硕士学位论文-基于木材材质特性的桐木家具设计研究.pdf

河南农业大学 硕士学位论文 基于木材材质特性的桐木家具设计研究 姓名：李江晓 申请学位级别：硕士 专业：森林经理 指导教师：李若凝 20090501 摘要 泡桐是我国短周期定向工业刚材林重要的栽培树种之一也是我国轻软木材中材质较优的木 材，广泛应用于家具制造方面。本文在对泡桐木材质特性以及传统家具结构进行系统分析的基础 上，提出了无胶熬尾榫可拆装结构的家具设计方式，并且对泡桐箱体式家具结构的稳定性、强度、 耐久性、零部件间接合力的强度进行对比试验分析，实验结果证实无胶燕尾榫不可拆装结构满足 家具基本使刚性的要求。泡桐术箱体式家具可以采用无胶燕尾榫可拆装结构进行设计与生产制造。 此研究对泡桐木家具的开发设计和生产实践具有一定的指导作用。同时本论文的研究成果对其它 人工速生材实木家具的开发设计和生产制造，以及对实木家具结构强度设计的研究具有一定的示 范指导作用。 1 ) 系统分析了泡桐材质特性。综合分析可知：泡桐材色较浅，木纹流畅大方、井然有序、轻 松自然；易经漂白、染色加工制成人造红木、人造珍贵木材等效果；无特殊气味可制成各种用 途的家具；可以吸收紫外线，义能反射红外线，可以大大减轻眼睛的疲劳程度；强重比较高，适 于制作要求术材轻而强度相对人的某些制品；具有人体较适应的冷暖感：于缩湿涨性较小；有良 好的吸湿和解湿功能，能够自动调节室内空气的干湿度；吸声、隔音效果好，能够平衡整体空间 的环境音；加t 性能较好，是良好的家具制作材料。但泡桐材质疏松，握钉力低，易被金属等腐 蚀等特点，使家具零部件间不宜采用连接件接合，因此可拆装结构。 2 ) 找出了传统家具结构形式存在的弊端。传统泡桐家具榫卵结构种类极多、结构复杂，无法 满足家具设计要在材料、结构、加1 ：i ：艺、产品流通等方面与现代社会需求、先进生产装备、先 进技术保持基本一致的要求。不利丁家具的维修和回收、循环利用。 3 ) 结合泡桐小材质特性与现阶段泡桐家具的结构形式，提出不加胶燕尾榫的可拆装泡桐木家 具新型结构形式，即家具零部f ，i n 造采刚板式零部件或框架接合的形式，如小框嵌扳和木框镶板 结构，而部f ，l ：之间的连接结构划为框式或板式。考虑用各种插接结构将零部彳， ：纽装而成的、可以 反复拆卸和安装的无连接件拆装家具；而部件或零件问采用传统的榫接合以及少量的钉接合、连 接件接合、胶接合。 4 ) 通过家具结构强度检测，测定加胶与无胶燕尾榫不可拆装结构家具稳定性、强度和耐久性， 并得出以卜结论：加胶燕尾榫不可拆装家具各个部件的横纹抗拉强度一般只受榫头斜角部分的倾 角大小、胶层的胶合强度和榫头术材的抗挤压强度的影响。无胶燕尾榫可拆装结构的横纹抗拉强 度除与梅头斜角部分的倾角人小有犬外，只与榫头木材的抗挤压强度有关。 5 ) 进行对比分析并证实无胶然尾榫可拆装结构满足家具基本使用性要求。泡桐木箱体式家具 可以采川无胶然尾榫可拆装结构进行设计与生产制造。 关键词：泡桐材性家具结构拆装燕尾榫设计 s t u d yo np a u l o w n i af u r n i t u r ed e s i g nb a s e do n t h e i rm a t e r i a lw o o d p r o p e r t i e sa n d c h a r a c t e r i s t i c s a b s t r a c t ：t h ep a u l o w n i ai so n eo ft h ei m p o r t a n tc u l t i v a t e dt r e es p e c i e sf o rt h e s h o r t c y c l e o r i e n t e dt i m b e ru s e si no u rc o u n t r y 。b u ti t i sa l s oab e t t e rm a t e r i a li n1 i g h t s o f tw o o dl u m b e ri nc h i n a ，p a u l o w n i a i sw i d e l yu s e di nf u r n i t u r em a n u f a c t u r i n g 。b a s e do n t h ea n a l y s i so fc h a r a c t e r i s t i c so fp a u l o w n i a 。t h es t r u c t u r e so ft r a d i t i o n a lf u r n i t u r e a sw e l la st h es t a b i l i t y ，s t r e n g t h 。d u r a b i l i t ya n dt h ej o i n ts t r e n g t ha m o n gc o m p o n e n t s o fc a b i n e tf u r n i t u r ea r em a d eo fp a u l o w n i a ，t h i st h e s i sp u t sf o r w a r dad e t a c h a b l e n o n g l u ed o v e t a i lf u r n i t u r ed e s i g n 。