竹集成材灯具材料技术美的表现形式研究

■吴 昱，戴向东，刘俊冉，刘 侃

(中南林业科技大学家具与艺术设计学院，湖南长沙 410004）

在林木资源极度匮乏的今天，有人提出了“以竹代木”的资源替代方法，然而由于竹材本身的性能相较于木材而言，存在一定的不稳定性，因此对竹材进行性能稳定化的改性也就显得尤为必要。二战时期，竹材人造板这种以竹材为主要原料的复合材料首次被生产出来，这种材料既保留了竹材的天然纹理，同时还具备了竹材固有的韧性、高强度、高密度等基本特性，并且通过改性加工使其显现出更为卓越的理论性能[1]。这是竹材加工技术的一种质的飞跃，也正是材料技术美的一种表现，可提高产品的设计附加值。目前，以竹材为原料进行改性的竹集成材在灯具设计领域中的应用也开始起步了。其在灯具设计中主要借助其物理与力学特性进行设计应用，能展现出更为精巧的加工工艺下的材料技术美表现形式。

1 材料的技术美

技术美不仅是人类创造力的结晶，同时也是工业化时代带来的产物。它是现代工业所生产的物质产品给人带来的一种独特的审美体验，集合规律性与目的性于一体[2]。在灯具设计中，技术美通常有四种表现形式：功能技术美、结构技术美、材料技术美和形式技术美，本文拟选取其中之一材料技术美这一表现形式进行重点地研究。

材料作为产品的重要物质基础，不仅对产品的外观有着决定性作用，而且对产品的质量也至关重要[3]。我们生活的物质环境中有成千上万种材料，虽然材料的种类较多，但是每一种材料都有它自身的视觉感受和触感特征，如竹藤、木头、树皮等传统材料能让人对自然空间中存在的植物产生联想，从而产生天然、质朴、亲和之感。而诸如玻璃、钢铁、塑料等材料又带有浓厚的现代气息，往往让人容易将之与冰冷、高速运转的现代工业相联系起来。在产品设计过程中，设计师通过其对于材料的理解，对材料进行选择以及通过对材料施加不同的技术手段，从而设计出兼具美观性与实用性的产品。灯具的艺术效果并非多是由于多种材质累加而成，而是通过材料之间的合理协调与材质肌理的和谐融合得以实现[4]。因此，合理巧妙地使用材料是影响灯具设计的重要因素，其实质是体现灯具产品设计中的材料技术美。

2 竹集成材材料属性

竹材是一种优质、环保的天然材料，但由于竹材本身的天然形状，其直径小、材料变异性大，容易对产品设计与工业生产环节形成制约，同时还具有易开裂、易霉变、易燃的缺陷，在产品设计的实际应用中也存在一定的局限性。因此，通过材料改性和材料复合的方法，在竹材的基础上增加具备不同特性的基体或纤维，将其制作成竹集成材（图1），则可以使竹材有效规避这些缺陷，从而将其适用于更多工业化生产中。

图1 竹集成材—平压双层板

竹集成材，作为时兴的一种新型人造材料，主要是通过对原竹进行一系列的机械和化学加工从而制成更具优越特性的板材，其主要制作工艺是将原始竹材进行“三防处理”（防腐、防霉、防蛀）、干燥、施胶成具有一定标准与规格的竹片（图2）。在一定的温度与压力下，竹片被干燥至8%至12%的含水率，具有相较于竹材本身更为稳定的材料性能，再经由借助胶黏剂或竹材自身的结合力的作用拼接制成形式各异的集成材料[5]。这种将竹材改变其物理性能从而将其制成竹集成材的方式，同时也是一种赋予竹材新性能（如：硬度、耐水性的增加）的重要方式。经过深度加工的竹集成材与竹材在物理特性与力学特性上即存在着一定相似性，也存在着一定差异性。而正是由于对竹材部分不利于加工的特性进行改善，也使得竹集成材具备了更为标准化、通用化的技术美，成为了更加普遍应用于工业生产与产品设计领域的新型材料（图3-图4）。竹集成材在材料改性加工技术下其材料性质发生改变的过程本身就是材料技术美的一种高度表现。

