2.1 常用木材
2.1.1 木材的构造
木材由髓心、木质部、形成层和树皮组成,见图2-1。
图2-1 树木的横截面
髓心位于树干的中心,质地柔软,疏松脆弱,是木材初生第一年生长生成的部分,强度低,容易腐蚀虫蛀。
木质部位于髓心和树皮之间,是木材使用的主要部分。通常在木质部的构造中,许多树种的木质部接近树干中心,颜色较深称为心材;靠近树干外侧,颜色较浅称为边材。
形成层位于树皮与木质部之间的薄层,形成层向外分生韧皮细胞形成树干,向内分生木质细胞构成木质部。
树皮是由外皮、软木组织和内皮组成,起保护树木的作用。
年轮是树木形成层在每个生长周期所形成,并在树干横切面上,所看到的围绕着髓心的同心环。年轮中,在生长季节早期形成的材质疏松轻软、细胞腔较大、细胞壁薄、材色较浅的部分称为早材。年轮中,在生长季节晚期形成、材质硬、细胞腔较小、胞壁较厚、材色较深称为晚材。
2.1.2 常用木材的分类
2.1.2.1 按树种的分类
木材按树种分类,分为针叶树和阔叶树两类。
(1)针叶树
针叶树树叶的形态细长如针,部分树种含大量的树脂。因其树干直而高大,纹理顺直,木质较软,密度小,强度较高,胀缩变形小,易加工,故又称为软木材。常见的针叶树有杉木、水杉、云杉、冷杉、铁杉、红松、落叶松、白松、黄花松、云南松、马尾松、樟子松及柏木。它主要是建筑工程、桥梁枕木、桩木、机械模具及建筑装饰装修工程中的用材。
(2)阔叶树
阔叶树树叶宽大呈片状,叶脉为网状,其树质坚硬,阔叶树大多数为落叶树,树干通直部分较短,木材较硬,密度较大,易胀缩、翘曲、开裂,加工比较困难,故又称为硬木材。常见的阔叶树有榆木、柞木、柚木、椴木、楠木、核桃木、榉木、水曲柳等硬质木,也有部分树种质地较软,如桦木、杨木等。它主要是建筑工程、桥梁枕木、胶合板及室内装饰装修工程中的用材。
2.1.2.2 按用途和加工方法的分类
木材按用途和加工方法,分为原条、原木、成材和木质人造板材,见图2-2。
图2-2 木材的分类
(1)原条
原条是指已经去皮、根、树梢的,但尚未按一定尺寸加工成规定的材类。
(2)原木
原木是指已经去皮、根、树梢的原条,并按一定尺寸加工成规定直径和长度的木材,其中又分为直接使用原木和加工用原木。直接使用原木用于屋架、檩条、椽木、木桩、电杆等。加工用原木用于锯制普通锯材、制作胶合板等。
(3)成材
成材又称锯材,是指已经加工锯解成不同规格的木料。按规格宽、厚尺寸比例可分为板材和方材。
①板材 宽度为厚度的3倍或3倍以上的称为板材。板材又分为特厚板材、厚板材、中板材、薄板材几种。板材厚≥66mm的为特厚板材,厚度在36~65mm之间的为厚板材,厚度在19~35mm之间的为中板材,厚度≤18mm的为薄板材。
②方材 宽度不足厚度的3倍的称为方材。方材又分为特大方材、大方材、中方材、薄方材几种。横截面面积≥226cm2的为特大方材,横截面面积在101~225cm2之间的为大方材,横截面面积在55~100cm2之间的为中方材,横截面面积≤54cm2的为小方材。
(4)木质人造板材
木质人造板是利用木材、木质纤维、木质碎料或其他植物纤维为原料,加胶黏剂和其他添加剂制成的板材。木质人造板的主要品种有胶合板、密度纤维板、细木工板和刨花板等。
