高分子材料在輕質座椅設計中的應用

雷 煬

（阿壩師范學院，四川阿壩 623002）

高分子材料在輕質座椅設計中的應用

雷 煬

（阿壩師范學院，四川阿壩 623002）

座椅的設計歷史中，產生革命性變化的不是源自意識，也不是從風格來，而是從材料的變化。現代座椅設計的幾項革命性飛躍與材料開發有密切的聯系，新材料對家居設計的影響不僅是技術使用范疇。隨著科學技術的進步、人們生活方式的演變、審美觀念和流行趨勢的發展，已經開始體現出對材料的追求，推動了座椅產品的更新換代。因此試圖通過對高分子材料在輕質座椅設計中的應用問題分析，探索出高分子材料對于優化的家具設計方式的理論依據。

高分子材料；家具設計；座椅材質

Abstract：The design history of the seat，the revolutionary change is not derived from the consciousness，nor is it from the style，but from the material changes.Several of the revolutionary leaps in modern seat design are closely linked to material development，and the impact of new materials on home design is not only the area of technical use.With the progress of science and technology，the evolution of people's lifestyles，aesthetic concepts and the development of popular trends，has begun to reflect the pursuit of materials，and promote the upgrading of the seat products.This paper attempts to explore the theoretical basis of the polymer material for the optimized furniture design by analyzing the application of the polymer material in the lightweight seat design.

Key words：polymer material；furniture design；seat material

座椅設計的發展是藝術、技術和科學的相互融合，伴隨科學技術的進步，材料的創新和發展將推向新的高度。自工業革命以來，設計師們就嘗試用不同的新材料進行實驗，當新材料適合使用座椅時，座椅的設計將會做出突破性的改變。新材料成為時代的新寵，高分子材料的應用加速了工業制造和家具產業的快速發展，隨著材料科學的不斷進步，輕質材料將成為現代家居產品開發的核心。

1 高分子材料作為輕質座椅材料的分析

新材料的出現對家具的設計和制造產生了巨大而長久的影響。毫無疑問高分子材料是20世紀家具設計和造型最具影響力的材料。在工業產品和家具設計中應用廣泛，成為大眾的 “民主材料”，是家具設計師最青睞的材料，應用于家具設計的革新變化。

高分子塑料家具具有天然材料家具的優點，特別是整體成型、色彩豐富、防水防銹、可回收再生等特點，成為家具的首選材料。高分子材料是由分子量相對較高的化合物組成的材料，通常分子量超過10 000。

玻璃纖維增強塑料（GFRP），俗稱玻璃鋼，是一種有機非金屬和無機非金屬復合塑料基復合材料。玻璃鋼具有良好的電絕緣性能和黏結性能，具有較高的機械強度和耐熱性塑性極強、成型收縮率小、體積輕施工方便等特點見表1。

表1 GFRP物理性能解析

聚乙烯柔軟度、伸長率、沖擊強度和透氣性較好，超高分子量聚乙烯，沖擊強度高，抗疲勞、耐磨、透明性好。聚乙烯對化學物質有良好的耐化學性，在室溫下不易溶解、不翹曲、易分散、耐光性好、耐磨牢度好、耐磨性好摩擦系數很低，尺寸穩定性等優越的特點。

芳綸（Kevlar）是一種新型的合成纖維，具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸堿、輕量等優異性能，鋼絲繩的強度為5～6倍，韌性是鋼絲的兩倍。在560℃不分解、不熔化，使用壽命長具有良好的絕緣性和抗老化性能。

碳纖維是由有機的母體纖維使用高溫在1 000～3 000℃的惰性氣體中分解而成。碳纖維具有堅硬、強度高、重量輕等特點，是一種力學性能優良的新型材料，它的比重不到鋼鐵的1/4，碳纖維復合材料具有3 500MPa以上的拉伸強度，優于鋼。拉伸彈性模量為23 000～43 000MPa也高于鋼。碳纖維具有優異的纖維度，一般只有19g，拉伸力高達300kg/mm2，具有耐高溫、耐腐蝕、導電、傳熱、小膨脹系數等優異性能。沒有材料像碳纖維，可以具有如此多的優良性能。

在眾多的高分子材料中，用于輕質座椅生產的并不多，但其在座椅設計中的優勢明顯，改變了座椅產業的發展。在20世紀乃至今天的座椅設計產業中占據了重要的位置，可以這樣說，高分子材料的應用顛覆了數千年來座椅產業恒定不變的模式，使座椅設計與生產效率得到成倍提高。

2 高分子材料的應用對于設計的影響

隨著科技發展，現代家居設計隨著人們生活方式的改變和新材料技術的發明而改變。現代家具產品具有操作方便與可擴展的視覺空間，同時也使人們更容易變換結構使用，減少束縛感等優勢。對于追求舒適生活的人們而言，這已成為現代家具發展的方向，因而家具被越來越多的設計師所喜愛。