w h i c hw o u l db eac e r t a i ng u i d i n gr o l et ot h e d e v e l o p m e n ta n dm a n u f a c t u r i n go fp a u l o w n i af u r n i t u r e t h er e s u l t so fr e s e a r c h a l s op r o v i d e r e f e r e n c ef o rt h ed e v e l o p m e n ta n dm a n u f a c t u r i n go fo t h e ra r t i f i c i a lf a s t g r o w i n gw o o d a sw e l la sf o rt h es t r u c t u r a ls t r e n g t ho fs o l i dw o o df u r n i t u r ed e s i g n 1 ) p a u l o w n i aw o o dp r o p e r t i e sw e r ea n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y ：p a u l o w n i ah a sa1 i g h t e rc o l o r a n das m o o t h 。o r d e r l y 。n a t u r a lg r a i n ：i ti se a s yt ob eb l e a c h e ds ot h a titc a nb ed y e d a sm a n m a d em a h o g a n ya n dm a n m a d ee b o n y ，e t c ：b e c a u s ei th a sn os p e c i a lo d o r ，i tc a nb e m a d ei n t of u r n i t u r ef o rv a r i o u su s e s ；i tc 印a b s o r bu l t r a v i o l e tr a y s ，w h i l er e f l e c t i n f r a r e dr a y s ，s oe y ef a ti g u ec a nb eg r e a t l yr e d u c e d ；ith a sah i g h e rs l r e n g t hw e i g h tr a t i o ， s oi ti ss u i t a b l et os o m eu s e sw h i c hr e q u i r el i g h t e rw o o dw i t hr e l a t i v e l yh i g h e ri n t e n s i t y ； i th a sag o o ds e n s ew h i c hi sf i tt oh u m a nb o d y ：i th a sl o ws h r i n k a g e ：i ti sg o o da tw e t t i n g a n du n w e t t i n g ，c a na u t o m a t i c a l l ya d j u s tt ot h e i n d o o rh u m i d i t y ；i th a sg o o ds o u n d a b s o r p t i o na n di n s u l a t i o n ，a n dc a nb a l a n c et h eo v e r a l ls p a c es o u n de n v i r o n m e n t ：i th a s g o o dp r o c e s s a b i lit ya n di sg o o dm a t e r i a lf o rf u r n i t u r em a n u f a c t u r i n g d u et ot h ep a u l o w n i a s f e a t u r e so fl o o s et e x t u r e ，l o wp o w e ro fg r i p p i n gn a i l sa n dl i a b l ee r o s i o nb ym e t a l s ，t h el i n k a g e sa 陀u n f i t a m o n gt h e f u r n i t u r ep a n sa n dc o m p o n e n t s t h u sa s s e m b l i n ga n dd i s a s s e m b l i n gs t r u c t u r ec a l lb e 2 ) a na n a l y s i so ft h es t r u c t u r eo f t h et r a d i t i o n a lf u r n i t u r eh a sc o n c l u s i o n sa s f o l l o w i n g ：t r a d i t i o n a lp a u l o w n i af u r n i t u r eh a sm o r t i s et y p e s ，e x t r e m e l yc o m p l e xs t r u c t u r e ， a n di t i su n a b l et om a i n t a i nt h er e q u i r e m e n t sf o rf u r n i t u r ed e s i g ni nt h em a t e r i a l ， s t r u c t u r e ，p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y 。