2.1.3 常用木材树种
常用木材树种(见书前彩图2-1)比较多,现分别介绍如下。
2.1.3.1 红木
红木是制作稀有硬木高端家具用材的统称。紫檀木、黄花梨、花梨木、酸枝木、鸡翅木是具有代表性的红木木材树种。
(1)紫檀木
紫檀木主要产于印度,我国云南、两广。因生长期漫长,木色呈紫红褐色,经打蜡磨光有缎子般光泽,气味芬芳、纹理交错、结构致密、耐腐耐久,是制作红木家具最高级的用材之一。
(2)黄花梨
黄花梨产于海南,为我国特有的珍稀树种。它纹理清晰、交叉错落、木色金黄、温润光泽、木性稳定、木质坚硬、耐腐耐久,适用于制作各种造型奇异的家具。
(3)花梨木
花梨木产于东南亚,南美,非洲,我国海南、云南及两广地区。东南亚产的以泰国最优,缅甸次之。花梨木木色均匀,纹理清晰美观,微有香味,颜色由浅黄至暗红褐色,其中带有深色条纹,其木纹有若鬼面者,亦类狸斑。花梨木有老花梨与新花梨之分,老花梨又称黄花梨木,颜色由浅黄到紫赤;新花梨的木色显赤黄,纹理色彩较老花梨稍差。它耐磨耐久、强度高,通常浮于水,可做家具及文房诸器。
(4)酸枝木
酸枝木产于东南亚国家。木材光泽,木色不均匀,心材橙色、浅红褐色至黑褐色,深色条文明显,剖开后具有酸味或酸香味,密度高、坚硬耐磨、纹理斜而交错,通常沉于水。酸枝木是制作红木家具的主要原料,酸枝木色有深红色和浅红色两种,木材含有油脂即质量上乘,用酸枝木制作的家具,经打磨上漆,平整润滑、光泽耐久、纹理既清晰又富有变化,给人一种淳厚含蓄的美,即使历经几百年,只要稍加揩漆润泽,依旧焕然若新。
(5)鸡翅木
鸡翅木产于东南亚和南美,因木材心材的弦切面上有“V”字形花纹,类似“鸡翅”的纹理而得名。纹理交错、颜色突兀,木材微有香气,生长年轮不明显,鸡翅木产量极少,又以显著、独特的纹理著称,是红木中比较漂亮的木材,用鸡翅木制作的家具,历来深受文人雅士和广大消费者喜爱。
2.1.3.2 楠木
楠木是中国特有的一种高档木材,楠木主要有金丝楠木、香楠、水楠这三种。其色浅橙黄略灰,纹理淡雅文静,质地温润柔和,无收缩性,遇雨有阵阵幽香。南方诸省均产,唯四川产为最好。楠木不腐不蛀有幽香,皇家藏书楼、金漆宝座、室内装修等多为楠木制作。明代宫廷曾大量伐用,现北京故宫及其他上乘古建多为楠木构筑,如文渊阁、乐寿堂、太和殿、长陵等重要建筑都有楠木做的装修及家具,并常与紫檀配合使用。
2.1.3.3 香樟木
香樟木产于在我国台湾、福建、江南各省。木材块状大小不一,表面红棕色至暗棕色,横断面可见年轮。质重而硬、味清凉、有辛辣感。香樟木有治疗祛风湿、通经络、止痛、消食的功效。树径较大、材幅宽、花纹美,尤其是有着浓烈的香味,有一种很好闻类似有樟脑的香味,能起到防虫杀菌的作用。我国的樟木箱名扬中外,目前香樟木不但资源匮乏,而且成材率较低,使得樟木家具成品造价高。现在香樟多制成集成板,用于衣柜后背板及抽屉底板。
2.1.3.4 柚木
柚木原产缅甸、泰国、印度和印度尼西亚、老挝等地,其中以印尼、泰国、缅甸最为著名。中国云南、广东、广西、福建、台湾等地也有。
柚木材质本身纹理线条优美,光泽亮丽如新,花纹美观,色调高雅耐看,稳定性好,变形性小,对多种化学物质有较强的耐腐蚀性,耐磨性好,是制造高档家具地板、室内外装饰的材料。
