮和圆周半径会随着生长时间而增加不同。竹子的体积与横切面的周长不会随着竹龄增长而增加，只是竹壁厚度及基本密度随竹龄增加而增加。竹材的力学强度一般随竹龄的增长而提高，至一定年龄后达到稳定，但当竹秆老化变脆时强度反而下降。[2]在纵向上，竹材纤维具有很高的韧性、抗压强度和抗拉强度。因此选择合适竹龄的竹原材可做成具有一定承载能力的产品。传统手工艺人结合竹材的中空圆筒的功能特性制成扁担、水车、竹筏、水管等竹制品。现代设计中利用竹材的中空圆筒制成伞架、现代家具等。

2.人造竹集成材在现代产品设计中的功能特性

随着技术的进步，竹材的使用已经不只局限于竹原材的使用，而运用到了人造材料当中。人们已经看到了竹材所带来的巨大的经济效益，通过对原竹进行粗加工，得到较为精细平整的竹板材，做为竹产品的材料。人造竹集成材作为新兴的现代材料，成为了木材的替代产品，应用于日常生活中。竹材人造板的功能特性主要表现为：竹材人造板幅面大， 材质细密， 不易开裂，尺寸稳定性好，具有抗压、抗拉、抗弯强度高， 刚性好耐磨损， 各向异性差异减小等优点。[3]

2.1 人造竹集成材表面肌理与质感的功能特性

人造竹集成材经过人工加工过程，形成了光滑均匀的质感。板面色泽自然、质地清新，有丰富的竹纹，色泽匀称、竹香怡人。经过切削打磨，视觉肌理明显，表面触觉舒适、精纯，给人柔和、舒适、温暖的感觉，可应用于与用户肌肤接触较为紧密的产品中。

2.2 人造竹集成材力学特点与功能特性。

人造竹集成材是以竹子或部分竹子为原料，经过切削加工、干燥、施胶、组坯、压缩胶合等一系列工艺制成。保留竹原材的纵向纤维排列的结构，不宜产生扭曲变形。具有较高的抗压、抗拉、抗弯强度。可应用于需具有较高承载负荷能力的家具产品中，如竹地板、竹制板材家具。

3.现代产品设计中竹材功能特性存在的问题和缺陷

竹材独特的功能特性一方面会成为优于其他材料的优势，但有时也会成为缺陷而影响竹产品的设计与开发。

3.1 竹原材的功能特性缺陷

竹原材的功能特性的缺陷针对其原始构造而言。主要是中空竹节造成的加工不便和纤维一致性导致的纵向断裂性问题。

独特的中空圆筒的竹原材个体差异较大，并且竹节一般分布不均匀，在批量生产过程中造成了不便。在手工作坊年代，竹材的个体差异可以通过手工艺人的挑选得到解决，制作出具有差异化的产品。而对机器大生产而言，竹原材的个性差异会影响生产时间和进度。

纤维一致性是竹原材易于纵向截取为竹篾，但由于没有横向纤维存在，导致存在纵向断裂性的缺陷。竹原材使用时间较长，或是受到较大外力，竹材有可能会沿着纤维方向裂开。这样，在竹原材制作的家具产品中，原本在木材上使用的卯榫结构难以使用，使用较多的是进行插接、捆绑等结合方式。如今，在易断裂或是老化的节点处利用其他材料与竹材结合方法也在广泛使用。在工艺技术上一般对竹材进行干燥和涂胶处理，提高竹材的使用寿命。

3.2 人造竹集成材的功能特性缺陷

人造竹集成材的缺陷主要是因竹材成分而引起的虫蛀、霉变问题。

由于竹材抽提物比一般木材含有更多的营养物质，如糖类、脂肪、蛋白质等。这些有机物质是一些昆虫和微生物的营养物质，容易引起虫蛀和霉变。因此，竹材更容易老化、腐烂和虫蛀，这是制约竹材应用的重要原因之一。所以，竹材在加工生产上应注意防霉、防腐和防虫蛀等问题，工业上一般通过碳化和蒸煮来解决。

综上所述，在产品设计领域竹材具有的功能特性既有优势又有缺陷。利用现代的技术手段，充分了解竹原材和人造竹集成材为代表的竹材的功能特性，在产品设计中充分发挥竹材功能特性的优势，避免竹材本身的功能特性缺陷，才能充分展示出竹材的独特美感。以竹原材为材料的产品，在设计中应考虑产品造型及功能如何与竹原材本身的中空圆筒构造和竹节结构特性巧妙结合，使产品各要素联系起来，使竹原材成为产品不可缺少的一部分；以人造竹集成材为材料的产品，在设计中发挥良好的实用性同时，充分体现竹材舒适亲和的质感。可与其他材料结合，尝试应用于与人接触较为紧密的产品中。总之，应用竹原材与人造竹集成材设计出好的产品才是对竹材功能特性最好的诠释。

[1] 朱小丽.从硕放竹编论“手工艺”之美.北京理工大学学报[J]，2009（11）

[2] 虞华强.竹材材性研究概述.世界竹藤通讯[J]，2003(3)

[3] 陈玉和，陈章敏，吴再兴， 唐永裕.竹子研究汇刊[J]，2008(2)