家具材料讲义.docx
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家具材料讲义
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四号宋 1.1五号黑 正文：
五号宋
前 言
家具是人们生活中不可缺少的用具。
随着家具工业的发展，家具的用材也在不断地向前发展，种类不断地增加。
除了传统的木材、竹材、藤材、石材外，金属、玻璃、纺织品、皮革、塑料、五金等得到了广泛的应用。
家具用材之广泛，可以说几乎所有的物质都可以不同程度地满足家具的制作。
所以要全面地、无遗漏地介绍家具用材，基本上是不可能。
这门课，主要是给同学介绍家具的常用材料，对材料的结构、性质、用途以及常见工艺作一些讲解。
第一篇木质材料
第一章 木材
引 言
课前准备：
板材、方材，钢材、铝合金、纺织品、皮革等材料。
目 的：
用于比较各材料间差异，突出木材的优缺点。
木材是自然界分布较广的材料之一，是经济建设的重要物资，也是制造家具的主要原材料。
木材的显著的优点是：
质轻、容易加工和表面涂饰。
对热、电和声音有高度的绝缘性能。
在力学性质方面，木材强度和重量的比值较高，大于一般的钢铁，具有一定的抗冲击、抗震性能及特殊的刚性（抗弯曲中的刚性）。
尤其是木材有美丽的天然纹理和材色，是其它材料无与伦比的。
但木材也有它的缺陷。
如：
吸湿性，容易发生体积尺寸的变化，也容易引起板材的弯曲变形。
木材还具有异变性，同一种木材和性质，可能因产地和立地条件的影响有很大的差异。
此外，木材容易受虫菌侵蚀而发生腐朽、变色、燃烧等。
鉴于木材的这些优点，它从古到今，都一直是家具生产的主要用材。
第一节 木材的构造与识别
任 务：
让学生理解掌握关于木材宏观构造、微观构造，木材分类与识别、木材的拉丁文表达、分类检索表、穿孔卡片的使用等有关知识。
重 点：
三个切面的结构、形态和特点及其对材色、肌理、花纹等的形成，力学强度，物理性质，化学性质，热学性质，声学性质，加工利用、木材识别鉴定等的影响。
难 点：
由于无显微镜，学生对木材的微观构造及其特性较难以理解。
解决方法：
辅以挂图、扫描图、板画以助于理解。
课前准备：
板材、方材、圆盘、径切板、弦切板。
目 的：
用于反映三个切面的结构、形态和特点。
1木材的三个切面
木材是由无数的细胞组成，组成木材细胞及组织，其形态、大小和排列都会因为木材的不同而不同，这些不同，可以在不同在木材的三个方向的切面上有所反映。
因此了解木材的三个切面，就会有助于木材的识别，同是，也更能够理解木材花纹的形成。
1.1横切面
是指与树干纵轴相垂直的切面。
在该切面上年轮呈同心圆状，木材细胞间相互联系都能清楚地看出来，一般木材的宏观识别主要是通过横切面进行。
1.2径切面
径切面是沿树干长轴方向，与树干半径方向一致或接近。
在该切面上年轮呈平行条状。
1.3弦切面
是沿树干长轴方向，与年轮相切的纵向切面。
它与径切面相互垂直，在该切面上年轮号V字形花纹。
家具的用材一般都是板材和方材，都是用锯顺着树干锯解出的，锯出的板材也有径切板和弦切板之分。
径切板：
年轮与板厚中心线的夹角大于60°。
弦切板：
年轮与板厚中心线的夹角小于30°。
2木材的识别
2.1为什么要进行木材的识别
2.1.1树木种类多
树木种类很多，在我国，仅木本植物就有根有7500多种，很多数种，在不同的地方往往有不同的俗名，给我们在木材的使用上带来一定的混乱。
例如，檫木Sassafrastzumu，广西叫枫荷桂，广东叫檫树，广州叫榔沙，湖南叫梓木。
通过木材的识别，可以消除这种混乱。
2.1.2要做到适材适用
木材不同，其理化性能也往往不一样。
其用途当然是不一样的。
例如，针叶材（如XX松、XX杉），其组成简单，纹理不如阔叶材美观，常用着骨架材料而不作面板。
