張海婷 郝景新* 吳新鳳 于利亞 戴學鵬 李偉光

（1.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004；2.深圳朗暉展示有限公司，廣東 深圳 518000；3.湖南巨迪家居有限公司，湖南 長沙 410016；4.中國林業(yè)科學院木材工業(yè)研究所，北京 100091）

紙基家具具有可回收、再循環(huán)和再利用的環(huán)保屬性。隨著綠色理念的深入人心[1]，紙基家具的發(fā)展頗受關注。綜合國內外紙家具研究發(fā)展狀況可以發(fā)現(xiàn)，國外對紙基家具的研究早期多從視覺時尚、視覺藝術的角度，后逐漸注重對其實用性及持續(xù)價值的研究[2]，并提出形式與功能統(tǒng)一的設計原則，且將設計與生產(chǎn)優(yōu)勢相融合。國外紙基家具的研發(fā)體系較為成熟，在家具市場上占有一定份額[3]。目前國內學者對于紙基家具的研究主要還停留在理論階段，產(chǎn)品與市場的銜接及其推廣路徑尚不完善，發(fā)展受到限制。近年來，國內展示展覽行業(yè)對紙基家具的需求逐漸增大，筆者通過對展示展覽行業(yè)的深入調研，發(fā)現(xiàn)目前臨時性展覽所用的臨時性紙家具通常以立式瓦楞夾芯復合紙板為主要材料，該材料的力學性能優(yōu)于瓦楞紙板、蜂窩復合紙板，在臨時性家具中應用立式瓦楞夾芯復合紙板擁有很大的市場。

1 立式瓦楞夾芯復合紙板材料屬性

不同于傳統(tǒng)的臥式排列，立式瓦楞夾芯復合紙板通過翻轉90°后形成立式瓦楞芯層[4]，再通過上下覆面組成“工”字梁（如圖1所示），具有較強的平壓性能和抗彎性能，可應用于建筑、運輸包裝、紙質家具、廣告展覽等行業(yè)。立式瓦楞夾芯復合紙板材料具有輕質高強、成本低、可回收、表面裝飾效果優(yōu)異等特點。

圖1 立式瓦楞夾芯復合紙板Fig.1 Vertical corrugated sandwich composite board

1.1 輕質高強

立式瓦楞夾芯復合紙板的密度約為0.1 g/cm3，其彎曲強度、彎曲剛度、平壓強度、剪切強度、側壓強度、戳穿強度等力學性能高于蜂窩紙板，在微孔小壁的瓦楞紙芯家具行業(yè)中具有廣泛的應用前景[5-6]。立式瓦楞夾芯復合紙板兼有瓦楞紙板和蜂窩紙板的結構特點，將兩者的優(yōu)點組合聯(lián)用，可應用于包裝類、裝飾類產(chǎn)品，顯示出較強的技術優(yōu)勢和市場競爭力[7]。

1.2 成本低、可回收

立式瓦楞夾芯復合紙板的生產(chǎn)只需在原有瓦楞紙板設備上設置立式排料裝置，生產(chǎn)效率高。此外，瓦楞夾芯復合紙板質量輕、抗壓、抗撕裂、耐戳穿、緩沖性能好、易加工成型、印刷性好，同時還能循環(huán)再生利用[8]，對環(huán)境無危害。

1.3 表面裝飾效果優(yōu)異

當覆面材料為白卡紙時，可對其進行噴繪印刷。而當覆面材料為牛皮紙時，其顏色與木材色澤相近[9]，在視覺上可以模仿木制家具。此外，紙板表面還可以進行防水貼面處理或貼絨布處理，相比于其他材質的家具，其貼面優(yōu)勢明顯。

2 立式瓦楞夾芯復合紙板家具結構設計

家具產(chǎn)品的強度與材料屬性、材料與連接件間的連接強度密切相關。紙基家具的結構設計直接關系到家具產(chǎn)品的強度[10-11]。立式瓦楞夾芯復合紙板家具結構設計可以借鑒木質家具的插接結構，采用螺絲固定。