2.1.3.5 榉木
榉木为江南特有的木材,厚重坚固,抗冲击,纹理清楚,木材质地均匀,色调柔和,流畅,蒸汽下易于弯曲,可以制作造型,抱钉性能好,但是易于开裂,比多数硬木都重,媲美红木,适用于家具、地板、木门的制作。
2.1.3.6 榆木
榆木木性坚韧、纹理清晰、硬度与强度适中,一般透雕浮雕均能适应,刨面光滑,弦面花纹美丽,有“鸡翅木”的花纹,具有纹理清晰、树大结疤少的优点,是主要家具用材之一。其木材的特征,心材边材区分明显,心材暗紫灰色,边材暗黄色;材质轻较硬,力学强度较高,纹理直,结构粗,是制作家具的名贵材质。
2.1.3.7 橡木
橡木产于俄罗斯和美国,橡木具有质重且硬,纹理直,结构粗,色泽淡雅,纹理美观,力学强度高,耐磨损的优良性能,广泛用于装潢、家具、地板等,白橡、红橡的切片也是生产贴面胶合板的理想用材,其花纹有直纹和横纹。
2.1.3.8 橡胶木
橡胶木原产于巴西、马来西亚、泰国等;国内产于云南、海南及沿海一带。颜色呈浅黄褐色,年轮明显,管孔甚少。木质结构粗且均匀。纹理斜,木质较硬。成材期为15~25年,广泛用于楼梯、地板及各种实木家具。
2.1.3.9 胡桃木
胡桃木原产北美和欧洲,因心材颜色较深,俗称黑胡桃。国产的心材颜色较浅,俗称胡桃木。胡桃木常见有黑胡桃木、黄金胡桃木、红胡桃木。
胡桃木具有抗腐能力强、稳定性好、不易变形、易于加工、油漆染色性能好的特点,是制作家具的上等材料。胡桃木因重量较轻、心材颜色富有变化和木纹不规则具有多样性,所以用于现代高端实木家具,风格别致稳重,花纹层次感强,具有超凡的欣赏和收藏价值。
2.1.3.10 樱桃木
樱桃木主要产自欧洲、北美和日本,心材颜色由淡红色至棕色,边材呈奶白色。断面含有棕色树心斑点和细小的树胶窝,纹理通直,细腻清晰。樱桃木是高档木材,具有易加工、抛光性好、涂装性好的特点,精选的原木可用来制造家具饰面单板、橱柜饰面单板、护墙板和光面门等。
2.1.3.11 水曲柳
水曲柳主要产于我国东北、华北地区,因材质坚韧,纹理美观、清晰,具有加工性能好、耐用性和实用性强的特点,是制作家具的常见木材。水曲柳因价格适中、韧性好、耐磨、耐湿、油漆着色性好,在装饰装修中普遍使用。水曲柳制作实木家具不易干燥,收缩变形大,易翘曲,因此多采用贴水曲柳实木皮与细木工板相结合的方式制作。
2.1.3.12 枫木
枫木分硬枫(白枫)和软枫(红枫)两种,软枫的强度要比硬枫低25%左右,因此硬枫在使用面及价格上要远高于软枫。最著名的是加拿大枫木。枫木品种众多,分布极广。我国枫木在东北、长江流域以南直至台湾都有出产。
枫木纹理交错,结构细致而均匀,质轻而较硬,花纹图案优良,颜色协调统一,无结疤,具有易加工,油漆涂装性能好,胶合性强,握钉力强,牢固结实的特点,是装潢用的高档木材,主要用于地板和家具饰面板。
2.1.3.13 松木
松木是针叶植物的一种,具有松香味、色淡黄、节疤多、对大气温度反应快、容易胀大、极难自然风干等特性,故需经人工处理,如烘干、脱脂、去除有机化合物,漂白统一树色,中和树性,使之不易变形。松木经过脱脂、烘干处理成优质加工用材后,能够较好地保持松木的环保安全性和多功能性。松木制作的家具质感明显、纹理细腻美观。