而很多的阔叶材（如紫檩、水曲柳、柚木、榉木）则因其纹理美观而常用着面板材料。
马尾松，由于其含有较多的松脂，影响其油漆和胶合性能，所以在用之前，要进行脱脂处理。
香樟的材质很好，用作家具，它是一种很好的材料，但是,如果把它用来制作茶叶包装箱，它所释放的香樟味就会影响茶叶的味道。
如果我们能做到适材适用的原则分类，改变目前南方各省只按松、杉、杂的分类方法，无疑是要以识别木材为基础的。
识别出木材后，我们可以根据些参考资料，查出这种木材的相关性质和推荐用途。
2.2木材识别
亦称为木材鉴别，是指把一块还不知名称的材，借助木材的三个切面所表现的特征，在肉眼、放大镜（10倍）、显微镜或电子显微镜下观察，找出相关的特征，参考有关地方的木材志或者以及全国性或专国外的木材手册，依照宏观的、显微的、超显微的特征的有无，数量大小和多少的变化，利用比较好的木材标本或者是检索表，找范围、找个性、核对验证，从而找出木材的名称来，这就叫木材识别，或称国木材鉴别。
（见P14）以一地区的检索表为例：
1、木材无管孔（导管）............................................................................................2
1、木材有管孔（导管）............................................................................................3
2、有树脂道.......................................................................................................马尾松
2、无树脂道.......................................................................................................鸡毛松
3、环孔材....................................................................................................................4
3、散孔材....................................................................................................................7
木材识别常用的工具是用的刨刀、单面刀片、放大镜、显微镜、电子显微镜等。
木材检索表全国性的、地区的各类木材检索表。
第二节 木材的特性与利用
1木材的多孔性
木材是由各类型的细胞组成，这些细胞是中空的，构成许多孔隙。
在细胞壁内，微纤丝之间、纤丝之间也有许多间隙，在细胞之间还有许多纹孔可通。
所以木材是一种多孔性物质。
这些孔隙中充满了液体或者气体。
孔隙能形成毛细管系统。
其中孔隙中的细胞腔、细胞间隙和纹孔等形成大毛细管系统。
而细胞中的微纤丝、纤丝之间的间隙由于很小，形成微毛细管系统。
一般地，木材的密度越大，则其中的空隙所占的比例就多。
木材的多孔性与利用的关系：
1.使木材具有低的热导率
木材孔隙越大、导热性就越低，原因是木材是多孔性的材料，在孔隙中充满了空气，形成气隙阻碍了导热。
在木材本身的导热中，顺纹比横纹大2.25~2.75倍。
因为顺纹理方向木材各细胞排列为长链式的，靠细胞壁物质传热，其热阻较小，而横纹理方向导热则要通过充满空气的孔隙，热阻较大。
所以密度大的木材比密谋小的木材有较大的导热率。
如果木材中含有水分，其导热率会增大，因为水的导热率比木材大。
木材的低热导率，使得木材比金属、石材、玻璃等材料对人更有亲切感。
