寫(xiě)在前面的話：有很多喜歡木工的朋友都希望我能發(fā)些對(duì)初學(xué)者有用的基礎(chǔ)知識(shí)，無(wú)奈一直瑣事纏身，覺(jué)得很對(duì)不住大家，今天終于下定決心做一個(gè)關(guān)于木工知識(shí)的專(zhuān)題，希望能對(duì)大家有用。
本貼只針對(duì)于木材，每天都會(huì)盡量不定時(shí)更新，以后會(huì)有不同專(zhuān)題。
關(guān)于木材
一、物理特性
木材是由樹(shù)木中沿著主干、分支以及樹(shù)枝方向生長(zhǎng)的各種細(xì)胞組成的，而這些細(xì)胞基本上都是由纖維素構(gòu)成的，它們通過(guò)一種叫木質(zhì)素的物質(zhì)粘在一起。
你可以將一塊木頭想象成用膠水粘在一起的一束秸桿。這些粘在一起的秸桿很難被攔腰折斷，將它們彼此分開(kāi)相對(duì)容易些。這就是為什么木材更容易沿著紋理而不是橫向于紋理開(kāi)裂。
從一棵樹(shù)的橫截面能看到其不同的生長(zhǎng)特征。
最外面的是樹(shù)皮，其中最靠外的樹(shù)皮可以保護(hù)樹(shù)林免遭動(dòng)物和自然環(huán)境的破壞和磨損;而靠里的樹(shù)皮則負(fù)責(zé)將樹(shù)葉通過(guò)光合作用產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)揭粚用麨椤靶纬蓪印钡暮鼙〉幕罴?xì)胞中。
所有樹(shù)木的生長(zhǎng)都發(fā)生在形成層。形成層的細(xì)胞朝外生長(zhǎng)形成新樹(shù)皮，朝里生長(zhǎng)就變成了新木材。每年形成層都會(huì)朝里長(zhǎng)生一個(gè)新的邊材外圈，它的主要作用是將水分從樹(shù)根運(yùn)送到樹(shù)的上部。隨著細(xì)胞不斷生長(zhǎng)，邊材的最里層會(huì)漸漸推動(dòng)運(yùn)輸水分的能力，慢慢變硬成為心材，也就是樹(shù)干中部顏色較深的部分。而樹(shù)干的中心部分叫作髓心。
在大多數(shù)氣候條件下，樹(shù)林在春天的生長(zhǎng)速度比夏天要快。在同一個(gè)年輪內(nèi)，這一現(xiàn)象具體體現(xiàn)在密度和顏色的變化上。每個(gè)年輪靠里面的部分叫作春材，在春天樹(shù)木生長(zhǎng)旺盛時(shí)形成，它們的細(xì)胞比夏天生長(zhǎng)出來(lái)的夏材要大，而且顏色也不一樣。
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木材的特性之一：水和木材
由于木材的細(xì)胞壁由類(lèi)海綿物質(zhì)組成，它們能夠迅速吸收水汽。即使是一塊“干”的木材，比如餐桌的表面，也會(huì)根據(jù)屋內(nèi)的濕度吸收或者釋放水分。雖然細(xì)胞壁會(huì)根據(jù)周?chē)臏囟仁湛s或者膨脹，但這種變化只體現(xiàn)在木材的厚度上，對(duì)長(zhǎng)度沒(méi)什么影響。這就是為什么隨著濕度的增加，桌面會(huì)變厚而不會(huì)變長(zhǎng)。
木材在尺寸上的變動(dòng)致使千百年以來(lái)木匠們一直面臨著一個(gè)必須解決的問(wèn)題：如何以特殊的技術(shù)把木材永久地接合在一起?這些技術(shù)統(tǒng)稱(chēng)為“接合技術(shù)”，在以后我們會(huì)提到。
使木材變干。當(dāng)那些木材還是活著的樹(shù)木時(shí)，它們含有兩種類(lèi)型的水：自由水和結(jié)合水。自由水就是能夠通過(guò)中空細(xì)胞自由流動(dòng)的水，而結(jié)合水是細(xì)胞壁吸收的水分。一棵樹(shù)，其自由水和結(jié)合水的總重量能超過(guò)木材本身的重量。烘干后用來(lái)做家具的木材里面一般沒(méi)有自由水，結(jié)合水含量也只有6%-8%.