(1)新西兰松
色泽淡黄、纹理通直、易干燥、变形小、力学强度中等、加工性能好,适宜制作家具和各种木制品。
(2)北欧赤松
北欧赤松产于芬兰,因生长在寒带,生长周期较缓慢,木质稳定性好,具有物理抗压、抗剪、握钉力强的特点,很适合做青少年儿童家具。
(3)巴西松
颜色淡黄、纹理清楚、力学强度中等,适宜制作家具和各种木制品。
(4)东北松
东北松的种类很多,分红松和白松。红松是生长年限长一些,纹理比较细密,颜色偏红;白松是生长年限短一些,纹理比较粗。常见的东北松有樟子松、鱼鳞松、冷杉。
2.1.3.14 杉木
杉木是杉科常绿乔木,为我国南方特产的速生用材树种。其特点是生长快、产量高、用途广。干形通直圆满,木材纹理通直,材质轻韧,强度适用,气味芳香,抗虫耐腐,是我国重要的商品用材。
香杉木是一种优质的家具材料,具有天然的原木香味,对人体有多种有益的作用,香杉木中所含的香杉木醇能杀死空气中的细菌、可抑制人体病原菌。香杉木醇对各种皮肤炎症有抑制作用。香杉木醇对人体有消除疲劳,舒解压力的保健作用。
2.1.4 木材宏观构造特征
木材宏观构造是指在肉眼或放大镜下所能见到的木材构造特征,分为主要特征和次要特征。
主要特征是木材的构造特征比较稳定、规律性较为明显的特征,是鉴别木材的主要依据。主要包括年轮、早材和晚材、边材和心材、木射线、管孔。
次要特征是木材的构造特征通常变化较大,由于外界的影响而不稳定的特征,作为鉴别木材的参考依据。主要包括颜色和光泽、气味和滋味、纹理和花纹、髓斑、重量和硬度。
2.1.4.1 主要特征
(1)年轮、早材和晚材
年轮是在横切面上有颜色深浅交替不一、木质结构有粗有细的一圈圈呈同心圆环。多数树种的年轮近似圆形,少数树种的年轮呈不规则的波浪形。
早材和晚材:在每一个年轮内,靠里面的部分是每年春季生长的,其颜色较浅,组织较松,材质软,称为早材;靠外面的部分是夏末生长的,颜色较深,组织致密,材质较硬,称为晚材。
由于早材与晚材的组织结构不同,在材质交界处有一条界线,此界线是否明显,有助于识别树种。在横切面上,年轮呈同心圆形或弧形,在径切面上年轮呈平行的条状,在弦切面上年轮呈抛物线或山峰状的花纹。
(2)边材与心材
木质部接近树皮部分的材色较浅,含水率较大,称边材;在树木的中心部分,含水量也略小,称心材。心材的形成是由边材转化而来,木质中沉积了许多的树脂、单宁和色素等。
边材、心材的强度几乎无差别,但心材的耐腐性较强。有些树种边材、心材有明显差别,称显心材树种,如落叶松、红松、马尾松、杉木等。有些树种的木质部材色一致,但中心部分含水率较小,称隐心材树种,如云杉、冷杉、椴木等。还有些树种木质部的材色和含水率都基本一致,称边材树种,这种树种多半为阔叶材,如桦木、杨木等。在制作家具时,常利用边材、心材的颜色特征,制作外形美观的家具。
(3)木射线
木材由无数细胞组成,许多性质相同的细胞组合在一起,构成木材的各种组织。木材中与树轴方向成垂直排列的薄壁细胞,构成了辐射状的线条叫木射线。
同一条木射线,在木材的三切面上表现出不同的形态,木射线在横切面上呈径向辐射状细线,显露其宽度和长度;在径切面上呈横向短带状,显露其长度和高度;在弦切面上呈短线形,显露其宽度和高度。木射线的宽度随树种而异,一般分为以下三种:宽型木射线,如麻栎、柞木、赤杨等;窄型木射线,如椴木、水曲柳等;极窄型木射线,如针叶材及阔叶材中的桦木、杨、柳等。