p r o d u c td i f s t r i b u t i o ni na c c o r d a n c ew i t hn e e d si nm o d e r n s o c i e t y 。a d v a n c e dp r o d u c t i o ne q u i p m e n t 。a d v a n c e dt e c h n o l o g y ，w h i c hi sn o tc o n d u c i v et o t h em a i n t e n a n c ea n dr e c y c l i n g 3 ) w h e nt h en e ws t r u c t u r eo fp a u l o w n i af u r n i t u r ei sd e s i g n e d ，p a n e l so rf r a m e w o r k s a r eu s e di nf u r n i t u r ep a r t sm a n u f a c t u r i n g ， s u c ha st i m b e rf r a m eb a t t e np l a t ea n dt i m b e r f r a m ep a n e l ：c o n n e c ti n gf r a m ea m o n gp a r t sc a nb ef r a m eo rp l a t e e v e na llk i n d so fp l u g i n s t r u c t u r e sc a nb ec o n s i d e r e dt om a n u f a c t u r ef u r n i t u r ew h i c hi sa s s e m b l e df r o mp a r t sa n d c o m p o n e n t sa n dc a nb er e p e a t e dw i t h o u tt h ed e m o l i t i o na n di n s t a l l a t i o no ff u r n i t u r e c o n n e c t o rd i s a s s e m b l y a n da m o n g p a r t st h a tt r a d i t i o n a lm o r t i s ej o i n t sa n das m a l la m o u n t o fn a i1j o i n t ，c o n n e c t o rj o i n t ，g l u ej o i n tc a nb eu s e d 4 ) t e s to ft h es t a b i1it y ，s t r e n g t ha n dd u r a b i1it yo fn o n d e t a c h a b l es t r u c t u r e f u r n i t u r ew it ha n dw i t h o u tg l u e dd o v e t a ii s c o m p r e s s i o np e r p e n d i c u l a rt og r a i nt i m b e r m e m b e ro fn o n d e t a c h a b l es t r u c t u r ef u r n i t u r ew i t hg l u e dd o v e t a i l si so n l yi n f l u e n c e db y t h et e n s i l es t r e n g t ho ft h eg e n e r a lp a r to ft h ei n c l i n a t i o na n g l e ，b o n d i n gs t r e n g t ho f l a y e r sa n ds t r e n g t ho fa n t i e x t r u s i o no ft e n o n s c o m p r e s s i o np e r p e n d i c u l a rt og r a i nt i m b e r m e m b e ro fd e t a c h a b l es t r u c t u r ef u r n i t u r ew i t h o u tg l u e dd