金属连接件在竹产品上的应用研究
时间：2020-11-09 04:02:27 来源：达达文档网 本文已影响 人 
郑天扬 陆雄民 陈国东 王军
摘要：文章针对竹材特性和型材分类进行调研分析，并对当前市面上的金属连接件进行分析，对现有竹制品上的金属连接件进行思考、总结，最后确定了金属连接件在竹制品的应用是时代发展的必然方向。
关键词：竹制品;金属连接件;材料特性
中图分类号：J505
文献标识码：A
文章编号：1005-5312 （2020） 03-0163-03
一、竹制品概述
（一）竹材构造与材质分析
竹子属被子植物亚门单子叶植物綱禾本目禾本科竹亚科，由地下茎、竹秆、竹枝和竹叶组成，一般所说的竹材指的是竹秆部分，是竹子利用价值最大的部分。竹材直径小，尖削度较大，节间中空，竹壁厚度不均，一般为上薄下厚。
竹壁由外向里可以分为竹青、竹肉、竹黄三部分。竹青表面光滑，多呈青黄色，维管束小而密，因此纤维含量较多，质地坚硬且韧性较强;竹肉位于竹青与竹黄之间，是一种木质结构;竹黄分布于最内侧，因呈淡黄色而得名，维管束少，因此质地疏松脆弱。
由上述所提竹材的构造，决定了竹材的性能：竹材密度较小，多为0. 5-0. 8g/cm3之间。在这范围内，密度较大的竹材硬度较大，强度高;密度较小的竹材则柔软性更好，更易塑形。①竹材作为有机物质的产物，内部存在大量孔隙，竹子在生长过程中会在孔隙中保留大量水分，因此在利用竹材的过程中，竹材孔隙中的水分会蒸发，进而发生竹材的干缩，这是竹材干缩性的体现。一般来说，维管束分布密度大的地方，其干缩程度也大，反之干缩程度小。但是相对木材而言，竹材的干缩率更低。干燥后的竹材吸水性很强，在吸水后，竹材在各个方向会出现不同程度的膨胀，其强度也会有一定程度的下降。
竹材的好坏不仅受到竹种、竹龄的影响，还会受到降水和气温等条件的影响。另外由于竹子属有机物质，难免会产生虫蛀、开裂、腐朽等问题。但竹材加工性能优良，其抗拉、抗压等强度都远超过一般的针叶树材，甚至可以和高密度的阔叶树材相媲美。除此之外，竹材还具有良好的韧性、弹性与耐磨性，加上其生长周期短、可再生利用等特性，是优良家具、装饰用材。
（二）型材分析
在当今国内外的竹制产业中，竹型材种类多样，应用广泛，其中以竹集成材、竹单板、竹胶合板和重组竹最为常见，竹整张与竹复合板作为新型竹型材也有少量应用。
竹集成材是目前竹制产业中最为常用的竹型材，具有幅面大、耐磨损等特点，多采用等宽的竹片排布拼压而成，按品种可分为碳化竹拼板材、本色竹拼板材和斑马纹竹拼板材等，其连接方式多为平压板与侧压板。平压板纹路清晰，板面平整，但承受力较小，易发生垂直竹纤维方向的变形，只适用于承重需求较小的竹制品上。侧压板纹理扭曲，缺乏美观性，但承重性能良好，应用范围更广。②
竹单板一般可分为薄竹板和竹皮两类。竹皮由于本身具有的柔软特性，可以不做任何处理进行弯曲，但竹皮本身的韧性较弱，弯曲程度有限，因此往往在竹皮表面加上一层无纺布来加以支撑，进而提高它的韧性。薄竹板的韧性更弱，常在高温条件下加以软化之后，才能借助定型摸具进行弯曲定型。
竹胶合板是在竹单板的基础之上发展而来的，由多层竹单板胶合而成，其弯曲工序一般采用按序加热竹单板，待冷却固定之后再进行胶合。
重组竹具有高密度、高硬度、不易腐蚀等特点，多应用于承重要求较高的场合或中大型建筑，是一种新型竹型材。
竹整张在制造过程中保留了竹材本身的纹路，可较清晰的体现出来，因此具有良好的观赏性。且竹整张在生产开发过程中所浪费的材料较少，是一种十分环保、可持续发展的新型材料。
二、金属连接件分析
五金连接件可以将各种材料部件组装在一起，形成一体，具有结构简洁，接合牢固，拆装及更换便利，利于实现标准化设计等特点，符合竹材资源的有效利用和高效生产的要求。
五金连接件种类众多，可按照用途将其分类为功能五金与装饰五金两大类，其中又以功能五金为大类。以下只选取现代型材上应用较为广泛的一系列五金件进行分析。
偏心连接件种类较多，可分为一字型、异角度、直角型。其中一字型又可细分为三合一型、二合一型与快装式。三合一偏心连接件由偏心体、吊紧螺钉以及预埋螺母组成，安装时不需要直接与板材相接合，而是利用预埋螺母与板材的接合达到强度固定的目的，且其拆装次数也并不受限制，被广泛应用于竹集成材家具生产中。③
杯状暗铰链属于活动连接五金件，主要由铰杯、铰连杆、铰臂以及底座组成。在成品中，可分为铰链本体和底座两部分。杯状暗铰链种类繁多，竹集成材板式家具中，用直角型暗铰链为多，但也存在异角度铰链，可根据承载重量不同、角度不同进行选择。
倒刺螺母利用尼龙等工程塑料在压力下会变形而不破坏的性质，由筒内拧入螺钉，套筒发生径向膨胀，使得其加以固定在基材中。其中尼龙倒刺最为常用。④
