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關於木材

01

物理特性

木材是由樹木中沿着主幹、分支以及樹枝方向生長的各種細胞組成的，而這些細胞基本上都是由纖維素構成的，它們通過一種叫木質素的物質粘在一起。

你可以將一塊木頭想象成用膠水粘在一起的一束秸杆。這些粘在一起的秸杆很難被攔腰折斷，將它們彼此分開相對容易些。這就是爲什麼木材更容易沿着紋理而不是橫向於紋理開裂。

從一棵樹的橫截面能看到其不同的生長特徵。

最外面的是樹皮，其中最靠外的樹皮可以保護樹林免遭動物和自然環境的破壞和磨損;而靠裏的樹皮則負責將樹葉通過光合作用產生的營養物質運輸到一層名爲“形成層”的很薄的活細胞中。

所有樹木的生長都發生在形成層。形成層的細胞朝外生長形成新樹皮，朝裏生長就變成了新木材。每年形成層都會朝裏長生一個新的邊材外圈，它的主要作用是將水分從樹根運送到樹的上部。隨着細胞不斷生長，邊材的最裏層會漸漸推動運輸水分的能力，慢慢變硬成爲心材，也就是樹幹中部顏色較深的部分。而樹幹的中心部分叫作髓心。

在大多數氣候條件下，樹林在春天的生長速度比夏天要快。在同一個年輪內，這一現象具體體現在密度和顏色的變化上。每個年輪靠裏面的部分叫作春材，在春天樹木生長旺盛時形成，它們的細胞比夏天生長出來的夏材要大，而且顏色也不一樣。

木材的特性之一：水和木材

由於木材的細胞壁由類海綿物質組成，它們能夠迅速吸收水汽。即使是一塊“幹”的木材，比如餐桌的表面，也會根據屋內的溼度吸收或者釋放水分。雖然細胞壁會根據周圍的溫度收縮或者膨脹，但這種變化只體現在木材的厚度上，對長度沒什麼影響。這就是爲什麼隨着溼度的增加，桌面會變厚而不會變長。

木材在尺寸上的變動致使千百年以來木匠們一直面臨着一個必須解決的問題：如何以特殊的技術把木材永久地接合在一起?這些技術統稱爲“接合技術”，在以後我們會提到。

使木材變幹。當那些木材還是活着的樹木時，它們含有兩種類型的水：自由水和結合水。自由水就是能夠通過中空細胞自由流動的水，而結合水是細胞壁吸收的水分。一棵樹，其自由水和結合水的總重量能超過木材本身的重量。烘乾後用來做傢俱的木材裏面一般沒有自由水，結合水含量也只有6%-8%.

要去除所有的自由水和大部分的結合水，不是簡單地把木材放在外面自然晾乾就可以了，因爲木材在這個過程中會收縮，這種自然的收縮會使木材開裂。

試想，一段剛伐下來的原木放在地上，水分從樹皮和剛暴露出來的端面處不斷蒸發。外圈的木材變幹後，自然會收縮變小，但是裏面的木材還沒有怎麼失水，依然保持原有的尺寸。結果，外圈的纖維收縮，繃得越來越緊，最終開裂，導致木材產生從外向裏的徑向裂紋。同理，端面的水分蒸發引起它的收縮，但它內部潮溼的部分不會收縮，並會給靠外的部分一個保持原狀的張力。這樣下去會怎麼樣?結果就是，原木的端面裂開以釋放這個張力。

一段剛伐下來的原木如果任其自然乾燥，產出無裂痕木板的概率就會降低。解決的方法是將剛伐下來的原木鋸成厚木板，然後用油漆或者蠟封住木板的端面。厚木板堆放時應該用小木塊間隔開，這些墊塊能使木板之間的空氣自由流通;同時，應避免陽光直射和極度乾燥的環境，這個過程叫作風乾。一般情況下，1英寸(2.45cm)厚的板子需要風乾1年。

木材公司當然耗不起那麼長的時間讓木材在倉庫裏慢慢自然風乾，所以他們使用乾燥窯快速去除水分。板材用墊塊間隔開，分層堆放在乾燥窯內。窯內流動着溫暖溼潤的空氣，空氣的溼度會逐漸降低，每次調整時空氣的溼度都必須保持在比木材的溼度稍微低一點兒的程度。這種逐步降低溼度的乾燥方法叫作窯幹。如果操作正確的話，這樣是不會使木材開裂的。

木材特性之二：長紋理和端面紋理

爲了理解長紋理和端面紋理的含義，我們再一次運用那個把木板比作一束用膠水粘起來的秸杆的比喻。木板的表面，相當於我們能看到的外圍的秸杆，呈現的是“長紋理”(或者叫“邊紋理”)。木板的兩端，相當於我們能看到的秸杆開放的橫截面，呈現的是“端面端面紋理”。

