霸拓会员群研讨-谢新提：《木材与钢琴》（二） 201019
霸拓会员群研讨
木材与钢琴（二）
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17研讨题目：《木材与钢琴》（二）
分享老师：谢新提
共同分享老师：
黄永更 陈佐霆 吴汉洲 韩瑞涛 耿勇志 丁娜
主持老师：崔银凤
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。
谢新提：老师们好！
丁娜：各位老师好！
崔银凤：昨晚老师们的研讨很精彩，大家都有收获么？
吴汉洲：谢老师，昨天晚上讲了热力学，今晚讲啥呢？@谢新提
谢新提：今天，我们来讲讲木材的电学性质。
黄永更：期待谢老师登场！
专业！木材还与电学有关！
耿勇志：是啊！
崔银凤：真是想象不到呢！
谢新提：由于热是能够感知的，电却又看不见，更摸不得，所以，今天的内容我们听起来可能不会有那么深的感触。
黄永更：不过我上初中的时候，就知道了木材不导电。
谢新提：但，我认为，了解他，还是很有必要的。在开场前，我想先请老师谈谈，电在我们钢琴生产过程和维护过程中，都有哪些应用，算是盘个底。
张岩峰：木头和电放在一起，我只能想到糟雷劈。
谢新提：那说明那棵树还活着。@张岩峰
吴汉洲：干燥吧。
谢新提：嗯，汉洲老师身在钢琴厂，对木材干燥过程用电很了解。@吴汉洲
崔银凤：一般很干的应该是绝缘的吧。
吴红江：高频机、
吴汉洲：是的，高频机干燥。
耿勇志：应该是干燥的木材是完全绝缘吧。
谢新提：很干的就不会被雷劈了。@崔银凤
崔银凤：您说的是呢。@谢新提
谢新提：是的。其实说到材的电学性质，还是离开不木材中的含水量。
木材工业中常利用木材的电学性质，通过高频交变电场进行木材的干燥、胶合和曲木加工和木材含水率的测定。
在正式接触这几种电学应用之前，我想我们有必要先了解几个概念，不管听起来有些熟悉还是陌生，我们权当认知。
一、木材的导电机理
黄永更：凝听着呢!
江国柱：水里的电解质导电。
谢新提：1.电阻率与电导率
吴汉洲：这跟木材中的水分和矿物质有关吧？
谢新提：电阻率与电导率是一对相反的概念。
江国柱：是的。电阻阻碍电流。
谢新提：吴老师，您别告诉我你小时用木棍去弄过电，然后，有麻木感。@吴汉洲
吴汉洲：没有。
谢新提：多么听话的孩子啊！我就被电打过多次。
吴汉洲：难道你有？@谢新提
谢新提：最后，可以用手直接接电都不怕了。
江国柱：麻麻的感觉。
谢新提：因为，我知道，只要把两根线搭上了，电会走电阻小的金属流走，我的手就不会有危险了。
导体的电阻与组成该导体的材料有关，即材料的本性。评价材料导电性好坏主要用电阻率或电导率来表示。物理学中，电阻等于材料二端的电压（V）除以流过该材料的电流（I），而电导率是电阻率的倒数。
黄永更：过去我接过220伏电线，还带电操作，我是站在木凳子上的。
谢新提：站木凳子上是正确的，不过还是要穿胶底鞋。@黄永更
江国柱：只要没大的电压差。
张岩峰：尽量单手操作。@黄永更
黄永更：有人触电了，提倡用干木棍将电线赶紧给他挑开，救助。
谢新提：木棍要干燥啊，否则也会出问题的。
如果是高压线，连木棍也不行。
因为影响木材直流电导率的因素就有含水率。木材含水率高，电阻就小，导电率就更高。@黄永
崔银凤：哦，它们三个是关联的，电和水分不开。
黄永更：对于钢琴用木材与电有关系，确实很新鲜，很想涨见识哟！期待谢老师讲解！
谢新提：（3）纹理方向
（4）树种与木材密度
和木材导电率相关的还有以上三种情况。
其中纹理方向对于我们比较实用，接下来我们会讨论到关于木材电学性的应用，还有一个概念也需要先了解一下。
黄永更：我想木材的带电性是否会影响到油漆工艺的实施？
张强：静电喷涂。
