家具的用材及属性

chenweihai

家具的用材及属性（上）
现代家具工业使用的基材和辅助材料品种繁多，其中木材和人造板的用量最大，使用频率最高。本文就其主要性能和技术要求进行重点分析，以供家具制造业的读者参考。
　　一、天然木材
　　全部由天然木材制造的家具，即所谓实木家具。木材属于生物材料，是可以再生的资源，只要应用适度就可以达到生长量与消费量的平衡，并不断更新营造，既可保护生态环境，又可以长期满足社会需求。
　　大众化家具可以采用生长快速的树种，这些速生材经过精心处理，就能成为价廉物美且受欢迎的家具。而名贵的实木家具则需要珍奇树种，但其资源稀少、价格昂贵，属高档销费。对于这种家具的造型设计与加工工艺，应特别重视科学和艺术，既要适应时代潮流，又要有创新且具有民族特色，才能占领市场，否则就是浪费。以下介绍一些木材的主要性质：
　　1）所有的天然木材都是各向异性的非匀质材料。树种和纹理方向不同其物理力学性能差别很大。
　　2）板材幅面受原木径级限制，大幅面板材需要拼接。
　　3）对水分十分敏感，随大气温度的变化会产生膨胀或收缩，严重时出现翘曲与开裂，成为“失败”的制品。因此，对天然木材的干燥是重要的生产环节，而使家具零部件尺寸相对稳定是产品追求的目标。
　　4）木材的变形与含水率有关。有些木材的含水率>30%后尺寸而不发生变化，这种湿材没有实用意义，如干木材长期与液态水接触，其含水率可能超过30%，但家具很少浸在水中使用。
　　木材的收缩与膨胀变形，一般只在含水率0~30%的范围内出现变化，而大气中的水蒸气含量变化就能促使木材变形。当木材在干燥空气中存放时会蒸发水分，反之遇到潮湿空气则吸收水蒸汽。所以木材的变形与大气温度和相对湿度有关，不过无论蒸发与吸收，其过程都比较缓慢，这是木材的特性，其最大的弧向变形量可超过10%。例如气温为30℃，相对湿度95%，只要有足够的时间，干木材吸收空气中的水蒸气其最高含水率可达24%。如果大气条件稳定，此时木材既不蒸发也不吸收，称为“平衡含水率”，这时木材干燥处理程度有重要的意义。然而，我们必须了解大气相对湿度与木材含水率不是统一概念，即相对湿度80%并不等于木材含水率可达到80%。当干燥后木材含水率为14%，在气温30℃，相对湿度85%的环境下，木材平衡含水率可达17%。如宽度100mm马尾松弦向板将膨胀1 mm左右；在同样的温度条件下，相对湿度58%，则木材平衡含水率降至9%，收缩1.5mm，此时拼板出现离缝。树种的不同，收缩与膨胀量差别也较大，在自然状态下湿材中的水分蒸发不容易，同样使水分注入干木材也同样困难，所以木材浸注防腐剂或防火剂要用特殊工艺。
　　5）湿材干燥可以有自然干燥和人工干燥两种。自然干燥时间太长，要占用大量流动资金，且大气温度变化不定，木材最终含水率很难控制，所以为保证家具质量应采用人工干燥。这样，既缩短干燥时间，减少流动资金积压，最终含水率又可人为控制，同时人工干燥是在较高温度下强制蒸发,木材化学结构产生某些变化，膨胀及收缩性会有一定的改变，对家具尺寸稳定有利。
　　经过人工干燥的木材，从空气中吸收或蒸发水分的波动范围有限，一般木材含水率在5~20%以内变化，所以木材干燥的最终含水率在此范围内选择。木材吸收或蒸发水分是从表层开始逐渐向内部过渡，有了这个含水率梯度就形成了一定的收缩或膨胀应力.。如最终含水率选择不当，其应力超过木材承受强度，就足