要去除所有的自由水和大部分的結(jié)合水，不是簡(jiǎn)單地把木材放在外面自然晾干就可以了，因?yàn)槟静脑谶@個(gè)過(guò)程中會(huì)收縮，這種自然的收縮會(huì)使木材開(kāi)裂。
試想，一段剛伐下來(lái)的原木放在地上，水分從樹(shù)皮和剛暴露出來(lái)的端面處不斷蒸發(fā)。外圈的木材變干后，自然會(huì)收縮變小，但是里面的木材還沒(méi)有怎么失水，依然保持原有的尺寸。結(jié)果，外圈的纖維收縮，繃得越來(lái)越緊，最終開(kāi)裂，導(dǎo)致木材產(chǎn)生從外向里的徑向裂紋。同理，端面的水分蒸發(fā)引起它的收縮，但它內(nèi)部潮濕的部分不會(huì)收縮，并會(huì)給靠外的部分一個(gè)保持原狀的張力。這樣下去會(huì)怎么樣?結(jié)果就是，原木的端面裂開(kāi)以釋放這個(gè)張力。
一段剛伐下來(lái)的原木如果任其自然干燥，產(chǎn)出無(wú)裂痕木板的概率就會(huì)降低。解決的方法是將剛伐下來(lái)的原木鋸成厚木板，然后用油漆或者蠟封住木板的端面。厚木板堆放時(shí)應(yīng)該用小木塊間隔開(kāi)，這些墊塊能使木板之間的空氣自由流通;同時(shí)，應(yīng)避免陽(yáng)光直射和極度干燥的環(huán)境，這個(gè)過(guò)程叫作風(fēng)干。一般情況下，1英寸(2.45cm)厚的板子需要風(fēng)干1年。
木材公司當(dāng)然耗不起那么長(zhǎng)的時(shí)間讓木材在倉(cāng)庫(kù)里慢慢自然風(fēng)干，所以他們使用干燥窯快速去除水分。板材用墊塊間隔開(kāi)，分層堆放在干燥窯內(nèi)。窯內(nèi)流動(dòng)著溫暖濕潤(rùn)的空氣，空氣的濕度會(huì)逐漸降低，每次調(diào)整時(shí)空氣的濕度都必須保持在比木材的濕度稍微低一點(diǎn)兒的程度。這種逐步降低濕度的干燥方法叫作窯干。如果操作正確的話，這樣是不會(huì)使木材開(kāi)裂的。
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木材特性之二：長(zhǎng)紋理和端面紋理
為了理解長(zhǎng)紋理和端面紋理的含義，我們?cè)僖淮芜\(yùn)用那個(gè)把木板比作一束用膠水粘起來(lái)的秸桿的比喻。木板的表面，相當(dāng)于我們能看到的外圍的秸桿，呈現(xiàn)的是“長(zhǎng)紋理”(或者叫“邊紋理”)。木板的兩端，相當(dāng)于我們能看到的秸桿開(kāi)放的橫截面，呈現(xiàn)的是“端面端面紋理”。
理解長(zhǎng)紋理和端面紋理的不同，在我們膠合木材的時(shí)候非常重要。將兩塊木板邊對(duì)邊膠合在一起(長(zhǎng)紋理膠合)可以看作用人造膠水代替木質(zhì)素把木板中的“秸桿”重新粘起來(lái)，因此是非常牢固的。要知道，現(xiàn)代的膠水可比木質(zhì)素粘得緊。而端面紋理就顯得不那么可靠了，那些多孔的易吸水的細(xì)胞會(huì)吸收膠合處的膠水，這樣就自然沒(méi)有什么黏著性可言了。
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木材的特性之三：徑向形變和切向形變
當(dāng)木材收縮或者膨脹時(shí)，它在每個(gè)方向上形變的程度是不一樣的。如圖：
{*木材會(huì)隨著濕度的增大而膨脹，隨著濕度的減小而收縮。但每個(gè)方向上的形變程度是不一樣的。切向形變(或多或少地平等于年輪)大于徑向形變(垂直于年輪)，縱向形變(沿著紋理)一般最小，基本可以忽略不計(jì)。}