谢新提：不过钢琴油漆工艺不同。
黄永更：专业名词术语一语中的。@张强
耿勇志：木材干湿度也会影响油漆的附着力。
谢新提：是的。@耿勇志
张强：越干附着力越好吗？
耿勇志：对哦。
谢新提：湿汽对钢琴油漆也有影响哦。
张强：湿了油漆容易涨裂？
谢新提：老师们有没有经历过把很热的物件放油漆面板上，过一会，油漆底面就雾化了，特别是彩琴，透明漆更明显。
崔银凤：有看到过。
丁娜：有一个问题想请教各位老师，如果是纤维板材或者是复合板，导电性有什么区别呢？
黄永更：见过，热茶杯放在钢琴上，结果底下变成了白色。
张岩峰：圈圈都是热杯子搞的。
江国柱：是的，抛光机在一个位置不动，过会儿就鼓泡了。
谢新提：是的。@张岩峰
张岩峰：冷杯子搞的是划痕。
张强：油漆加热发生变化了，气化了吗？@黄永更
谢新提：要看用的什么胶水哦。胶水含量也会影响。@丁娜
黄永更：是的，听谢老师细讲吧。@张强
谢新提：理论上讲，人造板因为有脱水填充，不容易吸收水分，所以，人造板的导电率更稳定。而经过干燥处理的天然木材，吸湿性强，导电性也会跟着变化。
张岩峰：所以，橱柜都是锯末压缩板做的，是这个道理吗？@谢新提
谢新提：这个应该没有必然联系吧，是不是防火功能要更强一点。@张岩峰
张岩峰：我没考虑火，我只考虑吸水了。
谢新提：是的，脱水填充，吸湿性低，更适应厨房。@张岩峰
胶水填充。
耿勇志：那么做钢琴的材料是不是可以用一些防止木材吸收水分的方法呢？
黄永更：现在的防火门，所用的木板属于何种处理方法？
谢新提：高压注入防火油。
包括宾馆酒店琴房的材料，都是要上防火油的。
黄永更：“油”，给我的印象都是容易着火的呀？
谢新提：习惯了。实际上是液体。
耿勇志：防火液体。
谢新提：确实，摸起来油腻，有难闻的味道。
我以前做录音棚工程是接触较多。
关于木材介电性质——
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数( permittivity）又称诱电率，与频率相关。
这个概念有些复杂。
可以这样去理解，冬天在户外晒太阳，身上暖洋洋的，突然，有个人站到你前面，把太阳光给挡了，热气被挡你前面的人给吸收啊，你得到的热量少了，于是，你感觉有些冷了。而介电性就是类似于这样一个道理。
一个电场中，因为加了一块木板在电场中，如果这块木板中含水，那么，这个电场中的能量就会发生改变，实际上就是木材吸收了部分电场了。
耿勇志：挺复杂。
黄永更：那就是叫“油”，但不是"油"了？
丁娜：电阻变低？
谢新提：介电性能是指在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来 表示。
崔银凤：不同树种介电性有不同么？谢老师。
谢新提：电阻率和导电率@丁娜
影响介电性的方面有很多。@崔银凤
（1）含水率
（2）密度
（3）纹理方向
（4）频率
全干状态木材电阻极高，为绝缘材料，对电场没有影响，对电场也没有反应。
木材电阻随含水率的增加显著地减小，当达到纤维饱和点以上时，电阻变化率很小。
耿勇志：前三个应该是木材本身，第四个是外界的吧？
谢新提：是的。@耿勇志
这个频率是电场的频率。
朱盼盼：微观世界中的奥秘。
谢新提：我们生活中用电是50HZ，频率低，波段长，适合很粗大的木材。
频率高，波长短，只能穿透木材表面，适合薄板木材。
木材电阻随含水率的增加显著地减小，当达到纤维饱和点以上时，电阻变化率很小。
木材电阻小，导电率高，对电磁反应就更为明显。
黄永更：对，过去学过，中国交流电的频率为50赫兹。
谢新提：木材的介电性质主要研究在射频范围内的介电常数和介电损耗等性质。
张岩峰：自认为我物理学的还可以，现在也是听得有点晕/:,@@