o v e t a i l si so n l yi n f l u e n c e db y t h et e n s i l es t r e n g t ho ft h eg e n e r a lp a r to ft h ei n c l i n a t i o na n g l ea n ds t r e n g t ho f a n t i e x t r u s i o no ft e n o n s t h r o u g ht h ea n a l y s i si tc a nb ep r o v e dt h a tn o n d e t a c h a b l e s t r u c t u r ei sa b l et os a t i s f yt h eb a s i cu s eo ff u r n i t u r e p a u l o m a i ac a s ef u r n i t u r ec a n u s ed e t a c h a b l es t r u c t u r ew i t hn o n g l u e dd o v e t a i l sf o rd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g k e yw o r d s ：p a u l o w n i a m a t e r i a lc h a r a c t e r i s t i c s f u r n i t u r es t r u c t u r er e m o v a b l es t r u c t u r e d o v e t a i lj o i n t s d e s i g n 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书 学位论i 基于木材材质特性的桐木家具设计研究 文题目- i 羞篓l 五凌j级别l 磊恨j 学生 姓名 学位论文 是否保密 李江晓 霉翌l 森林经理薹鎏l 李若凝 姓名 l 中创械 否 l 如需保密，解密时间年月 日 独创性声明 本人呈交论文是在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果，除了文中特别 加以标注和致谢的地方外，文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包括为获得河南农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，指导教师 对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了 明确的说明，并表示了谢意。 特此声明。 研究生签名：笏；吮 ， y 日期：砷年多月i1 日 导师签名：钴歉 日期：。歹年占月l 旧 学位论文使用授权及知识产权归属承诺 本人完全了解河南农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须按照学 校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷本和电子版 本，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编 学位论文。本人同意河南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。 本人完全了解河南农业大学知识产权保护办法的有关规定，在毕业离开河南 农业大学后，就在校期间从事的科研工作发表的所有论文，第一署名单位为河南农业 大学，试验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河南农业大学所有，否则， 承担相应的法律责任。 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。 研究生签名彦争翩躲锄搬院领导躲 1 9 期：川年f 月i ff t同期：砷年f 月1 1 日日期：黼年厂月i y r圈 致谢 本论文是在导师李若凝老师的悉心指导下完成的。从论文的选题、实验方案的制 定、实施及论文的撰写无不倾注了大量的心血和精力。李若凝老师以其丰富的专业知 识、严谨的治学态度和科学的思维方法，使我受到平生最大的效益。在三年的研究生 学习过程中，李若凝老师在学习上，给予7 我莫大的帮助。在此特向导师表示最衷心 的感谢。 本论文的完成得到了国家林业局泡桐研究开发中心的常德龙老师、北京林业大学 材料学院的张亚池老师以及河南农业大学林学院的杨亚峰老师的指导和建议；在论文 选题、实验方案的确定、实验实施、分析的过程中，特别感谢杨亚峰老师的大力支持 和帮助。在此论文完成之际，作者在此一并表示深深的谢意。 此外在研究生三年的学习期间，对河南农业大学林学院的悉心培养以及各位老师 的关心、指导也致以衷心的感谢。 最后，还要感谢我的单位和家人这三年来他们在物质上的帮助和支持，更主要的 是他们不断的给予我精神上的鼓励和安慰。在此对他们表示由衷的感谢。 1 文献综述 1 1 研究背景 泡桐是我国短周期定向j f ：业川材林亟要的栽培树种之一，也是我国轻软木材中材质较优的木 材，广泛廊川- 丁家具制造方面。 