霸拓会员群研讨-谢新提：木材学以及乐器使用木材的探讨（七） 200921
霸拓会员群研讨
木材学以及乐器使用木材的探讨（七）
文/ 谢新提（湖南艺术职业学院）
【编者按】
为抗击新冠肺炎，自（2020年）2月4日起，疫情期间，每晚7：30，霸拓会员共同进行分享研讨，积蓄力量，积极备战疫后工作。
3月10研讨题目：《木材学以及乐器使用木材的探讨》（七）
分享老师：谢新提
主持老师：吴汉洲
百花齐放、百家争鸣是学术的基本态度。作为学术平台，霸拓推送（并不代表认同）能引发思索的文章。
吴汉洲：
谢新提：昨天我们讨论了木材的吸湿与解吸、平衡含水率，以及吸湿滞后等知识点。
花5分钟一起来回顾一下吧。
吸湿：当空气中的水蒸气压力大于木材表面水蒸气压力时，木材从空气中吸收水分的现象。
木材的吸湿性告诉我们，钢琴在潮湿环境中是会吸收空气中的水分的。
黄永更：这次是被大家裹挟着在进步！所以，我要感谢大家了！
吴汉洲：黄盖、廉颇。
谢新提：解吸， 空气的蒸气压力小于木材表面的水蒸气压力时，木材中水分向空气中蒸发的现象。
黄永更：惭愧。@吴汉洲
听课了。
谢新提：木材的解吸性告诉我们，钢琴在空气干爽的环境中是会向空气中释放水分的，钢琴临时受潮，只要合理调节存放环境的空气湿度，是可以慢慢恢复的。
平衡含水率，薄小木料在一定空气状态下最后达到的吸湿或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。
平衡含水率会随着环境的温、湿度条件、木材尺寸，空气流通状态等变化而变化的。
这一现象告 诉我们，木质结构的产品存在很多的不稳定性因素，特别是对于钢琴来说，我们应该尽量维持合 适而又稳定的钢琴存放环境。
吸湿滞后，在相同的大气温度和相对湿度条件下，干燥木材的吸湿过程所能达到的最大含水量总是 低于潮湿木材解吸过程所能达到的最小含水量，这种解吸稳定含水率大于吸湿稳定含水率现象称 为木材吸湿滞后 。
吸湿滞后特性主要体现在经过特殊干燥处理的木材上，可以在一定范围内抑制木材的吸湿性能， 大大减小木材在空气中的吸湿平衡含水量，减小木材的干缩湿胀量，从而大大提高钢琴产品的稳 定性和可靠性。
那么木材的干缩湿胀到底是怎样一回事呢？
今天晚上，我们将进一步来讨论木材的干缩湿胀性能。
在继续讨论之前，请问老师们还有没有其它问题？
木材干缩和湿胀，湿材因干燥而缩减其尺寸的现象称之为干缩；干材因吸收水分而增加其尺寸与体积的现象称之为湿胀。
吴汉洲：跟树种有关吧！
谢新提：
康新鹏：还是跟木质结构有关哦。
谢新提：我们慢慢来吧。@康新鹏@吴汉洲
线干缩指的是木材的某一条边的干缩。
体积干缩是指木材整体的干缩。
为什么要这么分呢？
吴汉洲：是的，为什么呢？
谢新提：主要原因还是因为木材的各向异性造成木材的线干缩的不等性。
比方说线干缩中的顺纹干缩和横纹干缩。
二者的干缩率就差很远。
而横纹干缩中的径向干缩和弦向干缩又差很远。
请老师们看图，注意区分各种干缩形式。
关于干缩的种类，老师们还有疑问吗？
何海冰：
谢老师，弦向干缩和径向干缩区别不太清楚
康新鹏：
干缩率这三个方向排序的话 是如何的呢？
谢新提：
@何海冰 顺着年轮走向的叫做弦向干缩
与年轮垂直的
何海冰：
径向是沿着木射线方向是吗？它时刻垂直于年轮，是这样吗
谢新提：是的。@何海冰
