Материаловедение в промышленном дизайне краткий курс художественног

том числе в современной промышленности), основано в конечном счете на химических и физических свойствах эмали и спая эмаль - металл. В зави­ симости от назначения эмалевые изделия можно разделить на технические и художественные.

Для технического эмалирования используют листовую сталь и чугун (посуда, бытовые ванны). Эмалевое покрытие улучшает эксплуатационные свойства изделий из этих металлов. Для изготовления художественных из­ делий используют в качестве подложки медь, золото, серебро, их сплавы.

Эмали по светопропусканию подразделяют на прозрачные, непро­ зрачные и опаловые.

Прозрачные (транспарантные) эмали изготавливают различных цветов и яркости. Металлическая подложка более или менее отчетливо просвечи­ вает через эмаль. Фондон - бесцветная прозрачная эмаль. Она образует блестящее покрытие и широко используется в комбинации с цветными эмалями. Опаковые эмали становятся полностью непрозрачными при до­ бавлении в них глушителей. Они могут быть получены самых различных цветовых оттенков. Опаловые (опалесцирующие) эмали полупрозрачны. Благодаря специальными условиям обжига они приобретают молочный цвет опала.

Главное рабочее место эмальера - рабочий стол. Кроме того, в эмаль­ ерной мастерской должны быть печь для обжига эмали, рабочие места для обработки эмали травлением и т.д. Яркий свет и чистота - основные требования, предъявляемые к помещению для эмалирования.

Печь помещают на устойчивом столе, покрытом термоизоляционной плитой, например из асбеста, и в целях безопасности заземляют корпус пе­ чи. Для того, чтобы муфель дольше служил, необходимо помнить, что нельзя помещать обжигаемое изделие непосредственно в камеру («на огонь»). Надо пользоваться емкостями и подставками для обжига.

Подготовку эмали начинают с измельчения крупных кусков эмали | приготовления фритты). Для этой цели хорошо подходит фарфоровая ша­ ровая мельница (шары тоже из фарфора). Для тонкого растирания эмали иногда используют фарфоровые ступки с фарфоровым пестиком.

Из весьма мелко размельченной эмали (фритты) приготовляют сус­ пензии. Для отмучивания суспензий используются фарфоровые чашечки различной емкости. Для нанесения эмали используют кисточки или специ­ альные стержни.

Технология эмалирования включает выполнение следующих опера­ ций: подготовка металлической основы (подложки); нанесение эмали на подложку; обжиг изделия с эмалью (часто неоднократный, особенно, если на изделие наносится послойно несколько эмалей); обработка обожженно­ го изделия - шлифовка, полировка, другие операции, позволяющие уси­ лить художественную выразительность изделия.

При изготовлении художественных изделий применяют несколько' видов эмали: эмаль по сканному узору, перегородчатая эмаль, выемчатая эмаль, оконная (витражная) эмаль, расписная (живописная) эмаль. Иногда в одном изделии сочетаются несколько видов эмалей.

5.Древесные материалы

Древесны е мат ериалы —это не только просто распиленная, остроган­

ная и т.д. натуральная древесина, но и древесина, подвергнутая сложной технологической обработке (химической, термической, механической и др.). Существуют композиционные материалы, в которых натуральная древесина - лишь один из ингредиентов полимерно-древесной смеси или слоистой конструкции. Эти материалы обладают значительно улучшенны­ ми эксплутационными свойствами по сравнению с натуральной древеси­ ной: повышенными прочностью, огнестойкостью, стойкостью к гниению и т.д. Искусственные древесные материалы подразделяют на прессованные, пропитанные химическими веществами, клееные, слоистые и др. Материа­ лы из натуральной древесины (из обработанных и необработанных деревь­ ев) называютлесомат ериалами.

Эксплуатационно-технические, технологические и эстетические свой­ ства древесины определяются свойствами ее пород. Породы деревьев де­ лят на две группы: хвойны е и лиственные. По абсолютным запасам первое место занимают хвойные деревья, зато больше разнообразия лиственных пород деревьев. Из хвойных пород широко используются сосна, листвен­ ница, ель и др., из которых получают лесоматериалы и другие изделия. Среди лиственных пород наиболее известны береза, липа, клен, осина и ряд других.