在硬木(如櫻桃木、楓木等)中，一般垂直于年輪的形變(徑向形變)程度大概是平等于年輪的形變(切向形變)程度的一半。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)很重要。一個(gè)圓榫會(huì)隨著內(nèi)部水分的改變而變成橢圓形，一塊弦切的板子有可能變成杯形。
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木材的特性之四：杯形形變、弓形形變和扭曲
在形狀上，木材有三種形變：杯形形變、弓形形變和扭曲。
杯形形變是指在寬度方向的曲線形變，而弓形形變是沿著長(zhǎng)度方向的曲線形變，至于扭曲則是沿著長(zhǎng)度方向的螺旋狀形變。
除了濕度的變化，木材的“記憶能力”和內(nèi)應(yīng)力也是木材發(fā)生形變的重要原因。木材具有“記憶能力”，一塊經(jīng)過(guò)烘蒸變彎的木板，即使已經(jīng)干透了，當(dāng)周?chē)臐穸仍黾訒r(shí)，它內(nèi)部的纖維仍然會(huì)努力恢復(fù)它們?cè)瓉?lái)的狀態(tài)。這就像一塊干巴巴、皺巴巴的清潔海綿被丟進(jìn)洗碗水后，會(huì)恢復(fù)成原來(lái)那種平整、方正的形狀。當(dāng)彎曲的纖維重新吸水膨脹時(shí)，它們將促使木材變回原來(lái)的筆直模樣。好的曲木家具應(yīng)該通過(guò)各種工藝來(lái)鎖定它的每一個(gè)彎曲部分，以抵抗木材本身的“記憶能力”。
內(nèi)應(yīng)力是由樹(shù)木具體的生長(zhǎng)情況或木材變干的方式?jīng)Q定的。當(dāng)你在臺(tái)鋸上沿著板材的長(zhǎng)度方向鋸切(直切)木板時(shí)，鋸出來(lái)的兩邊有時(shí)彼此并不平行：它們要么往一起擠，夾住鋸片，要么向兩邊分開(kāi)。導(dǎo)致這種情況的原因可能是，當(dāng)從板子上裁去一些木料之后，木材內(nèi)部的生長(zhǎng)應(yīng)力變得不均衡，它需要通過(guò)形變來(lái)達(dá)到受力平衡。當(dāng)然，烘干不當(dāng)或者木材內(nèi)部濕度不均勻也會(huì)造成這種現(xiàn)象。
之所以會(huì)發(fā)生扭曲，是因?yàn)樵S多樹(shù)在生長(zhǎng)時(shí)本身就有一點(diǎn)兒螺旋式生長(zhǎng)的傾向。被加工成平板的木材，由于被切掉了部分木料或者內(nèi)部溫度波動(dòng)，其內(nèi)部的平衡會(huì)發(fā)生變化，這時(shí)它就傾向于在一定程度上恢復(fù)扭曲的狀態(tài)。
從一塊板材的表面切掉一些木料，會(huì)導(dǎo)致它產(chǎn)生杯形形變、弓形形變和扭曲，因?yàn)樵械膽?yīng)力平衡被打破了。大多數(shù)時(shí)候，只有當(dāng)你去掉的木料厚度超過(guò)1/8 in(0.32cm)時(shí)，這些變化才能被發(fā)覺(jué)。
如果板子的一面受潮了，這一面就會(huì)膨脹，使板子背向受潮面形成杯狀彎曲。這種形變可以在把板子內(nèi)側(cè)也弄濕或者將板子外側(cè)烘干之后消失。
一塊硬木板材經(jīng)過(guò)烘干并平整定形后，一般不會(huì)發(fā)生弓形形變或扭曲。但是，發(fā)生杯形形變的危險(xiǎn)還是有的。
