木材与家具
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与认识木材&森林是一种能再生循环利用的资源，只要能以合理之经营方式，则将取之不尽，用之不竭，不似石油或矿物，一经开采，无法永续利用。森林为一复杂之生态系，不仅为动植物生存之环境，亦为生物物质能量循环之重要环节。森林之功能繁多，足以影响一国之经济。&木材产自森林，以纤维素、半纤维素、木质素为主要组成之天然有机材料，自古以来，人类依所需之利用方式而可得到各种不同之利用价值，如用以制造纸张、建筑材料、乐器、家具、装饰工艺品、药材、食物原料……。而自工业革命以来，人类为了扩张土地，大面积伐除或焚烧森林以利农牧，使得21世纪之今日，人类面临面地球暖温化、臭氧层破裂等问题，因此，如何有效的利用木材资源为日益重要之目标。&木材具有其它材料所不具有之：调节环境湿气之吸脱湿功能、对电与热之不良导性、高比强度(木材之引张比强度为钢材之3倍；压缩比强度为混凝土之5倍)、耐高冲击力、容易加工、的纹理与色彩……等。诸如此类之种种特性，皆与其组织构造有关。因此，唯有了解木材本身及其基本特性，才不致于糟蹋天然之珍贵资源，进而达到「适材适用」之目标。木材之概念树木之生长与木材形成&一、树木之特征植物大可分为木本植物(woody plants)及非木本植物(nonwoody plants)，一般将木本植物称为树木，我们所使用之木材，即为木本植物之产物，其特征如次：&(一)&&&&具有维管束组织(vascular tissues)及通导组织(conductive tissues)。维管束组织系由木质部(xylem)及韧皮部(phloem)所构成。一般其木质部已木质化。(二)&&&&多年生植物。(三)&&&&具强固之树干以维持其植物体。(四)&&&&具二次加厚生长(secondary thickening)，及直径之生长。此系由形成层细胞分裂形成。&二、树木之种类&(一)&&&&乔木(tree)：主干通常单一，分枝位置高，具一定之树冠。&(二)&&&&灌木(shrub)：通常无主干，植株离地低处即行分枝，以致由侧枝形成小干丛立(deliquescent)，且无固定树冠者，称之为灌木。&(三)木质藤本(woody liana)：植物本身不能直立，必须利用其茎蔓、卷须或吸根等，藉由旋卷、攀绕其它支持物方能上升者，称之为藤本(liana)。若根、茎已木质化者，则称之为木质藤本。树木之外观&树木由根部(root)、树干(stem, trunk)与树冠(crown)等三部份组成。&&根部生长于树干下之土层中，吸收树体成长所需之水分、溶解性矿物质及氮气，经由边材向上疏导至各部位；另外，根部亦可防止水土流失，并支持树木。&树冠为树木上方枝叶着生之部位。植物之叶中存有叶绿体，叶绿体可撷取光能，将空气中之二氧化碳与根部所吸收之水，转化为葡萄糖，经由韧皮部(phloem)之内树皮(inner bark)向下传送到树木各部供成长之所需。若有剩余，则会再转化为淀粉而储藏起来。&树干为树冠以下、地面以上之部位，呈通直或弯曲状，用以支持树冠之重量，此部份为木材之主要来源。三、树木之生长&树木之树干或枝条的先端具有顶端分生组织，它边会分裂细胞，边会将本身向上推上去，因此，树木得以伸长其高度，此称为伸长身长。分裂后之新生细胞不久后及分裂为初生组织，而后产生形成层。&形成层之细胞(起源至始原细胞之木质部母细胞)分裂而形成后生木质部。形成层边向内侧形成木质部，边将其本身向外侧推动。其结果，树干会粗大，此称为肥大生长。如此，树木藉由两个不同的分裂活动而逐渐生长，但其活动并非一直持续不断，而是会间断性的休止。包含此修只期间在内，称为一个生长期间，于活动初期进行顶端分支时，优势者形成主干，其它则形成枝条。一般在温带地区之树木，生长发育之周期为一年，由形成层相对发育产生后生木质部，以形成年轮。树干之横断面会显示出以髓心为中心的同心圆状环轮，但立木每一年的生长层(growth layer)则是呈圆锥状重迭而成。各年度之圆锥顶点是该生长年度生长停止时期。1.