图2 竹集成材生产工艺流程

图3 竹集成材应用于家具设计

图4 竹集成材应用于灯具设计

2.1 自然特性

从外观来看，竹集成材保留了竹材天然通直的纹理、错落有致的竹节，不同于木材等需要特别涂饰加工的材料，竹集成材的表面只需稍作加工，就能显示竹材原初的天然质感，因此，竹集成材对灯具设计而言，不仅是一种良好的结构材料，而且具有天然的审美元素[6]。从材料的物理性能上来看，由于竹材本身从外壁至内壁，其纤维结构并不一致，各部分的竹材密度具有较大差异，容易导致产品性能不稳定，为弥补这一缺陷，竹集成材在生产加工过程中需要经过一定的水热处理。其中漂煮、碳化的加工工艺能够有效改变竹的物理性质，增强材料密度，大大提升材料的强度性能，竹集成材的强度甚至能够与部分硬阔叶树木材相提并论[7]。

竹集成材具有良好的封闭性,这种特性可以有效避免此后加工、贮运与使用过程中的虫蛀和霉变。同时，竹集成材具有优良的光洁度、平整度，这也为后期的车削铣钻装配等加工工艺带来良好的基础条件[8]。可以说，由竹材加工而成的竹集成材不仅加工性能良好，而且其幅面大、变形小、耐磨损，可进行更为复杂的深加工与表面装饰处理，竹集成材的加工过程中对竹材实现了充分利用，能够有效减少对于林木资源的消耗、提高竹材料利用率，这也是材料技术美的一种表现。

2.2 力学特性

竹材本身就拥有十分优越的力学特性。以四年左右、已经成材的毛竹为例，其性能可以与阔叶木材相媲美，同时还具有相较于木材更为显著的优点：其收缩量小，且其韧性大、弹性强。而将竹材加工为竹集成材，由于密度的增大，竹集成材作为一种竹制的人造板，在力学特性上，其干缩系数明显低于其它木材。对于灯具设计而言，其材料必须不易变形，以此保证灯具形态的稳固，而干缩系数越小，也就意味着该材料随着含水量增大而发生变形的可能性越小[9]。与此同时，竹集成材的抗拉和抗压强度、抗剪强度相较于普通木材要具备更大的优越性，同时又具备一定的价格优势与绿色特性，也就更受到产品设计师的青睐。

竹集成材是由具有一定厚度和宽度的竹片相互组接胶合组成的，经过加工的竹片根据其组合、集成方式的不同，能够组构成形式不一的竹集成材，应用于不同的产品设计领域。竹集成材已经摆脱了原竹材料形状、性能上的一定限制，因此，在设计过程中如果能够依据竹集成材的材料特性进行加工、再创造，无疑能够为产品设计提供出更多的可能性[10]。而设计是人类活动有主观意识、有目的的一种表现，同时也是一种十分重要的文化整合过程，以文化传承为价值导向，可以说设计与社会、经济、文化等方方面面都存在连接，也为人们的日常生活方式提供十分重要的物质依托。因此，在灯具设计的过程中，在外观上不仅要充分考虑文化价值导向，同时还要重视加工技术与工艺的进步与升级。灯具设计中对竹集成材的使用，需要将竹集成材的主要特性与加工工艺相结合，从而设计出能够体现人们对于设计深层需求的灯具产品，着力展现竹集成材灯具设计中的工业技术美感。

3 表现灯具材料技术美的形式

目前，竹集成材用于灯具设计来展现材料技术美主要有三种形式，分别是：热压成型技术表现刚性美、薄竹刨切技术表现朦胧美、激光雕刻技术表现镂空美。

3.1 热压成型技术表现刚性美

竹集成材的热压成型是一种将竹材进行深度加工的工艺，也是将竹材变为竹集成材的重要步骤[11]。这一步骤能够使得原本性能不够稳定、难以适应大批量生产的竹材成为可适应规模化机械加工的材料。将竹集成材进行热压成型的主要加工过程为：用化学试剂润胀、高温快速加热等方法对竹条进行软化，将软化后的竹条进行堆叠，在高温湿热的状态下，将竹条放入特定的模具中，这一步骤能够显著提高竹材的附着力与可塑性。然后将竹捆均匀缓慢地压至与模具中，再与模具夹紧固定在一起，与模具一起放入干燥箱中进行高温热压而成。

