家具材料性质.DOC

木质材料性质 王怡仁 博士 国立嘉义大学林产科学系 教授 I. 前言 天然的木材由于质轻而强、纹理美观、密度适中且易于加工，所以被广泛的应用于家具及建筑。但由于木材为天然材料，其内部构造的多样性，造成材质上的不均质性，树木形成层的生长机制也造成木材的异方性，另外木材的湿胀干缩性质也会造成利用上的困扰，所以要能有智能的利用木材，必须对木材的各项性质加以认识。 II. 木材的外观、三切面、三方向及纹理 木材由树木锯切而来，依锯切的方式呈现不同的纹理，图1（Haygreen and Bowyer, 1982）所示为树干横切而得到一段木材，其外观可以看到外树皮(outer bark)、韧皮部（phloem）、形成层（cambium）、边材（sap wood）和心材（heart wood），图中的同心圆称之为年轮（annual ring），而圆心则称之为髓心（pith）。 图1 树干圆盘（Haygreen and Bowyer, 1982, Fig. 1.5） 如果将木材的横切面（cross surface）延其半径方向切开，则可看到木材的径切面（radial surface），如果延圆周的切线方向予以切开，则可得到弦切面（tangential surface），图2（Kubler, 1980）完整的呈现出木材之三切面。木材细胞的形状大小和分布在三切面各有不同，所以鉴别木材时常观察比对此三切面的特征。木材在使用时很少是以圆柱的形式来利用，常常会将木材切割为制材。  图2 木材之三切面（Kubler, 1980, Fig. 1.10） 如果将图2延着树干方向予以延伸，便可看到完整的径切面和弦切面如图3（Haygreen and Bowyer, 1982）。在径切面会看到年轮以并行线的方式呈现，而在弦切面大致会出现V或U型的木理。在图3中板宽面出现弦切面纹理的板称为弦面板，而板宽面出现径切面的板称为径面板。 图3 径面板与弦面板（Haygreen and Bowyer, 1982, Fig. 2.2） 由于木材的不均质及性质在不同方向有差异，为了方便了解木材，于是利用直交坐标系统来简化并描述木材，如图4（Bodig and Jayne, 1982）。所以讨论木材的各项性质如膨胀收缩、音、热、电和机械性质均分别以纵向（longitudinal direction）、径向（radial direction）和弦向（tangential direction）予以描述比较。  图4 木材的三方向（Bodig and Jayne, 1982, Fig. 3-9） III. 木材与水 树木体内因生理的需要，原就含有相当多的水，当树木死亡或被砍伐后，部份的水分便开始由木材移向其周围的环境，如果继续干燥到某一个程度，木材的尺寸及其它物理性质也将随之改变。木材在制成板材、单板、粒片或纤维时，仍保有一些水分在它们的细胞壁，而此水分的量及变化将会影响木材的物理机械性质、腐朽的抵抗及尺寸的安定性等。 木材和木制品的各项性质，几乎都受到木材内水分的影响，了解水分在木材存在的状态及变化，将有助于木材的有效利用。 木材内部水分的含量常以水的重量和绝干木材（不含水分）重量比值的百分率来表示。 含水率（﹪MC）＝（水重/木材绝干重）× 100﹪ 木材在生材状态时其水分是存在细胞壁和细胞腔中，此时的含水率称为生材含水率。在砍伐后，若置于一外在环境下，则因为木材内部的水蒸气压较外在环境为大，水分便由内部向外在环境移动，木材于是开始干燥，在细胞腔的水将会先被移除（图5, Haygreen and Bowyer, 1982）当木材内的水蒸气压和外在环境的水蒸气压达成动态平衡，此时的含水率称为平衡含水率（Equilibrium Moisture Content, EMC），平衡含水率的大小会依木材所处环境的温度和湿度而定，若外在环境为大气环境，则此平衡含水率称之为气干含水率，此时木材称之为气干材，气干材的含水率将会随地区而不同（表1 , Haygreen ＆ Bowyer, 1982）。 图5 木材细胞内的水（Haygreen ＆ Bowyer, 1982, Fig. 8.1） 表1 木材在不同温度和相对湿度下之平衡含水率（Haygreen Bowyer, 1982） 干球温度 相 对 湿 度 ℉ ℃ 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 30 (-1) 4.6 6.3 7.9 9.5 11.3 13.5 16.5 21.0 50 (10) 4.6 6.3 7.9 9.5 11.2 13.4 16.4 20.9 70 (21) 4.5 6.2 7.7 9.2 11.0 13.1 16.0 20.5 90 (32) 4.