&髓心&髓心位于树干、枝条及根之中轴，系属生长点分裂而成的初生组织，由薄壁细胞组成。主要功能为储存营养物质。髓心依其断面形状、色泽、大小可作为木材鉴别之依据，如青刚栎属之髓心呈星型；山毛榉属、桦木属、赤杨属之髓心成三角形；胡桃属之髓心色黑；山黄麻、江某、白塞木之髓心呈白色。2.&边材与心材&成龄树干之木质部(woody parts)包含边材与心材两个区带。通常边材颜色较心材浅；但也有些树种如云杉(spruce)、铁杉(hemlock)或白杨木(poplar)等，其边心材之颜色难以区别。边材中之细胞多具有生命力，其主要之功用为输送及储存养分。心材均为死细胞，主要之功用为支持树干与储存萃取物(extractives)。3.&生长轮、早材及晚材&树木因周期性的生长，而在木口面形成同心圆状之木质部层次。此木质部层次称为生长层(growth layer)，其断面称为生长轮(growth ring)。暖温带地区生长之树木，通常生长期为一年，故又称为年轮(annual ring)。&在一生长轮内，其内侧组织于生长季初期(春季)所形成，故称为早材(early wood)，又称春材(spring wood)；而在外侧组织，是在生长季末期(夏、秋)形成，故称为晚材(late wood)、夏材(summer wood)或秋材(autumn wood)。一般而言，针叶树材之生长轮较阔叶树材明显，而阔叶树之散孔材、半环孔材，不易分辨其早晚材及生长轮。木材介绍1.美国西部木材&Woods of the West U.S.A.针叶材花旗松西部落叶松云杉西部铁杉冷杉巨冷杉/白冷杉亚高山冷杉太平洋银冷杉加州红冷杉西部黄松/加州白松西部白松/爱达荷白松&糖松黑松西德加云杉阿拉斯加扁柏美洲花柏香肖楠美西红侧柏红木&&阔叶材红桤木大叶槭木白栎木椆木纸桦加州红栎木黑白杨黄叶锥槠太平洋杨木桂木&&&2.台湾木材针叶材(Softwoods)扁柏红桧台湾杉台湾红豆杉台湾黄杉肖楠杉木台湾铁杉香杉柳杉台湾冷杉台湾云杉台湾二叶松台湾五叶松&&阔叶材(Hardwoods)乌心石琼楠樟树牛樟台湾擦树香桂大叶楠红楠香楠相思树江某台湾赤杨赤皮青刚栎锥果栎台湾榉木荷光蜡树九芎龙眼光蜡树&3.花梨木属蝶形花科紫檀属(Pterocarpus spp.)，全属约30种，产地分布于东南亚、美洲、非洲，中文通称为花梨、红木，通称为Narra(菲律宾用语)或Padauk(印度尼西亚、缅甸用语)。各种花梨木则因产地或不同种而有单独之英文名或俗名，台湾常见者如：菲律宾紫檀：Pricky narra或Red narra红木紫檀：Red sandal wood或Red sander(印度)印度紫檀：Narra或Yellow narra(菲律宾)、Padauk(缅甸)、Angsana(沙劳越)、Sena(马来西亚)、New Guinea rose wood或Amboyna wood(新几内亚)加州红木仅一种，又称为长叶世界爷4.&南方松南方松为多数树种之统称，包括长叶松(Pinus palustris)、短叶松(Pinus echinata)、德达松(Pinus taeda)、Slash pine(Pinus elliottii)等。南方松木材主要来自于美国乔治亚州、阿拉巴马、北卡罗来纳、阿肯色及路易斯安那等州。由于各树种之外观相近，不易分辨，故统称南方松。边材黄白色，心材红褐色。气干比重0.51-0.59。&&1.钢柏木(Koompasia malaccensis Maing)，又称甘不木，英文名Kampas。苏木科。产于印度尼西亚、沙巴至新几内亚。边心材区别明显，边材淡黄白色，心材红褐色，质地硬重，气干比重0.67-1.28。散孔材。制材、干燥、刨削加工困难，涂装性能佳，胶合性良好至中庸，钉着力中庸至差，抗蛀性差。2.铁杉(1)北美西部铁杉(Tsuga heterophylla)，英文名Western Hemlock，松科，铁杉属。产于美国西北部至加拿大西南部。边心材区别不明显，木材白色或淡黄色，生长轮不明显。气干比重0.34-0.48。不具正常树脂沟，但具伤愈树脂沟，木质线细致，交叉区壁孔云杉型、柏木型。