Свойства древесины одной и той же породы зависят от возраста де­ ревьев, места и условий их роста, влажности, положения испытуемого об­ разца в стволе дерева н многих других факторов. В свою очередь, физиче­ ские и механические свойства древесины определяют способы ее заготов­ ки и переработки. Важнейшими физическими свойствами древесины яв­ ляются влажность, плотность во влажном и сухом состояниях, текстура, цвет и т.д. Эстетические свойства древесины играют немаловажную роль в определении областей ее применения как декоративно-отделочного мате­ риала. Прочность древесины характеризуется пределами прочности при сжатии, растяжении, статическом изгибе, скалывании. Прочность древеси­ ны неодинакова (свойства древесины анизот ропны) вдоль и поперек ее во­ локон. Пороки древесины понижают ее прочность. Древесина подвержена разложению грибами и загниванию.

Древесина гигроскопична и может впитывать влагу. При большой ув-' лажненности онаразбухает (меняются размеры и форма изделий). При ув­ лажнении механическая прочность древесины падает в 1,5—2 раза. Борьба с разбуханием сводится к методам, применяемым для борьбы с гниением. В сухих условиях и при надлежащем проветривании древесина сохраняется долго (деревянные изделия, находившиеся в египетских пирамидах, сохра­ нились до наших дней). Долговечна древесина, постоянно находившаяся в воде без доступа воздуха. Известны случаи сохранения подводных частей свай и мостов, построенных еще римлянами. На древесину влияет хими­ ческий состав воды. При выдержке древесины в воде без доступа воздуха изменяются ее структура и физико-механические свойства (которые, как правило, улучшаются), становится новым цвет (например, мореный дуб). Однако попеременное увлажнение и высыхание деревянных элементов создает благоприятную среду для гниения древесины.

По причине анизотропности, а также при неравномерной увлажненно­ сти древесные изделия могут подвергаться короблению (при этом изменя­ ется их форма).

В настоящее время древесина часто подвергается обработке химическими веществами. Целесообразна ее пропитка петролатумом, который повышает сопротивление древесины гниению и возгоранию (огнестойкость). Хорошими гидроф обизат орам и (влагопоглотителями), одновременно повышающими огнестойкость древесины, являются кремнийорганические полимеры, которыми ее пропитывают при

производят путем опрыскивания или обмазывания раствором антисептика - химического вещества (медный купорос, фтористый и кремнефтористый натрий и др.), оказывающего поражающее действие на грибы, являющиеся основной причиной гниения дерева. Эффективным способом улучшения и стабилизации свойств, защиты от разрушений является термо-химическое

и радиационно-химическое модиф ицирование древесины мономерами или низковязкими олигомерами, которыми пропитывают древесину. Они взаимодействуют с веществами, образующими ее ткань (например, разбухание древесины после модифицирования снижается в 10—15 раз). Наибольший эффект дает модифицирование древесины малоценных пороДля предупреждения возгорания деревянных элементов предусматри­ ваются соответствующие конструктивные и другие меры. Необходимо удаление деревянных конструкций от источников нагревания, устройство перегородок из несгораемых материалов (бетона, кирпича и т.п.), покрытие деревянных частей малотеплопроводными минеральными материалами (асбестосодержащим веществом, пористой штукатуркой и т.п.). Для пре­ дохранения от огня поверхность деревянных конструкций покрывают ог­

незащитными составами или пропитывают огнезащитными веществами (iантипиренами); обычно для этого используют фосфорнокислые и серно­ кислые соли аммония.

Цвет древесины - ее декоративное важнейшее свойство и диагности­ ческий признак. Светлая, слегка окрашенная в желтый или розовый цвет древесина у ели, пихты, осины, березы, клена, бука, граба; желтая - у сам­ шита, желтой березы; желто-коричневая - у вяза, дуба, белой ивы, кедра; красно-коричневая - у пихты, дугласовой сосны, вишни, черешни; серо­ коричневая - у тика, туи, грецкого ореха; желтовато-зеленая - у белой ака­ ции; темно-красно-коричневая - у карагача, шелковицы; вишнево­ красная - у секвойи, красного дерева; черно-коричневая - у черного ореха; черная - у эбенового дерева. Существуют другие цвета древесины различ­ ных пород деревьев. Такое разнообразие цветов древесины позволяет соз­ давать естественно окрашенную, разноцветную мебель, создавать вырази­ тельные паркетные покрытия полов и убранство интерьеров и др.

