竹集成材燈具材料技術美的表現形式研究

■吳 昱，戴向東，劉俊冉，劉 侃

(中南林業科技大學家具與藝術設計學院，湖南長沙 410004）

在林木資源極度匱乏的今天，有人提出了“以竹代木”的資源替代方法，然而由于竹材本身的性能相較于木材而言，存在一定的不穩定性，因此對竹材進行性能穩定化的改性也就顯得尤為必要。二戰時期，竹材人造板這種以竹材為主要原料的復合材料首次被生產出來，這種材料既保留了竹材的天然紋理，同時還具備了竹材固有的韌性、高強度、高密度等基本特性，并且通過改性加工使其顯現出更為卓越的理論性能[1]。這是竹材加工技術的一種質的飛躍，也正是材料技術美的一種表現，可提高產品的設計附加值。目前，以竹材為原料進行改性的竹集成材在燈具設計領域中的應用也開始起步了。其在燈具設計中主要借助其物理與力學特性進行設計應用，能展現出更為精巧的加工工藝下的材料技術美表現形式。

1 材料的技術美

技術美不僅是人類創造力的結晶，同時也是工業化時代帶來的產物。它是現代工業所生產的物質產品給人帶來的一種獨特的審美體驗，集合規律性與目的性于一體[2]。在燈具設計中，技術美通常有四種表現形式：功能技術美、結構技術美、材料技術美和形式技術美，本文擬選取其中之一材料技術美這一表現形式進行重點地研究。

材料作為產品的重要物質基礎，不僅對產品的外觀有著決定性作用，而且對產品的質量也至關重要[3]。我們生活的物質環境中有成千上萬種材料，雖然材料的種類較多，但是每一種材料都有它自身的視覺感受和觸感特征，如竹藤、木頭、樹皮等傳統材料能讓人對自然空間中存在的植物產生聯想，從而產生天然、質樸、親和之感。而諸如玻璃、鋼鐵、塑料等材料又帶有濃厚的現代氣息，往往讓人容易將之與冰冷、高速運轉的現代工業相聯系起來。在產品設計過程中，設計師通過其對于材料的理解，對材料進行選擇以及通過對材料施加不同的技術手段，從而設計出兼具美觀性與實用性的產品。燈具的藝術效果并非多是由于多種材質累加而成，而是通過材料之間的合理協調與材質肌理的和諧融合得以實現[4]。因此，合理巧妙地使用材料是影響燈具設計的重要因素，其實質是體現燈具產品設計中的材料技術美。

2 竹集成材材料屬性

竹材是一種優質、環保的天然材料，但由于竹材本身的天然形狀，其直徑小、材料變異性大，容易對產品設計與工業生產環節形成制約，同時還具有易開裂、易霉變、易燃的缺陷，在產品設計的實際應用中也存在一定的局限性。因此，通過材料改性和材料復合的方法，在竹材的基礎上增加具備不同特性的基體或纖維，將其制作成竹集成材（圖1），則可以使竹材有效規避這些缺陷，從而將其適用于更多工業化生產中。

圖1 竹集成材—平壓雙層板

竹集成材，作為時興的一種新型人造材料，主要是通過對原竹進行一系列的機械和化學加工從而制成更具優越特性的板材，其主要制作工藝是將原始竹材進行“三防處理”（防腐、防霉、防蛀）、干燥、施膠成具有一定標準與規格的竹片（圖2）。在一定的溫度與壓力下，竹片被干燥至8%至12%的含水率，具有相較于竹材本身更為穩定的材料性能，再經由借助膠黏劑或竹材自身的結合力的作用拼接制成形式各異的集成材料[5]。這種將竹材改變其物理性能從而將其制成竹集成材的方式，同時也是一種賦予竹材新性能（如：硬度、耐水性的增加）的重要方式。經過深度加工的竹集成材與竹材在物理特性與力學特性上即存在著一定相似性，也存在著一定差異性。而正是由于對竹材部分不利于加工的特性進行改善，也使得竹集成材具備了更為標準化、通用化的技術美，成為了更加普遍應用于工業生產與產品設計領域的新型材料（圖3-圖4）。竹集成材在材料改性加工技術下其材料性質發生改變的過程本身就是材料技術美的一種高度表現。