谢新提：不要晕。@张岩峰
我们只要知道木材是停水的是吗？
木材含水会变化的是吗？
木材含水就会导电，含水越多，导电率就越高。
黄永更：这么说来，做音箱是，对木材有要求了？
谢新提：知道以上概念了，我们接下来的应用就好理解了。@黄永更
音箱是普通电磁场，对木材的影响应该不大。
关于利用木材的介电性
对于我们来说，最直接的就是水分测量。
这是一块从老旧钢琴时面取出来的踏瓣横梁做的小工具。
你们猜猜，他的含水率大概多少？
张岩峰：顶一下就知道了。
耿勇志：这是一块比较硬的木材吧？
谢新提：现在是春天的长沙，理论平衡含水率应该在18%左右。
吴汉洲：15～20%。
谢新提：嗯，如果真的象我们上一次讲的干燥处理过的，应该不会有这么高。@吴汉洲
张岩峰：我觉得这个要看琴是常年在哪里的吧？
崔银凤：10%左右么，或者更低，得看他经历了什么。
谢新提：我们看看。@崔银凤
耿勇志：我想他应该是15%~20%。
张岩峰：谢老师公布答案吧，都是拍脑袋说的。@谢新提
谢新提：
崔银凤： 答案来了。@谢新提
谢新提：
这是鼓槌，模起来都能感觉湿些，结果含水率果高些。
耿勇志：看来猜测是不行。
吴汉洲：踏瓣横梁跟音板比较要求没那么高，是吧，谢老师。@谢新提
谢新提：上面的实测结果，也应证了，我们上一周讲到的木材吸湿滞后的科学道理。@吴汉洲
是不是跟着键盘机械开料，一炉出来的干货哦？
这就是利用木材的电学性质来进行含水率的测量。
吴汉洲：横梁用的一般是榉木吧。
谢新提：
确实，介电性能是指在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示。
不同的含水率对电场的耗损不一样，仪器通过公式推算出来的数值也不一样。以上是测量应用。
木材干燥应用：新时代，讲究环保，在城市及城市周边，建立大型木材干燥炉不太现实了。
崔银凤：是的。
耿勇志：对，现在都讲究环保。
谢新提：木材置于高频电场中，在交变电流作用下，木材中的水分从原来不规则位置，到按电流和磁场方向作有规律得运动。
由于电流方向的迅速改变，水分子被迫随之转动，这种转动每秒可达1000万次以上， 由于水分子急剧运动，相互摩擦产生热量，使水分汽化，从而提高了木材内部蒸汽压而向外蒸发，木材逐渐干燥。
张岩峰：微波炉。
谢新提：我们用热干燥法，是由外及里的干燥过程，木材容易开裂。
耿勇志：每秒10000000次。
谢新提：而电干燥，可以通过调整频率来调节作用的深度。想干燥哪里就干燥哪里。
国内工业用常见高频频率有：6.78MHz、13.56MHz、27.12MHz， 频率越高加热速度越快，频率越低加热速度越慢，但是相对较低的频率由于波长较长故加热厚度更占优势，而且比较稳定，容易调整。
频率超过27.12MHz加热一般采用非接触式加热，即被加热介质通过电场，而不与极板接触，一般为传送带式加热设备，如纺织品干燥、食品干燥等。
频率较低的高频主要应用于木业如：集成材拼板、木框粘接、曲木成型或其他需要胶粘接的领域。
高频加热为穿透式加热，处于电场中的水分或胶被同时均匀地加热，水分多的部分吸收高频电场多，而水分少的地方只吸收少量高频电场，这样高频输出的功率就被有效得利用，而木材或纤维等介质由于不具备极性，基本不吸收电场，如此，如果高频功率调整与要被加热的物体匹配的话，高频功率基本是无浪费的利用。
老师们可以细细阅读以上资料，很有意思。
对于木材的干燥，用电更环保，更可控。
可以穿透式均匀加热，由里及表，有的放矢，有效节能。
即兴干燥，断电即停，电极基本不受热，工作环境大大改善。
崔银凤：可控性高，环保，均匀。
谢新提：快速高效（普通干燥窑干燥时间基本为十几天到一个月时间，高频干燥只需几天或一两天），环保节能，省去锅炉或其它加热源。
