（设计艺术学专业论文）造物“选”材·“适”之为良——产品设计中塑料工艺选择的适合性研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 中文摘要 塑料工艺包括塑料成型工艺、塑料加工工艺以及塑料表面处理工艺。产品 设计中塑料工艺的应用较为广泛，对塑料工艺的研究显得非常重要。本文创造 性地将塑料工艺置于设计学科的背景下进行研究。本文把“选”与“适”作为 切入点，从设计的角度出发，依托其它学科的相关知识，运用设计评价理论法、 比较论法、市场调研法、跨学科研究法等，阐述了适合性的理论体系，分析了 塑料工艺的适合性特点，并结合了产品设计中塑料工艺应用的案例，构建了产 品设计与塑料工艺选择的目标适合性评价体系。 全文从设计的内部因素产品的材料、形态、结构、表面要求、功能要 求等，以及产品的外部因素人、环境、社会、市场、文化等，展开论题的 研究。本文的研究目的在于，建立“产品设计中塑料工艺选择的适合性”理论 体系，并运用此体系来指导产品设计中塑料工艺的选择活动。 本文的基本架构及研究成果如下： 第一部分为本文的第一章和第二章。通过课题的提出、研究背景、研究目 的和意义、研究创新点的综述，从设计的角度提出了“适合性”的理论观点， 重点界定了本文的研究对象为“产品设计中塑料工艺选择的适合性”。 第二部分为本文的第三章。运用设计的理论知识，从工艺原理、工艺优缺 点、工艺用材、成型制品的特点几方面展开，创造性地分析了产品设计中塑料 工艺的适合性特性。 第三部分为本文的第四章，运用前文提出的适合性理论作指导，结合各种 塑料工艺自身的适合性特性，对塑料工艺“选”用的典型案例进行分析。 第四部分为本文的第五章，是本文的核心部分。对产品设计中塑料工艺的 选择途径进行了深入的分析；从产品的材料、形态、结构、表面要求、功能要 求，以及人、环境、社会，市场、文化等方面，建立了产品设计与塑料工艺选 择的目标适合性评价体系。 第五部分为本文的第六章，为本文的结论部分。主要对本文的研究成果、 研究思路、研究局限进行了总结，并且对其发展趋势进行了展望。 关键词：产品设计，选择，塑料工艺，适合性 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep l a s t i ct e c h n i c sc o m p r i s et h ep l a s t i cs h a p p i n gt e c h n i q u e , p l a s t u r g ya n d p l a s t i cs u r f a c et e c h n o l o g y t h eu s eo fp l a s t i ct e c h n i c si sm o i r ea n dh l o r l ：w i d e l y , a n d t h er e s e a r c ho fi ti sv e r yi m p o r t a n t t h ep l a s t i ct e c h n i c si sr e s e a r c h e du n d e rt h e b a c k g r o u n do fd e s i g ns u b j e c i t h ea e t i v i t yo fd e s i g nl n u s tr e g u l a t et h ec o n n e c t i o n b e t w e e nt h ei n n e rf a c t o ra n dt h eo u t e rf a c t o r , a n d 仃yt om a k et h e ma d a p tt oe a c ho t h e r o nt h ev i e wo fd e s i g n ，b a s i n go nt h ec o r r e l a t i v ek n o w l e d g eo fo t h e rs u b j e c t s ，u s i n g t h em e t h o d so fd e s i g ne v a l u a t e , m a r k e tl r c s c a l c h ，v a r i o u ss u b j e c t s ，t h et h e s i s r c s e a l c h e $ t h e “f i m e s s ”o ft h es e l e c t i n go fp l a s t i ct e c l m i q u ei nt h ef i e l do fd e s i g n t h et h e s i sc o m m e n c e st h er e s e a r c hf r o mt h et w oa s p e c t s , t h ei n n e rf a c t o r - t h e m a t e r i a l ，s h a p e ，f r a m e ，c x t e m a lr e q u i r e ，f u n c t i o no fp r o d u c t , t h eo u t e rf a c t o r - t h e h u m a n , e n v i