我国家具新材料发展现状综述

吕一心，周橙旻，李臻瑜

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏南京 210037）

木材是家具行业的传统材料，随着全球木材原料产量减少，人们对环保理念的不断提升，能够替代传统木材的家具新材料的研发和应用将成为未来家具行业发展的必然趋势。新材料从出现到成熟运用的过程往往是复杂而漫长的，影响家具新材料发展的因素涉及科研支持、企业投入、市场接受程度、材料与家具的契合程度等诸多方面。本文将从国内外家具新材料的研究发展以及市场上常见的家具新材料应用分析，来探讨目前家具新材料的发展方向，从宏观上把握家具新材料的发展现状，为家具新材料的研究提供参考。

1 家具材料的定义及发展

1.1 家具材料的定义

家具材料是制造家具的重要物质基础，家具的基本功能、结构及家具造型等都依附于其材料而存在。

有的材料是家具的“皮”，有的是家具的“骨”，两者相辅相成、互为主次[1]。家具材料还与家具产品的使用形式、生产技术、使用功能等有密切关系，正确选择合理的设计材料，才能满足人们对家具设计产品的实际使用功能和精神享受功能[2]。

1.2 家具材料的发展

工业革命前，家具材料几乎都是天然材料，到近代工业革命后，新材料技术和应用产品如雨后春笋般在中国落地发芽。作为日常生活消费品，家具的传统制作材料逐渐被使用量更少且成本更低的现代材料如刨花板、纤维板、玻璃、塑料、金属等所取代[3]。近年来，技术比较成熟的新材料已经能够在家具市场上占有一席之地，在量产效能、环保等方面超越了原有材料，性能更加优良的家具新材料逐渐成为了家具企业在市场脱颖而出的一大亮点，也成为了现代家具设计的重要突破口。

2 家具新材料国内外研究现状

2.1 家具新材料国内研究现状

现阶段我国共有国家一类材料研究所及材料实验室46所，主要集中于东部沿海区域，其中有中科院长春应用化学研究所、中科院金属所、中科院化学所、清华大学新材料实验室等世界一流材料研究所；招收研究生的材料类研究所共36所，开设材料类专业的高等院校199所。此外，国内还有研究材料的个人以及企业实验室等不可计数。国际上，科学观察（Science Watch）网在2011发布的2001～2010年全球顶尖100位材料学家中，有15名为华人科学家。

在“维普”“知网”“万方”三大国内学术平台中搜索家具新材料相关的论文，其中维普有关新材料的相关文章30万篇，知网7万篇，万方29万篇，研究热门主要有纳米材料、复合材料、石墨烯、金属材料等。以“家具材料”“家具新材料”为关键词在三大国内学术平台中检索，结果（图1），“家具材料”相关文献知网1695篇、万方8243篇、维普198篇，“家具新材料”相关文献知网151篇、万方481篇、维普143篇。从数量上看，我国关于家具材料研究的文献总数不多，对家具新材料的研究更是寥寥数篇。

（图2）是2000～2019年三大国内学术平台有关家具新材料文献数量变化情况的折线图，不难发现，我国对于家具新材料的研究从2004年前后开始大幅提升，此后的十五年中研究数量呈波动状态，整体数量呈上升态势。在梳理三大国内学术平台关于家具新材料文献的研究内容时发现，除了维普有少量关于木塑复合材料、纳米纤维等新材料的文献，其他两个平台更多研究的的是传统家具材料与设计、风格等相关课题，真正对于新材料的研究篇幅极少。

总的来说，我国关于家具材料的研究机构覆盖范围广，涵盖领域宽，但专业的学术研究人员、研究成果少，研究内容和深度还有待提高。

2.2 家具新材料国外研究情况

现阶段美国拥有世界上最多和最顶尖的新材料科研机构，新材料研究所全国共有210所，其中包括世界顶尖的橡树岭复合材料国家实验室、阿贡国家实验室以及NASA国家实验室等新材料研究所；欧日韩合计共有123所新材料实验室，其中德国马克斯普朗克科学促进学会、英国国家复合材料中心、日本国立材料研究所、日本国家高级产业科学技术研究院、韩国材料研究所等也是世界顶尖的材料研究所。在QS世界大学排名（QS Wor ld University Rankings）2018年发布的材料科学专业前50名的高等院校排名中，美国有16所上榜，前十名中的美国高校更是占据半数，其中第一第二名也是美国高校；其次，中国和中国香港合计有7所高校入榜，英国、韩国、日本和德国各有4所，其中前50名高校按国家分数量占比（图3）。

表1 2018年SCI收录材料科学类期刊影响因子排名前二十名

表2 成熟型新材料的市场应用

国外对于家具新材料的研究相较于国内时间更早、范围更广、研究更深入。国外新材料研究更多偏向于科学研究，往往针对某一材料的耐候性、耐水性、隔火性等性能优化深入研究，而在材料与设计的结合方面较少提及。（表1）是2018年SCI收录的材料科学类期刊影响因子及前十排名。从表中可看出，除了发行于英国的《自然》和美国的《科学》两本较为权威的综合性材料科学杂志之外，其它大多数期刊都是针对材料科学的专门期刊，在不同类型的新材料领域中有不同的权威科学杂志。

