第九章 木材及木製品

第九章 木材及木製品 9.1 木材種類 9.2 木材之生長與組織 9.3 木材之性質 9.4 木材之腐朽與處理 9.5 木材之瑕疵 9.1 木材種類 9.2 木材之生長與組織 9.3 木材之性質 9.4 木材之腐朽與處理 9.5 木材之瑕疵 9.6 鋸木製材 9.7 木材尺寸 9.8 木材之分類與分級 9.9 木製品

第九章 木材及木製品 木材取得容易，便於製成各類構件，是土木建築工程上使用最廣泛的材料，如橋樑、房屋、家具等。 木材的缺點為耐腐蝕性差、乾縮及濕漲率大、不耐火，強度與材質之差異性大。目前主要應用於木製品或建築之次結構。 木材也改良成合板、粒片板、膠合層材等，可擴大其應用範圍。

9.1 木材種類 木材可依樹種的成長、外觀、材質等分類。 樹木依成長狀況分為橫長樹及縱長樹兩種。 橫長樹－從樹幹中心向外側逐步生長，橫斷面 上產生年輪，如松、柏、樟等，依外 觀分成針葉樹和闊葉樹。 縱長樹－其生長主要在充實內部材質，新舊纖 維交錯成長，如竹、棕櫚、椰子等。 樹木依材質可分為軟木及硬木兩種，針葉樹多為軟木，而闊葉樹則屬硬木。

9.2 木材之生長與組織 樹木由根、葉、樹幹三者構成 樹木的生長包括伸長(軸向成長)及肥大(徑向成長)兩部分 春材－春季時期的細胞生長部分，較為 肥大、柔軟。 夏材(秋材)－夏、秋時期的細胞生長部 分，較緻密、強韌。 春材與夏材成環相鄰構成年輪(圖9-1)。

圖9-1 木材之剖面組織結構

9.3 木材之性質 木材的材質依樹種而異，並因產地、氣候、成長狀態及樹齡而不同。

9.3.1 木材外觀 木材的外在性質包括色彩、光澤、氣味、木紋等： 一、顏色 －樹木的邊材呈白色或淡色，心材較 暗。 二、光澤 －木質緻密、堅硬及髓線較多者光澤 較佳，心材的光澤優於邊材。

三、氣味 －新鮮木材都有香味，新砍伐木材香味強，香味可供判別木材。 四、木紋 －木材面以刨刀刨平時，即顯現出不同纖維排列紋路，稱為木紋。

9.3.2 物理性質 比重及含水量是影響木材強度與耐久性的重要因素，可用以評估木材的力性與物性。

一、含水量 木材所含水分有自由水(細胞孔隙內)及吸附水(附著於細胞壁上)兩種。 含水量＝

二、密度 木材密度＝烘乾重/體積 氣乾狀態之含水率稱為標準含水率，約12～18％，歐美取12％。 木材的比重大部分小於1.0，只有檀木、黑鐵木等會大於1.0。

三、乾縮與乾燥 木材易於受潮，木片材料的含水量一般超過30％。 木材的細胞孔隙內水分蒸發時不會收縮，若細胞壁水分散失時則會產生乾縮。嚴重的乾縮會乾裂。 對木材的乾化加以控制，以提升其結構性質，稱為乾燥。乾燥方法有氣乾及窯乾兩種。

四、比熱及熱傳導率 木材的比熱： 木材的熱傳導率低於金屬、石材及混凝土，會隨含水率而增大。

9.3.3力學性質 木材的力學性質主要為強度和彈性模數，其性質有方向性，包括縱向（軸向）、徑向（垂直年輪）及橫向（沿年輪與半徑相切）三個相互垂直的方向。

一、抗壓強度 木材在平行於木紋方向的抗壓強度大於垂直者。乾燥木材的強度大於潮濕狀態者，如表9-3。

表9-3常見軟木類木材的力學性質 台灣杉 830 1.0-1.3 235 40 － 30 柳杉 540 1.0-1.4 140 25 洋杉 樹　　種 破裂模數 (kgf/cm2) 彈性模數 105 kgf/cm2 平行於木紋的抗壓強度(kgf/cm2) 垂直於木紋的抗壓強度(kgf/cm2) 平行於木紋的抗拉強度(kgf/cm2) 垂直於木紋的抗拉強度(kgf/cm2) 平行於木紋的剪力強度(kgf/cm2) 台灣杉 830 1.0-1.3 235 40 － 30 柳杉 540 1.0-1.4 140 25 洋杉 870 1.0-1.2 450 50 1400 77-105 台灣五葉松 550 390 900 35 80 松木 450-840 0.8-1.1 380-500 38-60 1200 70-110 馬尾松 700 0.9-1.3 230 500 15 120 維吉尼亞松 1.0 470 63 26 90 紅木 560-700 0.75-0.9 360-430 35-50 840 17 65-75 台灣肖楠 1.3 300 75 55 烏心石 800-1400 1.3-1.5 560 350 45 100-150 樟 700-1100 0.9-1.2 330 600 20 160 註：以含水量12%為基準。

