浅析复合材料在家具设计中的应用

1碳纤维复合材料在家具设计中的表达经典案例

1.1Light-Light椅

Light-Light椅（Light-LightChair）是来自意大利知名设计师阿尔伯特•米达（AlbertoMeda）的构想，1984年问世，由意大利家具制造商Alias公司生产，并随后被纽约当代艺术馆收藏。最初，设计者并未想过要设计一把椅子。米达的初衷是想将碳纤维复合材料应用在室内设计上，然而却发现椅子恰好是最容易测试材料强度的产品。在Light-Light椅的设计中，米达选择一种人造纤维蜂窝板（Nomex）作为芯板，将碳纤维布包覆在芯板外部，并利用环氧树脂和模具固定椅子的造型，最终产品的重量仅为1kg，比著名的吉奥•庞蒂(GioPonti)所设计的由木材和藤条制成的超轻椅还轻0.7kg[5]。

1.2Knotted椅

Knotted椅（KnottedChair）的设计者是如今炙手可热的荷兰设计师马赛尔•万德斯（MarcelWanders），椅子被授权给意大利家具制造商Cappellini公司从1996年生产至今，被美国、德国、法国以及荷兰等众多博物馆收藏。1995年万德斯受到荷兰品牌DroogDesign与代尔夫特理工大学（DelftUniversityofTechnology）航空系共同发起的名为“纯粹设计”的邀请——探索新型复合材料的设计可能性。万德斯从传统编结工艺中汲取灵感，先是把外裹人造纤维（Aramid）的碳芯像粗绳一样打结，编织成柔软松沓的网；然后对其进行环氧树脂浸渍处理，再将其扯出八角悬挂在框架上构建出椅子形态；最终在80℃下烘干固化，制作出了这把单件重量仅为5kg的座椅。

2碳纤维复合材料在家具设计中的表达优势

2.1传统材料难以达到的超轻质量

与传统材料相比，碳纤维复合材料最大的特点就是质量轻，它的密度仅为钢材的1/5，钛合金的1/3，甚至比铝合金和玻璃钢还要轻。使用碳纤维复合材料制造的家具，一方面具有超轻的质量，易于组合、搬动和运输，另一方面，在视觉上也表现出自然轻盈的美感。在日本设计师鈴木清巳（KiyomiSuzuki）设计的靠背椅（ChercheMidi）中，我们可以看到她对碳纤维复合材料“质轻”这一特性的完美演绎。这把椅子的重量仅为960g，设计的灵感是源于微风中摇曳着的海芋花的暗影，产品最终既在感观上突显了轻巧的体态，同时又可以使女性使用者保持优雅的姿态；同样，来自荷兰的年轻设计师布拉姆•格南（BramGeenen）设计的高迪椅（GaudiChair）也仅有1kg的高迪椅。然而这两件坐具都未因为超轻的质量而失去基本的使用功能，反而是更加极致单纯的将材料本身的魅力散发出来，这也许就是碳纤维复合材料不同于传统材料的魅力。

2.2超薄构件的完美呈现

碳纤维复合材料具有刚而强的特性，可以将家具的构件制作的足够薄。它的比强度（强度/密度）是高强度钢、超硬铝、钛合金的4倍左右，玻璃钢的两倍左右；比模量（模量/密度）是它们的3倍以上。如此形式的家具构件不仅节约用材，还减少了家具的占用空间。家具设计师特雷斯•伍德格特（TerenceWoodgate）与一级方程式跑车的设计师约翰•巴纳德（JohnBarnard）共同合作，制作了具有超薄构件的桌子（SurfaceTable）（图9）。正如我们所看到的，采用碳纤维增强树脂制造的桌面板仅有2mm厚，从侧面水平视角我们几乎看不到桌子的框架，但它却足以承托长达3m的桌面；类似的，在另一件来自澳大利亚的餐桌（StealthTable）设计中，桌面边缘的厚度也仅为6mm。从这两张桌子中，我们可以感受到超薄构件流畅而精致的线条所带来的独特的品质感与科技感。

2.3超大尺度悬臂的轻松实现

碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度都远高于普通家具材料。利用这一特性，家具的部件在一定空间内可以大尺度的延伸而不弯折。在2009年的TokyoFiber群展上，日本现代建筑师青木淳（JunAoki）展示了他设计的超大尺度悬臂聚光灯（ThinBeamLamp），灯体采用日本东丽产碳纤维（Torayca）制作，其中悬臂的灯板全长达6米；与之类似的还有意大利OlympusFRP公司推出的书架（Aliante），同样是由碳纤维复合材料制成，书架每一层的搁板以垂直中心为轴向两侧展开，长达2.7m。这样的两件家具，均通过恰到好处的材料特性表达——超大尺度悬臂，为用户提供更大范围的使用空间。