r o n m e n t , s o c i e t y , m a r k e t , e t t l t u r c t h ei n t e n t i o no ft h i st h e s i sj st of o u n d t h e o r e t i c a ls y s t e mo f “f i t n e s s ”o ft h es e l e c t i n go fp l a s t i ct e c h n i q u ei nt h ef i e l do f d e s i g n , a n di n s t r u c tt h es e l e c t i n gm a t e r i a lo fd e s i g n t h ea c l a i c v e m e n t sa n dk n o w l e d g es t r u c t u r eo ft h et h e s i si sa st h ef o l l o w i n g s t h ef i r s tp o r t i o ni st h ef i r s ta n dt h es e c o n dc h a p t e r i tb r i n g sf o r w a r dt h es u b j e c t a n da n a l y s e st h eb a c k g r o u n do f 坤s e a r c h t h ei n t e n t i o n ，t h ei n n o v a t i o n t h e ni tb r i n g s f o r w a r dt h et h e o r e t i c a ls y s t e mo f “f i t n e s s ”a n dd e f i n e st h es u b j e c ti n v e s t i g a t e d - t h e f i t n e s s o ft h es e l e c t i n go fp l a s t i ct e c h n i q u ei nt h ef i e l do fd e s i g n t h es e c o n dp o r t i o ni st h et h i r dc h a p t e r u s i n gt h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g eo f d e s i g n , t h et h e s i sa n a l y s e st h ec h a r a c t e ro ft h ep l a s t i ct l a e c n i c so fi t s e l ff r o mm a n y a s p e c t s ，t h ep r o c e s sp r i n e i p l e ，t h eg o o dp o i n t sa n db a dp o i n t so ft h e c n i c s ，t h em a t e r i a l a n dt h ec h a r a c t e ro f p r o d u c e t h et h i r dp o r t i o ni st h ef o r t hc h a p t e r u n d e rt h ec o n s t r u c t i o no ft h et h e o r y “f i t n e s s , c o m b i n i n gt h ec h a r a c t e ro ft h ep l a s t i ct e c h n i c so fi t s e l f , i ta n a l y s e st h e t y p i c a lc a s e s o ft h ea p p l i c a t i o no fp l a s t i ct e c h n i c s t h ef o r t hp o r t i o ni st h ef i f t hc h a p t e r , i ti st h ec e n t r a lp a r t i ta n a l y s e st h e a p p r o a c ho fs e l e c t i n gp l a s t i ct e c h n i c sp r o f o u n d i te o n s t l u c t st h e o r e t i c a ls y s t e mo f “f i t n e s s ”o ft h es e l e c t i n go fp l a s t i ct e c h n i q u ei nt h ef i e l do fd e s i g nf r o mt h e 豁p c c t s ， 武汉理工大学硕士学位论文 t h ei n n e rf a c t o r - t h em a t e r i a l ，s h a p e ，f l a m e ，e x t e r n a lr e q u i r e ，f 加c t i o no fp r o d u c t , t h e o u t e rf a c t o r - t h eh u m a n , e n v i r o n m e n t ，s o c i e t y , m a r k e t ，c u l t u r e t h ef i f t hp o r t i o ni st h es i x t hc h a p t e r , i ti st h ec o n c l u s i o n i tc o n t a i n st h e a c h i e v e m e n t , t h ec h a n n e l ，t h el i m i t a t i o no ft h er e s e a r c h a n dt h e ni t # y e st h e l o n g - t e r mo u t l o o kf o r t h er e s e a r c h k e y w o r d s ：p r o d u c td e s i g n ，s e l e c t i o n , p l a s t i ct e c h n i c s f i t n e s s m 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：觯日期：迦： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或 部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 本研究课题的来源及国内外研究现状 1 1 1 研究课题的来源 自人类用合成的方法生产的第一种料硝化纤维赛璐铬的诞生，到1 9 0 9 年美国人发明了酚醛塑料被称为“拥有1 0 0 0 种用途的材料”，人类的生活 发生了巨大的变化1 。随着塑料加工工艺技术的成熟，塑料材料被应用于生活的 各个领域，为满足产品成型的不同需求，对塑料工艺的研究显得极为重要。 在工业设计的发展历程中，许多经典设计是技术与艺术的结晶。然而，设 计仍受制于技术，设计是带着技术铰链在跳舞的一种艺术。那么如何使技术为 设计服务，设计可依据哪些途径主动选择工艺技术形式，以及怎样建立设计选 材的“适合性”标准，这也就自然的引发了笔者对本课题的研究。 本课题研究由导师研究课题结合本人的一些设计实践经历中慢慢产生，尤 其是在公司的设计实践工作中，更加使笔者深入了解了结构与工艺、材料与工 艺、形态与工艺、表面效果与工艺、功能与工艺等彼此之间相互支配与制约的 关系。设计材料工艺学 鉴于此，结合我国教育界教学的需要、学生的知识结构情况、学术研究的 需要以及企业的需求，并且结合导师对于设计选材的“适合性”理论体系的研 究，在导师的指导和关怀下，进行了全面的资料收集和整理工作，开始较为深 入的对本课题进行系统性地研究。 1 1 2 国内外研究现状 产业革命后，英国“工艺美术运动”的倡导者威廉莫里斯强调手工产品 的淳朴与自然手工工艺美，开始把材料的工艺美提到设计的高度，从而建立了 设计与材料工艺的互动性。材料与工艺技术的日新月异，为设计者提供了广阔 的天地，塑料工艺作为后起之秀，成为产品设计的物质技术基础，相应的有关 何人可工业设计史北京；北京理工大学出版社2 0 0 1 第9 8 页 武汉理工大学硕士学位论文 产品设计中塑料工艺的研究引起学者的广泛关注。 目前，塑料工艺已多达几十种，从基本的注塑成型、挤压成型、吹塑成型 开发出多种适应不同需求的新工艺技术。在塑料产品充塞生活的各个领域时， 对塑料工艺的研究也迫在眉睫，对塑料工艺的研究相对于传统的陶瓷工艺、金 属工艺、木材工艺而言较晚。一度以来，国内研究学者都是站在工程学的角度 来研究塑料工艺，仅对塑料工艺的应用材料、加工设备、模具结构等硬性指标 进行研究，缺少多学科知识综合的研究方法。从设计学的角度来研究塑料工艺 起步尚晚，以及对产品设计与塑料工艺之间的复杂辨证关系的研究还未形成系 统，有待完善。 从理论的角度来讲，我国在设计学科的背景下，进行塑料工艺的研究从八 十年代开始，大约有几十所高校和研究所在进行相关方面的探索。早期程能林 主编的产品造型材料与工艺书中，对设计与材料、工艺之间进行一定的研 究，更指出产品设计要用新材料、新工艺、新技术去创造满足人们生活需要的 用品，最终落角点在材料对设计的重要性上。以及郑建启教授在材料工艺学 中对塑料材料的特性及加工工艺进行了详细的描述，提出材料和工艺是保证产 品造型得以实现的物质基础，并且要把选材、用材和产品造型设计结合起来。 最后，江湘芸在设计材料及加工工艺中总结出产品设计是对材料的理解和 认识的过程，是“造物”与“创新”的过程，是应用的过程，产品的功能和造 型的实现都建立在材料和工艺上，并因为材料的加工性能和装饰处理工艺不同， 而影响着产品设计。然而，我国对设计选材的研究是比较薄弱的，还未形成体 系，对“适合性”理论体系的研究还处于起步阶段，还未建立起产品设计中塑 料工艺选择的“适合性”理论体系。 从实践角度来讲，企业也迫切需要设计选材“适合性”理论的指导，以求 成本最小化。国内工程界对塑料工艺的研究较为广泛和深入，但仅仅就事论事， 从工程学的角度来看待问题；设计界对塑料工艺的研究起步较晚，主要从设计 的角度来看待问题，主张设计师要关注技术的进步与未来的发展，探讨和研究 新技术为设计带来的新的可能，将新技术与艺术有机地结合在一起，融入设计 作品之中。