木材的外观、三切面、三方向及纹理

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1、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，所以要有智慧的利用木材，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(HaygreenandBowyer,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(outerbark)、韧皮部(phloem)、形成层(

2、cambium)、边材(sapwood)和心材(heartwood)、图中断同心圆称之为年轮(annualring)，而圆心则称之为髓心(pith)。图1树干圆盘（HaygreenandBowyer,1982,Fig.1.5）如果将木材的横切面(crosssurface)延其半径方向切开，则可看到木材的径切面(radialsurface)，如果延圆周的切线方向予以切开，则可得到弦切面(tangentialsurface)，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

3、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(HaygreenandBowyer,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（HaygreenandBowyer,1982,Fig.2.2）由于木材的不均质在不同方向有差异，为了方便

4、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（BodigandJayne,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（longitudinaldirection）、径向（radialdirection）和弦向（tangentialdirection）予以描述比较。图4木材的三方向（BodigandJayne,1982,Fig.3-9）I.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

5、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

6、，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,HaygreenandBowyer,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（EquilibriumMoistureContent,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

7、,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（freewater）；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（boundwater）。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（FiberSaturationPoint,FSP），在纤维饱和点的含水率约为25﹪～35﹪，一

8、般以30﹪表示。自由水的增加或减少，只会增加或减少木材的重量，但结合水的增减却会影响木材的膨胀收缩机械、热、电和音等性质。I.木材的膨胀收缩木材在纤维饱和点以下时，含水率的增减亦即结合水的增减，将使木材膨胀收缩，含水率的增减通常是因为