金屬連接件在竹產品上的應用研究

鄭天揚 陸雄民 陳國東 王軍

摘要：文章針對竹材特性和型材分類進行調研分析，并對當前市面上的金屬連接件進行分析，對現有竹制品上的金屬連接件進行思考、總結，最后確定了金屬連接件在竹制品的應用是時代發展的必然方向。

關鍵詞：竹制品;金屬連接件;材料特性

中圖分類號：J505

文獻標識碼：A

文章編號：1005-5312 （2020） 03-0163-03

一、竹制品概述

（一）竹材構造與材質分析

竹子屬被子植物亞門單子葉植物綱禾本目禾本科竹亞科，由地下莖、竹稈、竹枝和竹葉組成，一般所說的竹材指的是竹稈部分，是竹子利用價值最大的部分。竹材直徑小，尖削度較大，節間中空，竹壁厚度不均，一般為上薄下厚。

竹壁由外向里可以分為竹青、竹肉、竹黃三部分。竹青表面光滑，多呈青黃色，維管束小而密，因此纖維含量較多，質地堅硬且韌性較強;竹肉位于竹青與竹黃之間，是一種木質結構;竹黃分布于最內側，因呈淡黃色而得名，維管束少，因此質地疏松脆弱。

由上述所提竹材的構造，決定了竹材的性能：竹材密度較小，多為0. 5-0. 8g/cm3之間。在這范圍內，密度較大的竹材硬度較大，強度高;密度較小的竹材則柔軟性更好，更易塑形。①竹材作為有機物質的產物，內部存在大量孔隙，竹子在生長過程中會在孔隙中保留大量水分，因此在利用竹材的過程中，竹材孔隙中的水分會蒸發，進而發生竹材的干縮，這是竹材干縮性的體現。一般來說，維管束分布密度大的地方，其干縮程度也大，反之干縮程度小。但是相對木材而言，竹材的干縮率更低。干燥后的竹材吸水性很強，在吸水后，竹材在各個方向會出現不同程度的膨脹，其強度也會有一定程度的下降。

竹材的好壞不僅受到竹種、竹齡的影響，還會受到降水和氣溫等條件的影響。另外由于竹子屬有機物質，難免會產生蟲蛀、開裂、腐朽等問題。但竹材加工性能優良，其抗拉、抗壓等強度都遠超過一般的針葉樹材，甚至可以和高密度的闊葉樹材相媲美。除此之外，竹材還具有良好的韌性、彈性與耐磨性，加上其生長周期短、可再生利用等特性，是優良家具、裝飾用材。

（二）型材分析

在當今國內外的竹制產業中，竹型材種類多樣，應用廣泛，其中以竹集成材、竹單板、竹膠合板和重組竹最為常見，竹整張與竹復合板作為新型竹型材也有少量應用。

竹集成材是目前竹制產業中最為常用的竹型材，具有幅面大、耐磨損等特點，多采用等寬的竹片排布拼壓而成，按品種可分為碳化竹拼板材、本色竹拼板材和斑馬紋竹拼板材等，其連接方式多為平壓板與側壓板。平壓板紋路清晰，板面平整，但承受力較小，易發生垂直竹纖維方向的變形，只適用于承重需求較小的竹制品上。側壓板紋理扭曲，缺乏美觀性，但承重性能良好，應用范圍更廣。②

竹單板一般可分為薄竹板和竹皮兩類。竹皮由于本身具有的柔軟特性，可以不做任何處理進行彎曲，但竹皮本身的韌性較弱，彎曲程度有限，因此往往在竹皮表面加上一層無紡布來加以支撐，進而提高它的韌性。薄竹板的韌性更弱，常在高溫條件下加以軟化之后，才能借助定型摸具進行彎曲定型。

竹膠合板是在竹單板的基礎之上發展而來的，由多層竹單板膠合而成，其彎曲工序一般采用按序加熱竹單板，待冷卻固定之后再進行膠合。

重組竹具有高密度、高硬度、不易腐蝕等特點，多應用于承重要求較高的場合或中大型建筑，是一種新型竹型材。

竹整張在制造過程中保留了竹材本身的紋路，可較清晰的體現出來，因此具有良好的觀賞性。且竹整張在生產開發過程中所浪費的材料較少，是一種十分環保、可持續發展的新型材料。

二、金屬連接件分析

五金連接件可以將各種材料部件組裝在一起，形成一體，具有結構簡潔，接合牢固，拆裝及更換便利，利于實現標準化設計等特點，符合竹材資源的有效利用和高效生產的要求。

五金連接件種類眾多，可按照用途將其分類為功能五金與裝飾五金兩大類，其中又以功能五金為大類。以下只選取現代型材上應用較為廣泛的一系列五金件進行分析。

偏心連接件種類較多，可分為一字型、異角度、直角型。其中一字型又可細分為三合一型、二合一型與快裝式。三合一偏心連接件由偏心體、吊緊螺釘以及預埋螺母組成，安裝時不需要直接與板材相接合，而是利用預埋螺母與板材的接合達到強度固定的目的，且其拆裝次數也并不受限制，被廣泛應用于竹集成材家具生產中。③

杯狀暗鉸鏈屬于活動連接五金件，主要由鉸杯、鉸連桿、鉸臂以及底座組成。在成品中，可分為鉸鏈本體和底座兩部分。杯狀暗鉸鏈種類繁多，竹集成材板式家具中，用直角型暗鉸鏈為多，但也存在異角度鉸鏈，可根據承載重量不同、角度不同進行選擇。