西门子、诺基亚、摩托罗拉、三星等知名企业都自主开发产品，对 材料的成型技术方面都有研究，以及部分国内、外的企业通过建立工业设计研 究所，对产品的造型、材料、工艺等方面进行深入研究。通过以上分析，可以 看出企业对于产品设计中塑料工艺选择的“适合性”研究也是迫在眉睫。 2 武汉理工大学硕士学位论文 导师郑建启教授在几十年的设计教学和设计实践中积累了丰富的经验，对 设计选材的“适合性”理论有独到的见解和认识。本课题亦是在他的悉心安排 和指导下才得以完成，由于能力和水平有限，未必能完全理解其想法和用意， 今后本人还得继续努力，深入研究导师的思想，继续深入完善该课题的研究。 1 2 本课题研究的目的及意义 1 2 1 本课题的研究目的 造物选材适之为良产品设计中塑料工艺的适合性探究这一课题研究 的目的是利用发展的眼光，首先从设计的角度来阐述“适合性”的观念体系、 分析塑料工艺自身的“适合性”特性、产品设计中塑料工艺运用的适合性分析， 目的在于引导设计者从设计的角度来理解塑料工艺的特性、建立产品设计与塑 料工艺选择的目标适合性评价体系、用适合性的理论指导设计科学合理的选择 塑料工艺。 1 2 2 本课题的研究意义 产品设计要关注形态、结构、材料、工艺等方面的因素，然而各个因素之 间又是相互促进和制约的。加工工艺对产品的形态有限定性，如压延成型工艺 能成型出型材、板材却不能成型出壳状制品。加工工艺对材料的状态也有制约， 塑料的加工需要将其熔化或变成熔融状态才能进行加工；电镀工艺需要将工件 浸入电解溶液中才能工作。加工工艺对造型结构存在影响，如挤压成型工艺只 能n i 结构比较简单的制件，对复杂的结构却无能为力；吹塑成型工艺只能加 工中空结构的产品等。 造物选材适之为良产品设计中塑料工艺选择的适合性探究这一课 题研究的意义在于：对于设计教育而言，传授一种全新的关于产品设计与塑料 工艺之间的理念，引导学生用系统全面的观点看待设计选材问题；以期对设计 教育和现今从事工业设计工作的同行有一定的借鉴和指导意义。 1 3 本课题研究的目标和创新点 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 1 本课题研究的目标 本文依托材料学、设计艺术学、用户心理学、经济学、社会学等方面的知 识，期待依靠广泛的知识框架来明确产品设计中塑料工艺选择的“适合性”的 理论体系。用设计学科的观点，从“选”和“适”入手，提出产品设计中塑料 工艺选择的适合性理论系统，在适合性的理论指导下，深入研究了影响塑料材 料工艺选择的各种内部和外部因素，最后建立了产品设计与塑料工艺选择的目 标适合性体系。 1 3 2 本课题研究的创新点 全文的创新点主要集中在第二章和第五章，初步提出了适合性理论，并在 适合性的理论知识指导下，通过分析产品设计的内、外部因素，建立了品设计 与塑料工艺的目标适合性体系。 第三章中从设计学的角度论述了产品设计中不同塑料工艺的特性，为第四 章中进行大量案例分析作铺垫，在进行案例分析的过程中，用适合性理论做指 导，分析其“所以然”的多方面因素，为文章的论点提供有力论据。 1 4 本课题的研究方法和理论框架 1 4 1 本课题的研究方法 塑料产品设计中工艺选择的适合性探究在发展过程中不断吸收和 融合其他的学科的思想，逐渐形成了自己的一些。知识”系统的研究 领域和方法。本文预期采用如下方法进行研究： 1 4 1 1 设计评价理论法 找准设计理论评价方法，系统的、有组织性的理解“造物选材适之为 良”的涵义，对产品设计中选材的合理性进行理论评价。 1 4 1 2 比较论法 通过对产品的选材工艺进行横向及纵向的比较，把研究核心转移到产品选 材工艺上，在此基础上对产品创造的经济价值、产品的使用场所，使用者的感 4 武汉理工大学硕士学位论文 受等多方面进行比较，总结出最适合产品的材料工艺。 1 4 1 3 产品与市场调研法 调研法是围绕某个问题而进行调查，将相关的资料进行整理分析，从而找 出问题的解决方法。从实际调研入手，在产品研发阶段，关注其选材工艺，产 品投入市场之后，对其销售量、用户的满意程度进行调查。从而找出产品在选 材工艺方面存在的问题。 1 4 1 4 跨学科研究法 跨学科研究法是指融合各学科的特色，围绕目的求解的一种方法。从学科 特性的角度入手，材料学领域由材料的特性来决定其工艺；市场学领域考虑材 料工艺的市场占有率；经济学领域考虑材料工艺创造的经济价值：心理学领域 考虑材料工艺给使用者的情感体验；社会学领域考虑材料工艺的社会特性等。 结合各学科的特点，弥补现有材料工艺的不足，创新地研究新的材料工艺。 1 4 2 本课题的理论框架 全文共分为五个部分，以下简述之 ，+ 7 。一。 ，+ 。，+ ，1 ，。一 第一部分l ；第二部分；l 第三部分i；第四部分|i 第五部分i ，1 _ ，j ，“， 5 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章设计选材适合性理论体系的阐述 2 1 “适”之涵义研究 在人类文化的历史发展长河中，对“适”有不同的理解。