随着我国泡桐小加l ：业和泡桐术综合利用的不断发展。泡桐产品的利刚范同和附加值得到了 逐步的提高。特别是进入2 0 0 0 年以来，在我国加入w t o 的推动下，以泡桐术为原料的加：企业如雨 后春笋般兴起泡桐小加j l ：商品化和专业化的步伐不断加快。使泡桐速生、易丁形成资源优势的 特点迅速转化为商品优势变为现实。 同时，追求天然材料，崇尚返朴归真。维护生态平衡的消费观念在当今社会日益盛行，以实 木为主导的生态家具、环保装饰材料己普遍为人们所追求。然而，消费市场的旺盛需求和我国现 有的森林资源相对短缺、生态环境的不堪重负所形成的强烈反差的确令人困惑。由于长期的乱砍 滥伐导致可供开采、用来加j r 生产实术家具和装饰材料的天然林越来越少，而那些珍贵的用材更 是儿近枯竭。所以合理开发雨i 科学麻川入j i ：速生林是当前亟待解决的课题。而泡桐适应性强、生 长快、易于更新的生态优势完全符合小材的可持续利用原理。 以泡桐卜材为原料的泡桐小产品，不但国内需求量大。而且国际市场也很青睐。目前国内的 泡桐木市场，已经改变了过去以出口创汇为主、国内需求为辅的局面，形成了国内优质桐材供不 应求和难以满足国际桐材市场的新格局。在全球环境日益恶化和经济全球化的今天，泡桐以其特 有的生态价值和经济价值引起了全世界的普遍关注。 我国泡桐木资源较丰富，一般8 至1 2 年即成材，为泡桐木产业可持续发展提供了有力保障。但 我国的出i = 1 泡桐木家具制品中，制品造型单一，泡桐木家具在设计、制造过程中仍然延续传统单 一的榫胶结合方式以及品种、造型，严重阻碍了泡桐木家具行业的多元化发展。一直沿用的传统 的榫加胶接方式决定了家具在贮存、销售、运输时必须采用成品的形式，占用空间较大，给家具 的贮藏、运输及销售带来t t l 大的不便，同时增加了家具产品的成本，使其产品附加值一直处于 较低水平，冈而，如何改善泡桐本家具制品的结构。提高泡桐木家具产品的附加值，一直是国内 有关泡桐术家具出1 3 企业面临的课题。尤其在泡桐木家具生产制造过程中，如能够有效利用泡桐 木材质特性，改善泡桐术家具产品造型、连接结构简化泡桐木家具生产工艺过程以及拆装、运 输、贮存过程，在充分利朋我国泡桐术资源、廉价劳动和先进设备的三大优势的前提下，必将为 泡桐木家具行业带来新的转机 2 1 2 研究现状 1 2 1 泡桐资源现状 泡桐材也是我国轻软木材中材质较优的木材，气干密度为0 1 9 - o 4 0g c , 3 ，虽力学强度小， 但其仍具有许多优良特性：速生丰产、纹理美丽、色泽淡雅、尺寸稳定、材轻质优、不易变形和 翘曲、耐湿、隔潮、电绝缘性强、导热性低、耐腐蚀性强、易自然干燥、音波传导良好，易加工 等，因此，。泛应用于家具制造方面。据调查，2 0 0 0 年以前，仅台湾生产的泡桐木质家具就占日 本市场的3 8 。泡桐术制家具除日本市场极为畅销外，在西欧亦有一定的市场，但与日本相比，用 料不很讲究，制作一般。开发西欧及美国市场高档泡桐木家具制品亦大有潜力。 近年来我国家具企业数量、年产值、出口额都在高速增长，国内外家具市场潜力很大。实木 家具以其色泽、纹理、环保、环境凋：r i 性好等优点始终占据着高档家具市场。随着家具市场的迅 速发展，小材消耗域也随之增k 。我国天然林资源正在迅速减少，人工速生林因其生长迅速已广 泛种植。目前我国人j i ：林面积已达剑5 3 0 0 万i l m 2 ，居世界之首。人工林单位面积蓄积量由第二次 全国森林资源清杏时的2 2 。0 9m ： h m 2 ，增长到第六次森林资源清查的2 8 4 0m 3 h m “玎，为实木家 具生产提供了持续的木材来源。 随着天然林木材资源的枯竭，人们开始研究泡桐木在中高档家具生产中的运用。在当代，泡 桐木家具己被定义为绿色环保家具。泡桐木家具之所以定义为绿色家具，其一是因为其用材自然 天成，是非人造材料：其二是泡桐为速生人工林，泡桐的开发符合生态平衡和可持续发展的原则； 其三，泡桐术家具通过打腊抛光，可以不使用有机溶剂型涂料，冈此不会污染环境；其四，泡桐 木家具在使川后的废弃物可以作为新材使川3 1 。因此，泡桐术家具符合当代人返朴归真的时尚潮 流，给消费者营造白然健康、安全环保的家居环境。此外，对于生产企业来说还可以节省原材料 成本，提高产晶经济效益。 1 2 2 泡桐材研究现状 ( 1 ) 泡桐改性研究现状 泡桐材是我国轻软小材中材质较优的术材，虽力学强度小，但其仍具有许多优良特性：速生 丰产、纹理美丽、色泽淡雅、尺寸稳定、材轻质优、不易变形和翘曲、耐湿、隔潮、电绝缘性强、 导热性低、耐腐蚀性强、易白然干燥、音波传导良好，易加工等。目前针对泡桐小材性方面的研 究与开发的热点问题较多，主要包括泡桐材色变异规律的研究、泡桐木材的表面强化处理研究、 泡桐术防腐处理技术、泡桐术阻燃研究等。例如中国林业科学研究院木材工业研究所成俊卿等所 作的泡桐属术材的性质和川途的研究，较为系统全面的分析论述了泡桐材的解剖特性、化 学性质、物理性质、力学性质以及j l ：艺性质，并在明确其构造、性质的基础上通过实验研究及生 产上的使刚经验总结出泡桐术的各项性质与剧途；胡伟华作的泡桐木改性处理技术研究综述“1 介绍了对泡桐术变色的不同看法；对现有的防止泡桐木变色和变色后泡桐木处理方法的优缺点加 3 以概述：对泡桐水改性方面的最新研究一一泡桐木表面强化技术和光泡桐木的阻燃研究技术作了 介绍并阐明了泡桐术改性发展的趋势 针对泡桐木易变色的特点，热点问题包括泡桐木材色变异规律的研究，如常德龙、陈玉和、 胡伟华等作的泡桐材变色类承的确定及变色真菌的鉴定： ，对泡桐材变色类型的研究表明， 泡桐材变色存在着真菌变色。