综上，国外的新材料学术研究水平无论是从广度或是深度都领先于中国，而美国则处于世界领先的地位，其次是世界其他经济发展较好的国家。可见新材料的发展和研究已经成为世界各国科技发展的重要部分，大多数的发达国家和发展中国家都已开始重视新材料的研究，并且愿意为此投入大量的财力和人力，许多国家也已经取得了令人满意的成绩。不仅现在，未来很长一段时间内，新材料的研发将依然是衡量一个国家科研水平的重要标准。

3 新材料的市场发展趋势

学术研究之外，市场应用是材料生命的延续。在市场上受欢迎的材料会越来越好，不被市场认可的材料则会走下坡路。笔者对目前国内家具市场中的新材料进行了收集与分类，将其归类为成熟量产型与小众实验型和再生合成型三大类，并分析近年来家具新材料的市场应用及未来的发展趋势。

3.1 成熟量产型新材料市场发展趋势

所谓成熟型的新材料是指企业愿意为这类新材料进行投入或做为销售卖点，内部形成该材料较为完善的生产线，快速向市场输出此类产品，同时市场上有接受此种材料的受众群体，使商品形成完整闭环，在此后很长一段时间内持续不断地进行生产实践。此类材料是新材料中与家具结合程度比较好的，并且使消费者更能接受的，主要有纸质材料、3D打印材料、碳纤维材料、亚克力材料、隔音板、混凝土材料等[4]（表2）。每种材料都有各自的优缺点，其中较具有代表性的就是碳纤维材料和3D打印材料。

碳纤维是一种复合纤维，具有持久耐热性好、抗热胀和冲击性优良、热胀和膨胀阻力系数低、节能、耐热抗腐蚀、耐热辐射、超轻质量等优良的物理化学性能，目前碳纤维的技术工艺尚未成熟，价格昂贵，因此尚未得到市场的完全认可和广泛运用[5-6]。

3D打印目前已经被广泛应用于大型建筑和机械工业等建筑设计技术领域[7]，家具上也开始出现成熟的3D打印产品。相比较于传统的天然木材、竹材等，3D打印在节省了实木材料的使用同时，能实现实木家具更复杂的整体结构，充分展示家具设计之美[8]。但3D打印在量产中价格昂贵、速率慢，目前仍以个性化定制或局部打印为主[9]。

3.2 小众实验型新材料市场发展趋势

小众型新材料主要的特点在于这些材料一般诞生于设计师工作室与高校，是充满了实验性、展示设计者奇思妙想的一类材料。这类材料主要展现的是家具材料各种各样的可能性以及发展趋势，并不能很好地适应量产的流水线，难以被公司和企业应用于生产。比如Oskar Zieta使用的FiDU金属成形技术制作的充气金属家具、管材家具和lewu design使用的环保硅基发泡胶材料等（表3）。

3.3 再生合成型新材料市场发展趋势

除了以上两类，利用食物残渣、海洋垃圾等制作的环保材料，新型人造板、改性木复合材料、软木材等环保材料以及其他新型材料也是目前非常具有发展前景的新型家具材料[10-11]（表4）。这类材料由于技术还不成熟，各方面性能还在研究中，但确有巨大的发展潜能，比如改性速生杨能够缓解木材资源紧张[12]，且价格较低；木塑复合材料一直都是地板的用材，近年来开始有运用在卫浴和厨房家具的趋势，但未能摆脱市场认知度低、造型单一、标准制定不完善等发展瓶颈[13]。虽然再生合成型新材料尚未有成熟的家具产品出现，但随着技术的发展一定能在不久的将来推动家具行业的发展。

图1 知网、万方、维普上有关于家具材料的文献数量情况统计

图2 2000-2019年知网、万方、维普上有关于家具新材料的文献数量变化情况

图3 2018年QS世界大学材料科学专业排名前五十高校国家数量占比

表3 小众型新材料的市场应用

表4 再生合成型新材料的市场应用

4 结语

综上，不难发现我国现阶段家具新材料研究滞后于国外，相关的学术研究整体上呈现出数量不足、研究层次不深入及缺乏创新等特点，而解决这一问题一方面需要以产学研的深度融合为主，加强各企业和高校之间的学术交流，另一方面更需要突破行业壁垒，往更前沿的新材料科学发展，借助我国新材料科学发展的东风，将家具与更先进的材料结合，找到家具设计发展的新方向[14]。

在市场流行的新材料中，家具新材料目前的发展趋势倾向于环保、轻便、美观、性价比高的特性。虽然短时间内新材料还不能撼动传统材料在家具市场上的主导地位，但新材料的出现既为市场注入了新的血液，也将借由市场的火炉粹炼出顺应市场发展的新型材料[15]。

家具新材料的发展对于家具行业的健康发展具有非常重要的意义，鉴于目前我国家具新材料发展过程中遇到的一些问题，必须及时找准方向，理清思路，更好的进行学科结合，指引国内家具材料的新发展方向。