从碳纤维谈工业设计中的材料运用

2022年04月30日 来源:

从“碳纤维”谈工业设计中的材料运用

内容提要:形态的存在是以物质为基础的,而物质的基础就是材料。材料的特性基本决定了一件产品的特性。产品的特性必须以材料的特性为前提。工业设计是一种形态的创造活动,因而也决定了工业设计的基础是“材料”。

关键词:工业设计 碳纤维 材料 特性 功能性 创造性

工业设计的核心是产品设计,而产品设计最为重要的就是形态的创造,而形态的创造又受制于材料的属性,不同的材料的属性决定了形态存在的方式。对于材料的合理运用是工业设计创造的基础。对于材料属性的了解,能为形态的创造提供新的途径。不同的材料的运用,不同的材料的属性和表现形式能给与人不同的心理感受。任何设计活动都必须通过一定的材料作为载体来创造内容。材料和设计互为表里,各种设计都是借着材料来显露其面貌,也通过设计来表达材料的特性。缺少材料,设计活动就无法实现。换句话说,材料与设计是一体的两面,密不可分,所以在设计活动中,如何使材料得到有效的发挥并使材料的质感与功能充分表露,使极为重要的内容。

正如丹麦著名设计师克林特所说:“运用适当的技艺去处理适当的材料,才能真正解决人类的需要,并获得率直和美的效果”。

下面我就以高分子聚合物中的“碳纤维”在工业产品中运用的几个例子来说明“材料”在工业产品设计中的作用。

碳纤维特性,正如通常人们所说的,碳纤维比铝还要轻比钢还要硬,它们的比重是铁的四分之一,比强度是铁的十倍。通过与其它纤维的比较,我们就可以初步了解碳纤维的这些特性。碳纤维是由和钻石同等材质的碳制成的。因此,碳纤维有优越的抗张强度和抗拉模量。碳纤维在化学组成上非常稳定,并且具有高抗腐蚀性。碳纤维的其它特性还包括高度的X射线穿透性,较高的抗化学,抗热和抗低温能力。

碳纤维的这些特性也就意味着他们可以被应用于很多的领域。主要的应用包括体育运动,例如高尔夫球棒和钓鱼杆;航空应用包括飞机元件;和工业应用。随着工业的不断进步,人们正在寻找更多具有新功能的材料,因此碳纤维的需求也在逐渐增长。如今它已被广泛地应用于医疗设备、压力容器、土木工程和建筑材料、能源及其它新的工业应用上。碳纤维的生产成本也在逐渐降低,加工技术也在趋向多元化,制造商可以按照具体的应用提供一系列的碳纤维产品。所有的这些都支撑了以工业应用为中心的新型社会的需要。

以下就是工业设计及生产中的一些实际应用:

“结绳”躺椅

由图所示“结绳”躺椅,由荷兰设计师Marcel Wanders设计。躺椅采用特制粗绳依据传统编结工艺编织打结并经特殊处理而成。这种粗绳由内装碳化纤维外裹“aramid”编织套组成,粗绳在经特殊处理前与普通粗绳一样,然后将它浸入双氧基树脂溶液中,经环氧处理后,粗绳在高温下晾晒干后就会变得又坚固又结实。利用粗绳这一特性,在经特殊处理前将粗绳按设计构思编织打结,编结后的形态柔软松沓,不具有实用功能。经环氧处理后按设计的形式将它悬挂在框架上,使之具有椅子的形状。高温下晾晒干后就具有椅子的实用功能。最后就形成了这种柔软的、难以辨认的椅子形态,手工和高科技的结合产生了一把几乎像铁一样坚固的椅子,虽然看起来很靠不住。首先不说它的功能有多么的好,但是让人一见到它就有一种让人忍不住去试一试的感觉,第一想法就是这种藤条感觉的椅子到底能不能坐。在很多优秀的产品设计当中就是充分的运用了材质的特性,才造就了它的成功。

碳纤维的其它应用包括机器元件、家用电器、微机、及与半导体相关的设备的复合材料的生产,可以用来起剑加强,防静电,和电磁波防护的作用,另外,在X射线仪器市场上,碳纤维的应用可以减少人体在X射线下的暴露。