木射线是木材中唯一呈辐射状、横向排列的组织。在木材的利用上,它是构成木材美丽花纹的因素之一。因此,宽木射线的树种,适用于制造家具。但是,木射线由薄壁细胞组成,是木材中较脆弱、强度较低之处,而且木材干燥时常沿木射线方向发生裂纹,降低使用价值。
(4)管孔
在阔叶材的横切面上,我们常看到一些大小不同的小孔,在径向切面和弦切面上,它们呈长短不一的沟槽,这些沟槽和小孔叫管孔。管孔在树木生长时起着输送水分、养分的作用。
有些阔叶树开始生长时所生的管孔孔径特别粗大,后生长的管孔孔径则细小,在横切面上有明显的差别,即在一个年轮内早材管孔大,呈环状排列,故称环孔材。有些阔叶树的管孔孔径粗细均匀,在横切面上没有多大差别,且均匀地分散在整个年轮中,故称散孔材。阔叶材管孔的大小、排列及组合,反映出不同的规律。
2.1.4.2 次要特征
(1)颜色和光泽
颜色:木材组织用含各种色素、树脂、树胶、单宁及油脂等物质,使木材呈现出各种颜色。不同的树种其颜色各不相同,如云杉呈洁白色,乌木呈黑色,黄杨呈浅黄色,柏木呈橘黄色,水曲柳与黄菠萝,花纹相似,但水曲柳呈白褐色,黄菠萝呈黄或黄褐色。而且由于生长条件或部位不同,即使同一树种,其各部位材色也不相同,如树干阳边颜色深于阴边,根部深于树梢。除此之外,木材在水运和贮存中风吹日晒,其颜色变化很大。所以,当我们从材色上鉴别木材时,应以干材新切面的颜色为标准。充分了解木材的自然颜色十分重要,根据颜色的不同,在利用方面也会体现出不同的价值,根据木材颜色,来判断材质的优劣。如红木为深紫色,色质就有档次。
光泽:木材的光泽是材面对光线的吸收和反射的结果。它因树种不同而各不相同,使木材呈现的光泽也有强有弱。如云杉与冷杉颜色基本相同,但云杉光泽显著,而冷杉则无光泽;椴木与杨木均为白色或黄白色,但椴木的径切面和弦切面上常呈现出绢丝光泽,而杨木则没有此光泽。一般硬材比软材的天然光泽强而美丽。木材的光泽与木材构造、渗透物、光线照射角度和腐朽等有关。木材如经打磨仍不显示光泽,则说明它已有初期腐朽。木材表面长期暴露在空气中,其光泽会逐渐减弱,甚至消失。如果将木材表面刨切掉,仍然会显露出其原有的光泽。
(2)气味和滋味
气味:不同树种的木材,气味也不相同,木材的气味是因木材中含有树脂、树胶、鞣料、芳香油等物质所致。木材的气味一般是新采伐的或刚刚锯开的较浓。木材如果长期暴露在空气里或浸泡在水中,其表面的芳香油类会逐渐挥发,气味也会逐渐减弱。
例如针叶树材中,松木具有松脂味;杉木有杉木香;柏木有芳香气味;雪松有辛辣味;而杉木具有独特的香气。在阔叶树材中,樟木具有樟脑气味;檀木和沉香木有浓郁的芳香气味。另外,木材的气味不但在识别木材方面有一定作用,在利用上也有意义。如香樟木,它的气味能起到防虫、杀菌的作用。
滋味:木材的滋味来源于木材中所含有的水溶性抽提物中的一些特殊化学物质。例如黄柏、苦木、黄连木有苦味;糖槭有甜味;栎木、板栗有单宁的涩味。肉桂有辛辣味及甜味。
(3)纹理和花纹