圖2 竹集成材生產工藝流程

圖3 竹集成材應用于家具設計

圖4 竹集成材應用于燈具設計

2.1 自然特性

從外觀來看，竹集成材保留了竹材天然通直的紋理、錯落有致的竹節，不同于木材等需要特別涂飾加工的材料，竹集成材的表面只需稍作加工，就能顯示竹材原初的天然質感，因此，竹集成材對燈具設計而言，不僅是一種良好的結構材料，而且具有天然的審美元素[6]。從材料的物理性能上來看，由于竹材本身從外壁至內壁，其纖維結構并不一致，各部分的竹材密度具有較大差異，容易導致產品性能不穩定，為彌補這一缺陷，竹集成材在生產加工過程中需要經過一定的水熱處理。其中漂煮、碳化的加工工藝能夠有效改變竹的物理性質，增強材料密度，大大提升材料的強度性能，竹集成材的強度甚至能夠與部分硬闊葉樹木材相提并論[7]。

竹集成材具有良好的封閉性,這種特性可以有效避免此后加工、貯運與使用過程中的蟲蛀和霉變。同時，竹集成材具有優良的光潔度、平整度，這也為后期的車削銑鉆裝配等加工工藝帶來良好的基礎條件[8]。可以說，由竹材加工而成的竹集成材不僅加工性能良好，而且其幅面大、變形小、耐磨損，可進行更為復雜的深加工與表面裝飾處理，竹集成材的加工過程中對竹材實現了充分利用，能夠有效減少對于林木資源的消耗、提高竹材料利用率，這也是材料技術美的一種表現。

2.2 力學特性

竹材本身就擁有十分優越的力學特性。以四年左右、已經成材的毛竹為例，其性能可以與闊葉木材相媲美，同時還具有相較于木材更為顯著的優點：其收縮量小，且其韌性大、彈性強。而將竹材加工為竹集成材，由于密度的增大，竹集成材作為一種竹制的人造板，在力學特性上，其干縮系數明顯低于其它木材。對于燈具設計而言，其材料必須不易變形，以此保證燈具形態的穩固，而干縮系數越小，也就意味著該材料隨著含水量增大而發生變形的可能性越小[9]。與此同時，竹集成材的抗拉和抗壓強度、抗剪強度相較于普通木材要具備更大的優越性，同時又具備一定的價格優勢與綠色特性，也就更受到產品設計師的青睞。

竹集成材是由具有一定厚度和寬度的竹片相互組接膠合組成的，經過加工的竹片根據其組合、集成方式的不同，能夠組構成形式不一的竹集成材，應用于不同的產品設計領域。竹集成材已經擺脫了原竹材料形狀、性能上的一定限制，因此，在設計過程中如果能夠依據竹集成材的材料特性進行加工、再創造，無疑能夠為產品設計提供出更多的可能性[10]。而設計是人類活動有主觀意識、有目的的一種表現，同時也是一種十分重要的文化整合過程，以文化傳承為價值導向，可以說設計與社會、經濟、文化等方方面面都存在連接，也為人們的日常生活方式提供十分重要的物質依托。因此，在燈具設計的過程中，在外觀上不僅要充分考慮文化價值導向，同時還要重視加工技術與工藝的進步與升級。燈具設計中對竹集成材的使用，需要將竹集成材的主要特性與加工工藝相結合，從而設計出能夠體現人們對于設計深層需求的燈具產品，著力展現竹集成材燈具設計中的工業技術美感。

3 表現燈具材料技術美的形式

目前，竹集成材用于燈具設計來展現材料技術美主要有三種形式，分別是：熱壓成型技術表現剛性美、薄竹刨切技術表現朦朧美、激光雕刻技術表現鏤空美。

3.1 熱壓成型技術表現剛性美

竹集成材的熱壓成型是一種將竹材進行深度加工的工藝，也是將竹材變為竹集成材的重要步驟[11]。這一步驟能夠使得原本性能不夠穩定、難以適應大批量生產的竹材成為可適應規模化機械加工的材料。將竹集成材進行熱壓成型的主要加工過程為：用化學試劑潤脹、高溫快速加熱等方法對竹條進行軟化，將軟化后的竹條進行堆疊，在高溫濕熱的狀態下，將竹條放入特定的模具中，這一步驟能夠顯著提高竹材的附著力與可塑性。然后將竹捆均勻緩慢地壓至與模具中，再與模具夾緊固定在一起，與模具一起放入干燥箱中進行高溫熱壓而成。