冬天接触也不感到冷。
不同的木材导热率，也会影响到木材的加工性能，如：
旋切单板前原木的蒸煮，必须测定温度有原木中的分布以及达到预期温度的时间。
在用单板层叠后进行弯曲模压以制造家具用的弯曲构件，需求对单板进行加热，其加热时间也与所用木材的热导率有关。
2.具有回弹性
木材在结构上的多孔性，使其在力学上具有良好的回弹性。
当木材在受动载荷时，即使超过弹性极限范围，也能吸收相当部分能量，木材横纹受力时此种特征尤其显著。
例如，铁路枕木。
3.易于进行加工
木材的多孔性，不仅易于机械加工，如锯解、切削、旋切等，而且也易于进行化学加工，如制浆。
此外，也有利于木材防腐、木材干燥以及木材改性处理等。
2木材的吸湿性
木材的最大缺点是吸湿。
木材的吸湿性直接影响木制品的质量，为了防止木材吸湿，必须了解吸湿的条件和机理。
1.吸湿的条件
当木材处在低温高湿的环境条件时，木材会吸收空气当中的水分，这称为吸湿。
相反条件上，木材会蒸发出水分，这称为解吸（干燥过程）。
吸湿机理：
解释蒸气压、低温高湿吸湿原因。
2.吸湿机理
木材的吸湿的基本原理是水分子（H2O）中有羟基（－OH），而木材中的纤维素，半纤维素、木素也有羟基，当羟基靠得很近时，相互间便产生了引力。
由于羟基上的氧（O－）原子是负电性很强的原子，它与对应的羟基中的氢（H＋）原子在距离小于2.75x10-10m时，原子团之间就产生氢键力而结合，水分就这样被木材吸收了。
解释氢键：
（P28图）氢键是当氢原子以主价键与某一负电性很强的原子结合后，再以副价键与另一负电性很强的原子相结合所形成的键。
3木材的胀缩性
3.1有关概念
1.干缩湿胀
湿材因干燥而缩减其尺寸或体积谓之干缩；干材因吸湿而增大其尺寸或体积谓之湿胀。
干缩与湿胀是木材固有的性质，这个性质会导致木材制品尺寸不稳定，引起变形、翘曲和开裂。
例如，衣柜因干燥致裂缝很大，又因湿胀而不易拉开抽屉；一张圆桌，会变成椭圆形等缺点。
2.含水率
这是一个定量描述木材干和湿的概念。
是指木材中水分的质量占木材自身质量的百分比。
G－G1
W＝――――――――X100
G1
W――绝对含水率（简称含水率）解释相对含水率：
分母为含水木材的原始质量。
G1――绝干材质量
G――含水木材原始质量
木材含水率根据不同时期的含水状态，可以分为以下五种木材含水率：
刚采伐的木材所含有的水分，平均约为70~140％。
湿材含水率，是长期处在水中的木材，一般都超过100％。
炉干材含水率，是利用人工干燥法将木材放在炉窖中干燥，其含水经率一般为4~12％。
气干材含水率，是木材长期在空气中干燥，其含水量与大气的湿度处于平衡状态，含水率则根据各地区平衡含水率估计值，平均为15％。
绝干含水率，是在100~1050C的温度下干燥，使木材含水率接近于零。
3.自由水
自由水是存在于大毛细管中的水，如细胞腔、细胞间隙、纹孔等；
4.吸着水
是存在于微毛细管中的水，如细胞壁中的纤丝与微纤丝之间形成的间隙。
我们知道，木材是一种多孔性物质，其中形成了很多的毛细管。
毛细管内水分均受毛细张力的束缚，而行细管张力与直径大小成反比，直径越大，表面张力越小，束缚力了也越小。
因此大毛细管内的水分，相对于微行细管而言，行细管对水的束缚力微弱，在这类管内不分的蒸发和移动与水在自由界面的蒸发和移动相近，故称为自由水；而对于微毛细管，由于其直径小，相对于大毛细管的张力要大得多，对水分束缚力很大。
这类水分在细胞壁物质上是以吸附方式吸着的水分，故称为吸着水。
如棉花、卫生纸中的微毛细管；喝饮料的吸管已大到没有什么吸附力了。
5.木材的纤维饱和点
当潮湿的木材蒸发水分时，首先蒸发的是自由水，当自由水蒸发完毕而吸着水尚在饱和状态时，此时的含水率称为纤维饱和点。
其含水率约为23~30％之间。
纤维饱和点的重要意义，不在其含水量的大小，而在它是所有木材材性变民的转折点：