Из древесины изготовляют отдельные виды предметов (в том числе художественные произведения) и сортовые изделия. К таким изделиям сле­ дует, в частности, отнести:

-пиломатериалы, которые получают распиловкой бревен; в основном применяют пиломатериалы хвойных деревьев, реже - лиственных; по тол­ щине пиломатериалы делят на толстые (40 мм и более для хвойных де­ ревьев, 35 мм и более - для лиственных) и тонкие - тес (до 32 мм включи­ тельно); пиломатериалы, имеющие ширину более двух толщин, называют досками, а не более двух толщин - брусьями;

-паркетные доски представляют собой планки (ламельки), лицевая сторона которых хорошо обработана и покрыта лаком; нередко ламельки наклеивают на реечное основание из низкосортной древесины, образуя различные конструкции, из которых делают паркетные полы;

-фанера представляет собой листовой материал, состоящий из трех и более (до 13) слоев из лущеного шпона, склеенных между собой (шпон - тонколистовой древесный материал, получаемый лущением - толщиной

0,1-10 мм, строганием - толщиной 0,2-5 мм, пилением - толщиной 1- 10 мм); для фанеры используют, главным образом, березовый шпон, реже - ольховый, буковый, сосновый, осиновый и др.; при склеивании листы шпона располагают так, чтобы волокна смежных слоев были взаимно­ перпендикулярны;

- древесные пластики - листовые, плитные и профильные древесные материалы с улучшенными свойствами, изготовляемые комбинированной механической, термической и химической обработкой; к ним относятся

прессованная древесина, древесно-слоистые пластики, пластинчатые или профильные древесно-пластические массы и др.;

- древесно-ст руж ечны е плиты — листовые материалы, получаемые горячим прессованием древесных частиц (стружек) со связующим: моче­ винно-, формальдегидные и другие смолы; по плотности эти плиты делят на легкие (350-500 кг/м3), средние (510-650 кг/м3) и тяжелые (660800 кг/м3); размеры таких плит, если они плоского прессования, —лина до 3,66 м, ширина до 1,83 м, толщина 10-25 мм, если они экструзионного из­ готовления - длина до 2,5 м, ширина - до 1,25 м, толщина 15—52 мм;

- древесно-волокнист ые плиты — листовые материалы, получаемые горячим прессованием волокнистой массы, которую приготовляют из­ мельчением неделовой древесины, отходов деревообработки, бумажной макулатуры, стеблей тростника и т. п.; в подсушенную массу вводят 4-8 % синтетической смолы; по плотности их делят на сверхтвердые (не менее 950 кг/м3, толщиной 3-4 мм), твердые (не менее 850 кг/м , толщиной 3- 6 м), полутвердые (не менее 400 кг/м3, толщиной 4—8 мм), изоляционно-

отделочные (не менее 250 кг/м3, толщиной 12-25 мм); размеры плит от 1,2 1 до 3,6 х 1,8 м.

Есть и другие материалы, изготовляемые из измельченной древесины и различных связующих.

Резьба по дереву

Дерево, благодаря своим свойствам хорошо деформироваться и обра­ батываться, является декоративным материалом для придания выразитель­ ности изделиям из него путем его художественной обработки резьбой, ко­ торая использовалась с древних времен.

Для резьбы выбирают чистую древесину, без пороков (сучки, особен­ но скрытые внутри древесины, свилеватость волокон, за исключением капа и карельской березы, косослой) или механических и иных повреждений. Для резьбы не годится древесина с трещинами, проеденная червями или жучками, пораженная гниением.

Текстура - это рисунок древесины, зависящий от сочетания ее види­ мых элементов: годовых слоев, сердцевинных лучей и др. Блеск древесины зависит от ее плотности и степени обработки. Для выявления природной текстуры древесину рекомендуется срезать в трех направлениях: вдоль во­ локон, поперек и под углом.

Перед тем как приступить к резьбе, следует предварительно прорисо­ вать на бумаге будущую композицию. Тщательно подготовленный рису­ нок украшаемого резьбой изделия в масштабе 1:1 переносят на поверх­ ность заготовки.

Используется несколько приемов резьбы (приемы параллельных лн-

ний вдоль волокон, параллельных линий поперек волокон, резьбы шаше­ чек или сетки). Первый проход резаком по намеченной линии называется надрезкой. После этого заготовку поворачивают и проводят резаком по той же линии под углом с другой стороны. Это называется подрезкой. Для вы­ полнения геометрической резьбы на однородной древесине однотипных изделий достаточно иметь один резак шириной 0,2 см и 5-0 стамесок, пре­ имущественно мелких.

Весьма распространена орнаментальная резьба, имеющая геометриче­ ский характер.