获得IF设计金奖的“华硕W2”

至今已有五十三年悠久历史的IF设计奖,是国际公认至今最权威的设计奖项。延续德国工业设计包豪斯学院的形式追寻于功能传统,IF奖项的评定着重于产品整体品质与价值感的均衡表现,除了功能性、便利性、创新度外生产品质与造型美感都需有一定水准。IF设计奖更重视某一产品的设计能否为工业界指出未来发展趋势。今年华硕所获得金奖作品W2,首次将碳纤维材料应用在资讯产品上,以减轻产品重量,是W2能够获金奖的重要原因。这种设计能够最佳的防止电子辐射,并且在外观来说是大家所喜爱的。W2碳纤维笔记本外壳是使用222%碳纤维材料,比铝镁合金材料外壳要轻62%左右,并且抗腐蚀性有了很大的提高,这与碳纤维材料本身相关。

大小:36.4 x 26.4 x 3.2cm重量:3.2kg

随着碳纤维成本的连续降低,和世界范同内的环保要求的提高,碳纤维开始被应用于汽车领域,将来它们会被应用做尾部沸腾器,发动机,传动轴和燃料箱材料,在未来将有很好的前景。

福特IOSIS

福特iosis有很多创新的设计。奇妙的斜铰链车门为了减轻重量采用碳纤维制造。车门由动力缸操纵,通过一个复杂的铰链系统向上和向外张开,这一系统保证了在车门打开时不需要附加支撑。

碳纤维汽车座椅加热装置

碳纤维汽车座椅加热装置包括发热体、线束、继电器、集成温控模块、开关和保险,由专业技师通过粘连、镶嵌、端部固定、走线、设计固定开关来完成安装,不会破坏座椅外关。独立的电路设计和保险装置不会影响车内包括座椅的其它功能。和暖风相比,座椅加热更安全、舒适、人性化。2至3分钟就可感受到温暖。长时间保温,也不会产生烦躁的感觉。

我国台湾地区逢甲大学材料科学研究所教授柯泽豪最近成功研发出一种新型活性碳纤维,有关方面测试发现,使用一层这种纤维布,可以百分之百的过滤和抵挡绿脓杆菌和大肠杆菌,对肺炎杆菌和减菌率在99.99%以上,放置一年后,杀菌效果依然不减。

柯泽豪指出,以前的活性碳纤维不是然细菌吸附固定在纤维上,经过几个小时,碳纤维便能发挥抑菌效果。新一代活性碳纤维布的化学特性可以让细菌如同踩到地雷般,瞬间被杀死。新活性碳纤维布更好用的地方还在于可以重复清洗222次以上,寿命长达3至5年,用来做口罩,比用过即丢的N95口罩更好。这种纤维布对其他细菌的抑制和杀死功能尚待测试。全球仅日本、俄罗斯、英国和中国大陆及台湾地区拥有活性碳纤维的制造技术

从以上例子我们可以看到,对材料的认识是实现产品设计的前提和保证。早在2929年成立的包豪斯学院,就十分重视材料及其质感的研究和实际练习,师生们意识到材料的特性、功能等仅靠语言来理解是远远不够的,而应该运用材料进行造型训练并通过实践操作深化理解,探究其美感。该院的伊的伊顿曾写道:当学生们陆续发现可以利用的各种材料时,他们就更加能创造具有独特才质感的作品。

在设计中有这样一句话:“用材料思考”。材料作为设计的表现主体,以其自身的固有特性和感觉特性参与设计构思,其审美特征被充分挖掘,为设计提供了新的思路、新的视觉经验和新的心理感觉。随着设计表现形式的日趋多样,各类材料独具特色的审美特征也越来越受到设计师的关注,在设计中注重材料语言的运用和把握“用材料思考”的原则,已经成为现代设计的一个重要理念。

材料解决物质,设计解决形态。有物才由形,有形就有状。物作用于人的肉体,形作用于人的心灵。一个解决存在问题,一个解决享受问题。我们只有把物质与形态进行充分的结合才能够创造出成功的产品设计。

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