碳纤维复合材料在室内轻量化设计中的应用.pdf

144马国彪 碳纤维复合材料在室内轻量化设计中的应用碳纤维复合材料在室内轻量化设计中的应用马国彪（广西艺术学院戏剧影视美术设计系，广西南宁 530022）摘要：为设计出自重较轻、外观轻巧的轻量化家具，使用碳纤维复合材料是一种有效的实现途径，其不仅可以减少物理重量，还可以借助结构和造型设计来营造轻盈感。基于此，分析了碳纤维复合材料在室内家装设计中的可能性和应用原则，并结合应用案例介绍了轻量化家具中碳纤维复合材料的应用工艺与效果，可为新型室内轻量化家具的设计提供一定的思路和参考。关键词：碳纤维复合材料；轻量化家具；室内设计；应用中图分类号：TQ 33；TS 657 Application of Carbon Fiber Composites in Indoor Lightweight DesignMA Guo-biao(Guangxi Arts University,The Departments of Art Designing in Drama,Nanning 530022,Guangxi,China)Abstract：In order to design lightweight furniture with light weight and deft appearance,the use of carbon fi ber composites is an eff ective way to achieve this.It can not only reduce the physical weight,but also create a sense of lightness with the help of structure and shape design.Based on this,this paper analyzes the possibility and application principle of carbon fi ber composite in furniture design,and introduces the application process and eff ect of carbon fi ber composite in lightweight furniture with application cases,which can provide some ideas and reference for the design of new indoor lightweight furniture.Key words:carbon fi ber composite;lightweight furniture;interior design;application作者简介：马国彪，高级工艺美术师，本科，研究方向：艺术与环境设计。材料是人类工业制造的物质基础，也是生产和生活中必不可少的关键因素。它们不仅存在于我们的现实生活中，也深深根植于我们的文化和思想领域，这说明材料一直是改善人们生活和赖以生存环境的重要组成部分1-2。如今，新材料的不断涌现和应用逐渐改变了传统的设计选材方式，促进了家具产品的创新。在这样的背景下，家具设计和材料发展之间的关系变得越来越紧密3-5。在家具设计中，材料是构成家具造型和结构的物质基础。随着科技的发展，越来越多的新型材料被应用和开发，大大推动了家具设计领域的发展。新材料的发现和应用促进了新技术和新工艺的发展，影响了家具结构设计和创新，使家具造型设计更加多样化。同时，这也给家具设计师提出了更高的要求，使设计和材料的搭配更加统一，更符合人的情感需求。随着现今消费者消费需求的改变和设计理念的进化，家具设计已从过去追求奢华大气的风格转变为现代简约及轻量化的设计理念。而随着科技的进步，材料选择也更加多样化，碳纤维复合材料因其高强度、轻便灵巧等优点成为了首选材料6-9。如使用碳纤维复合材料制造的坐具，不仅具有独特的造型，满足人们的心理需求，而且便于移动，体现了现代快节奏生活的特点。因此，本文通过对目前碳纤维复合材料在轻量化家具设计领域的应用进行综述，旨在为研发新型轻量化家具提供一定的思路和参考。1 轻量化家具概述轻量化家具是指使用轻量化材料制作的家具。通常而言，轻量化家具具有以下特点。（1）轻巧。因为使用轻量化材料，轻量化家具质量较轻，便于搬运和移动。（2）便于组合。轻量化家具具有可拆卸、可组合等特点，便于搬运和组合。（3）扩展视觉空间。轻量化家具通常具有简洁、通透的设计，能够扩展视觉空间。（4）环保。轻量化材料通常具有环保性，不会对环境造成太大影响。