制材性、干燥、刨削加工、涂装、胶合性能均优良；钉着力中庸，耐腐性及抗蛀性差；破坏系数低(&= 600 kg/cm2)、弹性系数小(&=90000kg/cm2、抗剪强度小(&= 90kg/cm2 )(2)东部铁杉(Tsuga canadensis)，又称加拿大铁杉，产于北美东部地区，松科，铁杉属。气干比重0.40~0.60。破坏系数低(&= 600 kg/cm2)、弹性系数小(&=90000kg/cm2、抗剪强度小(&= 90kg/cm2)。(3)台湾铁杉(Tsuga chinensis Pritz)，产于全岛海拔1,000~3,000m之山区。气干比重约0.56。材色黄白至黄灰。交叉区纹孔柏木型。制材性、胶合性、钉着力良好至中庸；干燥及涂装性良好；刨削加工及耐腐性能中庸至差；抗腐性中庸。3.放射松(Pinus radiata)，英文名Radiata pine，松科、松属，原产北美，现今主要生产地位于纽、澳地区。破坏系数低(&= 600 kg/cm2)、弹性系数小(&=kg/cm2、抗剪强度小(&= 90kg/cm2)。4.柳桉(Shorea spp.)，龙脑香科，产地分布广泛，菲律宾已东，马来半岛，中南半岛，印度及巴基斯坦均产之。菲律宾称为Lauan；马来西亚、沙劳越北婆罗州称为Meranti或Seraya。本属之木材众多，性质及外观差异颇大，今粗略将其分为5大类：(1)白柳桉(Parashorea spp.或Pentacme spp.)，英文名White Lauan。边心材区别不明显，木材淡灰褐至淡红褐色；木理交错，木肌粗糙，常见脆心材，天然抗腐性差，气干比重约0.62。散孔材，具纵向树脂沟，沟中常含白色树脂状物质。制材性、干燥性、刨削加工性、涂装胶合性均优良，钉着性良好-中庸，耐腐及抗蛀性差。(2)白美兰地(Shorea spp.)，英文名White Meranti，俗名Mangasinoro、Yellow Lauan, Melapi。边心材区别不明显，材色黄色至淡黄褐色。气干比重0.64-0.72。制材性中庸-差，；干燥、涂装、胶合性良好；刨削加工及钉着性中庸，耐腐性差。(3)黄色美兰地(Shorea spp.)，英文名Yellow Maranti，俗名Meranti Kuning、Meranti damar bitam。气干比重0.50-0.77。制材、干燥、加工、涂装、胶合性能均优异，钉着力中庸，耐腐性差。(4)深红美兰地(Shorea spp.)，英名Dark Red Meranti，俗名Meranti Merah、Dark Red Seraya。气干比重0.50-0.75。制材、刨削加工、胶合性优良；干燥、涂装性中庸-良好；钉着性中庸；耐腐性差。(5)浅红美兰地(Shorea spp.)，英名Light Red Meranti，又称Light red philippine mahogany、Light red seraya。气干比重0.60-0.80。制材、干燥、刨削加工、涂装、胶合性均优良；钉着力中庸，耐腐性差。&5.桂兰(Angiosperm spp.)，又名山桂花，英文名Mersawa，龙脑香科，分布于新几内亚、孟加拉国及东南亚各国，其中又以苏门达腊最多。各地之如下：马来西亚-Mersawa菲律宾-Palosapis苏门达腊-Tenam芠莱-Benchali或Merbakan沙巴-Pengiran泰国-Krabak柬埔寨-Phdiek新几内亚-Garawa沙劳越-Merkunyit缅甸-Kaunghmu边心材区别不明显，木材为淡黄色，与黄柳桉相近，唯其心材纵断面上具有红色或桃红色线条，横切面上具有白色同心圆弧状之薄壁组织，为区别之特点。树脂沟中具白色物质或硅结晶，易磨损刀具。散孔材。制材性、刨削加工性、涂装胶合性能、钉着力均良好；干燥、耐腐性差。枫木、榉木、橡木、松木、云杉等都是制作木制相框好材料，一般说来，木制相框也很少特别指定哪些木材，用于制造家具地板的木材，都可用于相框；而且因为相框边条所需的木料不多，通常也都是采用制材场留下之剩料。台湾教育部对国民中小学课桌椅材质建议如下:1.钢柏木2.铁杉木3.