6.胀缩性
含水量在纤维饱和点以上，木材没有胀缩的变化，等到含水量降低到纤维饱和点以下时，木材随含水量的减少而收缩；因含水量的增加而膨胀，二者也呈一定的直线比例关系。
7.力学强度
含水率在纤维饱和点以上时，力学强度没什么变化。
而在其之下时，力学强度随含水率的增加而增加。
因木材的力学强度，依赖于细胞壁的密实程度。
在纤维饱和点以上时，含水率的增减只是细胞腔中自由水的变化，细胞壁的密实程度不发生变化，所以强度近于一常数，为木材的最小强度。
8.导电性
在纤维饱和点以上时，从纤维饱和点到最大含水率，其导电率仅增加几十倍。
而在纤维饱和点以下时，从纤维饱和点降到绝干其导电性可减少几百万倍。
9.平衡含水率
木材长期暴露在一定温度和一定湿度的空气中，木材最后会达到相对恒定的含水率，这时木材的含水率为平衡含水率。
木材的平衡含水率是随着周围空气状态的变化而变化的。
当木材的实际含水率小于平衡含水率时，木材就会呈现湿润现象，即吸湿。
如果木材的实际含水率大于平衡含水率，则木材会发生干燥过程（解吸作用）。
一般平衡含水率为15％左右。
南方地区由于高温潮湿则平衡含水率比北方大。
所以南方的家具卖到北方，应干燥到北方的平衡含水率以求性能稳定。
10.吸湿滞后现象
木材从高含水率解吸达到的平衡含水率总是要比木材从低含水率通过吸湿而达到的平衡含水率高，大约有2~3%的差别。
3.2判断木材变形和开裂的参数
总体上说，木材是因为有干缩湿胀性、各向异性和很大变异性，导致了变形，直至开裂。
如：
在干缩后，木材可能会由原形变成椭圆形，方形变为菱形等。
当各向变形差异很大时，就会从变形开始至开裂告终。
作为家具业的从业人员，应懂得测定木材变形、开裂的参数和提高木材尺寸稳定的方法这两个问题，才可能使家具质量稳定。
1.差异干缩
有两种表示方法：
弦向干缩率
a、差异干缩＝―――――――――
径向干缩率
湿材尺寸－干后尺寸
干缩率＝――――――――――――X100％
湿材尺寸
弦向干缩系数、
b、差异干缩＝――――――――――――――
径向干缩系数
干缩率
干缩系数＝――――――――――――X100％
相应含水率的变化量
木材的径向干缩率为3~6％，;弦向干缩率为6~12％，纵向干缩率为0.1%。
干缩系数：
就是说，在纤维饱和点以下（含水率小于30％）吸着水每减少1％的含水率所引起的干缩的数值，称之为平均干缩率
差异干缩值愈大，木材愈易变形、开裂，比值接近1时，表明木材的弦向干缩与径向干缩一致，是均匀的干缩，不会变形、开裂。
利用木材干缩系数与纤维饱和点的关系，可以估算出任何含水率时木材的干缩率，这对生产上是有实际意义的。
比如，确定加工余量的问题。
2.横纹拉力
木材在干燥时（特别是干燥很急时）要产生大的内应力，当这种应力大于木材的横向拉力时，就会产生开裂。
一般木材的横向拉力都很小，而纵向拉力较大，所以易从横向开裂而不会从纵向开裂。
3.3提高木材尺寸稳定性的物理性方法
1.机械抑制法：
A.利用径切板：
木材弦向干缩和径向干缩为2：
1，当年轮成45~90度角锯切时，木材的收缩可减少一半。
B.利用胶合板：
其最大的特点是使材性趋于均匀一致，克服木材的各向异性，因多层单板纵横交错排列组合，既减低了木材横向收缩大的币缺点，又充分利用了木材顺纹收缩小而强度大的优点，同时有效地发挥木材的美丽花纹。
C.利用合木：
用合成树脂将小的木料拼成大的径切板，这不仅减少干缩，也使小材大用。
从而节约了木材。
如缝纫机的台板。
2.涂饰法
在木材的表面涂涂料，阻隔木材与湿气的接触，减低木板的胀缩和木材中因水分梯度而产生的应力。
3.人工干燥法
使木材的含水率减至8~12%，或低于当地平平衡含水率以下，充分利用木材吸湿滞后的作用，可以最大限度地减少木材的吸湿，减少变形、开裂。
4.选用轻质材
木材横向干缩率与木材密度成正比，台果对强度要求不高，充分利用轻颀的木材，可以有效地减少干缩。