经由热压工艺制成的竹集成材具有性能与形态上的双重稳定性。因此，竹集成材灯具往往具有一种均衡和谐的刚性美。首先，从性能的稳定上而言，由于竹材本身含有大量的有机物质，竹产品在使用过程中容易发生霉变、虫蛀等现象，从而影响灯具的实际使用，给消费者造成不便。在工业生产中，也会存在难以仓储、运输以及保存的问题。因此，对竹集成材施以热压成型的工艺，一方面能够帮助去除竹材中所含有的有机物质，从而实现防腐、防蛀、防潮的功能；另一方面还能通过控制不同湿度、温度，改变竹材本身的颜色，比如竹片在经过高温高湿或炭化工艺后，会呈现出深棕色的色彩，在实际应用中不需要进行额外涂饰与贴面处理。从材料技术美的角度来看，灯具具有造型设计自由等诸多特点，能体现竹集成材的刚性之美，也即是材料技术美的一种表现。

如图5所示，该设计应用竹集成材拼接组装而成的灯具，其外观沉稳大气、不易变形，在色泽上也呈现出温润、典雅的独特韵致，颇具中国古代建筑均衡、对称的神韵。尤其是以竹集成材拼接组合而成的灯罩，外观设计上借鉴了中国古代建筑中常用的直棂窗（图6）形式，灯光从灯具内部透出，犹如天光照向室内。该灯具设计从外观上来看，似“窗”非“窗”，为空间提供与“窗”相同的光线照明与视觉美感。这种装饰性、实用性与文化性的兼备，也是材料技术美与形式美在灯具设计中的体现。

图5 热压成型工艺下的竹集成材灯具

图6 中国古代建筑中常用的直棂窗

3.2 薄竹刨切技术表现朦胧美

竹集成材的刨切工艺与木材刨切的原理十分相似，主要制作过程是将原竹进行加工，通过胶合技术合成竹集成材，再利用刨切机将竹集成材刨切成厚度不一的薄竹片。薄竹片最长尺寸可达2500mm, 最宽尺寸是1250mm, 厚度有0.2～0.8mm不等。这项工艺能够使竹材达到统一的规格[12]。由于竹集成材具有天然的致密通直的特性,且经过刨切加工后的竹集成材薄片其在材料表面具有光滑肌理，同时还保留了错落有致的竹节纹。因此，在将其制作成灯具的过程中，不需要进行过多的涂饰处理。从装饰角度而言，竹集成材相比木质人造板具有一定的优越性。竹集成材比一般实木材料力学强度更大，且干缩系数偏小，能够更好地适应曲线、曲面乃至异形的设计需要[13]。因此，相较于木材薄片而言，竹集成材薄片更适合用于制作灯具设计中的灯罩部分。

经过刨切薄片、达到极小厚度的竹集成材，由于其轻薄柔韧、具有一定的透光性，能够使得灯具内灯源的光线透过，具有一种似透非透的朦胧美[14]。如图7，光线穿过薄薄的竹片，将竹材本身的纹路肌理展现得更为清晰，灯光也由于竹材的散射变得更为柔和，透过竹材散发出细腻均匀的暖黄色光晕。且由于竹集成材本身是取自于天然竹材，因此得以将竹材纵向通直的肌理以及竹节纹理完好保留，通直的肌理给人以流畅、自然的视觉感受（图8）。