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家具的用材及属性（下）
三、基材的特殊处理
　　随着时代的进步，人们对家具材料的要求越来越高，经物理和化学方法处理后的基材，家具能增值，使用功能更好，一些材料必须经过处理，才有使用价值。
　　1）提高基材的尺寸稳定性
　　木材及人造板尺寸不稳定的主要因素，是使用环境的气候变化而引起收缩、膨胀而变形。如家具在相对温度变化很大的恶劣环境中使用，要求很高的尺寸稳定性，如仅靠人工干燥控制含水率或加入少量石蜡的简单办法，已不能胜任。必须采取其他更有效的手段，例如对纤维板进行高温热处理,使纤维分子的化学结构发生变化，降低其吸水性；其次向基材内部注入强增水性物质，例如酚醛树脂、桐油、聚乙二醇和马来酸-甘油混合液等等，破坏木材分子的亲水性，能起到很好的尺寸稳定效果，当然工艺相对比较复杂。但在特殊要求的情况下，这是解决的有效途径。
　　2）脱脂
　　松木类树脂含量很高，妨碍使用，其外观不具特色，无论生产胶合板还是实木家具直接使用均不能进入高档产品行列。如将松木经脱脂处理，除去天然缺陷，采用径向拼板，则可变成别具风格的高档家具，在国外有一定市场。
　　将原木锯成径向板材或木条，经NaOH溶液浸注能使树脂中80%的树脂酸溶解出来，但脱脂实用工艺没有那么简单，因为NaOH对树脂中的松节油不起作用，这会使木材变黑，脱脂废液易造成环境污染，故需要一系列专门技术处理。产值虽高，但要付出较昂贵的代价。
　　3）防火处理
　　木材和人造板均能进行防火处理。所谓"防火"，并非不燃烧，木质材料在高温下都会燃烧。而经过防火处理的基材在高温下只炭化，没有火焰，不至于很快波及其他可燃物，从而达到防火的目的。现代大型船舶和高层建筑一旦发生火灾很危险，灭火非常困难，而木质家具是极易燃烧的火源，故人们对减小家具材料所引起火灾的机率日益重视，进入高层建筑的家具基材最好是采用经防火处理的材料。
　　木质防火材料分为表面防火与整体防火处理两类，其差别是滞火时间的长短，关键是防火剂渗入材料内部的状况。 防火剂的配方和处理工艺多种多样，选用时应注意经过防火处理的基材对其性能有一定影响。如防火剂选择不当，虽能耐火，但会出现反潮，产生腐蚀性以及影响涂饰效果等。所以应选用先进工艺处理的防火板，一般防火板对胶粘剂有一定要求，例如脲醛树脂的胶和性较差，要改用相应胶种。
　　4）木材防变质处理
　　一些生长迅速，质地优良的家具基材其本身极易质变，未经处理不能使用。典型树种如橡胶木，其色泽淡雅、质地均匀、有"象牙木"的美称，是优良的家具材料。但它含有菌类生存的营养基，又生长在潮湿的亚热带地区，锯成板材在大气中几天就发霉发黑。原木在水中浸泡可以短期贮存，生产胶合板时煮木池不经常换水，产品会发臭，所以必须及时处理。目前对板材使用剧毒的油性有机防腐剂对人体有害，造成污染。油性防腐剂对木材渗透度有限，如处理工艺不到位，只有表面防腐作用，到达车间经过加工，防腐层进入废料，最终使零件失去防腐保护。如零件未及时装配油漆，在中间仓库停留过长，也同样会发霉。

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存在的问题是木条干燥是否科学合理，否则芯板拼接后可能变形。木板有厚度公差，拼成芯板后未进行定厚处理，如面板较厚，热压后的素板其芯板中偏厚的木条被压缩，平整度不易察觉，当表板经砂光涂饰或吸湿以后，不平度就立刻反映出来。这种工序不全的粗放产品，不能保证家具质量。
　　4）指接材
　　是目前流行的新产品，生产厂家很多。这种产品指接缝成为一种装饰，可以不经贴面而直接使用，有特殊美感.。指接材有两种生产方式：一种采用优质树种，板条规格和色泽一致，并除去木材一切天然的缺陷,，指接缝处于一条直线上，而且指接尖端不留缝隙。这属于高档板材，出材率很低，价格很高；另一种为提高出材率，板条长度规格不一，并允许一定天然缺陷，最终的拼板指接缝“杂乱无章”，又含天然缺陷，表面状态混乱。虽然出材率高且价格低廉，但已失去原设计的美感，需要贴面，其使用价值与细木工板相似，反而增加一道指接工序，使成本上升而失去意义，这种指接材不可取。
　　5）普通刨花板
　　刨花板组成单元应由厚度0.2~0.5mm的细小薄片胶合而成，而目前国内设备和一些进口生产线很少能加工成这样的刨花形态，绝大多数是由碎料（如杆状、颗粒和粉尘）组合成板，只能称为碎料板。由于表面是粉尘，故板面是平整的，而断面粗糙，带来许多不利因素。如空隙过大，水蒸气易于进入，素板贮存容易变形和发霉；其次颗粒粗大，胶合面小,强度低；断面分布不均，对封边和加工都不利。碎料板的力学性能和加工性能远不如中纤板，很有改进必要，关键是合格的刨花形态，才能满足家具加工要求。
　　6）定向刨花板
　　对刨花形态要求很严，不仅刨花很薄，而且必须有一定长宽比才能定向。刨花按纤维方向排列，高度定向的刨花板其物理力学性与天然木材相近，所以称为“人造木材”，可以作为家具的板、方材使用，以取代天然木材。如刨花按胶合板规则分层是90度定向，则与胶合板性能近似，关键是如刨花形态达不到上述要求，其产品就不是定向刨花板，也不具天然木材相同性质，这从刨花的排列很容易鉴别。
　　7）中密度纤维板
　　将木板或其他原料分离成粗纤维胶合而成的板材，由于纤维的巨大表面积提高了胶合性能，其质地均匀，可加工性和尺寸稳定性以及力学强度均高于碎料板。此板材作为家具基材应注意以下问题：（1）由于生产工艺的原因，断面密度分布不均，表层过高，芯层太低，不适合于家具制作，主要是影响开槽、开榫和钻孔等加工，应选用断面密度分布均匀的产品。（2）必须砂尽表面预固化层，否则影响表面涂饰和贴面效果。（3）绝大多数中纤板使用脲胶,其游离甲醛释放量必须达到国家环保标准。
　　8）超硬质板
　　是近代出现的干法制造的高密度和高强度纤维板，其强度、硬度和耐磨性非常好，可用于家具模压制品。缺点比较是重，但一般只生产6mm以下薄板，重量缺陷可以忽略。
　　9）竹材人造板
　　我国有非常丰富的竹材资源，如用竹片制成拼板，其纹理和竹节都具有良好的装饰效果，同时强度高且耐磨。生产工艺特点是拼板长度不宜过大，可按家具要求定向生产，这是因为竹材的壁厚随竹子生长高度而变薄，制成等厚度的长竹片，原料利用率很低。单一竹拼板容易变形和虫蛀，要注意干燥工艺和防腐处理，最好制成薄拼板后按胶合板工艺原则生产，不致出现变形。这种产品的密度与同厚度的中纤板和碎料板相近，但性能却优越的多，目前这种产品已有工业化生产能力，但未引起家具制造业的重视，开发这种家具很有前途。