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二、木材的類(lèi)型
木材有許多種類(lèi)，但總的分為兩大類(lèi)——硬木和軟木。通常來(lái)說(shuō)，硬木產(chǎn)自落葉類(lèi)樹(shù)木，軟木則大多來(lái)自松柏科樹(shù)木。
家具制作者通常更加青睞硬木。它們結(jié)實(shí)，形變量少，紋理形狀多種多樣，顏色豐富，光潔度好，切起來(lái)更干凈，殘留在臺(tái)鋸和電刨刀片上的木屑也更少。
而軟木，如冷杉、松木、云杉和紅杉等，在建筑中用得比較多，比如做框架、修繕用料、家裝材料等。一般來(lái)講，硬木的硬度要比軟木大，但也有例外，比如有一種南方松木，其密度和硬度就比發(fā)球硬木的椴木要大。
硬件木在世界各地均有分布。人們根據(jù)顏色、密度、多孔性和紋理等參數(shù)來(lái)區(qū)分不同的種類(lèi)。有的家具制作者好像更喜歡優(yōu)雅或者華麗的進(jìn)口硬木，比如非洲紅木、紫芯木、細(xì)孔綠心樟木、紅木、柚木、桃花心木和黑檀木等。
大多數(shù)人之所以選擇國(guó)產(chǎn)的硬木，是因?yàn)樗鼈內(nèi)〔姆奖?、價(jià)格合理、易于加工，而且有豐富的顏色、紋理和形狀，能滿足人們的各種設(shè)計(jì)需求。當(dāng)使用進(jìn)口木材時(shí)，你必須考慮它們的可持續(xù)性，如果是很難長(zhǎng)的樹(shù)，你還要計(jì)算取材的生態(tài)成本。
而且，吸入或者接觸某些進(jìn)口硬木的木屑可能引起身體的不適，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)，甚至帶來(lái)生命危險(xiǎn)。
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原木的加工
當(dāng)一個(gè)木工把一根原木放在鋸木機(jī)上時(shí)，他有很多選擇。如果需要實(shí)心板材，他可以把原木鋸成平等于木材圓形表面的切面的弦切板(也叫平切板)，也可以鋸成垂直于木材表面的徑要板，或者與木材表面呈30-60度角的斜切板。
弦切板的標(biāo)志是其端面紋理中的弧形紋和表面紋理中的火焰紋。徑切板的特點(diǎn)是其端面紋理中有相互平行的垂直于表面的條紋以及表面紋理中有平行的直線紋。斜切板與徑切板類(lèi)似，唯一的區(qū)別就是其端面紋理中的線條并不垂直于板材表面，而是斜的。
弦切板比徑切板和斜切板更容易發(fā)生彎曲，因?yàn)樗膬擅嬉惺芡瑫r(shí)來(lái)自徑向和切向兩個(gè)方向的不平衡的力。然而，徑切板和斜切板的加工成本要比弦切板高，且木料的利用率低。鑒于這些原因，在木材場(chǎng)見(jiàn)得最多的還是弦切板。
上圖展示了兩種不同的加工原木的方法，即弦切和徑切。你也許會(huì)問(wèn)，鋸弦切板時(shí)從一邊開(kāi)始一直平等鋸到底豈不是更好?實(shí)際上每棵樹(shù)的中央部分都是不能用的，因?yàn)橛兴栊暮兔芗墓?jié)疤。所以，想把用來(lái)做家具的原木加工成弦切板的方法是，從四個(gè)邊分別開(kāi)始鋸原木，以避開(kāi)原木的中心，具體見(jiàn)圖示。
鋸原木時(shí)還要決定將木板鋸到多厚。一般情況下，賣(mài)給木材場(chǎng)所的木板厚度是1-2in(2.54-5.08cm)。不過(guò)，考慮到木板最終達(dá)到所需厚度，在從原木上把它們鋸焉時(shí)要在厚度上多留一些量。