理解長紋理和端面紋理的不同，在我們膠合木材的時候非常重要。將兩塊木板邊對邊膠合在一起(長紋理膠合)可以看作用人造膠水代替木質素把木板中的“秸杆”重新粘起來，因此是非常牢固的。要知道，現代的膠水可比木質素粘得緊。而端面紋理就顯得不那麼可靠了，那些多孔的易吸水的細胞會吸收膠合處的膠水，這樣就自然沒有什麼黏着性可言了。

木材的特性之三：徑向形變和切向形變

當木材收縮或者膨脹時，它在每個方向上形變的程度是不一樣的。如圖：

木材會隨着溼度的增大而膨脹，隨着溼度的減小而收縮。但每個方向上的形變程度是不一樣的。切向形變(或多或少地平等於年輪)大於徑向形變(垂直於年輪)，縱向形變(沿着紋理)一般最小，基本可以忽略不計。

在硬木(如櫻桃木、楓木等)中，一般垂直於年輪的形變(徑向形變)程度大概是平等於年輪的形變(切向形變)程度的一半。認識到這一點很重要。一個圓榫會隨着內部水分的改變而變成橢圓形，一塊弦切的板子有可能變成杯形。

木材的特性之四：

杯形形變、弓形形變和扭曲

在形狀上，木材有三種形變：杯形形變、弓形形變和扭曲。

杯形形變是指在寬度方向的曲線形變，而弓形形變是沿着長度方向的曲線形變，至於扭曲則是沿着長度方向的螺旋狀形變。

除了溼度的變化，木材的“記憶能力”和內應力也是木材發生形變的重要原因。木材具有“記憶能力”，一塊經過烘蒸變彎的木板，即使已經乾透了，當週圍的溼度增加時，它內部的纖維仍然會努力恢復它們原來的狀態。這就像一塊乾巴巴、皺巴巴的清潔海綿被丟進洗碗水後，會恢復成原來那種平整、方正的形狀。當彎曲的纖維重新吸水膨脹時，它們將促使木材變回原來的筆直模樣。好的曲木傢俱應該通過各種工藝來鎖定它的每一個彎曲部分，以抵抗木材本身的“記憶能力”。

內應力是由樹木具體的生長情況或木材變乾的方式決定的。當你在臺鋸上沿着板材的長度方向鋸切(直切)木板時，鋸出來的兩邊有時彼此並不平行：它們要麼往一起擠，夾住鋸片，要麼向兩邊分開。導致這種情況的原因可能是，當從板子上裁去一些木料之後，木材內部的生長應力變得不均衡，它需要通過形變來達到受力平衡。當然，烘乾不當或者木材內部溼度不均勻也會造成這種現象。

之所以會發生扭曲，是因爲許多樹在生長時本身就有一點兒螺旋式生長的傾向。被加工成平板的木材，由於被切掉了部分木料或者內部溫度波動，其內部的平衡會發生變化，這時它就傾向於在一定程度上恢復扭曲的狀態。

從一塊板材的表面切掉一些木料，會導致它產生杯形形變、弓形形變和扭曲，因爲原有的應力平衡被打破了。大多數時候，只有當你去掉的木料厚度超過1/8 in(0.32cm)時，這些變化才能被發覺。

如果板子的一面受潮了，這一面就會膨脹，使板子背向受潮面形成杯狀彎曲。這種形變可以在把板子內側也弄溼或者將板子外側烘乾之後消失。

一塊硬木板材經過烘乾並平整定形後，一般不會發生弓形形變或扭曲。但是，發生杯形形變的危險還是有的。

02

木材的類型

木材有許多種類，但總的分爲兩大類——硬木和軟木。通常來說，硬木產自落葉類樹木，軟木則大多來自鬆柏科樹木。

傢俱製作者通常更加青睞硬木。它們結實，形變量少，紋理形狀多種多樣，顏色豐富，光潔度好，切起來更乾淨，殘留在臺鋸和電刨刀片上的木屑也更少。

而軟木，如冷杉、鬆木、雲杉和紅杉等，在建築中用得比較多，比如做框架、修繕用料、家裝材料等。一般來講，硬木的硬度要比軟木大，但也有例外，比如有一種南方鬆木，其密度和硬度就比發球硬木的椴木要大。

硬件木在世界各地均有分佈。人們根據顏色、密度、多孔性和紋理等參數來區分不同的種類。有的傢俱製作者好像更喜歡優雅或者華麗的進口硬木，比如非洲紅木、紫芯木、細孔綠心樟木、紅木、柚木、桃花心木和黑檀木等。