Трехгранно-выемчатая резьба - наиболее распространенный и попу­ лярный вид русской народной геометрической резьбы. Основной способ такой резьбы - использование стереометрических форм. Это прежде всего трехгранные и четырехгранные пирамидки. Узор резьбы состоит, главным образом, из пирамидок, врезанных в плоскость (заглубленных), располо­ женных вершиной вниз, а основанием (треугольным, квадратным, ромби­ ческим) - к поверхности доски (украшаемого предмета). Кроме того, на поверхности изделия, оформленного трехгранно-выемчатой резьбой, рас­ полагают разнообразные комбинации из треугольников, квадратов, ром­ бов. Комбинируя основные элементы геометрической резьбы - контуры, канавки, шашечки, сетки, треугольники, куличики, - строится целый ряд композиций. Например, из двух рядов треугольников, как бы вдвинутых один в другой, получается рисунок типа «змейка». Несколько более слож­ ны узоры из крестиков, чешуек и т.д. Чтобы выполнить узор из крестиков, на заготовке отчерчивают поля и в центральное поле наискось вписывают ромбическую сетку. В каждом ромбе размещают крестик из четырех ост­ роугольных треугольников вершинами к центру ромба. Различные вариа­ ции «змейки» с зубчиками часто встречаются в геометрической резьбе и носят название к а им.

Шишками называется узор из двух рядов соприкасающихся вершина­ ми равнобедренных треугольников, между которыми образована цепочка ромбов. Лесенками называются ленты или ряды прямых или наклонных линий, вытянутых по вертикали шестиугольников, каждый из которых разделен вертикальной осью пополам, а обе образующиеся поверхности наклонены к плоскости доски. Сложный, сравнительно редко встречаю­ щийся в геометрической резьбе узор - «соты». Так называется ромб, рас­ черченный внутренними параллельными линиями на какое-либо число ма­ леньких ромбов, в каждый из которых вписана четырехгранная пирамидка.

Резьба бывает «скобчатая» (или «ногтевидная»). Основной ее эле­ мент - «скобчатая» выемка, так называемый «ноготок». «Скобчатую» резьбу применяют в различных комбинациях и сочетаниях.

Одна из постоянно применяемых фигур геометрической резьбы - «сияние», то есть фигура, составляемая из треугольников (трехгранных вы­

емок) —клиньев, сходящихся своими вершинами в одном центре и покоя-' щихся основаниями либо на сторонах ромба (квадрата), в который сияние вписано, либо на окружности.

Разновидность геометрической резьбы —контурная резьба. В этой тех­ нике выполняют контурный рисунок. Действительно, контурная резьба служит для выполнения свободных узоров, которые как бы рисуют на дос­ ке режущим инструментом. При этом могут применяться линии прямые или произвольной кривизны (волнистые, спиралевидные и т.д).

Одним из наиболее распространенных и выразительных видов резьбы является тоскорельефная резьба, цель которой —получение на поверхно­ сти изделия плоского рельефа, т.е. изображений или орнаментальных объ­ емных форм (в отличие от выемчатого характера резьбы), выступающих над фоном, но при сохранении одинаковой высоты всех выступающих по­ верхностей и одинаковой глубины основного фона. В плоскорельефной резьбе различают резьбу с заоваленным контуром, с подушечным фоном, с подборным фоном, ажурную, глухую с подборным фоном, накладную. Выполнение заоваленной резьбы во многом схоже с контурной. Точно так же сначала делают подрезку по контуру рисунка, который прорисовывают контуром с помощью резака. При резьбе с заоваленным фоном на поверх­ ности доски или предмета получается сплошной рельеф без фона, посколь­ ку и узор, и фон выступают как равноценные элементы резьбы. Резчик ог­ раничивается тем, что заоваливает контуры узора, т.е. придает контуру, рисующему узор, скругленную, смягченную от поверхности вглубь конфи­ гурацию.

Издавна в отделке мебели, внешней отделке деревянной архитектуры, при художественном оформлении фронтонов деревянных домов, дверей, ставен, наличников, ворот широко применяли «глухую» резьбу, в которой сложный рисунок (обычно растительных форм - ветви, листья, плоды) с включением в него изображений животных и птиц (реальных и фантасти­ ческих) составлял рельеф, возвышающийся над сплошным, никак не про­ работанным (не прорезанным) «глухим» фоном.

Воформлении архитектурных сооружений наряду с «глухой» резьбой

сфоном применяют накладную рельефную и ажурную резьбу. Детали этой резьбы вырезают отдельно, а затем прибивают на фронтон дома (это верх­

ние части оконного наличника или входной двери).

Скульптура с присущим ей круговым обзором требует большого мас­ терства и таланта. Для скульптурных работ лучше использовать мягкую древесину: липу, осину, ольху. Особенно подходит для этих целей древе­ сина, которая пластична, однородна по текстуре и цвету, хорошо поддается скульптурной обработке.