（5）耐用。由于轻量化材料具有高强度、高耐磨性，所以轻量化家具具有较高的耐用性。随着科技的进步和生活方式的变化，轻量化家具在家具设计中越来越受欢迎。目前，新型轻量化材料的研发为轻量化家具的设计提供了更大的可能。轻量化家具不仅便于安装和摆放，也能扩大人们对空间的视觉感知，符合人们对轻松和自由的追求理念10-11。对于设计师来说，轻巧的家具不仅是一种目标，也是科技进步在家用领域的体现。轻量化一直是家具设计师们长期关注的趋势。1957 年，一款具有代表性的 超轻椅 诞生12。这款椅子因其巧妙的设计而实现了极低的总重量，不超过1.7kg。它以其轻盈和通透的外观形象，为家具设计的轻合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 3 期145量化时代开启了起点。2 碳纤维复合材料的特性碳纤维复合材料是由树脂和碳纤维复配而成的新兴材料，具有高强、高硬、低密度的特点，展现出优异的力学性能13。树脂是一种具有高韧、高黏和高黏合性的材料，能够有效地将碳纤维粘在一起。通过对碳纤维和树脂的配比和处理工艺的不同，可以得到多种类型的碳纤维复合材料。其中，碳纤维和树脂的比例越高，其强度和硬度就越高，但同时其导热性能和柔韧性就越差。而对于碳纤维的处理工艺，常用的有高温和压力热处理以及化学处理等方式14-15。碳纤维复合材料具有十分优异的力学特性，特别是在硬度、强度、模量以及耐热特性方面表现优异。此外，该材料的密度明显低于金属材料，如钢和铝等。因此，碳纤维复合材料在航空航天、汽车、运动器材和工业等领域得到了广泛的应用。由于碳纤维复合材料具有非常低的密度特性，因此其应用于制造家具时可以获得明显的超轻重量。与其他家具材料相比，碳纤维复合材料具有轻量、减振、耐高温、抗蠕变等特性，并且在比强度和比模量方面具有较好的表现。这使得该材料可以制造出轻而强、薄而刚的结构构件，带来独特美观的造型效果。基于轻量化的理念，碳纤维复合材料在家具设计中具有广泛应用可行性，可为设计师提供更多创意空间。3 碳纤维复合材料在轻量化设计中的应用3.1 碳纤维复合材料在轻量设计中的应用原则碳纤维复合材料具有丰富的设计表现力，能够满足使用者对于家具造型形态多样化与轻量化的需求。其优秀的物理力学性能和高尺寸稳定性以及良好的装饰性，使其在家具设计中有着广阔的应用前景。因此，深入研究碳纤维复合材料的设计表现力，掌握其在轻量化家具设计中的应用原则具有重要意义。碳纤维复合材料作为一种新兴的复合材料，具有许多传统材料所不具备的特殊性能。因此，在应用于家具设计时需要遵循特定的应用原则。3.1.1 创新性原则在家具设计中，个性化和独特性的体现通常被视为设计的核心要素。碳纤维复合材料作为一种新兴材料，在设计中也可以运用创新思想，探索新的结构和造型形态，扩展新的功能需求。创新性强调的是创造和独特，要与众不同并有新意和特色。但是，设计创新并不是毫无依据的，也不是一味别出心裁的独特，而是建立在全面总结以往碳纤维复合材料的优秀性能和丰富的感性含义基础上，不仅体现于外在的设计表现力，更重要的是能带给人们内心感受的愉悦性。在现代家具设计中，人们不仅仅关注家具本身，更追求时尚感和未来感。碳纤维复合材料在家具产品中的应用周期虽然不长，但它独特的魅力深受设计师们的喜爱，被视为“时尚的代表”。不管是国内还是国外，能得到市场认可的设计一定是具有创新性的。在现代家具设计中，碳纤维材料的创新应用越来越受到重视。设计师在使用碳纤维材料进行设计时需要考虑多方面因素，将造型、结构与成型工艺相结合，以保持独特性并改变千篇一律的设计风格，这将有助于扩大碳纤维复合材料在家具设计领域的应用潜力。3.1.2 功能新原则在家具设计中，为了实现既实用又美观的目的，碳纤维复合材料家具需要同时满足人们使用、休闲和工作等活动的需求，并且成为家居装饰的艺术品。碳纤维复合材料是一种新兴材料，它可以通过不同的成型工艺制造出各种用途的家具，如椅子、沙发等，满足人们的日常使用需求。它质轻而强度高，可以制造出轻便且坚固的家具。同时，结合人体工程学原理，碳纤维复合材料家具可以最大限度地满足人们对舒适性的心理需求。碳纤维复合材料作为家具产品设计中重要的组成部分，除了其实用功能外，还具有独特的审美功能。碳纤维材料的最大优势在于它的材料特性，既可以带来独特的美感，满足使用者的审美需求，又可以通过不同的成型工艺制造出满足各种使用功能的家具，如椅子、凳子、沙发等，在精神功能方面最大限度地满足人们对家具舒适宜人的心理需求。使用碳纤维复合材料制作的家具轻便且坚实，可提高工作和休息的效率，同时具有特定的审美功能。