影响木材质量的六大因素分析

目前市场上的木材种类繁多、质量不一,我们需要充分了解哪些因素会影响木材的质量,再对这几个方面引起重视,才能确保最终生产出令人满意的家具产品—Sandy Sun

 

用于制造家具的木材多种多样,家具生产商或个体户往往无法准确地辨别出质量优异的木材,因为他们没有找到合适的方法或者不知道从哪些方面入手。在下文中将详细介绍影响木材质量的六大因素,以便制造商或个人工作坊能够找到合适的优质木材。

 

木材的密度

木材基本密度是木材的一种属性,也可以称为“气干密度”,指的是木材在一定的大气状态下达到平衡含水率时的重量与体积比。如果木材的气干密度大,说明它的份量重,硬度大且强度高。所以这是一个衡量木材的强度指标。实木地板的木材一般要求气干密度在0.6以上。由于各地区木材干衡含水率及木材气干程度不同,气干状态下木材含水率数值的范围通常在8%到15%之间。在中国规定气干材含水率为12%,即把测定的气干材密度,均换算成含水率为12%时的值。

因此,人们会普遍认为木材的密度越高,强度也高,材料的分量就越重,其质量也就更好,这一说法有着参考价值但也存在片面性。比如把气干密度大且重的实木制成家具或地板之后,因这类木纤维很细密,其吸水胀膨率会变高,在排水的时候木材的收缩率也会更高,所以重量越重的实木家具,由于热胀冷缩,它更容易变形。

显而易见,在选择木材时不能只观察它的密度高低。针对木材密度高会变形的问题,应当采用合适的干燥工艺,让木材的含水率保持在理想的范围内,确保其稳定性,这类密度偏高、且经过干燥处理、不易变形开裂的木材才能被认为是质量好的。 

 

环境的温度和湿度

周围环境的温度和湿度对木材的属性有着直接的影响,如果木材长期被放置在温度、湿度过高的地方,木材的强度会被大幅度减弱。当周围环境的温度升高时,木材受热,其组成细胞壁的成分会逐渐软化,强度随之降低。如果是正常的气候条件下,温度升高不会引起木材化学成分的改变;温度降低时,木材还将恢复原来的强度;但是把木材长期处于40℃至60℃时,木材会发生缓慢碳化,甚至长期处于高温60℃至100℃时,木材里面的水分和所含挥发物会被蒸发;当环境温度在100℃以上时,木材会被缓慢分解为组成它的化学元素。

反之,环境温度过冷也不利于木材的属性。当环境温度降至0℃以下时,木材中的水分会结冰,强度将增大,但木材会变得比原来更脆,一旦解冻,材料的各项强度都将低于未被冰冻时的强度。

另一方面,环境湿度过高对木材产生的负面影响会很严重。高湿度会使木材介质内部水蒸气的分压越来越大,木材表面上的水分会更加难以蒸发,材料的干燥速度也会随之降低;如果环境的相对湿度比较低,那么木材表面水分的蒸发速度会变快,整个表层的含水率就能得到控制。当然,如果相对湿度过低,木材也会出现开裂等其他缺陷,因此,只有把木材放置在温度、湿度适宜的环境下,才能够让木材的质量得到保障。

 

木材的含水率

木材的含水率同样会对其强度产生很大的影响。木材中水分存在的状态:按其与木材的结合形式与位置,可分为三类:自由水、吸着水和结合水。木材中主要水分是自由水和吸着水,化合水的含量非常少。日常使用中,吸着水对木材的性能起着至关重要的作用。

当木材细胞壁含水率(吸着水)处于饱和状态,而细胞壁无自由水时,这时候木材的含水率被称为纤维饱和点。纤维饱和点是木材特性变化的转折点。

当木材的含水率在纤维饱和点以上变化时,只是自由水在变化,对木材的强度没有影响;当木材的含水率在纤维饱和点以下变化时,随着含水率的降低,吸附水减少,木材细胞壁趋于紧密,强度增大;反之,木材的强度减小;当达到纤维饱和点时,木材的细胞和细胞间隙就像水库一样蓄水,木材体积和性能基本不发生变化。含水率对木材各种强度的影响程度是不同的,对顺纹抗压强度和抗弯强度影响较大,对顺纹抗剪强度影响较小,对顺纹抗拉强度影响最小。测定木材强度时,通常规定把木材含水率为12%(称木材的标准含水率)时的强度作为标准值。

一般情况下,木材的含水率不宜超过20%,如果超过这个数值就不利于后期的涂刷工序,涂料中有些含有油脂,过高的含水率不利于油的渗透。

 

气流循环速度

气流循环速度同样会影响木材干燥的速度。高速气流能损坏木材外表上的饱和蒸汽界层,从而改进介质与木材之间传热、传质条件,加速枯燥速度。当木材含水率较低或者遇到很难被干燥的木材(难干材),材料内部的水分移动决定了木材干燥速度。然而,通过增加介质流速来加快木材外表水分的蒸腾速度没有实际意义,反而会加大含水率梯度,增加发生枯燥缺点的危险性。所以,对于难以被干燥的木材而言,不需要加大介质循环速度。

 

负荷时间

荷载在结构上作用时间的长短对木材的强度也有很大的影响。木材在长期荷载作用下所能承受的最大应力被称为木材的持久强度,它仅为木材在短期荷载作用下极限强度的50%至60%,这是由于木材在长期荷载作用下将发生较大的蠕变,随着时间的增长,会产生大量连续的变形而被破坏。

木结构一般都处于长期负荷状态,所以设计师需要以木材的持久强度为依据,尽可能设计并使用稳定性较强的结构。当然,如果需要延长木材的使用寿命,使用者也需要适当控制荷载值,尽量防止荷载超过木材所能承受的应力。

 

树种及木材的内部结构

木材的种类(即树种)是影响材料干燥速度的主要内因。不同的木材种类有着不同的构造特征,其纹孔大小与数量以及纹孔膜上微孔的大小都有很大差异,因此水分沿上述路径移动的难易程度就有差别。比如环孔硬阔叶树材(例如酸枝木)导管和纹孔中充填物多、纹孔膜上微孔的直径小,所以其干燥速度明显小于散孔阔叶树材;在同一树种中,密度增大,大毛细管内水分流动阻力增大,细胞壁内水分扩散路径延长,很难被干燥,木材的稳定性自然会受到影响。

因此,大多数材料的天然属性就已经决定了其质量和强度的好坏,使用者除了需要注意上述影响因素之外,如果需要保证最终家具产品的质量,在选择材料时就需要先了解木材的天性。

现今适合用在家具、装饰方面的树种分别是水曲柳、橡木(白橡、红橡)、橡胶木、松木、榉木、胡桃木、柚木、杉木、香樟木、榆木、楠木(金丝楠)、樱桃木以及枫木等实木。尤其是松木,相比较红木而言价格更容易被接受,既有着细腻美观的纹理,其物理抗压、抗剪、握钉力也比较强,坚硬抗磨,易干燥,不易变形。更重要的是,这类实木具有环保性,已经越来越受到消费者的欢迎。

 

亚洲木工业杂志(FDM China)是中国木工专业人士的首选刊物,本刊为包括工艺技术、家具设计与制造、板材制造、原材料处理以及可持续发展等在内的广受关注的产业话题提供了最新资讯和专业见解。

FDM China在大中华地区单期的纸质和电子发行总量为53,534本。同时,我刊也推出了一套综合性的网络营销方案,旨在满足客户日益提升的业务需求,并且帮助深化您的品牌效应。