木材改良
蔡佺廷
国立嘉义大学林产科学系 副教授
Ⅰ. 绪论
(Ⅰ) 木材之优点及缺点
木材由于具有许多的优点，而且能满足人类在视觉上、生活上、心理上及触觉上一种舒适感与温暖感，因此乃为建筑家俱、交通工具及各种结构物质之重要原料之一。然其组织构造复杂，属天然高分子之化合物，而且材料本身并非均质，故乃具有些许的缺点，尤以组织分子差异悬殊之阔叶树材更为明显。于此分述木材之优点与缺点如下：
1. 优点
(1) 同一重量之材料相比较时，木材较为强韧而坚硬。
木材最大之特点是纵向引张和压缩强度非常大。在同一重量之全部材料而言，木材为最强而且为最硬之材料。
木材和金属类的比重强度比强度（强度除以比重之值）如下表所示：
材料 | 比重 | 抗张强度 （kgf/cm2） | 抗压强度 （kgf/cm2） | 比强度（kgf/cm2） |
抗张强度/比重 | 抗压强度/比重 |
木材 | 红桧 松 山毛榉 桦木 | 0.40 0.53 0.63 0.67 | 720 900 730 1380 | 470 425 500 700 | 1800 1698 1160 2060 | 1180 802 790 1450 |
软钢 硬钢 铸铁（普通） 铸铁（高级品） | 7.86 7.85 7.10 7.10 | 5500 8200 1200 2500 | 4500 5500 4800 8500 | 700 1045 169 352 | 573 700 676 1197浙江省大学英语三级 |
花岗岩 浮岩 混凝土 （普通构造用） | 2.65 0.78 2.30 | 85 5 5~20 | 1700 30 150~250 | 32 3.8 6.5~8.7 | 642 38.5 65.2~87 |
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由上表数据显示，木材是适于制作木制飞机、车辆、造船、建筑及构造材料等使用。
(2) 抗弯强度和弹性佳，对冲击、振动、音响之吸收强。
木材并非致密而均一之材料，且存在着许多同心圆状之年轮和细胞孔隙，故在力学性质上具有优良之抗弯强度与弹性，且对冲击、振动、音响等之吸收性亦大，故木材亦可用于运动器具及把手使用。
(3) 机械性和手工性之加工容易。
只要利用简单之机械、工具及少量之劳力，便可锯成希望之形状且可刨削、涂装、胶合或穿孔。
(4) 涂料之附着性佳，胶合性亦佳。
因木材系多孔性之构造，所以对涂料附着性较佳，不像石材或金属等无孔质表面之涂装那样容易脱落。又因胶合剂会浸渍其纤维，故胶合亦较无孔物质为良好。
(5) 热传导率较低，比热高，保温性高。
各种材料之热传导率与木材热传导率之比较值如下表所示：
材料 | 热传导率 cal/cm．c℃ | 各种材料与木材之 热传导之比较值 |
银 铜 铁 混凝土 炼瓦 玻璃 石绵 弹性橡胶 木棉 云杉（纵向） 云杉（横向） 水 空气 | 1.006 0.92 0.16 0.0022 0.0015 0.0024 0.0006 0.00045 0.00055 0.0003 0.00009 0.0014 0.000057 | | 3353.3 3066.6 533.3 7.3 5.0 8.0 2.0 1.5 1.8 1.0 0.3 4.7 0.19 | |
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注：
a. 质量1g之物质当温度增高1℃所须之热量，称之为该物质之比热，其单位
为Cal/gdsts℃。绝干木材在0~100℃之范围内，其平均比热为0.324 Cal/g℃。
温度(t)与比热(c)之间的关系式如下：
c = 0.266 + 0.00116 t（whitetrashCal/g℃）
b. 比热随含水率之增大而加大，M.C.15％→0.42，M.C.100％→0.66