如子日：君子之 于天下也，无适也，无莫也，义之与比“，在这里的“适莫”中即是“亲疏”的 意思；而宋代沈括梦溪笔谈里有“从上观之适与地平，以至诸峰之项，亦 低于山顶之地面“，其“适”有“正好，恰好”之意；晋代诗人陶渊明归园田 居里有“少无适俗韵，性本爱丘山”，吕氏春秋明理里有“其风雨则不适”， 吕氏春秋大乐里有“寒暑适”，这些“适”都有“符合，适合”之意。中 国文化博大精深，对“适”的理解无论在时间和空间上，不同文化背景的人有 不同的理解，不同的学科对“适”有其特定的归属范畴，根据现实情况有不同 的应用领域和场所。因此，要把“适”限定在特定的学科领域之内，综合与之 相关的知识，对其中的各元素进行深入的研究。 “适”是事物的一种状态，也是最终目标的评价标准。本文主要从设计学 科的角度入手，综合其它学科的相关知识，运用多种研究方法，在“造物选材 适之为良”的原则下，以“选”和“适”作为切入点，本文把“选”限定 在产品设计中塑料工艺选择的范畴里，用“适”来评价塑料工艺选择的标准， 对产品设计中塑料工艺选择的适合性问题进行研究， 2 2 适合性的理论体系 人类的文化最早是写在石头上的，人类的设计最早也是从石头上开始的4 。 自石器时代，设计进入萌芽状态，出现了一系列为生存而设计的日用器皿。人 类造物活动史是一部不断发现材料、利用材料、创造材料的历史。人们在造物 活动中，不仅创造了器物，而且创造了利用材料的方法和经验5 。对造物与材料 2 张燕婴论语一中华经典藏书北京；中华书局出版社。2 0 0 6 第8 6 页 3 宋 沈括梦溪笔谈吉林：吉林摄影出版杜。2 0 0 4 第5 3 页 4 李砚祖产品设计艺术北京：中国人民大学出版社，2 0 0 5 第2 页 5 郑建启材料工艺学湖北；湖北美术出版杜，2 0 0 2 第2 页 6 武汉理工大学硕士学位论文 之间的研究由来已久，从民间工匠到职业设计师，从手工艺制作到机械化大生 产，产品从好用到同时具备好看、好用、易用等阶段，对其的认识已从表面到 实质、从现象到本质，具有质的飞跃。 随着社会的发展，造物活动变得越来越多样化，其涉及的因素也由简变繁。 设计是一个复杂性体系，设计的复杂是因为它要协调诸多的“关系因素”以达 到某种目的，而这些所谓的目的、限制、关系本身又都是模糊的、混沌的、变 化的不明确的s 。设计就发生在内部因素与外部因素的。关系”中，设计活动是 在两者之间寻找着相互适应，“左右逢源”：了解外部需求与限定，然后组织内 部结构，然后接受外部的评估、反馈、然后修改内部，如此循环往复7 。设计是 以一定的目的，一定的方式来达到与客观条件和内部关系相适应的人为适应性 系统。设计的适合性系统的应用原则由系统的内部因素，外部因素和系统的目 的三个要素构成。设计的适合性系统的成功与否，取决于系统内、外部因素的 之间的相适应的程度。如以坐具为例，它是人类设计的一个独立的适应性系统， 系统的目的是在人们的经济承受能力之内安全地完成承载重量功能。系统的外 部因素包括承载的重量程度、坐具摆放姿势、坐具摆放空间布置等，系统内部 因素包括各部分零部件、坐具的材料特性等，只有内、外部因素相适应，系统 的目的才能实现。但是，在运用材料的工艺技术时，会有一系列的限定因素， 正如“在金丹石上划痕的手段规定了一个设计目标，这个目标可以使用许多种 不同的材料来实现，但是，直到我们发现了至少一种服从普遍自然法规的、可 实现的内部系统( 对于本例，就是硬得足以在金刚石上划痕的材料) ，设计才算 完成翻。 与设计“适合性”相关问题，包括很多方面，有“适应”、“适度”、“适宜”、 “适用”等。“适应”是指适合于的意思；如我们的教育体制必须改变，以适应 新的需求。“适度”是指适合要求的程度，适当的意思；如适度的运动有利于病 人恢复健康，“适宜”是指合适、相宜的意思。“适用”是指符合客观条件的要 求，适合应用的意思；如这种新的制造工艺对厂家很适用。 在设计中运用“适合性”的理念来指导设计具有重要的实际意义，“适合” 是指在产品成型过程中对材料的质能要求，根据产品的形态、功能、结构、使 唐林涛工业设计方法北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 6 第3 3 页 7 唐林涛工业设计方法北京z 中国建筑工业出版社，2 0 0 6 ，第5 0 页 司马贺人工科学上海：上海科技教育出版社，2 0 0 4 第1 2 页 7 武汉理工大学硕士学位论文 用场所、使用者的心理感受、环境、文化、市场等多方面因素来选择材料工艺。 “适合”是目标，是设计活动完成的最终状态。设计选材的目的并不是寻找“最 优解”，而是寻找“适合解”。衡量设计选材的标准不是对与错，而是相对的适 合与不适合。“最优”只是一种口号、信念或时髦，是不现实的神话理性观。“适 合”比“最优化”更为合情合理，并具有很强的应运性和指导性 不管“适合性”理论多么的抽象、形而上，但对于“适合性”理论的研究 与探讨一定可以使我们的设计活动在“效率”与“效果”上有所增益。本文把 研究的范围缩小，针对产品设计中塑料工艺选择的“适合性”问题进行重点剖 析，形成系统性理论体系，指导设计选材活动。然而，对于设计的适应性系统， 传统的自然科学的描述方法已不够用了，必须引入“规范性、限定性”的描述 方法一从目的、手段适应环境的角度去讨论“应当是何种方式”来统一( 应 当怎样) 的问题，。 