引言

從公元前4000多年的古埃及王朝一直到19世紀歐洲第二次工業(yè)革命前，家具的歷史實際上就是木器的歷史?，F(xiàn)代家具出現(xiàn)于19世紀末期，依托著兩次工業(yè)革命帶來的飛躍生產(chǎn)力，家具制造工業(yè)在一個多世紀的發(fā)展時間內(nèi)極大地提高了生產(chǎn)效率與能力，并不斷催生出全新的生產(chǎn)工藝。

我國家具工業(yè)發(fā)展將面臨木材資源短缺的問題。因此，應用新材料替代傳統(tǒng)木材顯得尤為重要。目前市場上非木質(zhì)家具材料大致可分為五類：金屬材料、無機非金屬材料、天然有機材料、合成有機材料、復合材料。隨著開發(fā)碳素材料新技術(shù)的不斷升級，碳纖維復合材料在未來家具中的應用前景十分廣闊。

輕質(zhì)化家具設(shè)計，是以減少家具產(chǎn)品的自身物理重量和視覺重量感為其主要目的，同時，碳纖維復合材料同家具設(shè)計的融合也為設(shè)計者們點燃了創(chuàng)意的火花。碳纖維復合材料的發(fā)展和應用為家具的輕質(zhì)化設(shè)計提供了更多可能，包括對碳纖維復合材料承載結(jié)構(gòu)構(gòu)型優(yōu)化、成型工藝的輕質(zhì)化，還有家具進行造型設(shè)計方面對家具輕盈感的營造。

1. 傳統(tǒng)材料難以達到的超輕量

與傳統(tǒng)材料相比，碳纖維復合材料最大的特點就是質(zhì)量輕它的密度僅為鋼材的1/5，鈦合金的1/3，甚至比鋁合金和玻璃鋼還要輕。使用碳纖維復合材料制造的家具，一方面具有超輕的質(zhì)量，輕便靈巧、易于組合、搬動和運輸，另一方面新穎且奇特、易于讓消費者產(chǎn)生視覺上的愉悅感。

在日本設(shè)計師鈴木清已(Kiyomi Suzuki)設(shè)計的靠背椅(Cherche Midi)中，我們可以看到她對碳纖維復合材料“質(zhì)輕”這一特性的完美演繹。

圖1?鈴木清已設(shè)計的椅子

這把椅子的重量僅為960g。設(shè)計的靈感是源于微風中搖曳著的海芊花的暗影，產(chǎn)品最終既在感觀上突顯了輕巧的體態(tài)，同時又可以使女性使用者保持優(yōu)雅的姿態(tài)。同樣來自荷蘭的年輕設(shè)計師布拉姆·格南設(shè)計的高迪椅，也僅有1kg。

圖2?Bram Geenen設(shè)計的椅子

這兩種設(shè)計的椅子都未因為超輕的質(zhì)量而失去基本的使用功能，反而是更加極致單純的將材料本身的魅力散發(fā)出來，這也許就是碳纖維復合材料不同于傳統(tǒng)材料的魅力。

2. 承載結(jié)構(gòu)的完美呈現(xiàn)

碳纖維家具設(shè)計要做到輕質(zhì)化，除了材料本身優(yōu)異的材性，還得益于靈活多變的結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計。

首先是傳統(tǒng)的加強筋、圓角和利用夾層結(jié)構(gòu)等高效承載處理方式，可以用較少的材料得到所需要的強度及剛度，并通過拓撲優(yōu)化碳纖維復合材料各個受力方向的力學性能，進一步輕質(zhì)化家具產(chǎn)品。

如此形式的家具構(gòu)件不僅節(jié)約用材還減少了家具的占用空間。家具設(shè)計師特雷斯·伍德格特與一級方程式跑車的設(shè)計師約翰巴納德共同合作制作了具有超薄構(gòu)件的桌子。

圖3?John?Barnard設(shè)計的桌子

正如我們所看到的，采用碳纖維增強樹脂制造的桌面板僅有2mm厚，從側(cè)面水平視角我們幾乎看不到桌子的框架但它卻足以承托長達3m的桌面。類似的，在另一件來自澳大利亞的餐桌設(shè)計中，桌面邊緣的厚度也僅為6mm。

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圖4?碳纖維復合材料Stealth Table

從這兩張桌子中，我們可以感受到超薄構(gòu)件流暢而精致的線條所帶來的獨特的品質(zhì)感與科技感。

通過優(yōu)化合理的設(shè)計受力結(jié)構(gòu),利用碳纖維復合材料力學性能的各向異性，在滿足造型設(shè)計的條件下，讓材料力學性能方向沿結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢傳力路徑布置，實現(xiàn)設(shè)計的等強度或等剛度，能夠讓碳纖維復合材料的力學性能優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來，使每一克材料的承載能力更加有效地被利用。如設(shè)計師Design-Jay設(shè)計的桌子，腿部非常苗條，桌面超薄，但利用如此單薄的碳纖維材料完全不用擔心其是否牢固可靠，設(shè)計師通過數(shù)據(jù)的計算和實驗測試，按照材料的優(yōu)勢力學性能沿結(jié)構(gòu)的傳力路徑布置最大限度地減少了所用材料，沒有一絲多余,結(jié)構(gòu)非常牢固。從整體來看是簡單的一張桌子，側(cè)面觀看卻只有簡單的幾根線條，給人帶來輕盈曼妙之感。