与年轮垂直的是径切方向。
何海冰：相切的是弦向是吗？
谢新提：仔细看图。
吴汉洲：跟弦切和经切联系起来就好理解了。@何海冰
谢新提：没错，与年轮相切是弦向。@何海冰
何海冰：谢谢两位老师，我明白了。
谢新提：纵向干缩是沿着木材纹理方向的干缩，其收缩率数值较小，仅为0.1—0.3%，对木材的利用影响不大。
通常，在木材加工过程中，纵向干缩可以忽略不计。
径向干缩是横切面上沿直径方向的干缩，其收缩率数值为3—6%。
弦向干缩是沿着年轮切线方向的干缩，其收缩率数值为6—12%，是径向干缩的1-2倍。
何海冰：原来是这样，木射线的裂纹是因为弦向干缩，可以这样理解吗？
谢新提：不是因果关系。@何海冰
木射线的存在，使木材径向存在弱点，弦向干缩的应力不均衡，促使这些弱点开裂。
谢新提：我们来分析一下——
纵向干缩0.1—0.3%，
径向干缩3—6%；
弦向干缩6—12%，是径向干缩的1-2倍。
从以上三种线干缩形式的干缩率来看，三者之间的差别很大，同样一块100mm宽的板，干缩以后所造成的数据差最大可达10mm以上，
那么问题来了，
我们都知道钢琴的键盘机械需要稳定而精密的尺寸。
黄永更：长短变得少，宽窄变得多。
谢新提：那么钢琴技师们是如何根据木材干缩特性去扬长避短的呢？
讨论，我们已经知道钢琴键盘机械板材都是采用弦切板制作零件，如果从木材各个切面的干缩率 来考量，我们若采用径切板来制作键盘机械零件，会有什么不同的结果？
黄永更：采取多层胶合板来对木板进行变形抑制。琴键会变薄变窄！？
吴汉洲：会引起零部件的左右变形。
黄永更：容易开裂呗！
吴汉洲：翘曲。
谢新提：
我们看上图。
左边琴键是弦切板形式。
右边琴键是径切板形式。
请问老师们，哪边的琴键更影响键盘机械的参数稳定性？
崔银凤：
康新鹏：右边。
谢新提：为什么？@康新鹏
崔银凤：谢老师好，是顺着木纹方向干缩的多不？@谢新提
它的影响最大。
康新鹏：弦向变化影响最大。
谢新提：我们来分析一下——
纵向（顺纹）干缩0.1—0.3%，
径向干缩3—6%；
弦向干缩6—12%，是径向干缩的1-2倍。
纵向（顺纹）干缩：0.1—0.3%，可以忽略。
崔银凤：会往两边翘曲。
谢新提：是的。@康新鹏
崔银凤：好的，慢慢理解。@谢新提
谢新提：
黄永更：弦切要好一些。虽然变化大，但是只能影响到琴键档缝隙大小。
何海冰：右边的会影响卡丁高低。
谢新提：右边的琴键，其弦向正好处于力的传递方向，而弦弦干缩是最大的，所以，对参数影响也会大。
张岩峰：卡钉好调，琴键蹭上麻烦。
黄永更：径切板的收缩量影响到卡钉的高低变化量大了。
吴汉洲：
崔银凤：理解了。
张岩峰：
谢新提：我们只是举例来说明，不同切向的板材零件对键盘机械参数的影响也不同。
吴汉洲：
张岩峰：我的琴是复合板的。
吴汉洲：
张岩峰：看不清楚。
吴汉洲：实物。
谢老师继续！
张岩峰：用的是左边的形式。
谢新提：影响因素——
（1）树种
树种不同，其构造和密实程度不同，干缩湿胀树种间差异很大（如下表）。有的树种很容易干燥 ，干缩湿胀和变形都很小，而有的树种特难干燥，其干缩湿胀很大，使用和干燥过程中特别易发 生开裂变形。
晚材细胞较小，细胞壁厚而扁平，材质显得紧密、坚实。膨胀系数较大，所以湿胀干缩能力较早材高。
（2）晚材率
晚材率越大，干缩系数越大，老师们可以另外花时间去研究上表。