纹理:木材的年轮、木射线、节疤等组织在木材表面呈现的形式叫纹理或木纹。由于树种的不同,锯解木材的位置也会有所差异。树干在生长过程中,由于自然条件的影响,木材的纹理是千变万化、丰富多彩的。一般针叶软材纹理平淡,而阔叶硬材木射线发达、纹理丰富多变,从而形成各种各样绚丽的纹理。
根据纹理的排列和组合形式不同,可分为直纹理、斜纹理和乱纹理三种。直纹理的木材强度较大,易于加工,斜纹理和乱纹理的木材强度差异大,表面易起毛刺、不光洁,难于加工。在家具制作中,利用木材纹理的不同,可获得装饰美观的效果。
花纹是木材表面因生长轮、木射线、轴向薄壁组织、颜色、节疤、纹理等产生的图案。
花纹分类有:“V”形花纹、银光花纹、鸟眼花纹、树瘤花纹、树桠花纹、虎皮花纹、带状花纹。花纹与木材构造有密切关系,对识别木材有帮助,并可作各种装饰材。
(4)髓斑
有些木材的横切面上,常可看到呈半圆形或弯月形的斑点,长1~3mm,颜色较深,在径切面和弦切面上呈较深的条纹,这种斑点称为髓斑。
髓斑对木材的识别起到一定的帮助,以桦木最为明显。
(5)重量与硬度
木材的重量与木材的硬度有密切的关系。一般木材越重,其硬度也越大。反之,木材越轻,其硬度也越小。硬度是指木材抵抗外加压力不致发生压痕的能力。
在家具选材中,木材的重量和硬度是首先考虑的重要因素。简单测试木材硬度的方法:通常是用拇指甲在木材表面试划一下,或用小刀切削,看其痕迹深浅。木材的重量可简单分为轻、中、重三等,轻的如椴木、杨木、红松等;中的如水曲柳、黄菠萝等;重的如麻栎等。
2.1.5 木材的主要物理性质
2.1.5.1 密度
木材密度是木材性质的一项重要指标,根据它估计木材的实际重量,推断木材的工艺性质和木材的干缩、膨胀、硬度、强度等木材物理力学性质。密度是指单位体积木材的质量,通常以g/cm3或kg/m3表示。木材的重量和体积均与木材含水率密切相关,分为基本密度、生材密度、气干密度和绝干密度四种,基本密度和气干密度最为常用。
基本密度是作木材性质比较之用,绝干材重量和生材体积较为稳定,测定的结果准确。气干密度为中国进行木材性质比较和生产使用的基本依据,是气干材重量与气干材体积之比,通常以含水率在8%~20%时的木材密度为气干密度。
2.1.5.2 木材含水率
木材含水率是指木材中所含水的质量占烘干木材质量的百分数。木材中的水分有三种水,即吸附水、自由水和化合水。存在于木材细胞壁内,称为吸附水;存在于细胞腔和细胞间隙之间,称为自由水;存在于木材化学成分中,与组成木材的化学成分呈牢固的化学结合,称为化合水。
木材中所含水分是随着环境温度、湿度而变化,木材在大气中能吸收或蒸发水分,与周围空气的相对湿度和温度相适应而达到恒定的含水率,称为平衡含水率。木材平衡含水率随地区、季节及气候等因素而变化,在10%~18%之间。
2.1.5.3 木材缩湿胀
木材缩湿胀是木材在失水或吸湿时,木材内所含水分向外蒸发,或干木材由空气中吸收水分,使细胞壁内非结晶区的相邻纤丝间,微纤丝间和微晶间水层变薄(或消失)而靠拢或变厚而伸展,从而导致细胞壁及整个木材尺寸和体积起变化。
顺纹方向约为0.1%,径向为3%~6%,弦向为6%~12%。三个方向上的干缩率以顺纹方向干缩率最小,径向和弦向干缩率不同是木材产生裂缝和翘曲的主要原因。