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圖5?Design-Jay設(shè)計的碳纖維復合材料桌子

3. 超大尺度懸臂的實現(xiàn)

碳纖維復合材料的拉伸強度、彎曲強度?都遠高于普通家具材料。利用這一特性，家具的部件在一定空間內(nèi)可以大尺度的延伸而不彎折。

在2009年的Tokyo Fiber 展上，日本現(xiàn)代建筑師青木淳展示了他設(shè)計的超大尺度懸臂聚光燈，燈體采用日本東麗產(chǎn)碳纖維制作，其中懸臂的燈板全長達6米；

6?青木淳設(shè)計的碳纖維復合材料燈板

同樣還有類似的，如意大利Olympus FRP 公司推出的書架，同樣是由碳纖維復合材料制成，書架每一層的擱板以垂直中心為軸向兩側(cè)展開，長達2.7m。這樣的兩件家具，均通過恰到好處的材料特性表達—超大尺度懸 臂，為用戶提供更大范圍的使用空間。

圖7?Olympus?FRP 公司推出的書架

圖8?碳纖維復合材料書架

4. 靈活多變的曲線造型

近年來,家具產(chǎn)品能表達出與時代協(xié)同發(fā)展的現(xiàn)代氣息，契合現(xiàn)代人的美學感受成為越來越多年輕人的需求。設(shè)計更加精巧獨特、工藝更加細致入微、使用的材料愈發(fā)潮流時尚、造型形態(tài)輕巧靈動等等都是對現(xiàn)代家具設(shè)計的諸多要素要求，展現(xiàn)出現(xiàn)代人對家具設(shè)計的精神追求和審美特點。使用碳纖維復合材料制造的家具,一方面便于運輸與移動，柔韌易編的單元結(jié)構(gòu)、多變靈巧的線條造型、炫彩艷麗的色澤表現(xiàn)等一系列符合現(xiàn)代審美觀念的設(shè)計特征可通過碳纖維復合材料的合理應用來展現(xiàn)。

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圖9?碳纖維復合材料椅子

材料是設(shè)計的基礎(chǔ)，對材料性能的理解和掌握有助于家具結(jié)構(gòu)設(shè)計的進行。力學性能和加工性能會因為材料的選擇使用產(chǎn)生很大的差異，不同材料的構(gòu)件連接方式也具有不同的特征。

碳纖維布是碳纖維復合材料家具制作的原材料之一，它具有布匹的柔軟特質(zhì)和極強的可設(shè)計性，在三維空間里可以任意的扭曲，所以設(shè)計者可根據(jù)自己的想法，用線或面等單純 的元素賦予碳纖維布輕巧靈動的造型，再使之與樹脂膠合固化，達到預想的創(chuàng)意。

獨立設(shè)計品牌Adele Cassina 推出了一款獨具特色的座椅， 椅子中靠背有著非對稱的線條輪廓，椅腿則做無規(guī)律螺旋扭曲，造型中曼妙的曲線將哥特式藝術(shù)品的設(shè)計風格凸顯的淋漓盡致。

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圖10?Adele Cassina 推出了碳纖維復合材料座椅

而在洛杉磯Synperia 工作室推出的首款座椅 中，我們同樣可以看到碳纖維復合材料所展現(xiàn)的婀娜多姿的曲線，這款椅子的背部造型貼合自然的人體 脊背曲線，呈現(xiàn)出輕薄流暢的體態(tài)。在上面的作品中，靈動的造型為產(chǎn)品帶來朝氣和生命力，材料也因此表達到極致，也許這就是這么 多新興設(shè)計師和崇尚時尚的藝術(shù)家對碳纖維復合材料著迷的原因之吧。

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圖11?Synperia工作室推出的碳纖維復合材料座椅

碳纖維復合材料的特性是剛而強，可以將家具的面板制作得足夠輕薄。如此形式的家具構(gòu)件不僅減輕了重量，節(jié)約了使用材料，還能減少家具的占用空間。如英國設(shè)計師Kris lamba 通過折疊一張20m長的碳纖維面板設(shè)計的 R1Carbon chair (RV1碳纖維椅子)，在 碳纖維座椅的形式上有較大的改進，使它能夠通過翻 轉(zhuǎn)來切換兩個座位位置。座椅的應力點可以按數(shù)字計 算，并且椅子的輕彎曲取決于每個座位的位置。家具 設(shè)計成超薄的面形態(tài)能夠表現(xiàn)出更強的張力，而這種張力在隨著家具本身重心的提高而產(chǎn)生擴張時，其形態(tài)就會表現(xiàn)出很大的升騰和輕盈感。