图7 薄竹刨切工艺下的竹集成材灯具

图8 薄竹刨切工艺下的错落有致的竹节纹

由竹集成材加工而成的薄竹片具有透光性的特征，许多设计师也会借此特性在灯具造型领域进行更具突破性、创造性的尝试。如图9，设计师利用竹材的柔韧性将其弯曲为圆形并进行固定，又利用其具备的透光性进行层层组叠，光线从内部照射而出时，在竹材灯罩的反射作用下产生了均匀而柔和的光效，竹片内在的纹理使得光线投射出来形成深浅不一的光影效果，灯具散发出的弧形光晕映照在墙壁上，使空间光环境呈现出丰富而统一的效果，形成了一种优雅静谧的氛围，也为空间带来了一种独特的自然气韵与朦胧美感。这个灯具设计可以说不仅仅是简单的空间装饰品，更称得上是一件空间艺术品，这种设计就是巧妙利用了竹集成材薄片的透光性。而且竹集成材在刨切薄竹工艺加工后的纤维较长，颜色也相对柔和统一，充分地展现出了细腻光滑的触觉美感。竹集成材刨切技术后的薄竹片不仅可以直接用于灯具设计中制作灯罩，还可以作为灯具设计中一种很好的覆面装饰材料进行使用。设计师可以根据灯具效果的要求合理选择符合其使用功能需求的薄竹片，发挥竹集成材灯具独特的材料技术美。

图9 刨切薄竹工艺下的竹集成材灯具

3.3 激光雕刻技术表现镂空美

竹集成材还可以通过激光雕刻的加工工艺进行镂空，以此提高竹集成材的装饰性。对竹材进行镂刻处理是灯具的制作中的一种方法，但传统的雕刻方式普遍采用机械式铣刀工具，往往需要在设计好所需的图案后，将其印制或描画到竹材上，再对竹材进行接触式雕刻[15]。这种传统雕刻的图案十分细腻精致，制作出来的物件也具有独一无二的手工特征，但其操作难度大，稍有不慎，容易造成竹纤维的断裂，且对于操作者的熟练度与审美水平都有着很高的要求。

相较于竹集成材的加工而言，数控激光雕刻无疑是一种非接触式、高精度、易操作的现代加工方式，相较于传统方式更为高效快捷，更能体现出一种技术美特征。激光雕刻工艺的工作原理是利用高能激光对竹材进行照射，使得所需要的竹材局部温度升高，以此加快竹材表层的气化和颜色变化，从而在竹材上留下永久性标记。激光雕刻的加工方式对于竹集成材也更为友好，其切割出来的竹材表面边缘光滑无毛刺，不易对竹材本身造成破坏，在加工过程中对材料的损耗少[16]。并且激光雕刻能够通过电脑设计花纹、图样，对竹集成材进行更为复杂的雕刻，在实际生产中，激光雕刻对于操作者的要求相对而言更低，操作者只需要简单掌握机器使用即可进行生产，又由于机器生产解放了双手.一定程度上降低了人工成本，更适用于讲求经济效益的工业化、规模化生产。

激光雕刻技术的精细与准确，能够为竹集成材的批量化雕刻提供条件，这项工艺同时还能为竹集成材带来十分细腻丰富的触觉美感与灵动唯美的视觉感受。单纯由竹集成材堆叠组构而成的灯具，往往单调乏味、难以实现创新，而传统竹制灯具上的雕镂则非常精致，在艺术表现风格上，多以人物花草、亭台楼阁为主题，这类竹雕灯具能很好地应用于中式风格的茶楼、饭店等休闲场所，但与现代人所追求的简约时尚风格不相吻合。因此，在以竹集成材为基础的灯具设计中，设计者需要考虑在满足灯具产品结构稳定与连接强度的基础上，更好地利用竹集成材的特性，对其进行更符合现代审美的外观造型设计。

如图10，设计者设计出简约的几何图形，通过相同或不同图形的排列组合，使用激光雕刻的技术将其雕刻在竹集成材灯具上，在灯具的外表面形成虚实结合、深浅不一的视觉效果，营造出简约时尚的视觉美感，同时也表现了一种产品设计的材料技术美与形式技术美。

图10 激光雕刻工艺下的竹集成材灯具

4 结语

随着新工艺新技术的出现，竹集成材在产品设计领域也被拓展出了更多的可能性，竹集成材在灯具造型设计上的优良特性，能使竹材作为一种更具优势的绿色材料。竹集成材在灯具设计中所展现的刚性美感、朦胧美感、镂空美感等多种材料技术美的表现形式，启示设计师在进行产品设计的过程中不仅需要了解相关材料的加工性能，且需要深入研究不同材料的原始美感和不同加工工艺能够赋予材料的技术美感，如此才能保证在设计过程中，实现功能、结构、材料乃至使用者需求的动态平衡，并提高产品的设计附加值。