中国林业科学研究院常德龙的真菌致泡桐木材变色机理治技术研 究主要从微生物的角度对泡桐术材变色进行了研究，揭示泡桐木材在微生物作用下。发生降 解生成变色物质的变化历程，阐明泡桐术材变色机理，为防止各种变色物质的形成切断渠道，为 泡桐木材变色的防治提供重要的科学依据。 针对泡桐木材质疏松、力学强度不高所进行的单板层积材及表面强化处理研究，有中南林学 院的龙传文、魏开锟作的脲醛树脂泡桐单板层积材的生产工艺7 1 对以兰考泡桐旋切单板和脲 醛树脂胶为原料制造单板层积材的工艺进行了研究。结果表明，热压温度为1 3 0 ，热压时间为1 4 r a i n r a m 板厚，双面涂胶量为3 8 0g m 2 ，泡桐木单板层积材的物理力学性能良好，各项性能指 标均可达到室内朋材要求。刘喜明，于再君作的采用脲醛树脂浸渍法提高泡桐抗弯性能n 1 以 树脂增重率米表示脲醛树脂的相对浸渍量，研究脲醛树脂浸渍量与泡桐抗弯强度的关系。结果表明： 泡桐的抗弯弹性模煞和抗弯强度在一定范围内随树脂增重率的增加而提高，经过脲醛树脂浸渍后， 泡桐的破坏极限有所提高，抗弯破坏过程瞿波动下降的特性。 在泡桐小防腐处理技术方面。有常德龙、宋湛谦、黄文豪作的 真菌对泡桐木材化学成分及 其结构的影响。对真菌引起的变色泡桐木材成分含量及其结构进行了研究对变色前后泡桐木材 化学成分分析及红外谱图( f t i r ) 和光电子能谱( e s c a ) 进行了分析。 针对泡桐木材色较浅、宜丁染色的特点，目前主要有陈玉和、陆仁书、杨洪义作的泡桐木 材仿红木染色j 【艺的研究坤1 对家具蚺面h j 单板进行染色实验。通过正交方法就木材染色主要因 素n a c l 、乙酸、染料浓度等和它们之间的交互作用对染色单板色差的影响进行了系统地研究，并 取得专利。东北林业人学陈玉和泡桐小材染色技术及表面活性剂作用机理的研究阳系统阐述 了木材染色理论与分析手段，用模糊聚类方法筛选出泡桐木材的适染染料，分析了影响泡桐单板 上染率的因素，通过止交实验得出泡桐单板仿红木色染色工艺，研究了表面活性剂对木材染色的 作用机理通过上染率、色著和浸润高度等指标，对2 2 种染料进行模糊聚类分析；8 种表面活性剂 对泡桐染色作用实验表明，阴离子和竹离子表面活性剂能促进_ 术材的润湿性和上染速率，渗透剂 o 的润湿性最好。表面活性荆通过疏水基吸附于木材孔隙上的疏水层，使亲水基向上，减小了染 液和术材的接触角，增加了润湿性；川化学分析光电子能谱和红外吸收光谱对表面活性剂在术材 染色中的作川进行了分析。杨虹林作的仿黑胡桃薄木的刨切与染色：亡艺介绍论述了仿黑胡 桃木染色技术是将泡桐、杨树等速生树种的木材，或进口的普通热带木材，刨切成厚度0 1 3 - - - 0 1 5 毫米的薄木，经过染色处理，染成接近天然糕胡桃木等珍贵木材色泽的加工技术。 f 2 ) 泡桐利川现状 当前芙丁泡桐术家具方面的研究主要有内蒙古农业大学的刘喜明所作的加杨和兰考泡桐家 具用材浸溃强化研究扣，以加拿人杨和兰考泡桐为试材，利用臼行设计的浸渍装置，进行树脂 4 增重率实验，在此基础上分析不同树脂增重率对未材尺寸稳定性和力学性能的影响，并结合浸溃 材显微分析阐述浸渍强化机理；戴向尔作的日本传统家具的选材与应用1 “ 中论述的有关日本 对泡桐木材的利刚情况研究；成俊卿作的泡桐属木材的性质和用途的研究1 1 等。河南民权县 木器厂从1 9 8 6 年8 月开始研制全泡桐术拉纹工艺家具。摸索出一整套生产全泡桐木拉纹工艺家具 生产工艺技术。采川拉纹二r ：艺，既使家具显示了泡桐木特色。又使拉出的纹理具有独特的魅力。 1 2 3 泡桐木家具现状 通过对河南省内安阳、商丘等地的几家泡桐家具加工厂的调查( 图1 ) 。总结泡桐家具凸显以 下几大特点： ( 1 ) 风格自然简洁 泡桐家具产品造型简洁、朴实大方、线条饱满流畅，多采用直线造型。最大限度地强调其功 能性，装饰和点缀较少。即使偶有装饰，也是理性节制范围之内n 们 ( 2 ) 结构简单 由于泡桐家具材质较为疏松，并且目前以出口为主要形式，所以家具结构除受到材质影响以 外，还受到进口国如日本等国的家具形式影响，以箱体类家具为其主要产品类型，结构较为简单， 多采用传统的榫胶结合方式或板式零部件和框架接合混合的形式 ( 3 ) 材质松软 泡桐属软材，而软材家具对榫卯结构的精度要求不是很高。软木榫眼，一般榫大眼小。用力 装榫并打入眼中。眼不裂而榫则压缩变小不会损坏。 ( 4 ) 绿色环保 泡桐材表面有大然丝绢光泽，可不使j h j 有机溶剂型涂料，减少环境污染环节。 ( 5 ) 部件结构大多不可拆装 泡桐家具零部f ，l ：制造多采用传统的榫胶结合方式或板式零部件和框架接合混合的结合形式， 部件结构大多不可拆装。少部分零部件借鉴了板式家具的经验。产品部件间的连接多使用偏心连 接件、倒刺螺母连接，以及各种铰链等五金件连接，形成可拆装结构。 ( 6 ) 以出口为主要形式 泡桐术家具在我国倍受冷落，川得较多的无非是装璜用木线条。泡桐木家具、泡桐木地板无 人闻津。