2.1 立式瓦楞夾芯復合紙板家具本體連接結構

表1 立式瓦楞夾芯復合紙板家具本體連接結構Tab.1 Connection structure of vertical corrugated composite board furniture body

2.2 立式瓦楞夾芯復合紙板家具連接件結構

表2 立式瓦楞夾芯復合紙板家具連接件結構Tab.2 Connection structure of vertical corrugated composite board furniture

3 V形槽封邊與成型一體化工藝

立式瓦楞夾芯復合紙板在切割后會有芯層暴露在外，存在美觀性差、無法封邊遮蓋等問題，因此常與瓦楞紙板及其他材料組合使用。在紙基家具設計階段，應結合材料特性和相關技術創(chuàng)新工藝結構，使家具產(chǎn)品的設計更加合理，使產(chǎn)品質量得到提升[15]，同時還應遵循低成本、減量化原則，降低人工和生產(chǎn)成本，減少運輸與裝配成本。

紙基家具的封邊通常依靠人工，封邊效率低且不美觀。結合紙基家具工廠的實際生產(chǎn)情況，利用紙基家具易于切割的優(yōu)勢，本文提出一種V形槽折疊封邊的加工技術。

如圖2所示，在立式瓦楞夾芯復合紙板上切割兩個相鄰的V形槽可以實現(xiàn)180°折疊，V切軌跡之間的關系為：D=2H，其中D為V刀間距，H為立式瓦楞夾芯復合紙板的形式厚度。V切角度為95°，設置修正值為5°，V刀留底厚度為2 mm，以確保最底層材料不被切割。切割后取出多余纖維，再將板件對折后粘合，進行一體化成型。在實際生產(chǎn)中,不同厚度、不同覆面材料、顏色的板件可不必再使用封邊膠帶, 減少了工序,。從產(chǎn)品美觀性角度，可凸顯板件的一體化，視覺效果更好。

圖2 V形槽間距與切割示例Fig.2 V-shaped groove spacing and cutting examples

圖3 產(chǎn)品成型圖Fig.3 Product forming diagram

4 臨時性家具設計實踐

4.1 臨時性家具應用市場需求

1) 臨時展覽

會展行業(yè)蓬勃發(fā)展，其特點為周期短，展覽時間在3～30 d之間[16]。對臨時性家具的要求為輕質、方便搬運、易于快速組裝。

2 )大型賽事活動

大型賽事活動時間一般在10～50 d之間[17-18]，對于臨時性家具的制作要求為生產(chǎn)周期短、快速組裝、輕質高強、易于大批量運輸、物流成本低，且對環(huán)境污染小，可回收。例如，2021年東京冬奧會為運動員提供的臨時性紙床，在奧運會結束后全部回收。

4.2 臨時性家具設計原則

4.2.1 減少基材用量

對臨時性家具采取輕量化設計，在減輕家具整體重量的同時，減少基材的使用量，從而降低生產(chǎn)制造成本。在設計階段，可以通過結構優(yōu)化設計，與其他材質的合理搭配，例如，與紙方管等的配合使用，使立式瓦楞夾芯復合板發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。此外，可使用模切排料軟件對圖案進行優(yōu)化，減少材料的消耗量，降低制造成本。

4.2.2 增強可調節(jié)性

臨時性家具應設計為可拆裝結構。通過合理的結構設計與結合形式，提高家具部件安裝、重組與拆卸的靈活性。拆裝方式應符合用戶使用習慣，避免誤裝。

4.2.3 方便運輸和移動

對臨時性家具進行輕量化、減量化設計，使其易于搬動和組合使用。由于臨時性家具通常會被高頻次搬動、轉換，在設計中應充分考慮搬運移動的便捷程度，實現(xiàn)單元部件之間的自由拆卸和組裝[19]。同時，應采取平板化包裝，降低運輸成本，節(jié)省空間。

