木材膨胀收缩的原因

木材变形都是非常正常的现象，木材就好比我们的皮肤，会呼吸，会受环境因素而影响。一年四季变换，天气干的时候，木头会干燥收缩，产生小裂缝；而到天气湿的时候，木材会膨胀；

导致木材的收缩膨胀，变形开裂就以下原因

 

首先，我们来了解几个概念：MC / RH / EMC

 

MC，即 moisture content，指木材本身的含水率；

RH，即 relative humidity，指周围空气的相对湿度；

EMC，即 equilibrium moisture content，意为“平衡含水率”。当 MC 与 RH 不平衡时，木头会“不惜一切手段”（吸湿膨胀、失水收缩甚至开裂…），只为达到平衡稳定。此时，木材蒸发水分和吸收水分的速度是相等。 而这时的木材含水率，就是人见人爱的“平衡含水率”啦~

 

△ 用测量仪测木材含水率

EMC 有多重要？

 

当含水率高的木材置于相对干燥的环境中时，木材蒸发水分的速度大于吸收水分的速度，MC 降低，引起木材体积收缩；反之，当 MC 值低的木材置于湿润的环境中时，也会吸水变形。很明显，为了让木材保持稳定，需要尽量让木材的湿度处于 EMC 的状态，即让木材的含水率跟空气湿度达到平衡。

 

在加工和使用过程中，水分和含水率都会影响木材的特性。例如，水分含量会影响刨光、胶合和表面处理，以及尺寸、强度和抗降解性（耐用性）等关键特性。因此，了解木材如何受水分影响以及如何检查其水分含量非常重要。

木材的水分含量是用以千克为单位的水分含量与以千克为单位的干燥材料量之间的关系来衡量的。水分含量u被具体定义为湿材料中水的重量与在 103°C 下干燥后干燥木材的重量之比。

那么，怎样才知道 MC 跟 RH 是不是平衡了呢？咱们来看看平衡时二者的对应关系：

表1. 平衡状态下相对湿度对应的木材含水率

当湿度已经达到 EMC 的木材转移到新环境时，就需要通过调整来达到新平衡。比如，MC 为 10% 的木材放到 RH 为 25% 的环境中时，木材就会通过蒸发水分，使 MC 降到5%。

机智的你一定发现，只要调整 MC 或 RH，使二者平衡，就不用担心家里的木家具木地板变形开裂啦！

 

没错，为了更好地保护它们，我们需要了解不同地区的木材 EMC 。

北京11.4%  长春13.3%  大连13.0%  天津12.2%  武汉16.5%  济南11.7%  南昌16.5%  乌鲁木齐12.1%
兰州11.3%  海口16.4%  重庆15.9%  沈阳13.4%  上海14.9%  合肥15.4%  石家庄11.8%  温州16.0%
郑州12.4%  西安14.3%  广州17.3%  西宁11.5%  哈尔滨13.6%  昆明16.0%  南京14.8%  太原11.7%
杭州17.3%  青岛14.4%  长沙15.6%  桂林15.1%  成都16.0%  银川11.8% 

表2.  中国各地区木材平衡含水率年均值

根据家具使用的地区，选择恰当含水率的木家具，后期可以节省不少保养工作喔~

除了 MC 和 RH，还有哪些因素会影响木头的变形程度呢？

1. 温度

 

很多人认为“木材热胀冷缩”，其实这只说对了一部分。高温会加快木材和空气的水分交换，因而变形更快、更明显。对木材而言，吸湿拱胀还是排湿干缩，更重要的因素仍是湿度。现实中，温暖时通常湿度较高（如湿热的夏天），寒冷时通常湿度较低（如干燥的冬天），因而大部分时候“木材热胀冷缩”的说法都是对的。

2. 尺寸

木板越宽、越长，越容易发生变形。制作整板桌时，有经验的制造商会根据桌子尺寸来确定桌子的厚度。

 

3. 切割方式

木材具有“各向异性”的特点，也就是它在不同方向上的干缩湿胀程度是不同的。

 

研究表明，木材直纹方向形变率最小，全干缩率为 0.1%-0.3%；径向形变率居中，约 4.5%-8%；弦向形变率最大，约 8%-12%。因此，最稳定的就是纯直纹木板啦~ 

 

上图：刻切法，所得木板性质稳定，变形程度小，切割耗时长，原料损耗较大；

下图：弦切法，容易操作，原料利用率高，但稳定性相对较弱。

 

为了最大化取材利用率，同一根原木也会用弦切和刻切、径切等方法来最大化的减少浪费。根据不同需求选用不同切材，是对材料的最好利用方式。

 

△ 弦切版和径切板不同组合出现的形变特征

 

4. 木材类型

 

对大部分木材而言，MC 每变化 4%，体积将变化 1%。但具体对不同的木材而言，变形程度有所不同，

 

表3.  部分常见木材的变形率（每单位宽木材，湿度每变化1%）

5. 木材表面涂层

 

高质量的涂层可以更好地减少木材与空气的水分交换，从而减缓变形速度，但最终木材仍会达到 EMC。也就是说，变形是无法避免的，但变形速度是可以延缓的。

6. 拼接方式

拼接起来的木板就像一整块宽木板，当环境条件改变时，变形程度更大。如果木板拼得太紧，没有预留的空间，则可能膨胀、整片拱起；拼得太松则可能产生缝隙。

 

以木门为例。若使用左一、左二的相框式木门，当中间的镶板膨胀收缩时，会对边框的木板造成挤压或产生缝隙。若使用右一的木门，可以大大减少这种变形。

7. 防变形补强结构

 

还是以门为例，不同的防变形补强结构会带来不同的效果。有人说，是不是在背面加上板条，就可以防止变形呢？其实不然。板条纹路与木门不一致，门发生变形时，板条会阻止其收缩膨胀，从而造成门板面弯曲，如下图：

正确的做法应该是给其预留一定的收缩膨胀空间，就像这样👇：

 

虽然我们无法完全杜绝木材的缩胀变形，但我们可以了解其原理，认识它的变化规律。通过采取一些小措施，来最小化这些变形程度：

 

在生产源头，做好木头的干燥，达到“木材含水率应不高于产品加工所在地区的年平均木材平衡含水率”的国家标准；

在选择过程，了解使用环境的相对湿度，尽量选用含水率与湿度相平衡的家具和地板，或原产地的产品；

在使用途中，季节交替之际，通过使用加湿器等方法，调节家里的环境湿度，减少环境变化带来的影响。

文章来源：网络

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