这与泡桐的材质特性( 如变色、材质松软等) 、我国人民的生活习惯( 喜欢高型家具) 、 消费心理( 要求家具结实、经久耐1 4 t ) 有着密切的关系。因而泡桐家具以出口到喜好此类家具的 日本、韩国等地为土要形式。 此外，我国的出口泡桐小制i j ! i 中。真正上档次的不多附加值较低，甚至直接出口桐原木， 因而。如何提高桐术产晶的附加值。一直是国内有关泡桐术出口企业面临的课题；同时由于材质 松软，泡桐小家具住我国倍受冷落。如何改善泡桐材家具的力学强度、结构、造型，已成为能否 被本国人比认可的重要冈素：我国泡桐术家具在设计、制造过程中仍然延续传统单一的榫胶结合 方式以及晶种、造艰，严重阻谢了泡桐小家具行业的多元化发展。一直沿1 j 的传统的榫加胶接方 5 式决定了家具在贮存、销售、返输时必须采用成品的形式，占用空间较大给家具的贮藏、运输 及销售带来了很大的不便同时增加了家具成品的成本 随着社会的发展和科学技术的进步国际竞争的加剧人f 的物质及精神生活水平的提高， 对高质茸家具产品的要求日赫强烈家具制品的结构、强度和环保性设计日益受到家具的生产及 研究部门的重砚。泡桐家具的品种、造型、结构也亟椅改进，以适赢现代社会的发展 囤1 常见泡榈摩再类型 2 引言 21 研究的目的和意义 21 1 研究的目的 随着我国社会经挤的快速发展 1 人k 生活水平的提高，人们对宴木家具及制赫需隶量急剧增 加而我国是一个少林国家术材供需矛盾十分突出目前，我国实木制品的生产主要依赣进口 木材而进口术材价格的持续上涨培相关企业造成了极大的成本压力，使用国产速生 工林术材 是解决这一问题的有效办法。泡桐水是我国的主要速生林品种，民间银早就将泡桐木本材应用于 建筑rj 窗、家具制造等但 都采川手i 制造其产品也比较租糙，工业化利用早期主要是生产 胶台扳荦嘲术f 板等人造扳”。现在泡桐术制品以其清晰的纹理、明快的色彩、良好的生毒性 能己成为实水制晶中的新宠深受国际国内市场的喜爱应充分扩大其生产利用范围。 但驻国的山口泡桐术家具制品中制品造型单一，泡桐术家具在设计、制造过程中仍然延续 传统单一的榫腔结台方式以及品种、造型，严重阻碍了泡桐术家具行业的多元化发展( 例2 ) 。传 统的复杂加工工艺也不适应现在低成本高，效率的制作要求很多独具特色的部件和结构正在亍冉失。 只有善加利用才能把这种结构的神髓与现代相结合”。 围2 * 桐常见掉撬镕杓 本论文是在泡榈术寅于制作家具的材质特性基础上采用无连接件拆装式结构，无需胶接， 直接采用扳件卡接的方式使各零件互相插接后相吻合从而完成家具结构连接的方法。最终通过 家具力学强度检测检验其可行性。 根据泡桐术材质特性做出的无连接件快速拆装家具结构，改变了传统的榫加胶结合方式，为 泡桐木板材加j 与家具制造开辟新的方式，改善泡桐术家具在加工制造、贮存、销售、运输中的 形式实现泡桐木家具在储运过程中的集装单元化，降低运输成本和产品破损风险而且在物流 中心现场作业中也可人大提高装卸效率使白动化存储成为可能，使泡桐术家具在加工过程中摒 弃钉接的繁冗和胶接的污染，尽可能的保留其筠 色环保的特性。 2 1 2 研究的意义 ( 1 ) 丰富泡桐术家具结构造型，增加消费者的选择范围，从而带动消费心理的变化，即改变 “坚实耐用是家具质量的代名词”的传统，明确泡桐木材质在家具设计中的优越性。 ( 2 ) 提高泡桐木产品的附加值。改变家具的结构连接方式。从而简化家具的装配、运输、存 贮过程，节省人力物力。 ( 3 ) 改善泡桐木家具在加工制造、贮存、销售、运输中的形式，实现泡桐木家具在储运过程 中的集装单元化，降低运输成本和产品破损风险，而且在物流中心现场作业中也可大大提高装卸 效率，使自动化存储成为可能。 ( 4 ) 使泡桐木家具在加工过程中摒弃钉接的繁冗和胶接的污染，尽可能的保留其绿色环保的 特性。 ( 5 ) 为泡桐木板材加工与家具制造提供设计依据，同时也为速生材在家具制造中的利用做一 研究初探。 泡桐木作为窒内家具及高档装璜用材，有着其它树种无可比拟的优越性。如能正确解决泡桐木 材质特性与家具设计的关系，明确其在家具设计中的优越性，提高泡桐木产品的附加值，改变传 统观念的影响，必将使整个泡桐木家具市场出现新的转机。 2 2 主要研究内容、预期成果 2 2 1 本课题主要研究内容 ( 1 ) 泡桐小材质特性与家具设计的关系 泡桐小材质的环境学特性、物理化学特性、力学特性、加工特性对家具设计的方方面面均有 影响，主要表现在材色、术纹、密度，强度、渗透性、吸着水和自由水的吸取率、干缩性、共振 性质、热学性质、强度、耐磨性、干燥性、耐久性、电绝缘性质等等。 ( 2 ) 泡桐小家具结构分析 ( 3 ) 基丁泡桐小材质特性的无连接件装配结构家具设计 “) 泡桐术无连接中 ：装配结构与传统结构的力学强度对比 ( 5 ) 通过检验确定无连接什装配结构的可行性。 2 2 2 本研究的预期成果 ( 1 ) 改变泡桐家具的结构连接，半富其造型及加工形式 ( 2 ) 使泡桐家具加：j ：从传统的榫胶接合方式转变为卡接的快速拆装方式。 ( 3 ) 改善泡桐术家具在贮存、销售、运输中的包装形式，实现泡桐木家具在储运过程中的集 装单元化，降低运输成本和产品破损风险，提高物流中心现场作业的装卸效率，使自动化存储成 为可能。 8 ( 4 ) 使泡桐术家具在加一l ：过程中摒弃钉接的繁冗和胶接的污染。