在2009年東京纖維展中（TOKYOFIBER-09），日本著名的建筑師和家具設計師坂茂展示了他的碳纖維椅，碳纖維不僅是輕而且有一個比其他材料更強的抗拉強度，它也很薄，容易失去抗壓強度，碳纖維比其他材料更昂貴和難以生產。經過幾次材料測試后，設計者決定在薄鋁板的兩側應用0.25mm的碳纖維層，輕質鋁板和碳纖維的組合使得坂茂制造出輕質的重量少于300g的紙椅。

1968年意大利先鋒派設計師加埃諾塔·佩西開始為意大利B&B公司設計共七種型號的UP系列。他聲稱，這一系列家具的特點是用戶可以隨意改變形狀的，所以選擇使用聚氨酯泡沫。這個系列出廠的時候，沙發椅和腳墊均被真空包裝，因此是平板件，很容易運輸。使用時打開包裝，泡沫塑料吸收空氣發脹從而打開形狀。在設計中，這種方法稱為“釋放成型”特性。佩西是用非常常見的工業材料來設計產品，如丙烯樹脂（acrylic resin），硅膠（silicone），聚氨酯泡沫等。這些材料在生產過程中會有偶然性的形式，這是由于材料的彈性特性、偶然性使產品有了更不同的趣味。

隨著輕型材料被廣泛地應用家具領域，座椅的輕型化也成為了座椅發展的必然趨勢，市面上已經出現了各種各樣的輕型座椅，有的線條簡單、質地輕盈，堅固耐用，但過于堅硬的質感，使人感到不適；有的輕盈柔軟、質感舒適，卻因材料問題無法攻克，使得壽命短暫。所以想要設計出一把好的輕型座椅，材料的選擇就顯得至關重要。一個設計者創造產品和制造方法的最好方式就是感受創作材料的性質，許多貌似柔弱或異性的的材料，通過設計師的改造和創造，達到以往不能做和不敢做的程度。

3 優化材料組合結構對輕質座椅設計的意義

對于多數座椅設計而言，底座的可靠性是至關重要的。底座選用GFRP強化玻璃纖維塑料加入碳纖維涂層，并形成整體高、輕質但具有座椅軸承所需的強度，然后再加上高強碳纖維層，從而進一步增強基體的化學強度、抗壓性和承重能力，使底座堅固不易壞。

軟體基質部分由聚乙烯纖維和聚乙烯塑料制成。Kavlar纖維的作用增強了耐磨性，增強了強度，為了保證材料在高溫高負荷的情況下仍保持穩定，聚乙烯的目的是體現產品“氣泡感”的透明特性，即使在高載荷和溫度變化的情況下也保持材料不變形。

在結構設計上，采用高承重+高舒適雙層壓縮結構。流線型的綜合底座加固結構具有最佳的性能承重能力和穩定性，符合人機工程的自旋弧調節裝置，使產品能適應更廣泛的人群。

氣泡疏松型座椅，用舒適、輕空氣枕式膜結構，空氣枕紋理輕盈、充滿彈性。對氣枕形成穩定的結構，在重力的壓力下能保持強度和分散重力的能力，以達到良好的抗壓能力和承重效果。

當今市面上已經出現了各種各樣的輕型座椅，但是或易于損壞、或過于堅硬，我們需要一款更加輕質而且舒適耐用的座椅。通過對不同高分子纖維材料的個性組合，對座椅結構的大膽創新，形成對座椅形態的全新設計概念。在符合人機工程學的基礎上以輕巧堅固的底座配以高強度的氣枕型膜結構泡沫，組成即堅固耐用，又柔軟舒適的完美的座椅設計。

4 結束語

椅子一直是最能體現設計師水平和當代科技發展的載體，即使現在電子產品設計成為新興潮流的情況下，座椅設計仍然是最受設計師歡迎的設計對象。高分子輕質材料在座椅設計中的合理利用可使設計師更加大膽地進行設計創造，高分子材料科學在改變設計方式上有著舉足輕重的作用，相信隨著材料科學的不斷進步，高分子材料必定會與座椅設計碰撞出新的火花。

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[3] 楊柏，呂長利，沈佳聰.高性能聚合物光學材料[M].北京：化學工業出版社，2005.

[4] 應放天.形式與材料[M].武漢：華中科技大學出版社，2007.

Application of Polymer Materials in Light Seat Design

Lei Yang

TQ316.3

A

1003–6490（2017）09–0056–02

2017–06–24

雷煬（1990—），男，四川江油人，碩士專任教師，主要研究方向為數字藝術、新媒體藝術、虛擬現實技術、工業設計、計算機控制（CNC）。