吴汉洲：现在很多工厂在胶合音板、音框时都会用到高频机加热。
谢新提：对较厚物体加热更具优势，哪怕是原木也不可怕，只要掌握规律，环保无污染，
降低劳动强度。
我今天在备课时就一直在想，我们钢琴维护保养过程能不能也用上这木材的介电性啊？
钢琴主动除湿，主支杀菌，多好的服务项目啊！
基于以上特点，应用于木材干燥，高频加热就成为了一种科学环保而又高效的干燥方式，尤其适合硬 木横截面较大的木材干燥，由于高频加热均匀加热，而木材芯部距离表面较远，分不易排出，木材内外行成一个压力梯度，芯部压力较大，芯部的压力迫使水分顺着纤维排出到表面或木材的端头，这 样端头和木材表面的温度相当芯部要低很多。
耿勇志：是啊！
谢新提：木材的介电性还可用于快速胶粘。大厂钢琴的外壳板，都是利用高频电热完成的。
高频电热应用在胶合上，可使胶合剂获得选择加热。湿胶和干木材的介电性不同，湿胶比干木材更易接受高频电能，使高频能量集中在胶合线上，胶合剂很快热聚合，一般只需几秒到几十秒时间，但这种胶合只适用于热固性树脂胶。
江国柱：工艺越来越好。
谢新提：这种胶合方式，不会对钢琴其它部分产生热效应，又能节省大量的时间，是非常理想的方式。
江国柱：更科学。以前是窑干法。
谢新提：传统自然干胶，得上胶打夹子，放24小时以上。
传统用天计算，而现在用秒钟计算。
崔银凤：节约时间就是降低成本了。
谢新提：但是，前面讲到过木材含水率越高，对电场反应就越明显，就会吸收电能，影响胶水层的电能吸收，就会影响到胶合时间。
所以，给钢琴上电磁胶合装置，首先得确保钢琴木材的含水率控制。
胶合时，木材含水率不高于12％~15％为宜，其中以8%~12%为最好。木材密度不宜过大，如木材密度 过大或含水率过高时，选择性加热效果差。因它们均能增加介电损耗，使木材吸收电场能量增大。此外，木材密度和水分增加，还能提高木材的热传导性，从而降低胶缝的加热温度。
以上是对木材介电性的生产应用。
崔银凤：学到了，谢老师。@谢新提
谢新提：我一直在想，我们能不能利用这一特性，对钢琴进行远程控制驱潮，杀菌，拓展我们的服务，提高钢琴产品稳定性与可靠性，更好了服务于音乐艺术。
崔银凤：今天分享的知识专业性很强需要好好消化呀。
谢老师的提议太好了，能实现么？
谢新提：说来道去，还是围绕木材中的含水率变化在说事，好好理会一下，也不难。
崔银凤：是的，要反复琢磨，实验。
谢新提：未来的世界属于年轻人的。@崔银凤
张岩峰：这么高频的电磁震荡，用在除潮，防护是个问题，周围的人和物会收到影响。
何海冰：今天的知识好难呀。
谢新提：关于电，抛开木材来说，也与我们的钢琴有关。
崔银凤：我们懂得越多，对钢琴越了解，也会倒逼生产厂家做更好的产品。@谢新提
谢新提：比方说，擦钢琴时，起静电，抹布的毛毛会沾油漆上。
何海冰：好多内容都是看了好几遍。
谢新提：有想法。@崔银凤
丁娜：专业、严谨的学术讨论，知识量很庞大。
谢新提：我为了延音踏瓣抬档顶杆上的销子经常断，学校老师们弹钢琴没踏瓣用，动不动就以教学事故告到教务处。让我很为难。
黄永更：谢老师的想法非常好，非常前沿。
谢新提：我就经常打电话到某钢琴厂去建议，投诉，强烈要求他们给销子中加铁芯。
耿勇志：谢老师的想法以后可能会被应用的。
谢新提：所以，崔老师的想法是非常积极的，我们调律师要强大起来，对行业起到引领与推动作用。
谢谢老师们的参与，我们今天的讨论就到这儿。
吴红江：赞！ @崔银凤
李新：谢老师勇攀科学的高峰，引领大家探索钢琴里的无数未知，有非常长远的意义！
张岩峰：为什么延音踏瓣没人用拉线结构呢？
崔银凤：没有，我就是听老师们讲课忽然想到的。
丁娜：感谢谢老师的细心解答及分享！
崔银凤：谢谢谢老师的分享，感谢所有参与讨论的老师们！@谢新提