放射松4.南方松5.柳安木6.次杨木7.桂兰木&木材相关介绍&防火1小时是指处理材经过试验规定的方法燃烧1小时后，各方面仍能通过试验标准规定，考虑之因子如：燃烧食之发烟系数、温度上升性、排气性、气体毒性，燃烧后材料之强度、完整性、龟裂程度等，详细情形请参阅CNS 6532。&Heavy timber construction防火，就是指大型结构材的防火，一般谈论道的防火药剂处理，都是针对室内装修材料进行，很少处理大型结构材。其原因是处理大型材料所需之药剂多，而且大尺寸木材燃烧后表面形成炭化层，就以产生阻燃效果，不需经过药剂处理。&台湾目前从事木材防腐的业者不多，不论是进口材或是台湾业者自行进行防腐处理，一般还是以CCA的用量最大。CCA对环境产生之冲击，通常是在燃烧处理材后所产生之气体，含砷量较高；或是处理材经过雨水淋洗后，铬、砷、铜等元素渗透至土壤或水域中。&积层胶合梁，顾名思义，就是用于结构中的"梁"，也可用于"柱"，一般我们常说的"木蛋"、"巨蛋"....等，多半是应用此种木质复合材料(或可说是强化强料)制成，这种材料强度强、尺寸大(而且尺寸大小可依设计者自行控制，如果以原木制造，必定受限于原木之尺寸)、改善木材异方性之缺点、节省木材资源(善用低价值之小径木，也可说是以人工林所生产之木材取代了天然林木材)，可说是一种相当好的材料。&&钉着力试验法及钉的相关标准如下：CNS 643钉类标准CNS 4562十字穴圆头木螺钉CNS 4563十字穴平顶埋头木螺钉CNS 4564十字穴扁圆顶埋头木螺钉CNS 5113垫圈（木结构用）CNS 6719木材钉着力试验法ASTM D1761-77 “Testing Metal Fasteners in Wood”JIS A 5508亦有规定钉尺寸：如N50表示钉长50mm，直径2.75mmN38表示钉长38mm，直径2.15mm&&原木材积量测计算1.量测原木断面平均直径，得到D(cm)2.量测原木长，得到L(m)3.如果D为12cm以下之原木，以下式计算原木材积(m^3)：V=0.7854*L[(D+0.45L+0.2)^2]/100004.若D大于14cm者，以下式计算：V=0.7854L{D+0.5L+0.005L^2+0.000125L*[(14-L)^2]*(D-10)}^2/10000&&游离度(free, freeness)，可以藉此表示纸料在抄网上的脱水程度，影响此数值大小的主要因子包括纤维种类、性质、打浆程度或状态等，测定方式有Schopper-Riegler，以。SR表示，另一种常用的是加拿大游离度(Canadian Standard Freeness, C. S. F.)。&&木材表面裂之原因，主要乃受表面水分迅速丧失，而水分丧失则受到环境中温度及湿度之影响，所以您虽然未将木材直接置于日晒处，但仍会发生面裂。一般板材以干燥窑(小尺寸可使用烘箱进行)干燥时，如须预防表面裂化，须注意1.空气之循环流通2.干燥初期以高湿度方式进行(一边加热一边喷湿气)如果要预防端部开裂，可将亚麻仁油煮沸后，加入白铅粉搅拌成糊状物涂封于木材之端部。再者，一般保存原木时，通常将其浸在水池中，不但可抑制霉菌及真生之滋长，亦可保持木材内部之水分，不至干裂；如没有足够之开设储木池，可采用定时喷水方式，保持木材表面水分处理之。另外，欧洲文献中已记载湿木雕刻之例子，以大尺寸之原木进行雕刻，即采用湿木行之。雕刻者先在木材中心部分打洞(目的是平衡木材表面及内部水分丧失之速度)后，即进行粗略之雕刻，若需暂停时，则以湿布覆盖于表面保持湿润，而进行到细工时，则需待木材干燥后方能行之。一般关于木材裂化之问题，多参考木材干燥之相关书籍，如罗梦彬着之"木材气干及窑干实务"、翟思涌着之"木材窑干实务"等诸如此类之书籍，但这些均着重于板材。家具表面披覆&一般家具以表面披覆(Coated):要求颜色之产品,于底漆前先喷上一次色精,让颜色显现40%~50%的深度,再依要求修饰颜色1.&&&&&&&USA-硝化棉系NC Lacquer,水白色,附着性佳,挥发强,易造成空污/水污,无法加硬化剂,不耐热,不耐水,但韧性好,可连续作业,无法通过香烟头测试2.