經由熱壓工藝制成的竹集成材具有性能與形態上的雙重穩定性。因此，竹集成材燈具往往具有一種均衡和諧的剛性美。首先，從性能的穩定上而言，由于竹材本身含有大量的有機物質，竹產品在使用過程中容易發生霉變、蟲蛀等現象，從而影響燈具的實際使用，給消費者造成不便。在工業生產中，也會存在難以倉儲、運輸以及保存的問題。因此，對竹集成材施以熱壓成型的工藝，一方面能夠幫助去除竹材中所含有的有機物質，從而實現防腐、防蛀、防潮的功能；另一方面還能通過控制不同濕度、溫度，改變竹材本身的顏色，比如竹片在經過高溫高濕或炭化工藝后，會呈現出深棕色的色彩，在實際應用中不需要進行額外涂飾與貼面處理。從材料技術美的角度來看，燈具具有造型設計自由等諸多特點，能體現竹集成材的剛性之美，也即是材料技術美的一種表現。

如圖5所示，該設計應用竹集成材拼接組裝而成的燈具，其外觀沉穩大氣、不易變形，在色澤上也呈現出溫潤、典雅的獨特韻致，頗具中國古代建筑均衡、對稱的神韻。尤其是以竹集成材拼接組合而成的燈罩，外觀設計上借鑒了中國古代建筑中常用的直欞窗（圖6）形式，燈光從燈具內部透出，猶如天光照向室內。該燈具設計從外觀上來看，似“窗”非“窗”，為空間提供與“窗”相同的光線照明與視覺美感。這種裝飾性、實用性與文化性的兼備，也是材料技術美與形式美在燈具設計中的體現。

圖5 熱壓成型工藝下的竹集成材燈具

圖6 中國古代建筑中常用的直欞窗

3.2 薄竹刨切技術表現朦朧美

竹集成材的刨切工藝與木材刨切的原理十分相似，主要制作過程是將原竹進行加工，通過膠合技術合成竹集成材，再利用刨切機將竹集成材刨切成厚度不一的薄竹片。薄竹片最長尺寸可達2500mm, 最寬尺寸是1250mm, 厚度有0.2～0.8mm不等。這項工藝能夠使竹材達到統一的規格[12]。由于竹集成材具有天然的致密通直的特性,且經過刨切加工后的竹集成材薄片其在材料表面具有光滑肌理，同時還保留了錯落有致的竹節紋。因此，在將其制作成燈具的過程中，不需要進行過多的涂飾處理。從裝飾角度而言，竹集成材相比木質人造板具有一定的優越性。竹集成材比一般實木材料力學強度更大，且干縮系數偏小，能夠更好地適應曲線、曲面乃至異形的設計需要[13]。因此，相較于木材薄片而言，竹集成材薄片更適合用于制作燈具設計中的燈罩部分。

經過刨切薄片、達到極小厚度的竹集成材，由于其輕薄柔韌、具有一定的透光性，能夠使得燈具內燈源的光線透過，具有一種似透非透的朦朧美[14]。如圖7，光線穿過薄薄的竹片，將竹材本身的紋路肌理展現得更為清晰，燈光也由于竹材的散射變得更為柔和，透過竹材散發出細膩均勻的暖黃色光暈。且由于竹集成材本身是取自于天然竹材，因此得以將竹材縱向通直的肌理以及竹節紋理完好保留，通直的肌理給人以流暢、自然的視覺感受（圖8）。