midget材料 | 温度（℃） | 比热（cal/g℃） |
钢 混凝土 Polyethyline 木材 | 0 室温 20 20 | 英语翻译软件 0.119 约0.200 0.533 0.298 | |
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c. 热传导率是以单位厚度之板的两面之温度差为1℃时，板之单面单位时间
内流过之热量加以表示，其单位为Cal/cm．c．℃，若乘上0.36 ×103即可换算成工业单位（Kcal/m．h．℃）
木材之热传导率系数较其它构造材料（如石材、混凝土、金属）等小，其比热又高，因此不太容易被加热或冷却，此乃是由于细胞腔或细胞间隙形成一种空气层所造成的。
木材之纵向较横向易于传热（约2~3倍）。
水之传导系数约为木材之5倍。
含水率增加则木材之热传导系数增加，保温价值降低。
木材之比重越小，热传导系数亦越小。
(6) 为优良之绝缘体。
干燥木材系电之不良导体，对于低压之电流可将之当成一种不良导体，生材之电阻为104Ω
．cm、气干材则具有108Ω．cm、而绝干木材则具有1018Ω．cm之电阻。
(7) 能调节湿气。
木材对大气之湿度具吸、脱湿之效果，且与外界保持平衡状态。例如：全壁面为木材装潢之住宅→日温差（△T）为8~13.9℃、湿度差（△H）为2~6％R.H.。
44％为合板＋56％Vinyl sheet→△T：7.8~17.5℃、△H：9.6~15.6％R.H.。
100％Vinyl sheet→△T：18.1℃、△H：51.6％R.H.。
环境中之温、湿度变化对人体生理上之新陈代谢、体温和生理调节有密切关系。
体温是依摄取食物与氧气之结果所产生之热量，不断放热而维持一定。放热中70~75％为辐射传导和对流，20~25％需藉流汗为主之水分蒸发而达到，且希望维持一定比率。若高温高湿或低温低湿，则不能保持流汗以达到调节体温之效果。
(8) 不会发生结露。
一般湿度太高状态下，室温降低而发生结露。但木材不易发生结露，其可使温度不会急骤变化，并具有吸湿性，因此不易与露相连结。况且邻接之材料一旦发生结露现象时，亦会将该露吸收，不断保持安定作用。
(9) 对热之性质安定。
加热亦不会使强度急速变化，金属材料在火灾之际会发生软化，而使强度趋近于零。但木材在高温度下，强度不会降低太多，尤其大径木或大断面之场合，在燃烧之时其表面附近会形成炭化层，此炭化层有隔热作用，故燃烧不会到达内部，因此反而较为安全。
(10)可减弱音响之作用（即降音作用）
木材之吸音型态可分为多孔性质、板振动型和复合型等三种。且吸音性随板之厚度增加而略增，但随含水率提高而减少。
吸音（Sound absorption）：木材内部由于各种形式的摩擦与振动，将音能（Sound
energy）转变为热能而趋散之性质（此热量极微）。
隔音（Sound proofing）：音能穿透材料而散逸的性质，亦音频之透过损失
（Transmission loss）效应。
(11) 钉着性佳，为良好之钉着材料。
因木材之细胞构成其孔隙和弹性，故钉着器具之钉著作用较为容易。
(12) 外表美观，调和生活环境，而且具有特殊气味。
木材之纹理、色泽、亲和力等予人良好之视觉和触觉。
2. 缺点
(1) 容易燃烧
木材加热至260℃时会迅速发生热分解，而产生一氧化碳、氢、甲烷等容易燃烧之气体，当接近火口时便会发生燃烧，另外温度上升至350℃以上时，则不必接近火口也会自然发火。故木材加工时，防火性质亦为重要改良目标。
(2) slammer容易腐朽
木材之主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，均为木材腐朽菌喜好分解之物质。
一般菌类生存之适当条件如下：
a. 温度-20~35℃