?圖12?RV1碳纖維椅子

韓國設(shè)計師 Studio Il hoon roh 通過纏繞碳纖維字符串轉(zhuǎn)換成設(shè) 計類似于樹枝的模式，創(chuàng)建了碳纖維椅子Luno該造型是設(shè)計師從鳥類和其他動物的骨架結(jié)構(gòu)中獲得 靈感，通過在不同的方位上懸掛纖維桿，最終構(gòu)造出一 個僅依靠重力作用形成的自然曲線形。整個家具由線 構(gòu)成面，面形成體，看似整體一塊卻絲毫不顯沉重，帶 來前所未有的通透感。為了使曲線形更加具象化，設(shè) 計師在其表面加入了六邊形，金屬基座和六邊形表面 之間隔著交錯的碳纖維桿?？此屏鑱y但每一根碳纖維 桿都處在最佳位置，構(gòu)成這件牢固實用的作品。

圖13?韓國設(shè)計師?Studio Il hoon roh?設(shè)計的碳纖維復合材料椅子

5. 碳纖維復合材料在色彩與材料上的融合

有感于碳纖維布在建筑結(jié)構(gòu)補強中的應用，日本設(shè)計師佐藤大在白色泡沫板上穿插一段一段的碳纖維布，使其原本無形無強度的框架顯現(xiàn)出來，成了可以支撐的坐具。

圖14?佐藤大(OKi?Sato )的作品

而來自西班牙的設(shè)計師哈維爾莫雷諾貝奈托(lavier Moreno Beneyto)則從自然界的蠶繭汲取靈感用碳纖維束纏繞在金屬框架上，仿生設(shè)計出清新自然的座椅(Silk Chair)。從上述作品中我們可以看出，這一材料 特性給予了設(shè)計者更多的創(chuàng)意空間和樂趣 同時也豐富了碳纖維復合材料家具的造型，?材料的柔韌可編制的特性總是以不同的巧妙方式表現(xiàn)出來。

圖15?Silk?Chair?

通過與樹脂復合，碳纖維材料擺脫了傳統(tǒng)的黑色，可以擁有各種靚麗的色彩。在工業(yè)生產(chǎn)中，碳纖維材料本身為黑色，但可以與其他彩色纖維材料混紡，制造出多色的碳纖維布及其復合材料；此外，黑色的碳纖維布與彩色樹脂膠合，也可以制備出各種顏色的碳纖維復合材料。

圖16?碳纖維復合材料與其他彩色纖維的融合

將以上兩種制備方式應用在碳纖維家具制作上，可獲得各種不同顏色的碳纖維家具瑞典家具品牌Lisar 為Gulf Oil Ltd 公司設(shè)計了一款碳纖維座椅(Gulf Chair)，座椅的靠背和座面以清新的天藍色和靚麗的橙色搭配，鮮亮而富有活力，很容易讓人聯(lián)想到賽車運動。碳纖維復合材料可以通過靈活的工 藝獲得豐富的色彩表達，這也為材料本身在家具上更廣泛的應用提供了可能性。

圖17?碳纖維復合材料座椅Gulf Chair

碳纖維增強木材在建筑上應用已久，隨后設(shè)計師們發(fā)現(xiàn)在家具的結(jié)構(gòu)中也可以用類似的形式表現(xiàn)。確切的說，木材天然的紋理用以裝飾家具的表面，碳纖維優(yōu)良的力學性能用以結(jié)構(gòu)支撐。

設(shè)計師保羅勒巴赫所制作的沃森桌就是最好的例證。從這件家具中，我們可以看到，它既表現(xiàn)了木材自然的紋理和觸感，又同時擁有輕巧而堅固的結(jié)構(gòu)，而桌子腿部的彎曲造型是木材單板與碳纖維增強樹脂膠通過特殊的模具復合制成的。

圖18?碳纖維復合材料和木材的結(jié)合

結(jié)束語

如果說人造板材料在家具中的廣泛應用是家具工業(yè)發(fā)展的一個關(guān)鍵點，那么如今碳纖維復合材料在家具上的興起可以算是又一個飛躍。從碳纖維復合材料家具的經(jīng)典設(shè)計和最新潮流設(shè)計可以看出，碳纖維復合材料在家具設(shè)計中的表達存在諸多的優(yōu)勢，約翰·羅斯金曾指出，“忠實于材料本身”是設(shè)計要遵守的重要信條之一， 碳纖維復合材料家具的設(shè)計也是如此，只有深刻的了解材料本身的特性及優(yōu)勢，才能設(shè)計出更好的家具。

伴隨著消費者思想觀念的變化，以往家居裝飾一昧追求奢華莊重的風尚正在被后現(xiàn)代家具主義所追求的簡潔明快、放縱潮流的新式風格所取代。碳纖維復合材料正是實踐和發(fā)揚后現(xiàn)代家具設(shè)計風格的首選。使用碳纖維復合材料制造的家具，一方面奇特新穎、易于令消費者產(chǎn)生視覺愉悅，另一方面輕便靈巧、便于運輸。靈動多變的曲線造型、柔軟易編的單元結(jié)構(gòu)、豐富艷麗的色彩表現(xiàn)，這些符合新時代審美觀念的家具設(shè)計特征都可以通過碳纖維復合材料淋漓盡致地展現(xiàn)。（來源：碳纖維人）

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