木材湿胀、干缩及其影响分析

当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，其尺寸并不改变。当干燥至纤维饱和点以下时，细胞壁中的吸附水开始蒸发，木材发生收缩，叫干缩；反之，干燥木材吸湿后，将发生膨胀，直到含水率达到纤维饱和点为止，此后木材含水率继续增大，也不再膨胀，叫湿胀。由于木材构造的不均匀性，即使同一块木材也有纵向和横向的区别，横向又有径向、弦向之分（图4-2）。

图4-2 木纹方向

木材的纵向干缩最小，为0.1％～0.35％，可以忽略不计。在横向中弦向干缩大，为6％～12％，径向小，一般径向干缩为弦向的1/3～1/2，为3％～6％，因此，湿材干燥后，其截面尺寸和形状，都会发生明显的变化，干缩对木材的使用有很大影响，它会使木材产生裂缝或翘曲变形，以至引起木结构的结合松弛，装修部件破坏等。木材的干缩和湿胀，并不是在任何时候都产生，而是在纤维饱和点以下，水分的减少，木材逐渐收缩，且含水率越低，收缩越多，一直到含水率减低到零，收缩达最大，不再收缩，体积最小；相反地，木材吸湿水分增加，体积逐渐膨胀，一直到纤维饱和点，才不再膨胀，体积最大。过了这点，即使水分再增加，木材尺寸、体积也不再变，只能引起木材重量增加。

干缩率以木材干燥后尺寸的减少值与绝干时尺寸的百分比来表示。干缩率常分为线干缩率、面干缩率和体干缩率三种。木材的干缩特性用干缩系数来衡量。

木材线干缩率：

式中 L_线——木材由含水量为h到绝对干燥时木材线干缩百分率；

L_h——含水量为h时木材的长度；

L₀——绝对干燥时，木材的长度。

木材面干缩率：

木材体干缩率：

式中 Q_h——木材含水量h时的面积；

Q₀——木材绝对干燥时的面积；

V_h——木材含水量h时的体积；

V₀——木材绝对干燥时的体积。

木材含水率每增加1％时，其干缩率变化数值称为干缩系数。木材的干缩系数用下式表示：

木材线干缩系数：

木材面干缩系数：

木材体干缩系数：

式中 W——木材在FSP以下时的吸附含水量，其单位用饱和含水率的百分数表示。

表4-3为常用木材的最大干缩率。

表4-3 常用木材的最大干缩率

木材湿胀同干缩一样，纵向湿胀最小，弦向最大，径向次之。湿胀的速度是均匀的，开始快一些，逐渐减慢，接近纤维饱和点时最小。湿胀也是木材利用的不良性质，因为它不仅改变木材尺寸，而且降低木材强度。但是，在某些方面，又是它的优点。如木船需要木材湿胀的性能，才不至于裂缝漏水。(www.xing528.com)

木材的湿胀率是以木材吸湿后的尺寸增加值与绝干时尺寸的百分比来表示。木材的干缩和湿胀过程恰恰相反，在理论上它们的胀缩变动应该是相同的。但是，木材制品在干缩过程中会产生物理化学和力学性质的变化，使木材细胞变形。湿胀时虽然吸收了原来失去的水分，但常常不能恢复到原来的尺寸。

木材干燥后，由于收缩不均匀，径、弦向干缩的差异，使木材原来形状改变，这叫变形（图4-3）。这些现象有的是板面保持平直，只是横切面形状改变。如果板面不在一平面上，引起纵向形状的改变，叫翘曲（图4-4）。如木材纹理交错，干缩后常出现局部弯曲，螺旋纹理干缩后，出现扭曲；应力木干缩后，常出现弓形反翘或边弯，也会发生裂隙，甚至拦腰折断，形成严重缺陷。

木材产生反翘的原因，除应力木外，堆积木材时，一头离衬木过长，或衬木间距过大，都会引起弓形反翘。防止反翘的有效办法主要是合理堆积木材。

木材在不均匀干燥过程中发生的裂隙，叫开裂（图4-5）。如裂开的缝隙是沿着木射线，叫径裂，如栎木类；裂缝沿着年轮，叫轮裂，如榆木类。径裂的原因是木射线和木纤维之间的结合比较脆弱，木材弦向收缩大，往往沿木射线破裂。

轮裂的原因很多，有的是由于早、晚材的差异；有的是在树木生长时，树干受风的摇晃；有的是树木伐倒时，树干摔震所引起；有的是干缩时产生不均匀的收缩等。

图4-3 变形

1—弓形缩后成橄榄核状 2、3、4—瓦形反翘 5—两头缩小成纺锤形 6—圆形缩后成椭圆形 7—方形缩后成菱形 8—正方形缩后成矩形 9—长方形缩后成瓦形 10—长方形缩后成不规则 11—长方形缩后成矩形

木材的两头发生开裂，从表面向内扩展，叫端裂；也有从髓心向外延伸，叫心裂；裂纹发生在板材或原木表面，叫表面裂。端裂是由于木材端头的水分蒸发过快（端面约为侧面的7～13倍），所以通常在端头开裂。

图4-4 翘曲

a）局部弯曲 b）扭曲 c）弓形反翘 d）边弯

图4-5 开裂

a）、b）端裂 c）表面裂 d）心裂 e）蜂窝裂 f）轮裂

在木材干燥时，由于不均匀的收缩产生上述有形的缺陷，也有时产生无形的缺陷——内应力，只有把板材锯开才能发现，通常用内应力试验片检验。在距板材端头0.5m处截取试验片（图4-6）。如齿片保持平直，表示没有应力；如向外分开，表示外层有拉伸应力，内层有压缩应力；如向内弯曲合拢在一起，表示外有压缩应力，内层有拉伸应力。

木材内应力小于木材分子的结合力，如果存在于木材内部，木材锯开后会向内弯曲；如内应力大于木材分子的结合力，则木材的内部发生裂隙，叫蜂窝裂。产生内应力的原因主要是不合理干燥。如要避免内应力的发生，必须按树种、断面尺寸，进行合理的干燥处理。

木材干缩的原因，是由于木材干燥向外蒸发水分时，细胞壁上的纤丝之间、微纤丝之间的吸着水减少，即水层减薄，则纤丝、微纤丝间距离都相应的靠拢，以致细胞壁变薄，细胞直径也随之减小，从而导致木材尺寸干缩。相反地，木材湿胀吸收水分，是由于细胞壁汲取吸着水而膨胀，逐渐引起木材湿胀。

图4-6 内应力试验片

a）没有内应力 b）向外弯曲 c）向内弯曲

减少木材干缩与湿胀的方法，不在乎是利用径切板；用细木条胶接成合木，象镶嵌地板采取狭木块镶拼以减少变形和开裂；利用胶合板，由于它纹理纵横交错，互相制约，可减少胀缩性；其他还有木材油漆、干燥等。

了解木材这一特性，以便在木材加工生产中，如何掌握与理解在制材、胶合板制造时考虑单板等的余量，以防止木材干缩后尺寸减小，造成短缺尺寸的毛病。