那么，产品设计与塑料工艺选择之间，“适”是评价目标，产品设计与塑料 工艺的目标“适合性”原则可以指导设计合理选材、用材，以及引导出设计不 仅需要限定关于设计对象、使用对象和选择材料、工艺、工具设备等方面的决 策能力和知识，而且更需要善于规范被设计的产物的用途以及在特定环境条件 的效能等方面的能力。 2 3 设计选材的适合性原则 “适合”的表面字意看似简单，但它的含义却是真实而又丰富的。“适”有 舒适、畅快、恰倒好处之意；“合”有融合、符合、应当、匹配之意。适合” 意味着事物在系统环境下各环节的相互适宜、适当、贴切、吻合、恰如其分， 是指事物应该处于的状态和最终评价的目标。如考工记中记载：“天有时， 地有气，材有美，工有巧，合此四者，然后可以为良1 0 ”，从宏观的角度概括了 制作精致产品的四大要素，即季节、环境、材料、技术四个方面，是指天气变 化对工艺品的质量有很重要的影响，“天时”、“地气”是促成材美、工巧的客观 因素；“天时”、“地气”实际上是工艺制作时，人们自觉或不自觉的顺应、适应 和协调大自然的因素，是古人总结的合乎于规律的工艺制作原则，这一原则也 柳冠中事理学论纲湖南：中南大学出版社，2 0 0 6 第3 2 页 戴吾三考工记图说济南：济南山东画报出版社，2 0 0 3 第2 0 页 8 武汉理工大学硕士学位论文 是在现代工艺设计中必须遵循的一条重要原则；“天时”、“地气”、“材美”三者 俱备后，必须还要由“巧者和之”才能制成精美器物。“天时”、“地气”、“材美”、 “工巧”是客观地表明事物所具有的状态特征，“合而为良”是一种客观的评价 目标，当事物具有所必须的状态特征，才能达到最佳效果。 工艺适合性是产品设计的一项重要质量要求，它涉及投产的可行性、产品 的经济性和环境保护等方面。设计要考虑材料的供应、加工条件的适应性、以 及新技术的运用等多方面情况。如2 0 世纪5 0 年代电冰箱外壳的菱角变化就与 当时材料质量和冲压技术直接相关。 在人类的造物活动历史中，工艺技术是造物活动达到目的的重要因素之一。 本文主要从塑料工艺这个点入手来探讨“适合性”问题，“适合性”是一个复杂 性体系，是由在特定情况下的外部因素和内部因素构成。然而，对“适合性” 的认识要上升，要从点延伸到面，但又要从面落实到点，力求两者之间达到高 度的和谐，从设计的角度来研究塑料工艺选择的适合性原则。本章将从以下几 方面来探讨产品设计中塑料工艺选择的适合性原则，以及第五章将进行详细的 阐述。 2 3 1 因材施艺 在具体的设计活动中，材料是结构和成型的基础，没有材料就不会有相应 的技术造型手段，技术造型手段又是材料成型的技术保障，但要针对不同的材 料来选择与之相适合的工艺技术，要做到因材施艺。然而，要做到因材施艺的 第一步就必须对材料有一定的认识和了解，把握材料的工艺特性，合理的选择 材料工艺。材料工艺受制于材料的特性，材料的特性来源于该材料的内部结构， 材料的内部结构包括原子以及原子在晶体中、分子中与领近原子的结合方式与 显微结构。不同的内在结构决定着材料不同的物理与化学性能，材料性能决定 其加工方法和艺术处理手段。如在工艺选择的实践之中，木材、金属、陶瓷、 塑料的加工方法截然不同，然而就塑料材料而言，热塑性塑料和热固性塑料所 采用的成型方法又有质的区别。 从分析可以得出，古代工匠对材料( 生物材料、金属、非金属材料) 已有一定 的认识，在制作器物时为了达到所要求的质量而讲究合理地选材、用材。如有， 9 武汉理工大学硕士学位论文 “燕之角，荆之干，妨胡之笥，吴粤之金锡，此材之美者也“”的说法。燕地的 牛角，荆州的弓干，始胡的箭干，吴粤的铜、锡都是上好的原材料，而这些材 料之所以好与所在地区的自然条件有很大关系。尽管人不能左右大自然，但人 可以在认识、协调大自然因素的前提下，发挥自己的主观能动性“制天命而用 之”，利用技术手段来达到设计的目的。正如日本技术哲学理论家星野芳郎认为 “人类和动物的区别，在于动物只是盲目地顺从自然规律而生存，人类虽然也 顺从自然规律，但是人类是领悟或认识这些规律而支配自然的。为了支配自然， 人类领域或认识自然规律，并把它们在实践中加以利用，这就是技术的本质”。 设计主体要主动利用材料工艺技术，要根据材料的特性来选择适合的工艺技术， 以期达到设计的目的。 2 3 2 巧施工艺 在具体设计中，“巧者合之”是提倡工艺的“巧”，包含两个层次：一是巧 妙的选择某种塑料工艺，重点在于选择；二是运用某种塑料工艺的巧妙之处， 重点在于发现事物巧妙的地方。产品除了要有必须的材料支撑之外，更要发挥 工艺的。巧”，要巧妙地选择合理的工艺，更要选择“巧”的工艺。要做到“巧 者合之”，就必须对各种塑料工艺进行全面的认识，掌握各种塑料工艺的特性。 “工艺”按照我国传统的解释，是指“百工之艺”或“百工巧艺”；按现代 意义来理解，是指对各种原材料、半成品进行加工处理，使之成为产品的方式 和方法。早在我国古代，经常把“工艺”与“巧”联系在一起， 说文解字中 记载：。工，巧也，匠也，善其事也。凡执艺事成器物以利用，皆谓之工”。“巧” 有“恰好、刚好”之意，可作“巧夺天工”、“巧匠”、“巧合”等使用。如考 工记中有“三材既具，巧者和之”，“六材既聚，巧者和之”等说法。根据“天 时、地气、材美、工巧”的工艺思想，制作车轮的工匠，对“三材”即毅、 辐、牙的木材必须精选，砍伐必须适时。 考工记中提到“工巧”的工艺思想，产品的美与加工的巧是相辅相成、 辩证统一的，成为工匠制作器物恪守的原则。