第三节 木材缺陷及其对材质的影响
木材由于本身构造上自然形成的某些缺陷或由于保管不善受到操作及发生病虫害等，致使材质受到影响，降低了木材的使用价值，甚至完全不能使用。
木材的缺陷有许多种，为了合理加工使用木材，我们必须认识木材的缺陷及其对材质的影响，以达到量材使用的目的。
1节子
树木生长期间，长在树干上的活枝条或枯死枝条的基部，称为节子。
节子的存在破坏了木材的完整性和均匀性，在许多情况下降低了木材的力学强度，增加了切削阻力，使木材使用受到影响。
活节与周围木材全部紧密相连，质地坚硬，构造正常，对木材使用影响较小。
甚至于它能使木纹更美更真实。
死节与周围木材部分或全部脱离，稍用力敲击，很容易从木材中脱出。
对木材的使用影响很大。
一般应剔出并修补。
在家具上的影响如下：
1.节子破坏木材的均匀性和完整性，使局部纤维和年轮弯曲。
2.节子本身硬而重，较其周围木材硬度大1~1.5倍，影响木材切削和机械加工质量。
（平刨事故）。
3.节子含树脂较多，制作家具时，难以油漆，又当温度升高是松脂容易渗出表面，沾污衣物。
2变色和腐朽
木材受木府菌的侵蚀，其正常材色发生变化，叫变色，它是木材腐朽的初期阶段。
变色多种多样，最常见的为红色斑点。
红斑除了对木材的冲击强度有些影响外，对木材其它力学性质基本上没有什么影响。
有红斑的木材其耐久性比健全木材稍差些。
木材受木腐菌侵蚀，颜色发生变化，而且结构松软，易碎，最后变成筛孔或粉末状的软块，这就是木材的腐朽。
木材的腐朽不但改变了木材的颜色，而且使木材的强度显著降低，失去了使用价值。
3虫害
有害昆虫寄生于木材中所形成的孔道称为“虫眼”。
根据蛀蚀程度虫眼可分为表皮虫沟、小虫眼、大虫眼三类。
表皮虫沟是指蛀蚀深度不超过1cm的虫害。
虫眼直径不超过3mm的叫小虫眼。
虫眼直径超过3mm的叫大虫眼。
表皮虫沟和小虫眼的对木材使用影响不在，主要是因为表面虫眼和虫沟常可随板皮一起锯除，因此不作木材评等级标准。
大虫眼由于孔洞大，蛀蚀较深，对木材使用影响较大，木材评等级时需要考虑。
虫害可通过药物防治。
如在室内装饰中的木龙骨上刷防白蚁药。
4弯曲
弯曲
树干轴线或板方材材面不在一直线上，而向左右前后凸出的现象称为弯曲。
成材弯曲按弯曲方向不同分为顺弯、横弯和翘弯三种。
顺弯是上下弯曲，弯曲后成弓形；横弯是左右弯曲，是在同一平面内的横向弯曲；翘弯为在材宽方向成卷瓦形的反翘。
成材弯曲增加了机械加工的工序，降低了木材的利用率。
弯曲对成材总的出材率有很大影响，弯曲度每增加1%，出材率减少0.1%。
由弯曲所引起的出材率的降低是成直线规律变化的。
5裂纹
裂纹：
在树木生长期间或伐倒后，由于受外力或温度变化的影响，使木材纤维之间发生分离所形成的裂隙，叫开裂或称裂纹。
裂纹，特别是贯通裂，破坏木材的完整性，影响木材的利用和装饰价值，降低木材的强度，尤其顺纹抗剪强度。
在保管不良性况下，木腐菌易由裂隙侵入而引起变色和腐配。
裂纹在加工用材，板、方材都列为缺陷之一，按其规定宽度用相对尺寸，分别降等使用。
6钝棱
钝棱图：
P616
在整边锯材中残留的麦木表面部分，称为缺棱。
缺棱分为钝棱和锐棱。
钝棱：
锯材材棱未着锯的部分（材边全厚的局部缺棱）。
或者说，成材边棱的欠缺部分称为钝棱。
锐棱：
锯材材连局部长度未着锯的部分（材边全厚的缺棱）。
缺棱减少了材面的实际尺寸，木材难于按要求使用，改锯则增加废材量。
合理地利用缺棱可以增加锯材的出材率。
在家具用材的检验标准中，不允许有锐棱的缺陷。
钝棱在有些家具构件上是允许的，但不能超过一定的限度，有些家具零件上是不允许的，必须区别对待。
7斜纹
斜纹是由于木材纤维排列不正常而出现斜纹理。
斜纹在原木中呈螺旋状扭转，在成材中呈倾斜方向。
如果在制材时下锯方向不对，即使原木结构正常，瓦会产生斜纹，这是人为斜纹。