4.2.4 輕巧簡潔

利用輕重感的視覺效應進行設計。臨時性紙基家具的設計應避免廉價感，減少芯層暴露。巧妙利用折疊方法，使整體外觀形態(tài)具有質感。輕巧簡潔的設計風格更符合現(xiàn)代人的審美需求[20]。

4.2.5 經(jīng)濟實用

由于臨時性家具只是被臨時使用，因此用戶更希望能買到經(jīng)濟實用，性價比高的產(chǎn)品。對此，應從家具材料、結構、工藝等方面綜合考慮，以降低產(chǎn)品成本[21]。目前，紙基家具的生產(chǎn)過程多依靠人工，未來應采用自動化加工，以減少人工成本，進一步降低臨時家具的價格。

4.3 設計實踐

選取置物架進行設計實踐。臨時性場合使用的置物架一般對靈活性要求較高。竹、木、人造板等制作的置物架及開放性柜類家具產(chǎn)品體積質量較大，在高頻次的場所轉換過程中不易搬運、組裝耗時、裝配難度大。因此，從分解角度對置物架進行設計，使其結構上保持獨立，組合后又可形成一體。設計中遵循美學原則，變化與統(tǒng)一、均衡與穩(wěn)定相結合。利用紙方管、方通連接件作為可控的通用化模塊，用戶可以根據(jù)自身需求對置物架進行組裝使用。通過“分解”與“組合”實現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化組合，以滿足不同用戶的復雜性需求。由于模塊化設計與零部件的通用性[22-23]，可以對置物架的高度、寬度進行調整。還可將置物架設計為轉折式架類產(chǎn)品，在轉折點繼續(xù)延伸紙管，使其在寬度或高度方向上自由擴展。

在實際使用中，置物架底板、側板、背板可根據(jù)實際使用需求放置，在成型加工時，可通過V切工藝對各個板件進行設計，融入一體化設計理念。如圖4～6所示，需要側板時，放入模塊2；若同時需要側板和背板時，則將模塊2轉向與模塊1共同使用。當需要對局部模塊更改與折疊時，利用復合紙板折疊的優(yōu)勢實現(xiàn)置物架的反復拆卸和組裝。

圖4 置物架效果圖Fig.4 Shelf rendering

圖5 置物架拆分圖Fig.5 Shelf disassembly diagram

圖6 置物架安裝Fig.6 Shelf installation

4.3.1 置物架效果圖

4.3.2 置物架模塊生產(chǎn)

使用10 mm厚度的立式瓦楞夾芯紙板進行切割制作，圖7中標記區(qū)域為生產(chǎn)時的涂膠區(qū)域，涂膠后將紙板折疊粘合。

圖7 置物架模塊生產(chǎn)與平板包裝Fig.7 Shelf module production and flat packaging

4.3.3 置物架實物展示

圖8 置物架實物展示Fig.8 Physical display of shelves

5 結語

在當今綠色、生態(tài)經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟的時代背景下[24]，紙基家具作為一種結構簡單、經(jīng)濟適用、安全舒適且富有人文情懷的綠色家具將得到長足發(fā)展。在家具設計中充分體現(xiàn)“低碳化”原則已成為發(fā)展趨勢[25-35]。紙基家具在“人—家具—環(huán)境”協(xié)調匹配的基礎上呈現(xiàn)個性化特點,同時無需油漆處理，在生產(chǎn)與使用過程中對人體健康和環(huán)境無危害。立式瓦楞夾芯復合紙板輕質高強，將其應用于家具領域，通過合理的設計可制成多樣化造型和審美風格的紙基家具。由于其個性化、功能性、創(chuàng)新性和環(huán)保性等特點，在易搭建、低成本、多功用的臨時性場合中具有很大發(fā)展優(yōu)勢。