Отделка - завершающий этап работы с резными деревянными изде­ лиями. Ее цель —усилить выразительность изделий, придаваемую им резь-

бой. Существует несколько видов отделки: окраска (подкраска), вощение, лакировка, полирование, масляные и эмалевые покрытия, шпаклевка, зо­ лочение, серебрение или бронзирование.

Инструменты резчика по дереву это резаки, стамески, царазики, угол­ ки, клюкарзы, ножи. Каждый режущий инструмент вправлен в рукоятку - черенок с мягко закругленной или слегка ограненной формой. Очень важ­ но, чтобы хорошо заточенные и режущие инструменты было удобно дер­ жать в руках. Специфический инструмент, применяемый для обработки дерева, обычно изготовляют сами резчики.

Резчик по дереву при изготовлении мелких изделий - шкатулок, коро­ бок, ложек, небольших резных панно, изделий с резьбой по бересте, мел­ кой декоративной скульптуры и игрушек, а также всякого рода дополне­ ний и украшений к костюму - выполняет эти работы на обыкно-венном столе.

6. Пластмассы

Пластмассы (полимеры) - материалы, основанные на высокомолеку­ лярных синтетических соединениях природного или искусственного про­ исхождения.

По историческим меркам пластмассы начали использовать недавно - только в середине ХГХ столетия. Постепенно, особенно по причине появ­ ления новой техники (автомобиль, самолет, электротехнические устройст­ ва и др.), использование пластмасс расширялось. Первые пластмассы были органического природного происхождения (каучук, шеллак, битум и др.). Достижения химии органических соединений во второй половине XIX столетия позволили синтезировать пластмассы из природных высокомоле­ кулярных веществ. Были получены эбонит, галалит (казеин), целлулоид и т.д. Однако число пластмасс природного происхождения было сравнитель­ но небольшим, с ограниченными свойствами и возможностями. А появ­ ляющаяся новая техника требовала материалов с более разнообразными свойствами. Это и вызвало в начале XX века создание синтезированных материалов и появление новой отрасли промышленности, производящей материалы путем синтеза, главным образом, из органических веществ. Первым таким материалом был бакелит - фенолформальдегидная смола. В настоящее время синтезировано пластмасс и других материалов из при­ родных веществ (в первую очередь, их природного газа, нефти и т.д.) ве­ ликое множество. Эти искусственные материалы обладают самыми разно­ образными свойствами. Их номенклатура постоянно расширяется. Пласт­ массы и до сих пор остаются современными материалами, развитие про­ изводства которых явление почти непредсказуемое (можно ожидать синте­ за материалов с самыми невероятными свойствами).

Молекула полимера часто представляет собой вытянутое или сетчатое' образование (рис. 57). Вытянутое строение молекулы определяет, в част­ ности, высокие прочностные свойства полимера (например, капрон, ней­ лон и др.).

Рис. 57. Схемы молекул полимеров: а - пример нитевидной молекулы, состоящей из

углерода (•), водорода (°) и хлора (О); б - макромолекула сетчатой структуры

Одним из способов получения пластмасс является модифицирование природных соединений (целлюлозы, белков и др). Однако главным спосо­ бом их получения - синтез веществ, в основном, из углеродоводородного сырья (например, из природного газа). Наряду с углеродом и водородом, в ряд пластмасс входят другие элементы (хлор, кремний). Первой стадией переработки этого сырья является получение мономеров. Второй стадией является синтез (полимеризация, поликонденсация) полимеров из мономе­ ров. Если для получения высокомолекулярного вещества берут два или три разных мономера, то процесс их взаимодействия называется сополимеризацией, в результате которого получают сополимеры.

Привитыми полимерами называют продукты синтеза, при котором к отдельным звеньям макромолекулы присоединяют (прививают) боковые отростки молекулы другого полимера. Например, так соединяют поливинилхлорид и полиакрилат и получают новый материал, который тверд, эластичен, теплостоек, не боится агрессивных жидкостей. Или к полисиролу присоединяют каучук, получая полимер в три-четыре раза прочнее полистирола.

Введение органических красителей позволяет получить очень разно­ образную расцветку полимеров.

Виды пластмасс, методы их переработки, декоративные свойства и отличительные признаки изделий из них приведены в табл. 12. Кроме не­ посредственно пластмасс, используют композитные материалы - наполни­ тель + полимер. Например, ДСП с древесностружечным наполнителем или стеклопластик, в котором наполнителем является стекловолокно, а свя­ зующим, как правило, формальдегидные смолы.