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

(西南林業大學材料科學與工程學院，云南昆明 650224）

社會迅速發展，城市家具市場為了遵循國家提出的保護環境政策，將木塑復合材料作為生產制造城市家具的主要材料。現階段，木塑城市家具還處于發展階段，生產商為了滿足現階段木塑市場的大量需求，還需要根據現狀投入大量的研究，用于完善目前的木塑城市家具產品。選用木塑亭子、木塑花箱和木塑垃圾桶三類主要木塑產品作為研究目標，如何將這三類木塑產品的材料、結構、造型在能夠靈活運用與結合的前提下，又可以使木塑城市家具遵循美學設計，呈現出一個城市獨特的文化，便是個值得探究和討論的課題。

1 木塑城市家具的特點

木塑復合材料是以木屑、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材料為主原料，利用高分子界面化學原理和塑料填充改性的特點，配混一定比例的塑料基料，經特殊工藝處理后加工成型的一種可逆性循環利用、涵蓋面廣、產品種類多、形態結構多樣的基礎性材料。木塑復合材料最大的特色和優勢是原料資源化，制備可塑化，產品生態化，應用經濟化和再生循環化[1]（圖1）。

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

2 木塑城市家具構件及連接的分類與應用

社會的發展使木塑材料的應用逐步廣泛，盡管木塑制品樣式多樣化，但它們內部都是由多種零件，按照一定的結構形式組成部件，再由部件組裝成所需的產品。L型和T型構件是一種常見的結構形式，中國在該方面的研究較多，常用于戶外家具及包裝框架結構[3]。相關試驗表明，L型共面與T型共面的螺釘接合強度基本一致，使用時可根據木塑框架結構的設計需要進行合理選擇[4]。

在木塑制品中常有的連接結構形式有焊接結構、釘接結構、膠合結構、拼接結構、搭接結構、榫接結構、框架角部結構和箱框結構等。現階段，應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 焊接結構

把焊接引入木塑的連接方式中，可以快速將木塑復合材料進行連接，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。

■圖1 木塑復合材料

■圖2 木塑材料的花箱

2.2 機械連接結構

也叫釘接結構，連接方式中最基礎、最簡單的一種，通常是指螺釘、螺栓和鉚釘等緊固件將兩種分離型材或零件連接成一個復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]。機械連接結構的連接強度高，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銹蝕和老化等現象，極大縮短木塑城市家具的使用壽命。

2.3 膠合結構

指單純用膠黏劑將木塑材料進行接合。其優點為膠黏劑制作成本低，對木塑材料小材大用、短料長用、劣材優用，對木塑材料進行最大程度的利用，但其剝離強度低，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，應解決木塑復合材料的表面處理，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鍵之一[7]。

3 木塑花箱、亭子和新型環保垃圾箱構件及連接的現狀

3.1 木塑花箱的構件及連接方式

中國木塑花箱的連接方式主要為機械連接。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構進行拼接，然后與木塑箱框體進行組裝（圖2）。

3.2 木塑亭子的構件及連接方式

中國木塑亭子的連接方式主要為機械連接。主要依靠鋼鐵結構架與金屬連接件進行連接，鋼鐵結構架用于整個木塑亭子的初步搭建，木塑板材包裹于鋼鐵結構架外部，金屬連接件將木塑板材進行接合，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 木塑新型環保垃圾箱的構件及連接方式

中國新型環保垃圾箱的連接方式主要為機械連接。金屬連接件與鋼鐵結構架相結合，對木塑板材進行接合，鋼管用焊接方式組合成鋼鐵結構架，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、亭子和新型環保垃圾箱構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都設計安置在露天環境里，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，但其構件及連接方式對整個木塑城市家具產品起到最根本性影響。木塑花箱、亭子和新型環保垃圾箱的構件及連接方式主要存在的問題有以下幾點。

4.1 木塑花箱構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象。日常生活中的木塑花箱因使用年代較長導致產品破損垮塌、連接件丟失和腐蝕，導致木塑板材斷裂甚至丟失，嚴重影響產品使用壽命和環境美觀效果。

木塑花箱使用的構件及連接件樣式單一，不能夠滿足木塑花箱多變造型的設計要求，導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 木塑亭子構件及連接方式存在的問題

木塑復合材料連接方式主要有機械連接、膠接連接和焊接，其中機械連接或膠接是最好的連接方式。機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行連接，焊接是一種以加熱、高溫或者高壓的方式進行連接[8]。但日常生活中的木塑亭子僅使用機械連接，缺少膠接連接和焊接方式，多種連接方式相結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。其連接件小而復雜，對連接件精準度要求極高，生銹被腐蝕的連接件，使垃圾箱的箱門不能完全閉合，箱體變形使內箱外漏，影響人們的使用，降低了環衛工人清理垃圾的效率，工人后期不方便對垃圾箱進行維修與保養。

4.4 木塑花箱、亭子和新型環保垃圾箱欠缺對構件及連接的人性化需求滿足

木塑城市家具的構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件及連接件，極大增加了木塑產品的生產成本[9]。不合理的構件設計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件，無形中增加產品的生產成本，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建議，增加木塑花箱構件及連接方式的多樣性，避免因單一連接方式而導致的材料破損問題，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建議，盡量隱藏連接件，使其不暴露在外界環境下，減輕連接件的腐蝕程度；減少連接件的種類與數量，將一類連接件進行多種使用，利于日常保養與維修[12-13]。針對木塑新型環保垃圾箱存在的問題提出改進建議，提高連接件的精準度，使其在日后的使用中減少因連接件錯位而導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行噴漆處理，減輕連接件被腐蝕的程度[14]。

5 結語

隨著科技的發展和社會的進步，木塑城市家具構件及連接方式也不斷更新，接合強度與科學性進一步得到提高。未來將高科技與木塑城市家具構件及連接方式相結合，使其更趨于人性化和規模化，木塑城市家具的連接組裝效率與家具結構強度都將得到提高，將推動我國木塑城市家具業的發展。

合理的材料選擇與生產工藝，細分整體和局部的關系，了解生產線的生產能力，安裝現場的固定條件，后期更改或運輸破損等要素都是需要掌握的知識與技能。一個新產品的開發是一個循序漸進、不斷篩選的過程，是一個團隊智慧的結晶，更是一個價值的體現。可依據木塑城市家具連接件改良開創一套簡化版結構設計體系，將其運用于木塑城市家具結構設計中，在兼具人文性與趣味性的同時，保證結構強度，為木塑城市家具設計提供靈感。

在未來，國家對環保的大力提倡，促使木塑城市家具產業迅猛發展，木塑城市家具的連接件也因此擁有更大的改進空間，中國的木塑城市家具產業將迎來一個質的飛躍。