熱脹冷縮外行話
關於木材變形,許多人總是歸咎「熱脹冷縮」的原理,這樣的說法可説似是而非,嚴格來講 熱脹冷縮 的物理道理,放諸四海皆準,不過可別忘了木材是熱的不良導体,否則不會拿它來製作鍋柄或餐墊。既然對 溫度反應遲鈍,自然不用耽心 熱脹冷縮 的後遺症。由於木材對水分極其敏感,因此 溼度 才是木材酷愛者(wood addict)所當正視的課題。
如要善用木材,當先瞭解木材與水分關係的基本知識,在此就從 木材含水率 談起:
木材含水率:指木材中水重佔烘乾木材重的百分數。木材中的水量可分兩部分,一部分存在於木材細胞胞壁內,稱為吸著水;另一部分存在於細胞腔和細胞間隙之間,稱為自由水(游離水)。當吸著水達到飽和而尚無自由水時,稱為 纖維飽和點(Fiber Saturation Point, FSP)。木材的纖維飽和點因樹種而有差異,約在23~33%之間,通常以30%計。當含水率大於纖維飽和點時,水量對木材性質的影響很小。當含水率自纖維飽和點降低時,木材的物理和力學性質,隨之起而變化,因此「纖維飽和點」可說是木材性質與水分關係的臨界點。
脹縮性:木材吸收水分後體積膨脹,喪失水分則收縮。木材自纖維飽和點到爐乾時的收縮率,縱向約為0.1%,徑向約為3~6%,弦向約為6~12%。徑向和弦向收縮率的不同是木材產生乾裂和翹曲的主要原因。
木材在大氣中會不斷地吸收或散失水分,而漸與周圍空氣的 相對濕度 和 溫度 相適應,在達到恆定時的含水率,稱為 平衡含水率(Equilibrium Moisture Content, EMC)。木材平衡含水率隨著地區、季節及氣候等因素而變化,一般約在10~18%之間,不過寒帶國家冬天使用暖氣地方的「平衡含水率」,也有可能低到6~8%。
至此你當認清木材的收縮膨脹,主要在於含水率的變化而與溫度鮮少關係,各位祇要充分掌控含水率的變化在一定範圍內,即使愛作怪的材種,你也都能使用安全自如。在此請你記住以下非常實用的公式:
ΔD=D x S% x ΔMC/FSP
ΔD:收縮或膨脹量
D:構件尺寸
S%:收縮或膨脹率(因材種、徑向弦向而異,參考木材手冊)
ΔMC:木材含水率前後變化(製作與使用時)
FSP:纖維飽和點可以30%計
如果 ΔD 在1/
實例
家具製作當時之木材含水率與後來使用環境之平衡含水率,兩者相差明顯時,材料嚴重收縮,造成矮櫃面板乾裂、門板反翹變形的情景。
關於浮動構造,下回再專文探討。