大多數人之所以選擇國產的硬木，是因爲它們取材方便、價格合理、易於加工，而且有豐富的顏色、紋理和形狀，能滿足人們的各種設計需求。當使用進口木材時，你必須考慮它們的可持續性，如果是很難長的樹，你還要計算取材的生態成本。

而且，吸入或者接觸某些進口硬木的木屑可能引起身體的不適，嚴重者可能導致產生過敏反應，甚至帶來生命危險。

1.原木的加工

當一個木工把一根原木放在鋸木機上時，他有很多選擇。如果需要實心板材，他可以把原木鋸成平等於木材圓形表面的切面的弦切板(也叫平切板)，也可以鋸成垂直於木材表面的徑要板，或者與木材表面呈30-60度角的斜切板。

弦切板的標誌是其端面紋理中的弧形紋和表面紋理中的火焰紋。徑切板的特點是其端面紋理中有相互平行的垂直於表面的條紋以及表面紋理中有平行的直線紋。斜切板與徑切板類似，唯一的區別就是其端面紋理中的線條並不垂直於板材表面，而是斜的。

弦切板比徑切板和斜切板更容易發生彎曲，因爲它的兩面要承受同時來自徑向和切向兩個方向的不平衡的力。然而，徑切板和斜切板的加工成本要比弦切板高，且木料的利用率低。鑑於這些原因，在木材場見得最多的還是弦切板。

上圖展示了兩種不同的加工原木的方法，即弦切和徑切。你也許會問，鋸弦切板時從一邊開始一直平等鋸到底豈不是更好?實際上每棵樹的中央部分都是不能用的，因爲有髓心和密集的節疤。所以，想把用來做傢俱的原木加工成弦切板的方法是，從四個邊分別開始鋸原木，以避開原木的中心，具體見圖示。

鋸原木時還要決定將木板鋸到多厚。一般情況下，賣給木材場所的木板厚度是1-2in(2.54-5.08cm)。不過，考慮到木板最終達到所需厚度，在從原木上把它們鋸焉時要在厚度上多留一些量。

2、薄板

大量的木材需要被切割成均勻的1/8~1/100 In(0.32~0.03CM)厚的薄板，一般商用薄板的 標準厚度爲1/36~1/42 in(0.07~0.06CM)，而且現在有越來越薄的趨勢。

薄板在 工業上的用途主要是製造合成板和其他板狀產品。傢俱製作者用薄板來製作桌子和櫥櫃等傢俱的表面，或者通過層壓技術製作彎曲的形狀。

薄板可以通過平切或旋轉切得到，如圖

旋轉切得到的薄板多用於建築施工，它們的表面會有很多不規則的木紋。傢俱製作者更鐘愛平切的薄板，因爲它們看起來像弦切實木板或者徑切實木板。平切薄板一般按照其被切下的順序堆砌起來作爲一個整體出售，因此傢俱製作者能利用這些薄板在紋理和顏色上的搭配進行一些設計。

3、合成板和人造板

世界上的大多數木材都被做成了合成板和人造板。儘管合成板的概念早在數千年前就已被提出，但直到第二次世界大戰時期高質量脫水產生並 發展了，它才被付諸實施。合成板由多張薄板層疊而成，且相鄰兩塊薄板的紋理方向彼此垂直。如圖：

這樣一來，合成板中每一張薄板的長紋理都能起到防止毗鄰木板橫向收縮的作用，從而維持整塊合成板形狀的穩定性。合成板的另外一個優點是由於它的紋理比較複雜，它不像實木那樣容易開裂。

儘管本書中所有的練習都沒有用到合成板，但不得不承認，在大多數情況下，合成板是合理的甚至是理想的木工材料，尤其是在製作傢俱時。

做傢俱用的合成板可以通過厚度、質量以及內部的薄板種類來加以區分。零售的用於做櫥櫃的樺合成板是由外層的 樺木薄板黏附在較厚的白楊木基層上製成的，厚度從1/8~3/4in(0.32~1.91cm)不等，是一種結實可靠的板材。

還有一些合成板，它們厚度不一，外層是較好的硬木薄板，中間的基層是樺木、白楊木或密度板。1/4in(0.64)厚、表面是硬木的合成板來做抽屜的底板和櫥櫃的背板。薄一點兒的合成板(1/8In)和富有彈性的可彎曲的合成板可以用來做有曲度的形狀。

人造板是用膠水把各種木頭碎屑和顆粒粘起來定型之後得到的。人造板有很多名字，比如刨花板、密度板、碎料板、纖維板等，它們的用途與合成板差不多。

人造板多種多樣，區別在於用來合成的木屑的大小，以有它們被擠壓的程度。衆多的缺點並不影響它們極高的使用率，它們被廣泛地用來做模型甚至是精美的貼面傢俱，因爲它們便宜、穩定、光滑、密度高。

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