&&&&&&&Japan/Europe-酸硬化系树酯(胺基酸树脂Aminoalkyd阿米诺系涂料,油溶剂挥发再由酸处进硬化之涂料),优丽坦Uretan,硬度高,每道作业需间格数小时,可通过香烟头测试3.&&&&&&&不饱和树脂(PE):琥珀色,附着性好,需加硬化剂为二液型4.&&&&&&&聚尿脂(PU):水白色,防火性好硬度高,含铅量高,为二液型,需加硬化剂&&涂膜硬度测试抗张强度:以手划用铅笔测试(9H~6B视要求)压入强度:试片上施以垂直荷重以量测变形抵抗之大小&涂膜附着性测试:利用美工刀再1cm-square上分割成100块1mm-square之小方格,再以透明胶带黏上,用力撕下,剥离状况。&检验重点:主要为油漆颜色,次要为含水量1.木材含水率-尤其桌脚/床柱等有胶合者问题较多, MDF板与碎木板含水量要求约7-9%2.油漆含水率-尤其销日本线的油漆3.油漆色差-床/床头柜/斗柜,餐桌/餐椅与房间组一起出货时特别注意,一般以色版比对,但实木与木皮之油漆吸收度不同,最好2种比对板都有样品色漆分类(依实际状况需求使用,约24-26%Lacquer固化成分),半平光漆约50%亮度,全消光漆0%亮度,漆面披覆100% close表面加工细, 70% close可表现木纹质地。a.Tona(生产自己调,依木材材质/规格决定深浅,以香蕉水调和)b.&Wash coated(生产工厂自己调,依木材材质/规格决定深浅,以香蕉水调和)c.Glass(油漆厂调好)d.&修色漆油漆性不佳在木材接合脚处可看出龟裂(木材湿度太高议会产生)无高周波处理者可于胶合后再进行1-2次烘干作业,再做表面处理。4.木皮/纸皮龟裂(Venyl)或PU皮-过冬时特别有问题,一般木皮厚约0.55-0.60 mm,砂光后剩约0.30 mm,砂纸细度一般为#150, #180, #220(中/下级产品), #240, #280,木皮龟裂不易发现,其含水量一般约10%-12%, 10%还好, 12%因销售地区产生之问题亦有影响,贴皮板面一般为3层,高级品则为5层,形状贴皮一般以纸胶带黏贴,磨光后即可去除,加工环境需保持湿度10%以内,加工中并以塑料布遮盖避免回潮,长直木皮则以胶线车逢,以利快速加工,贴合加热后胶线即可融化,木皮分小花/大花(纹路)价格高,乱花价值差,特殊花样贴皮,有以雷射切割(复杂),或人工切割贴合(简单花样者),木皮一般有OAK, Cherry, ASH, Mahogany, Burl等,常用砂纸初磨#100-150,细磨#160-240,每一砂光间格不超过#40。&与价格之因素-原料等级/油漆加工程序/设计式样/报价高低油漆加工程序(油漆层数无法检验,以现场检验于制程中确认)1.中级品: 9-12层漆2.次级品: 6-7层漆3.封闭处理以布轮抛光看不到木纹,检验以手不易刮除为原则,另有半开放式处理与开放式处理,一般等级有抛光处理,高级品无抛光处理(因木材质料选择较佳), Wash White处理,呈淡白底颜色,以木纹纹路粗之木材较佳,如橡木OAK。4.检验以底色一致性较重要,面漆亮度因不同板材结合而产生之差异则尚可接受。&&一般木材胶合以E0或E1胶, E0胶较好，属于环保胶无福尔马林成分，低级品一般用尿素胶。&尺寸检验一般公差为+/-1~2 mm (1/8”以内),有规格要求者以为主。&取材方式与含水率影响加工变形与翘曲,碗盘/柜类之门窗框需特别注意,桌面处理避免龟裂,但可接受局部翘曲,需耐热/耐水处理,一般以香烟头测试。&湿度含量量测木材长直面之宽面向,一般加工烘干至8%,并在24小时内,先上一道漆,或重点式专门针对门处理,或烘干至8%以下, 2天内再上漆(此做法风险较大,木材可能回潮。USA东岸(纽约)湿度要求8%以下, USA西岸(旧金山)湿度要求10%以下,内华达沙漠地区湿度要求7%以下,一般不可能做到。<FO body <FONT size中国木材科学的近期发展&#x5f;江泽慧
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