木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影响变形。
木材干燥后，因为各部分的不均匀干缩而使其形状改变，谓之变形。
上图是板方材横断面上的变形。
生材或湿材干燥时，由于木材弦向干缩远大于径向干缩及二者干缩不一致的共同影响，促使原木 解锯后的方材、板材、圆柱等的端面发生多种形变。
请老师们看图仔细琢磨
图解
① 若为径切板(包含髓心)其两端干缩甚大，中间干缩较小，结果变为纺锤状。
② 若为径切板(不包含髓心)干缩颇为均匀，其端面近似矩形。
③ 若板材表面与年轮成45℃角，干缩后两端收缩甚大，长方形变为不规则形状。
④ 原为正方形，年轮与上下两边平行，干缩后，因平行于年轮方向的干缩率较大，垂直于年轮的 干缩率较小，变为矩形。
⑤ 木材端面与年轮成对角线，干缩后，正方形变为菱形。
⑥ 木材端面为圆形，干缩后，变为卵形或椭圆形。
⑦ 若为弦切板端面，干缩后，两侧向上翘起。
对于上面的由干缩引起的变形图解，老师们有疑问吗？
吴汉洲：很直观。
谢新提：除了板方材横断面上的变形，还有板方材长度方向上纵切面的变形。
原木锯成板材后，如不合理干燥，会导致其长度方向（纵切面）上发生很大的变形，表现形式主 要为弯曲，其形状与其在木材横切面上的位置有很大的关系。
开裂，木材因干燥的不均匀与各方干缩的差异，造成开裂，裂缝大多垂直于年轮而平行于木射线，此乃 木材纵向分子与木射线相交之处的结合力弱所致。
以上是由于木材干缩引起的各种缺陷。
那么我们该如何减少木材干缩、湿胀呢？
高温干燥、降低木材吸湿性 。
高温干燥处理木材是目前减少木材干缩湿胀的主要方法，应用广泛。高温干燥主要是使木材干缩微纤丝之间的距离逐渐缩小，减少非晶区纤维素分子链状分子上游离羟基数目，形成新的氢键结合；同时，半纤维素降解物与木素分子上基团聚合封闭羟基，降低木材吸湿性。
昨天有老师问我，为什么木材经人工干燥后，其吸湿平衡含水率会比解吸平衡含水率要低得多，这其实一个木材分子微观结构的问题，请看上面这段很“专业”的话。
康新鹏：这个看不懂了。
黄永更：这也是对木材的“改性”。
黄永更：属于化学和物理相结合了。
樊海宽：通俗讲是不是木材干燥处理，吸水空间被压缩了？@谢新提
谢新提：其实，一句话，就是里面那些用来装水的微孔，因为木材高温干缩后而压缩关闭，再也打不开了，打开了也没有原来那么大了，所以，期吸湿平衡含水率也就低了。
吴汉洲：可以这样理解，把木材高温煮熟，变形系数就会变小。@康新鹏
崔银凤：这个工作需要不需要考虑考虑纤维饱和点？
黄永更：请问做人工干燥处理时，是采用对原木进行处理的吗？
谢新提：木材的干缩一定是在纤维饱和点以内的。@崔银凤
崔银凤：明白了谢老师。@谢新提
谢新提：我们会有后续的。@黄永更
康新鹏：好好好。@吴汉洲
谢新提：原木只适合气干到一定含水率，再往下走，就会因为干缩不均衡而严重开裂。另外，为了减小干缩影响我们还可以多用细木工板。
将细木条用合成树脂胶粘成合木，这样不过分考虑木材的年轮方向，杂乱相胶，结果总是趋于径 切板，很少为弦切板。此种方式已广泛用于地板、木芯板及木材工业生产。
机械抑制就是传说中的夹板。