尽可能的保留其绿色环保的 特性。 2 3 泡桐木材质特性 材料是构成家具的物质基础。在家具材料的的选择上主要应考虑到加工t 艺性、质地和外观 质量、经济性、强度以及表面装饰性等冈索“。而材料的材质特性对以上因素有着重要的影响。 ( 1 ) 加：i ：j i ：艺性。泡桐材易丁加1 ：，这与泡桐材的解剖特性、物化特性、力学性能均有关联。 ( 2 ) 质地与外观质量，主要与泡桐材的解剖特性有关材料的质地和肌理决定了产品的外观质 量的特殊感受。泡桐小材属于天然材料，纹理自然、美观，形象逼真，手感好，且易于加工、着 色，是生产家具的上等材料。 ( 3 ) 经济性。家具材料的经济性包括材料的价格、材料的加工劳动消耗、材料的利用率及材料 来源的丰富性。木材虽具有天然的纹理等优点，但随着需求量的增加，木材蓄积量不断减少，资 源日趋匮乏人j t ：速生林冈其生长迅速已广泛种植尤其泡桐木制品以其清晰的纹理、明快的色 彩、良好的生态性能已成为实术制品中的新宠，深受国际国内市场的喜爱。 ( 4 ) 强度。这与泡桐材的解剖特性、物化特性和力学性能均有关系。泡桐材密度小、强度低， 但强重比较高，是轻型家具的良好埘材。 ( 5 ) 表面装饰性能。与解剖特性、物化性能均有关联。泡桐材上漆和染色性能较好，吸胶性良 好，油饰后光亮性好，经特殊烘烤i ：艺还可制成烧桐制品。 本论文就与以上儿方面有关的泡桐材质特性展开详细说明，并在此基础上分析泡桐家具的结构现 状并进行相应改进。 2 3 1 泡桐木材质的解剖特性 泡桐本是由细胞构成的天然生物材料，充满自然气息。木材的木色、花纹、年轮等，都富含 天然的美感和质感，能使入精神愉快。泡桐木材质的解剖特性主要表现在材色、木纹、密度、强 度、渗透性等等。这些特性影响到泡桐家具的表观感觉如：冷暖感、粗滑感、干湿感、软硬感等。 木材颜色的明度、色调、纯度及其纹理、树节、木材的早晚材管孔、生长轮之间的细胞以不太规 则的蜂窝状构造分布等视觉物理量与自然、美丽、豪华、温暖、明亮、轻重等心理量之间均具有 相关性m ，。 泡桐气干材新切面的材色一致，心边材无区别，横切面呈灰红褐或浅红褐色；但旧切面上心 边材的区别略明显，边材色浅，灰白色，仅宽1 2 轮。干的材面( 主为心材) 上往往出现黑褐色 斑块，俗称色斑，系泡桐材的化学变色缺陷。生长轮通常宽l 一4 厘米。泡桐材轮始处的木纤维含 量很少，比外部平均约少2 0 倍，所以宽轮的木纤维比量常比窄轮为高，导管比量则相反。初生木 质部的导管为径列复管孔或管孔径列，最初者最小( 原生木质部) ，以后增大，直至后生木质部。 紧接的次生术质部导管也往往减小，以后义增大n 1 。木材表面纹理是天然生成的图案，它是由生 i 9 长轮、木射线、轴向薄壁组织等解剖分子相互交织，且因其各向异性而当切削时在不同切面呈现 不同图案。这样的图案与以任意角度交义的图案相比，给人以整洁、稳重、流畅、轻松、雅致的 印象“钉。此外。由于受立地条件、生态环境因子和培育措施等的影响，木材图案在木材的不同部 位有不同的变化，给人以多变、起伏、运动、生命的感觉。 我们对家具的好恶完全取决于自己的感觉。由于家具与人类的密切联系，其感觉特性也显得 格外重要，其中视觉感知尤为重要与其它木材一样，泡桐木材的色调给人以美好的心理感觉， 可以增加温暖感、稳定感和舒畅感。泡桐木可以吸收阳光中的紫外线，减轻紫外线对人体的危害， 同时又能反射红外线，使人产生温暖感。泡桐木材除正反射之外，尚具有较强且各向异性的内层 反射，在光线的照射下，材质表面会璺漫反射或吸收部分光线，这样不但会使令人眩晕的光线变 得柔和，而且凹面镜内反射的光泽还有着丝绸表面的视觉效果1 。这种丝质般雅致的光泽叫做丝 绢光泽，柔和美观。此光泽的明显与否是衡量泡桐木材材质优劣的重要指标。质地疏软的光洁度 差。质地坚实的光沽度高。泡桐小纹由一些大体平行但又不交叉的纹理构成，给人以流畅大方、 井然有序和轻松臼然的感觉“。由丁卜纹图案受生长量、年代，气候、立地条件等因素影响，在 不同部位产生不同的变化，给人以多变、起伏、运动的感觉。另外，泡桐木材与金属、大理石等 材料相比，其眩辉对比非常小，可以人人减轻眼睛的疲劳程度钉。 此外，泡桐术材色较浅，易经漂向、染色加工制成人造红木、人造乌木等效果。因其无特殊 气味，可制成各种| h j 途的家具。 2 3 2 泡桐木材质的化学组成及特性 泡桐小材质的化学性质对家具制造过程中的保色、染色、涂饰、强度等方面的影响较大。 ( 1 ) 化学组成对材质的影响 构成术材的化学成分主为多糖类( 纤维素和半纤维素) 及木质素，其次是浸提物和少量的无 机物。术素的存在，小材表面组织的细微凹凸，能使光线散射，减少眼睛疲劳和损伤。木素还可 以吸收紫外线、反射红外线，从而减轻直射光线的刺激，使光线变得柔和。为人类提供良好的视 觉环境啪。 浸捉物填充丁细胞腔内，并渗透至细胞壁中。从构成木材成分的比例讲，浸提物只是少量成 分，同时并非胞壁构成必不可少的成分：可是它对木材材性和利刚的影响往往很大。泡桐材的浸 提物含量特别高，对“色斑”的产生、术材胀缩性，以及单体浸注、木材酸度等都可能有影响。 浸提物所释放出的小材芳香，能够使人性情舒畅，利于健康。 抽提物的存在，对碱性胶粘剂删化及胶合强度的影响不十分敏感，而对酸性胶粘剂则可能抑 制或加速胶粘剂的f i i i i 化速度。抽提物的存在对木制品油漆也有一定影响