角码连接一般采用螺钉加以辅助，其接合强度很高，但是由于角码在安装上会暴露在外，在一定程度上会影响竹制家具的美观性。另外由于采用螺钉加固，因此家具可拆装，但不能多次拆装，会影响产品的稳固性和安全性。
五金连接件种类众多，且同一种连接件又有不同种规格型号区分，适应了在工业化生产水平高度发展的社会。
三、金属连接件在竹产品上的应用
随着生产一体化和流水线的发展，传统连接方式严重限制了竹制品的生产发展，因此在现代竹制品中，也开始使用金属连接件代替传统连接部件。经过生产及使用实践表明，五金连接件不仅可以对竹制品进行更有效的加固，而且可以进一步促进其生产一体化、可拆装化。
受传统因素影响，竹制品专用连接五金件较少，主要由木制品生产借鉴而来。
因此基于生产标准化的竹制品连接件的研究与开发刻不容缓。结合现代工艺生产以及竹制品部件特点，应满足下列要求：
1.工业社会高效生产和标准化是投入使用的衡量戒尺之一。竹产业生产规模受此影响较大，以至不能更大范围发展，因此竹制品连接件应基于生产标准化，以便于竹制品的生产加工以及后续零部件更换。
楠竹小茶几是一块多层竹平压板加工生产而来，柜腿纹路纵横差异明显，是竹材拼接的体现特征之一，但在桌面上保留了部分传统的榫卯特征，是传统与现代文化差异的碰撞与融合。此外的主要連接件为基于生产标准化的304不锈钢螺丝。茶几安装金属零件简单规范，提高了产品的生产效率，又便利了后续零部件的购买与更换，顺应了时代发展的趋势。
2.金属件应保证结构强度，使竹制品各部件的连接能够牢固可靠，确保产品的使用安全并增长其使用寿命。
此楠竹斗柜可根据所需，选择长短柜腿，自由排列组合，富含灵活性。是竹集成材通过裁切、打磨等工艺加工而成，产品表面呈现明显的等宽竹片排列，纹路清晰平整，是竹平压板的体现，使得该产品作为基础收纳仍然具有较好的观赏性。设计师在产品的安装上简化了流程，提前在高柜腿内嵌入螺钉，并与柜底的螺纹相适，不仅可以促使产品包装的扁平化，还便利了运输携带，满足消费者的自主安装心理。并且斗柜的底部增加了五金底座和螺钉进行加固强化，在保证金属件结构强度，确保产品的使用安全的同时，又增长了产品的使用寿命。
3.在生产标准化的条件下，尽可能做到结构简单，可多次拆卸，使得消费者在购买使用时能够自主安装使用，提高装配效率。
此衣帽架的零部件共有10个，但在拆分包装下所占用的空间较少，便于运输。产品的整个结构较为简单，可多次拆卸，提高了消费者的自主安装积极性。衣帽架在加工工艺上细致光滑，部分采用匠人切割，手工打磨上漆的手法，保留一定手作感，但在开孔安装上保证了生产的标准化，只要将相互连接的两个零件开孔对应，用内六角螺丝加以固定即可。设计师在分体上还引用了金属感较强的铝管进行侧竿的连接，不仅进一步促进了产品的拆卸安装，银白与竹原色的撞色还有别样的雅致。
4.在上述条件得以满足的同时，应尽量保持连接的美观，实用性与美观性并存，以达到结构和美观兼顾的效果，使竹制产品和谐统一。
PIY的NUDE衣帽架选材广泛，其中之一选用的是竹集成材。设计师沈文蛟在设计时借鉴了鲁班锁的结构，并成功把它运用到了衣帽架的连接上。NUDE衣帽架风格为极少主义，采用三长三短的竹材，加上竹材内螺丝进行加固，从整体来看却毫无金属连接件的痕迹，达到了实用与美观的高度结合，获得了红点至尊奖。
四、结语
我国在竹材利用上历史悠久，已成为国家的一张名片。但是由于竹材的构造与特性，加上结构应用较为原始，生产效率低，品种单调等，已无法满足现代社会发展情况。因此竹制品生产急需开发基于生产标准化的竹制品连接件，以达到提高生产效率，迎合现代工业发展的需求。
当前市面上五金连接件种类繁多，又可以细分为不同的规格和型号，这些不同规格和型号往往有不同和创新之处，说明五金件创新发展潜力较大，有利于基于生产标准化的竹制品连接件的研究开发。
现代竹材生产制作多立足于竹材本身的优良特性与多样化的加工方式，可根据实际情况取其所需，利用不同型材的特点与所呈现出的不同纹路，提高不同竹制品生产的可能性。在此基础上研究开发五金连接件，可以碰撞出更多的设计思维，进一步促进竹制产业的发展。
金属连接件在竹制品的应用是时代发展的必然方向。
★基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划（新苗人才计划）项目（项目编号：2019R412015）。
注释：
①李吉庆.新型竹集成材家具的研究[D].南京：南京林业大学，2005：9-14.
②陈玫琼，现代竹型材产品的设计特征分析[J].INDUSTRIALDESIGN工业设计，2019 （01）：98-99
③关惠元，现代家具结构讲座第四讲：板式家具结构——五金连接件及应用[J].家具，2007 （04）.
④聂文杰，竹集成材椅类家具五金连接的研究[D].南京：南京林业大学，2004：28-30.