机械抑制即利用胶合板，胶合板中将单板纵横交错用胶压合而成，这样就能以干缩极小的纵向， 机械地抑制横纹干缩，将胀缩减小到最小。同时木材横纹方向强度小，顺纹方向木材强度高，可 以弥补木材横纹方向强度小的特点，使材料趋于均匀一致。
黄永更：那么如果对板材进行干燥处理时，这个过程中能否保证它不做以上变形吗？
谢新提：不能。@黄永更
谢新提：只能说干缩以后，尽量减少还原。@黄永更
还有一个办法，充胀与改性。
用聚已二醇、尿素、醋酸酐等低分子的聚合物注入木材，置换木材中水分，对本材起有效膨胀作 用，使木材干缩极小。
黄永更：在人工干燥的过程，也存在着“路过平衡点”的过程哟。
谢新提：这个是主动填充，才可以减小干缩。钢琴板材的人工干燥要求到4%-6%的含水率哦。
@黄永更
最后一个办法就是表面涂饰油漆。
利用涂料、油漆涂刷木材表面，减少木材与湿空气接触，阻碍水分的渗入，从而使纤维表面包裹 起来，可以降低木材对大气湿度变化敏感性，延缓木材吸湿速度，减少胀缩。
黄永更：用什么方法，能够减小在人工干燥过程中，尽量减少它们的开裂变形，将是一件非常重要的事情！
谢新提：这个很专业，而且是非常专业，我们在后续中在讲到，关于木材的干燥过程，远远超出了我们的想象。@黄永更
崔银凤：前期干燥工作越好，后期保养越省力了。
吴汉洲：还有几分钟，谢老师提个问题考考老师们。@谢新提
崔银凤：里面学问太大了。
谢新提：老师们，关于木材的干缩湿胀特性，干缩湿胀对木材利用的影响以及如何规避克服木材干缩湿胀的影响，我们眼前的钢琴构造，可以说是做得很到位的。
吴红江：如果按专业要求做的话。
谢新提：老师们，可以广泛讨论， 钢琴制造有哪些方面是针对木材干缩湿胀特性而为之。
谢新提：比方说，钢琴油漆的作用与木材的干缩湿胀有关吗？
崔银凤：昨天和刚才谢老师说的键盘用弦切材比较好，就是利用这个特性。有关的。
谢新提：音板中间的开孔，有没有必要做特殊处理？
黄永更：对于大面积部件表面进行的喷涂清漆的措施即是。
谢新提：还有联动杆哦。@崔银凤
崔银凤：不只是美观。@谢新提
吴汉洲：有。@谢新提
谢新提：还有，厂家送的那块键盘盖布是纯粹用来好看的吗？
崔银凤：防潮。
康新鹏：有些品牌在孔壁上涂漆，有的不涂。@谢新提
崔银凤：以后调琴是不是得检查漆面呢？
谢新提：假如击弦机顶杆不用顺纹切木，而改用弦切木，会有什么后果？
是的。@康新鹏
其实，凡是有钉子的地方，理应做封水防护。
康新鹏：木材与油漆 琴键与键皮 木头与金属的收缩或膨胀系数 也得考虑呢。
何海冰：会弯曲吗？
谢新提：嗯不但会弯曲，很可能上午才调好顶杆空动，晚上又变化了。@何海冰
吴汉洲：好的，谢谢谢老师连续七个晚上的分享。
谢新提：由于木材学所含盖的内容很多，需要我们去慢慢研读，仔细体验。
为了不影响其他老师的研讨进程，我们的木材学先暂告一段落，在适当的时候，我们再开题，并进一步研讨木材的其它物理，声音学，等方面的内容。
感谢老师们热情参与，老师们辛苦了，我们下期再见。
崔银凤：对钢琴的兴趣越来越大了。
康新鹏：回头这群里会有几个转行做木工的。
黄永更：越学习，越对钢琴敬畏！回头去给木工厂做热处理去！
谢新提：不奇怪，我们学校有人就叫我谢木匠。@康新鹏
吴红江：木工工作室很有意思的。
崔银凤：“跃跃欲试，啥时候霸拓研讨，请谢老师教咱们木工活。
黄永更：树木（木材）是人类不可或缺的宝贝！
周昕：爬楼学习！感谢新提老师的精彩分享！