倒刺螺母利用尼龍等工程塑料在壓力下會變形而不破壞的性質，由筒內擰入螺釘，套筒發生徑向膨脹，使得其加以固定在基材中。其中尼龍倒刺最為常用。④

角碼連接一般采用螺釘加以輔助，其接合強度很高，但是由于角碼在安裝上會暴露在外，在一定程度上會影響竹制家具的美觀性。另外由于采用螺釘加固，因此家具可拆裝，但不能多次拆裝，會影響產品的穩固性和安全性。

五金連接件種類眾多，且同一種連接件又有不同種規格型號區分，適應了在工業化生產水平高度發展的社會。

三、金屬連接件在竹產品上的應用

隨著生產一體化和流水線的發展，傳統連接方式嚴重限制了竹制品的生產發展，因此在現代竹制品中，也開始使用金屬連接件代替傳統連接部件。經過生產及使用實踐表明，五金連接件不僅可以對竹制品進行更有效的加固，而且可以進一步促進其生產一體化、可拆裝化。

受傳統因素影響，竹制品專用連接五金件較少，主要由木制品生產借鑒而來。

因此基于生產標準化的竹制品連接件的研究與開發刻不容緩。結合現代工藝生產以及竹制品部件特點，應滿足下列要求：

1.工業社會高效生產和標準化是投入使用的衡量戒尺之一。竹產業生產規模受此影響較大，以至不能更大范圍發展，因此竹制品連接件應基于生產標準化，以便于竹制品的生產加工以及后續零部件更換。

楠竹小茶幾是一塊多層竹平壓板加工生產而來，柜腿紋路縱橫差異明顯，是竹材拼接的體現特征之一，但在桌面上保留了部分傳統的榫卯特征，是傳統與現代文化差異的碰撞與融合。此外的主要連接件為基于生產標準化的304不銹鋼螺絲。茶幾安裝金屬零件簡單規范，提高了產品的生產效率，又便利了后續零部件的購買與更換，順應了時代發展的趨勢。

2.金屬件應保證結構強度，使竹制品各部件的連接能夠牢固可靠，確保產品的使用安全并增長其使用壽命。

此楠竹斗柜可根據所需，選擇長短柜腿，自由排列組合，富含靈活性。是竹集成材通過裁切、打磨等工藝加工而成，產品表面呈現明顯的等寬竹片排列，紋路清晰平整，是竹平壓板的體現，使得該產品作為基礎收納仍然具有較好的觀賞性。設計師在產品的安裝上簡化了流程，提前在高柜腿內嵌入螺釘，并與柜底的螺紋相適，不僅可以促使產品包裝的扁平化，還便利了運輸攜帶，滿足消費者的自主安裝心理。并且斗柜的底部增加了五金底座和螺釘進行加固強化，在保證金屬件結構強度，確保產品的使用安全的同時，又增長了產品的使用壽命。

3.在生產標準化的條件下，盡可能做到結構簡單，可多次拆卸，使得消費者在購買使用時能夠自主安裝使用，提高裝配效率。

此衣帽架的零部件共有10個，但在拆分包裝下所占用的空間較少，便于運輸。產品的整個結構較為簡單，可多次拆卸，提高了消費者的自主安裝積極性。衣帽架在加工工藝上細致光滑，部分采用匠人切割，手工打磨上漆的手法，保留一定手作感，但在開孔安裝上保證了生產的標準化，只要將相互連接的兩個零件開孔對應，用內六角螺絲加以固定即可。設計師在分體上還引用了金屬感較強的鋁管進行側竿的連接，不僅進一步促進了產品的拆卸安裝，銀白與竹原色的撞色還有別樣的雅致。

4.在上述條件得以滿足的同時，應盡量保持連接的美觀，實用性與美觀性并存，以達到結構和美觀兼顧的效果，使竹制產品和諧統一。

PIY的NUDE衣帽架選材廣泛，其中之一選用的是竹集成材。設計師沈文蛟在設計時借鑒了魯班鎖的結構，并成功把它運用到了衣帽架的連接上。NUDE衣帽架風格為極少主義，采用三長三短的竹材，加上竹材內螺絲進行加固，從整體來看卻毫無金屬連接件的痕跡，達到了實用與美觀的高度結合，獲得了紅點至尊獎。

四、結語

我國在竹材利用上歷史悠久，已成為國家的一張名片。但是由于竹材的構造與特性，加上結構應用較為原始，生產效率低，品種單調等，已無法滿足現代社會發展情況。因此竹制品生產急需開發基于生產標準化的竹制品連接件，以達到提高生產效率，迎合現代工業發展的需求。

當前市面上五金連接件種類繁多，又可以細分為不同的規格和型號，這些不同規格和型號往往有不同和創新之處，說明五金件創新發展潛力較大，有利于基于生產標準化的竹制品連接件的研究開發。

現代竹材生產制作多立足于竹材本身的優良特性與多樣化的加工方式，可根據實際情況取其所需，利用不同型材的特點與所呈現出的不同紋路，提高不同竹制品生產的可能性。在此基礎上研究開發五金連接件，可以碰撞出更多的設計思維，進一步促進竹制產業的發展。

金屬連接件在竹制品的應用是時代發展的必然方向。

★基金項目：浙江省大學生科技創新活動計劃（新苗人才計劃）項目（項目編號：2019R412015）。

注釋：

①李吉慶.新型竹集成材家具的研究[D].南京：南京林業大學，2005：9-14.

②陳玫瓊，現代竹型材產品的設計特征分析[J].INDUSTRIALDESIGN工業設計，2019 （01）：98-99

③關惠元，現代家具結構講座第四講：板式家具結構——五金連接件及應用[J].家具，2007 （04）.

④聶文杰，竹集成材椅類家具五金連接的研究[D].南京：南京林業大學，2004：28-30.