3.1.3 艺术性原则现在的消费者在购买家具时，不仅关注它的实用性和功能性，还希望它能成为空间的装饰性陈设，无论是摆放还是使用都能带来舒适的感觉。碳纤维复合材料本身具有高贵的艺术气息，它制作的产品往往都是尊贵的艺术品。它不仅具有独特的造型能力，更有其本身的材料美感和内涵。因此，我们需要用新的角度研究碳纤维家具的设计可能性，使其能满足现代消费者的需求。家具产品可以作为家居氛围的调节器，是现代家居用品消费的重要组成部分。在设计过程中，我们必须掌握基本技巧，例如将线条组合得巧妙、面部拼接规划合理、形态变化多样等。在家具设计中，结合艺术元素可以优化视觉效果和心理影响。通过将家具的造型、颜色和艺术风格与建筑及室内空间相结合，可以创造出独特的文化氛围。3.2 碳纤维复合材料在轻量家具设计中的应用实例碳纤维材料起源于美国航空航天领域，而后在英国和日本逐渐发展成熟。历史上，第一次将碳纤维复合材料运用到轻量家具设计中的是一把名为“light 椅”的轻量椅子（图 1a），其制备是先将新兴的碳纤维材料包裹在家具模型上，再使用环氧树脂进行固化成型，制备出的椅子重量只有 1kg。在这之后，许多国内外的设计师都开始在碳纤维复合材料轻量家具设计方面大展身手，并创造出了许多杰出的作品。1996 年出现的“Knotted Chair”椅，其外观表现出绳结的样貌，事实上是由芳纶纤维和碳纤维编制而成，通过树脂浸涂实现固化处理。这种创新的设计体现了设计师对材料特性和用途的深入理解，是意大利著名家具公司 Cappellini 的代表作之一（图 1b）。C 系列家具来源自比利时，其以碳纤维复合材料为原料制作而成，在远观时呈现出雕塑的形态。制作146马国彪 碳纤维复合材料在室内轻量化设计中的应用时先设计椅子模型，然后以碳纤维为材料进行缠绕。整件家具形态轻盈、线条流畅，体现出未来感的特征（图1c）。图 1 典型的碳纤维轻量家具Fig.1 Typical carbon fiber lightweight furnitures碳纤维复合材料具有优异特性且渐趋普遍，引发了许多国内设计师的关注。2015 年，出现的一款使用碳纤维材料制成的创新家具 大天地 系列碳纤维椅，造型灵感来自于明式南官帽椅，完美结合了东方美学与新材料，引领了国内家具的时尚潮流。综上，尽管国内运用碳纤维复合材料家具的情况较为少见，但随着我国社会发展程度的提高以及科技的进步，家具行业的创新趋势必将得到推动，特别是材料方面的突破。在不远的未来，碳纤维材料的卓越特性将给家具设计带来更多的可能性。4 结语碳纤维复合材料具有轻质高强的特性，在家具设计中使用该材料，需要结合客户心理和情感需求，兼顾材料轻量化的要求。家具设计师需要全面考虑轻量家具的意义，从国际先进的设计理念中获得灵感，以便更好地设计出符合需求的轻量家具。使用碳纤维复合材料设计的轻量家具不仅可以推动家具市场的变革，还会影响人们对家具的选择和审美。本文阐述了碳纤维复合材料在轻量化家具设计中的可行性、原则及应用案例等，具有一定的设计借鉴意义。在我国，轻量化家具设计才刚刚起步，未来需要从承载结构构型、成型工艺以及造型设计方面不断研发与优化，更好地营造碳纤维复合材料家具的轻盈感。?1 于堤娇,吴建建,毕尔豪.室内装修设计中环保类元素材料的应用 J.鞋类工艺与设计,2022(2):143-145.2 邓帅.室内设计中建筑装饰材料的选择研究 J.造纸装备及材料,2022,51(1):109-111.3 冯宪伟.PP/硅灰石复合材料在室内家具设计中的应用研究进展 J.合成树脂及塑料,2021,38(2):89-92.4 申恒.合成塑料家具在现代室内设计中的应用策略研究 J.冶金与材料,2021,41(3):102-103.5 于泳博,佟贺阳.室内环境艺术设计中高分子装饰材料的应用 J.合成材料老化与应用,2021,50(5):150-152.6 董静.碳纤维织物在室内空间中的设计与性能研究J.合成材料老化与应用,2020,49(3):93-95,130.7 许燕杰,肇研,汤冰洁,等.UVA 紫外辐射对室内碳纤维增强环氧树脂基复合材料性能的影响 J.复合材料学报,2013,30(2):63-69.8 徐从意.玻璃纤维材料在现代家具中的应用研究 J.包装工程,2020,41(14):345-350.9 陆莹,毛燎厚.家具设计中碳纤维复合材料的注塑成型与性能研究 J.合成材料老化与应用,2022,51(6):76-78.10 余拓,孙德林,王张恒,等.碳纤维复合材料在轻质化家具设计中的应用 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