这一原则不仅有利于当时手工业 生产具体操作的系统管理，而且对于现代化的生产制作也具有实际的指导意义。 通常所说的物质材料美，给人以美感的不同质地、纹理、色泽，应该得到充分 1 1 戴吾三考工记图说济南；济南山东画报出版社，2 0 0 3 第2 0 页 n 陈凡技术与哲学研究辽宁：辽宁人民出版社，2 0 0 4 第8 9 页 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 的发挥，这就要在加工的过程中体现一个“巧”字。材质的美与加工的巧，是 辨证的统一，是相辅相成、相得益彰的。设计者要主动认识工艺之美，在设计 中做到合理地选材及用材，并在合理的基础上做到。巧”。 2 3 3 有的放矢 人类的造物活动，是由目的驱动的，有为生存而设计、有为装饰而设计、 有为需求而设计等。设计是一种围绕目的而求解的活动。设计的对象是产品， 产品首先是必须是实用品才具有实际意义，整个设计活动中所涉及的一切活动， 都具有明确的目的性。产品设计是对产品的造型，结构和功能等方面进行综合 性设计，以便产生出符合人们需要的实用、经济、美观的产品。因此，在产品 设计中塑料工艺的选择要做到“有的放矢”，必须结合产品的各因素进行研究分 析，如产品的材料、结构、形态、表面效果，性能等方面，本文的后面将展开 分析。 人们在制造物品的时候，将美观的要求与实用的要求融合为一体，以实现 美与用的双重功能。郭沫若在论古代青铜器的铸造时曾说：“铸器之意本在服用， 其或施以文镂，巧其形制，以求美观，在作器者庸或于潜意识之下，自发挥其 爱美之本能，然其究极仍不外有便于实用也。m 针对具体产品的生产而言，则 要求必须先制定出合理的工艺规程。设计作为生产的第一道工序，设计是对未 来产品进行预想，而工艺规程是实现产品生产的技术保障。正如考工记中 涉及的工艺思想，蕴涵着深刻的工艺设计思想，讲究材料的质感原则、结构与 形式的功能性合乎科学的原则、功能因素与便利使用的原则、审美因素与精神 愉悦的原则，以及以功能之美、造型之美装饰之美、材质之美、工艺之美为特 征的审美观均有理论上的体现与实践上的探索。 2 。4 本章小结 本章通过对传统文化中“适”的涵义研究，从不同层次对“适”进行理解， 并将其界定在特定学科领域进行研究，从而首次提出“适合性”理论系统，并 创造性地站在设计学科的角度，初步构建出设计选材的“适合性”理论体系。 1 ，郭沫若青铜时代一国学基础文库北京；中国人民大学出版社，2 0 0 5 第8 3 页 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章产品设计中塑料工艺之特性研究 3 1 塑料工艺之发展历史研究 第一个半合成的高分子材料出现于1 8 6 9 年，h y a t t 发明了硝酸纤维素用樟 脑增塑后的赛璐路，然后通过挤出成型、注射成型实现各种制品的工业化，标 志着热塑性塑料时代的到来“。现代的注射机和挤出机的原型由2 0 世纪3 0 年代 确定。从2 0 世纪3 0 年代到7 0 年代，这一时期不仅开发了多种塑料工艺，而且 在中空吹塑成型、浇铸成型、压延成型等工艺技术和机械方面取得显著的进展， 如聚乙烯工业的发展带动了中空吹塑技术的进步。 目前塑料的加工方法已达三四十种之多，其中应用较广泛的是注射成型、 挤出成型、吹塑成型和压制成型这四种，尤其是注射成型的制品约占所有塑料 制品的6 0 9 6 ；其中压延成型、热成型、手糊成型、传递模塑成型、浇铸成型、缠 绕成型、喷射成型、醮涂成型等，也将随着成型的需要而将占据一席之地。随 着材料技术和科技水平的不断提高，为适应更多成型的需要，开发出许多新的 工艺技术，比如气体辅助注射成型、拉拔成型、片状模塑料成型、发泡成型等。 为适应产品的实际需要，在满足其成型工艺的基础上，也相继开发出多种塑料 的连接工艺和表面处理工艺，比如有机械连接、化学粘结、焊结和胶结等连接 工艺；有电镀工艺、着色工艺、印刷工艺、涂装工艺、真空镀膜工艺等表面处 理工艺。 3 2 塑料的工艺特性之研究 塑料的工艺特性是指将塑料原料转变为塑料制品的工艺特性，即塑料的成 型加工性”。塑料的工艺特性包括材料的成型工艺、加工工艺和表面处理工艺。 根据加工时聚合物所处状态的不同，塑料成型加工的方法大体可分为三种：一 是处于玻璃态的塑料，可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、喷涂 “王小妹阮文红高分子加工原理与技术北京：化学工业出版社，2 0 0 6 第6 页 蟮江湘芸设计材料及加工工艺北京：北京理工大学出版社，2 0 0 3 第9 l 页 武汉理工大学硕士学位论文 等表面处理方法；二是当塑料处于高弹态时，可以采用热压、弯曲、真空成型 等加工方法；三是把塑料加热到粘流态，可以注射成型、挤出成型、吹塑成型 等加工”。 根据塑料热性能的不同，塑料可分为热塑性和热固性两大类，其工艺特性 也有所区别。以下分别是热固性塑料的工艺特性和热塑性塑料的工艺特性的分 析： 3 2 1 热固性塑料的工艺特性研究 3 2 2 1 收缩率 收缩性是指塑料自模具中取出冷却到室温后，会发生尺寸收缩的特性。不 同品种塑料的收缩率不同，影响制件收缩率的因素有塑料品种、塑件特性、模 具结构、成型工艺等，如挤出成型、注射成型工艺一般收缩率较大。