b. R.H.为90％以上（木材之M.C.为35~40％）
c. 空气-氧气占木材体积之20％以上
d. 空间
上述四种条件中任一条件不能满足时，菌类发育均会受阻。其中R.H.最为重要。立木之心材常腐朽（心腐、莲根腐），而边材反而可避免，此乃因心材之含水率适于菌类之发育，但边材有过剩之水分（M.C.60％以上），所以于水中贮木亦可预防腐朽。
shining
(3) 容易发生异常变形
木材制品在制作完成后，常因含水率之变化而产生变形（尺寸安定性不稳定），如木制品之干燥收缩会造成开裂；门、窗之吸湿而不易开关。
(4) 不均质性
木材为一种天然物质，生长期间会受外界因子之影响，同一数种亦因生长条件之不同而发生材质之差异，同一棵树木亦因部位之不同、年轮倾斜角度的不同，其强度会发生变化。
如：松木之抗压强度为300~860 kgf/cm2
云杉之抗压强度为152~620 kgf/cm2
改善不均质性之缺点的分法：合板、积层材、粒片板、纤维板等改良木材。
(5) 异方向性（Anisotropic）
木材之组织在纵向结合很紧密，横向则较弱，因此造成沿着纵向（木理方向、纤维方向）木材较易被剥开。又因弦向和径向有木质线组织存在之故，而会引起方向性。木材对纵向、径向和弦向等三个基准方向，其物理性质会有很显著之差异。
纵向与横向之强度比较：
a. 纵向压缩强度约为横向之10~20倍。
b. 纵向引张强度约为横向之10~45在职研究生报考条件2020年倍。
c. 横向抗弯强度约为纵向之7~15倍。
d. 纵向剪断强度约为横向之1/3。
(6) 木材本身存在之缺点（瑕疵）
木材本身存在有节、被压、引张、螺旋木理、腐朽、割裂、虫孔等缺点，此类缺点会降低木材之强度及其它物理性质。
而改良木材如层积材、集成材等之制造便是分散或减轻此类缺点之影响。
(7) 强度之绝对值比较低
虽木材轻而具有强认之性质，即其比强度较高，是为良好之弹性体，但其强度、弹性系数
及刚性系数之绝对值均较金属材料为低。故热处理压缩材、木金合板、树脂浸压材、硬化积层材等材料即可改善此缺点。
(Ⅱ) 木材之劣化
木材长期暴露于大气中使用时，会发生劣化（Deterioration）现象，而减低其利用价值。关于导致木材产生劣化之因子、种类颇多，兹分述如下：
有道翻译器1. 微生物及昆虫劣化 = ＞ 防腐处理
木材是一种有机生物体，因此当受木材腐朽菌、霉菌类等之寄生时，将被当作营养源而繁殖，进而引起腐朽之现象。同时亦会受昆虫，如蛀木虫、欚虫、海虫、白蚁及天牛……等之食害。而减低其实质重量，进而降低其强度性质，以致不能使用。
2. 吸水、吸湿劣化 = ＞ 尺寸安定处理
木材为非均匀质之纤维所组成，由于具有吸水、吸湿之性能，而且具异方性，容易造成木材因含水率变化而引起膨胀、收缩，使木材尺寸（形体）不安定，进而发生反翘、变形或割裂等劣化现象。
3. 人为之燃烧劣化 = ＞ 防火处理
由于木质材料之燃烧会产生多量之热量（如燃烧每克绝干木材，可产生达4400~5000Cal（4.4~5Kcal2013年四级）），此热量对于木质结构房屋更会助长其燃烧火势，而钢筋结构房屋，则由于木质材料所产生之热量，对铁骨之混凝土墙加热，会随温度上升而使建筑物变形破坏。
4. 天候劣化 = ＞耐候处理
天候劣化主要是指风化（Weatherung）现象，即木材因受紫外线、风砂、雨水之打击与热、湿气、氧气等之作用综合而成的一种现象。如反复作用会在木材内部引起物理及化学变化，结果导致木材组成份之改变，并使木材渐次发生脆弱、摩耗、变形等等之现象，故风化是以日光之光解作用（Photodegradation）与风、雨之磨损为主。不仅是外表美观之影响，同时产生干裂、变形、翘曲等缺点，使木材之强度亦随之减弱、耐久性降低。此种风化乃自木材表层附近先开始，再渐次向其内部移动，日射良好时移动速度越显著。