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2、薄板
大量的木材需要被切割成均勻的1/8~1/100 In(0.32~0.03CM)厚的薄板，一般商用薄板的 標(biāo)準(zhǔn)厚度為1/36~1/42 in(0.07~0.06CM)，而且現(xiàn)在有越來(lái)越薄的趨勢(shì)。
薄板在 工業(yè)上的用途主要是制造合成板和其他板狀產(chǎn)品。家具制作者用薄板來(lái)制作桌子和櫥柜等家具的表面，或者通過(guò)層壓技術(shù)制作彎曲的形狀。
薄板可以通過(guò)平切或旋轉(zhuǎn)切得到，如圖
旋轉(zhuǎn)切得到的薄板多用于建筑施工，它們的表面會(huì)有很多不規(guī)則的木紋。家具制作者更鐘愛(ài)平切的薄板，因?yàn)樗鼈兛雌饋?lái)像弦切實(shí)木板或者徑切實(shí)木板。平切薄板一般按照其被切下的順序堆砌起來(lái)作為一個(gè)整體出售，因此家具制作者能利用這些薄板在紋理和顏色上的搭配進(jìn)行一些設(shè)計(jì)。
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3、合成板和人造板
世界上的大多數(shù)木材都被做成了合成板和人造板。盡管合成板的概念早在數(shù)千年前就已被提出，但直到第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期高質(zhì)量脫水產(chǎn)生并 發(fā)展了，它才被付諸實(shí)施。合成板由多張薄板層疊而成，且相鄰兩塊薄板的紋理方向彼此垂直。如圖：
這樣一來(lái)，合成板中每一張薄板的長(zhǎng)紋理都能起到防止毗鄰木板橫向收縮的作用，從而維持整塊合成板形狀的穩(wěn)定性。合成板的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于它的紋理比較復(fù)雜，它不像實(shí)木那樣容易開(kāi)裂。
盡管本書(shū)中所有的練習(xí)都沒(méi)有用到合成板，但不得不承認(rèn)，在大多數(shù)情況下，合成板是合理的甚至是理想的木工材料，尤其是在制作家具時(shí)。
做家具用的合成板可以通過(guò)厚度、質(zhì)量以及內(nèi)部的薄板種類(lèi)來(lái)加以區(qū)分。零售的用于做櫥柜的樺合成板是由外層的 樺木薄板黏附在較厚的白楊木基層上制成的，厚度從1/8~3/4in(0.32~1.91cm)不等，是一種結(jié)實(shí)可靠的板材。
還有一些合成板，它們厚度不一，外層是較好的硬木薄板，中間的基層是樺木、白楊木或密度板。1/4in(0.64)厚、表面是硬木的合成板來(lái)做抽屜的底板和櫥柜的背板。薄一點(diǎn)兒的合成板(1/8In)和富有彈性的可彎曲的合成板可以用來(lái)做有曲度的形狀。
人造板是用膠水把各種木頭碎屑和顆粒粘起來(lái)定型之后得到的。人造板有很多名字，比如刨花板、密度板、碎料板、纖維板等，它們的用途與合成板差不多。
人造板多種多樣，區(qū)別在于用來(lái)合成的木屑的大小，以有它們被擠壓的程度。眾多的缺點(diǎn)并不影響它們極高的使用率，它們被廣泛地用來(lái)做模型甚至是精美的貼面家具，因?yàn)樗鼈儽阋?、穩(wěn)定、光滑、密度高。
(本文節(jié)選自《彼得科恩木工基礎(chǔ)》)
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