圖7 薄竹刨切工藝下的竹集成材燈具

圖8 薄竹刨切工藝下的錯落有致的竹節紋

由竹集成材加工而成的薄竹片具有透光性的特征，許多設計師也會借此特性在燈具造型領域進行更具突破性、創造性的嘗試。如圖9，設計師利用竹材的柔韌性將其彎曲為圓形并進行固定，又利用其具備的透光性進行層層組疊，光線從內部照射而出時，在竹材燈罩的反射作用下產生了均勻而柔和的光效，竹片內在的紋理使得光線投射出來形成深淺不一的光影效果，燈具散發出的弧形光暈映照在墻壁上，使空間光環境呈現出豐富而統一的效果，形成了一種優雅靜謐的氛圍，也為空間帶來了一種獨特的自然氣韻與朦朧美感。這個燈具設計可以說不僅僅是簡單的空間裝飾品，更稱得上是一件空間藝術品，這種設計就是巧妙利用了竹集成材薄片的透光性。而且竹集成材在刨切薄竹工藝加工后的纖維較長，顏色也相對柔和統一，充分地展現出了細膩光滑的觸覺美感。竹集成材刨切技術后的薄竹片不僅可以直接用于燈具設計中制作燈罩，還可以作為燈具設計中一種很好的覆面裝飾材料進行使用。設計師可以根據燈具效果的要求合理選擇符合其使用功能需求的薄竹片，發揮竹集成材燈具獨特的材料技術美。

圖9 刨切薄竹工藝下的竹集成材燈具

3.3 激光雕刻技術表現鏤空美

竹集成材還可以通過激光雕刻的加工工藝進行鏤空，以此提高竹集成材的裝飾性。對竹材進行鏤刻處理是燈具的制作中的一種方法，但傳統的雕刻方式普遍采用機械式銑刀工具，往往需要在設計好所需的圖案后，將其印制或描畫到竹材上，再對竹材進行接觸式雕刻[15]。這種傳統雕刻的圖案十分細膩精致，制作出來的物件也具有獨一無二的手工特征，但其操作難度大，稍有不慎，容易造成竹纖維的斷裂，且對于操作者的熟練度與審美水平都有著很高的要求。

相較于竹集成材的加工而言，數控激光雕刻無疑是一種非接觸式、高精度、易操作的現代加工方式，相較于傳統方式更為高效快捷，更能體現出一種技術美特征。激光雕刻工藝的工作原理是利用高能激光對竹材進行照射，使得所需要的竹材局部溫度升高，以此加快竹材表層的氣化和顏色變化，從而在竹材上留下永久性標記。激光雕刻的加工方式對于竹集成材也更為友好，其切割出來的竹材表面邊緣光滑無毛刺，不易對竹材本身造成破壞，在加工過程中對材料的損耗少[16]。并且激光雕刻能夠通過電腦設計花紋、圖樣，對竹集成材進行更為復雜的雕刻，在實際生產中，激光雕刻對于操作者的要求相對而言更低，操作者只需要簡單掌握機器使用即可進行生產，又由于機器生產解放了雙手.一定程度上降低了人工成本，更適用于講求經濟效益的工業化、規模化生產。

激光雕刻技術的精細與準確，能夠為竹集成材的批量化雕刻提供條件，這項工藝同時還能為竹集成材帶來十分細膩豐富的觸覺美感與靈動唯美的視覺感受。單純由竹集成材堆疊組構而成的燈具，往往單調乏味、難以實現創新，而傳統竹制燈具上的雕鏤則非常精致，在藝術表現風格上，多以人物花草、亭臺樓閣為主題，這類竹雕燈具能很好地應用于中式風格的茶樓、飯店等休閑場所，但與現代人所追求的簡約時尚風格不相吻合。因此，在以竹集成材為基礎的燈具設計中，設計者需要考慮在滿足燈具產品結構穩定與連接強度的基礎上，更好地利用竹集成材的特性，對其進行更符合現代審美的外觀造型設計。

如圖10，設計者設計出簡約的幾何圖形，通過相同或不同圖形的排列組合，使用激光雕刻的技術將其雕刻在竹集成材燈具上，在燈具的外表面形成虛實結合、深淺不一的視覺效果，營造出簡約時尚的視覺美感，同時也表現了一種產品設計的材料技術美與形式技術美。

圖10 激光雕刻工藝下的竹集成材燈具

4 結語

隨著新工藝新技術的出現，竹集成材在產品設計領域也被拓展出了更多的可能性，竹集成材在燈具造型設計上的優良特性，能使竹材作為一種更具優勢的綠色材料。竹集成材在燈具設計中所展現的剛性美感、朦朧美感、鏤空美感等多種材料技術美的表現形式，啟示設計師在進行產品設計的過程中不僅需要了解相關材料的加工性能，且需要深入研究不同材料的原始美感和不同加工工藝能夠賦予材料的技術美感，如此才能保證在設計過程中，實現功能、結構、材料乃至使用者需求的動態平衡，并提高產品的設計附加值。