2.4灵动多变的曲线造型

碳纤维布是碳纤维复合材料家具制作的原材料之一，它具有布匹的柔软特质和极强的可设计性，在三维空间里可以任意的扭曲，所以设计者可根据自己的想法，用线或面等单纯的元素赋予碳纤维布轻巧灵动的造型，再使之与树脂胶合固化，达到预想的创意。独立设计品牌AdeleCassina推出了一款独具特色的座椅（DipintaDiBlu），椅子中靠背有着非对称的线条轮廓，椅腿则做无规律螺旋扭曲，造型中曼妙的曲线将哥特式艺术品的设计风格凸显的淋漓尽致[8]；而在洛杉矶Synperia工作室推出的首款座椅（ErgonNomosChair）中，我们同样可以看到碳纤维复合材料所展现的婀娜多姿的曲线，这款椅子的背部造型贴合自然的人体脊背曲线，呈现出轻薄流畅的体态。在上面的作品中，灵动的造型为产品带来朝气和生命力，材料也因此表达到极致，也许这就是这么多新兴设计师和崇尚时尚的艺术家对碳纤维复合材料着迷的原因之一吧。

2.5柔韧可编织的单元结构

碳纤维复合材料也能以绳束的形式表现在家具结构中，其中这种类型的复合材料大多是窄的碳纤维布或是碳纤维束通过与树脂胶合固化而制成的。因为绳束特殊的柔韧性和可编织性，使得制作的家具既现代又不失工艺感。有感于碳纤维布在建筑结构补强中的应用，日本设计师佐藤大（OkiSato）在白色泡沫板上穿插一段一段的碳纤维布，使其原本无形无强度的框架显现出来，成了可以支撑的坐具（VisibleStructures）；而来自西班牙的设计师哈维尔•莫雷诺•贝奈托（JavierMorenoBeneyto）则从自然界的蚕茧汲取灵感，用碳纤维束缠绕在金属框架上，仿生设计出清新自然的座椅（SilkChair）。从上述作品中我们可以看出，这一材料特性给予了设计者更多的创意空间和乐趣，同时也丰富了碳纤维复合材料家具的造型，材料的柔韧可编制的特性总是以不同的巧妙方式表现出来。

2.6丰富艳丽的色彩表现

通过与树脂复合，碳纤维材料摆脱了传统的黑色，可以拥有各种靓丽的色彩。在工业生产中，碳纤维材料本身为黑色，但可以与其他彩色纤维材料混纺，制造出多色的碳纤维布及其复合材料；此外，黑色的碳纤维布与彩色树脂胶合，也可以制备出各种颜色的碳纤维复合材料。将以上两种制备方式应用在碳纤维家具制作上，可获得各种不同颜色的碳纤维家具。瑞典家具品牌Lisar为GulfOilLtd公司设计了一款碳纤维座椅（GulfCH.AIR），座椅的靠背和座面以清新的天蓝色和靓丽的橙色搭配，鲜亮而富有活力，很容易让人联想到赛车运动。碳纤维复合材料可以通过灵活的工艺获得丰富的色彩表达，这也为材料本身在家具上更广泛的应用提供了可能性（图18）。

2.7与木材结合可改善表面装饰性能

碳纤维增强木材在建筑上应用已久，随后设计师们发现在家具的结构中也可以用类似的形式表现。确切的说，木材天然的纹理用以装饰家具的表面，碳纤维优良的力学性能用以结构支撑。设计师保罗•勒巴赫（PaulLoebach）所制作的沃森桌（WatsonTable）就是最好的例证。从这件家具中，我们可以看到，它既表现了木材自然的纹理和触感，又同时拥有轻巧而坚固的结构，而桌子腿部的弯曲造型是木材单板与碳纤维增强树脂胶通过特殊的模具复合制成的[10]，最终成为我们眼前的这件家具。

3结论

如果说人造板材料在家具中的广泛应用是家具工业发展的一个关键点，那么如今碳纤维复合材料在家具上的兴起可以算是又一个飞跃。从碳纤维复合材料家具的经典设计和最新潮流设计可以看出，碳纤维复合材料在家具设计中的表达存在诸多的优势，约翰•罗斯金曾指出，“忠实于材料本身（TruthtoMaterials）”是设计要遵守的重要信条之一，碳纤维复合材料家具的设计也是如此，只有深刻的了解材料本身的特性及优势，才能设计出更好的家具。

作者：李超 耿晓杰 单位：北京林业大学材料科学与技术学院