采用挤出 或注射成型时，则要按塑料制件各部位的形状、尺寸，壁厚等特点选取不同的 收缩率。 3 2 1 2 流动性 流动性是指塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力。流动性大，易造成 原料填充模具型腔不密实、溢料过多、制件组织疏松、易粘膜及清理困难、原 料和填料分头聚积、硬化过早等问题：流动性小，则易造成填充模具型腔不足、 成型压力大、不易成型等问题。因此，所采用塑料的流动性必须与制件要求、 成型工艺及成型条件相适应。 3 2 1 3 比体积及压缩率 比体积为每1 9 塑料所占有的体积( 以c m 3 g ) 。比体积小则相反。在实际成 型过程中，要根据比体积和压缩率的值来衡量其成型周期。 3 2 1 4 硬化特性 硬化特性是指热固性塑料在成型过程中的加热受压下转变成可塑性的粘流 状态，随之流动性增大，填充型腔，与此同时发生缩合反应，交联密度不断增 程能林产品造型材料与工艺北京：北京理工大学出版社，2 0 0 2 第2 7 9 页 武汉理工大学硕士学位论文 加，流动性迅速下降，融料逐渐固化的一种特性。硬化速度可从保持时间来分 析，它与塑料品种、壁厚、塑件形状、模温有关。硬化速度可通过调节预热或 成型条件加以适当控制。在实际成型过程中，硬化速度应适合成型方法要求， 如注射、挤压成型时要求在塑化，填充时化学反应慢、硬化慢，应保持较长时 间的流动状态；当原料充满型腔后在高温、高压下应快速硬化。 3 2 1 5 水分及挥发物含量 各种塑料中含有含量不同的水分和挥发物，这类物质含量过多时将会导致 塑料流动性增大、保持时间长、易溢料、易发生波纹、收缩增大、翘曲等问题， 从而影响制件的机电性能；但当塑料过于干燥时将会导致流动性弱、成型困难。 因此，不同的塑料应按要求进行预热干燥，在模具设计时，应对各种塑料此特 性有所了解，并采取相应的措施，以满足制件成型的需要。 3 2 2 热塑性塑料的工艺特性研究 3 2 2 1 收缩率 热塑性成型收缩的形式及计算与熟固性塑料相似。影响其收缩的因素有， 塑料品种、塑件特性、进料口、成型条件等。从塑料品种来看，热塑性塑料的 收缩率较大，收缩范围宽，方向性明显；成型后的收缩、退火或调湿处理后的 收缩一般都比热固性塑料大。从制件的特性来看，壁厚、冷却慢、高密度层的 则收缩大；有无嵌件及嵌件布局、数量多与少直接影响料流方向、密度分布及 收缩阻力大小等。从进口料来看，直接进料口截面大( 尤其截面较厚的) 则收 缩小但方向性大；进料口宽及长度短的则方向性小；距进料口近的或与物流方 向平行的则收缩大。从成型条件来看，模具温度高，融料冷却慢、密度高、收 缩大，尤其对结晶料则因结晶温度高，体积变化大，故收缩更大因此，模具 设计时应考虑各种塑料的收缩范围，制件壁厚、形状，进口料形式尺寸及分布 情况，按经验确定制件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。 3 2 2 2 流动性 热塑性塑料流动性的大小，可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线 长度、表观粘度及流动比( 流程长度塑件壁厚) 等一系列指数来进行分析。模 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 具设计时应考虑所用塑料的流动性，采用合理的结构。成型时也可控制原料温 度、模具温度及注射压力、注射速度等因素来适当调节填充情况以满足成型的 需要。 3 2 2 3 结晶性 结晶现象是指塑料从熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次 序状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有使分子排列成为正 规模型倾向的一种现象。热塑性塑料按其冷凝时有无出现结晶现象可分为结晶 性塑料与非结晶性( 又称无定型) 塑料两大类。 3 2 2 4 热敏性及水敏性 热敏性是指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面 过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降聚、分解的倾向的特性。水敏 性是指塑料在高温、高压下会发生分解的现象，对此类塑料必须预先加热。对 于热敏性塑料而言，在模具设计、选择注射机及成型过程时，应选用螺杆式注 射机，浇注系统宜大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料的现象，并且必须 严格控制成型温度，以减弱塑料的热敏性。 3 2 2 5 应力开裂及熔融破裂 应力开裂是指某些塑料对应力敏感，成型时易产生内应力并致脆易裂，塑 件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。熔融破裂是指一定融熔指数 的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面发生明显 横向裂纹的现象。在模具设计时，应增大脱模斜度，选用合理的进料口及顶出 机构等。 3 2 2 6 热性能及冷却速度 各种塑料有不同的