木材的外观三切面三方向及纹理..docVIP

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，所以要有智慧的利用木材，必须对木材的各项性质加以认识。 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)、图中断同心圆称之为年轮 (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徵。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平行线的方式呈现，而在弦切面打致会出现 V 或 U 形的木理。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） 由于木材的不均质在不同方向有差异，为了方便了解木材，于是利用直交座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） 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）上述存在细胞腔的水，因为较容易从木材中移除，称之为自由水（free water）；而存在于细胞壁内的水，因为和木材内部化学成分如纤维素、半纤维素和木质素等有吸引力（氢键），而不易离开木材，称之为结合水（bound water）。木材由生材干燥时，将先丧失自由水，如果在某一特定时点，木材内部没有自由水，但结合水仍充满细胞壁时，特称为纤维饱和点（Fiber Saturation Point, FSP），在纤维饱