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以使其翘曲或开裂。所以制造家具时最终含水率的确定，最好按照用户所在地气候条件定向销售。一般干燥地区采用8-10%，潮湿地区12-14%，尽量减少空气相对湿度变化所引起的含水率波动，使产品尺寸稳定，不要使用“以不变应万变”的单一含水率，这样对提高家具质量不利。
　　二、人造板
　　可供家具工业选用的人造板品种主要有胶合板、单板层积材、细木工板、指接材、普通刨花板,、定向刨花板、中纤板、 超硬质板和竹拼板等。人造板最大的优越性为幅面不受木材径级限制，对大气湿度变化敏感性小，形态比较稳定。缺点是多数人造板的水性差，长期浸在水中会解体(少数高防水板材例外)，现就其特点扼要分述如下，以供选用。
　　1）胶合板
　　只要严格按照工艺要求生产，其尺寸和性能都是最稳定的基材，这是因为胶合板是将纹理纵横交错的单板胶和而成，对木材是一种改性，缩小木材纵横方向的强度差异。天然木材顺纹抗拉强度是横纹的20~40倍，胶合板的单板之间受胶层粘合强度的限制，单板顺纹方向变形极小，胶层使横纹方向无法收缩和膨胀，故不会开裂也不会变形。一般正规产品是如此，而非正规产品情况就大不一样。例如某些生产厚合板厂家为提高出材率，又不采用先进工艺，生产中采取随意性，违反胶合板组坯的对称原则，芯板尺寸不足又不拼接，而是胡乱拼排，甚至纹理方向配置混乱，造成“金玉其外、败絮其中”。有时产品一出压机就扭曲变形或使用一定时间必然变形，这是劣质产品。
　　薄板的典型产品是三层板，标准厚度3.0±0.2mm，表板最小厚度为0.8mm。目前市场将厚度减至2.5mm，甚至到2.0mm，以价格的低廉参与市场竞争，这种合板作家具的基材不可能是合格产品。因为表板太薄，厚度上只有0.3~0.5mm，已不能砂光，否则被砂穿，这样无法调整板面光洁度，影响涂饰效果。太薄的合板强度低，稍大外力会破裂又不耐磨，制成家具是对用户不负责任。
　　上下表板厚度之和远小于芯板，不称其为胶合板，不符合胶合板构成原则，不能算薄板贴面板，所以不能只考虑价格因素，应选用标准合板。由于一些家具厂片面追求效益，大量采用低劣合板，给胶合板工业造成了错误市场导向，而标准板价格高反而没有市场。
　　2）单板层积材
　　全部以顺纹单板胶合而成的特厚板，由于组合单元是单板以及胶粘剂的作用改变了木材原有材性，故物理力学性能高于天然木材，可作为家具的方材使用。表板用珍贵树种，芯板为普通树种，可降低成本，这样既节省了稀有树种资源又达到实木家具的外观效果。而且经过模压定型可制成二次以上的曲木零件不产生反弹变形，工艺比实木弯曲简单，应大力推广这类产品。另外，大量需求可由人造板厂生产，小量需求家具厂可自行设计模具直接加工。
　　3）细木工板
　　细木工板的芯板为一定厚度的低质树种木条拼接，面板使用高质单板，纹理与芯板呈90度胶合而成的厚板。其优点在于节约胶料和珍贵木材，成本价廉，通过封边装饰效果不亚于天然木材，并且变形性和尺寸稳定性均优于实木拼板。