二、抗彎強度 木材具有理想的抗彎強度，為輕結構中良好的樑、板等之撓曲材。 木材之撓曲應力(破裂模數，MOR)： MOR＝MC/I 式中：C＝中性軸到最外緣距離

三、抗拉強度 木材平行於木紋方向的抗拉強度最大，為其抗壓強度的2～4倍。 四、剪力強度 受到撓曲載重作用的木片，會在中性軸上形成最大剪應力。 木材的剪力強度甚小，約4.8～10.5MPa。

五、彈性模數 木材的彈性模數在縱向、徑向和橫向互不相同，以縱向最大，約為70～140×103 kgf/cm2。 木材的彈性模數會隨其含水量而變，約增加1％含水率，E值約減1～3％。

9.4 木材之腐朽與處理 木材的防腐處理法有表面處理及藥劑注入法兩種： 一、表面處理法： 1.表面碳化法 2.藥劑塗佈法 －燒焦木材表面使之碳化，厚度約3～10mm 2.藥劑塗佈法 －以藥劑，如油漆、焦蒸油、焦油、柏油等塗佈於木材表面

二、藥劑注入法 1.浸漬法 2.壓力注入法 －木材浸入防腐劑，如木餾油等，使藥劑自然滲入木材內。 －以壓力將化學藥劑注入木材纖維內，深度約13～19mm。藥劑如五氯酚、木餾油等。

9.5 木材之瑕疵 木材瑕疵指木材組織上的缺陷，如開裂、節等，它不利於強度和耐久性。 一、開裂 木材的開裂有多種，如輻裂、環裂、劈裂等 （圖9-5）

圖9-5 木材之開裂

二、節 節為樹幹內樹枝的基部，活樹枝的基部為生節，樹枝敗死後變成鬆節。 節會影響木材的力性，但節較堅硬、緻密，且形成一種特殊圖案，反為特色。

三、木紋 木紋為木材細胞或纖維的排列形式 生長迅速的樹木有寬年輪，產生粗紋木材，生長緩慢者，年輪較窄，形成細紋。

9.6 鋸木製材 原木在工廠內鋸切成標準規格的板、柱，其過程稱為製材。所用工具有圓鋸、帶鋸、往復鋸等。 製材應盡量利用原木，使殘餘廢料最少。 圓形原木的鋸木法有如圖9-6所示多種，如平鋸、邊鋸、徑鋸、弦鋸等。

圖9-6 鋸木方法

9.7 木材尺寸 木材在商業上以標稱尺寸表示其規格，即其厚度與寬度。 裝飾尺寸（浮尺寸）指整修後的尺寸，比標稱尺寸小6至19mm。 木材的加工製造以標稱尺寸2×2（厚2吋，寬2吋）為基本尺寸，以2吋為增量，如2×4，2×6，4×6，4×12。

商業上木料計量用板呎，其定義為厚度1吋、寬度12吋、長度1呎，可如下式計算之：

9.8 木材之分類與分級 木材的分類與分級依軟木類和硬木類而不同 軟木類基於木材的缺陷和不完全性對其強度及變形的影響分級，包括營造類和再製造類。營造類分應力級、非應力級及表體三級木材。 木材也依尺寸作分類，應力級木材分成角材、厚板、板材等三種，其尺寸規格如表9-6

表9-6 應力級木材之尺寸分類 分類 次分類 標稱厚度 (in.) 標稱寬度 範例 用途 角 材 輕構架及結構型輕構架 牆骨 結構擱柵 表9-6 應力級木材之尺寸分類 分類 次分類 標稱厚度 (in.) 標稱寬度 範例 用途 角 材 輕構架及結構型輕構架 牆骨 結構擱柵 及板條 2-4 ≧2 2×2，2×4 4×4，4×12 4×16 托樑 椽 牆柱 桁架桿件 厚　板 4-12 2×4，2×8 4×8 地板 屋頂板 厚重牆 板　材 樑及桁 ≧5 ＞（2＋厚度） 6×10，6×12 8×12 樑、露頭 柱及板材 ≦（2＋厚度） 6×6，6×8 8×8 柱、桿

9.9 木製品 木材工業已發展出多樣化的木製品，如膠層材、合板、粒片板等。

9.9.1 膠層板 膠層板由薄片木板以黏著劑，如樹脂，膠結而成，如圖9-7。 膠層板可製成各式各樣的型式和尺寸，如圖9-8。 膠層板對含水量敏感，會乾縮與濕漲，最好以含水量小於12％的木材製造，可防變形。

圖9-7 膠層板斷面 圖9-8 膠層板造型

9.9.2 合板 合板俗稱三夾板，為一種嵌板製品，由多層薄木板膠結而成，多採用奇數層，如圖9-10。 製造合板的軟木有多種，如洋松、柳安等；黏著劑有酚－甲醛、尿素－甲醛等。

圖9-10 合板組構

9.9.3 粒片板 粒片板是用細化的木材碎屑或碎木塊膠合而來，常見者如木屑板、夾心板等。 粒片板的性質依密度而定，約為640～800 kg/m3。 粒片板主要應用於傢俱及櫥櫃。

9.9.4 纖維板 纖維板有硬板及中等密度纖維板兩種。 可用以製造纖維的木料有木料殘渣、甘蔗渣、紙漿碎屑等。 纖維板的密度為500～1450 kg/m3，硬板可使用在傢俱、櫥櫃；中等密度纖維板主要使用在傢俱工業、模板等。