斜纹对木材的力学性质影响显著，纵向收缩大，干燥时，易翘曲变形。
第四节 木材的规格、等级与分类
我国木材的规格分类、尺寸分级和材质分等：
根据我国木材标准规定，木材规格分为原条、原木、板方材和枕木四大类。
原条：
指经打枝、剥皮、没经加工造材的伐倒木；
原木：
是直径较大的原条加工成一定的长度。
这四类都是以尺寸作为分级依据，以木材的缺陷的类型和严重程度及其允许限度作为分等依据。
木材缺陷是材质分等的重要因子，在评定材质分等是，先按木材标准的规定检量存在的和个木材缺陷，找出其中影响材质的分等限度表对照，如果它和某一级限度相等，或不超过时，就应确定为该等级。
若超过该等级限度时，再与下一个等级限度相对照，直到先例某一个等级限度时为止。
也就是说材质分等完全是根据缺陷允许限度来确定的。
举例：
针叶树锯材树种和尺寸分级
1、根据国标GB153.1－84规定，适用于工业、农业、建筑及其它用途的针叶树普通锯材和特等锯材的树种和尺寸分级如下。
（1）树种红松、樟子松、落叶松、云杉、冷杉、铁杉、柏木、云南松、马尾松及其他针叶树种。
（2）尺寸长度1~8m，自2m以上按0.2进级。
不足2m的按0.1m进级。
其厚度、宽度见下表：
分级
厚度（mm）
宽
尺寸范围
进级
薄板
中板
厚板
12，15，18，21
25，30
40，50，60
50~240
50~260
60~300
10
注：
（1）特等锯材是用于和种特殊需要的优质锯材，其长度自2m以上，宽、厚度和材种按需要供应。
（2）普通锯材如指定某种宽度或表以外厚度，由供需双方商定。
2、针叶树锯材分等的缺陷限度
针叶树普通锯材和特等锯材的分等，其缺陷限度，根据国标153.2－84规定，如下表。
缺陷名称
检量方法
缺陷限度
特等锯材
变通锯材
一等
二等
三等
活节、死节
最大尺寸不得超过材宽的
10％
20％
40％
不限
任意材长1m范围内的个
3％
5％
10％
不限
腐朽
面积不得超过所在材面面积的
不许有
不许有
10％
25％
裂纹、夹皮
长度不得超过长的
5％
10％
30％
不限
虫害
任意材长1m范围内的个数不得超过
不许有
不许有
15
不限
钝棱
最严重缺角尺寸，不得超过材宽的
10％
25％
50％
80％
弯曲（横弯）
横弯不得超过
0．3％
0．5％
2％
3％
弯曲（顺弯）
顺弯不得超过
1％
2％
3％
不限
斜纹
斜纹倾斜不得超过水平长的
5％
10％
20％
不限
注：
长度不足2m的不分等级，其缺陷允许限度不低于三等。
家具中主要用材是锯材，包括针（阔）叶材。
阔叶材略。
夹皮：
树木受伤后，由于树木继续生长，将受伤部分全部或局部包入树干中，即形成夹皮，有外夹皮和内夹皮之分。
内夹皮是受伤部分陷藏在树干内部，在树干断面上呈弧状或环状裂隙。
外夹皮则是受伤部分裸露在树干外，在树干侧面呈条沟状。
第五节 家具用材的要求、树种选择和常用树种
1用材要求
1.1差异干缩要小
弦向干缩率（或弦向干缩系数）与径向干缩率（或径向干缩系数）的比值，称差异干缩（或称干缩比）。
木材干燥后尺寸不稳定，易变形、开裂，原因很多，但主要的是差异干缩大，各方向收缩不均匀引起的。
最好是接近1。
可以通过有关的手册查木材的物理性质，其中可知木材的弦向、径向、体积干缩系数等。
可算出差异干率。
1.2花纹美观
用于家具面材的纹理需要美观。
所以一般采用阔叶材。
如、花梨木、水曲柳、胡桃木、枫木。
1.3油漆、胶接性能好
木制品油漆后，漆膜是否牢固粘着，或脱落，除油漆本身和工艺原因外，与树种不同、木材抽提物含量有极大关系。
通常含抽提物少的木材，其油漆性能好，对树脂含量多的木材，在油漆前进行处理，然后油漆，如马尾松、落叶松等。
1.4易于加工、切削性能好
1.5弯曲性能好
2常用家具
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