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木材從力學(xué)角度上看是一種彈性材料，在結(jié)構(gòu)上呈多孔狀，木材的這個特性，可以使其彎曲。但是如果要攀得較小的彎曲曲率半徑，應(yīng)在彎曲之前對木材進(jìn)行軟化，增大木材的塑性。木材經(jīng)軟化處理后，在順紋壓力的作用下，細(xì)胞壁中微纖維之間產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致細(xì)胞壁的壁層縱向產(chǎn)生褶皺;木材在彎曲力矩的作用下，彎曲時的受壓面形成褶皺，受拉面形成展皺，便可獲得較小的彎曲曲率半徑。
1、木材彎曲的原理
木材彎曲時，以中性層為分界形成凹凸兩面，在凸面產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，使凸面木材有不同程度的伸長;凹面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，使凹面木材有不同程度的壓縮，其應(yīng)力分布是由表面向中間逐漸減少，中間一層纖維(中性層)既不受拉伸，也不受壓縮。當(dāng)所受的拉伸和壓縮應(yīng)力超過該種材料的拉伸強度極限或壓縮強度極限時，木材就遭到破壞。
木材彎曲時，必須研究和了解木材順紋拉伸與壓縮應(yīng)力的變形規(guī)律。
順紋壓縮變形與樹種有關(guān)，針葉、軟闊葉氣干材順紋壓縮變形為1%-2%，硬闊葉氣干材為2%-3%。這是是由于硬闊葉材各年輪層間有寬而粗的木射線組織，使其連接牢固，因此在變形時不易失去穩(wěn)定性和產(chǎn)生破壞。
軟化處理后可增加木材順紋壓縮和拉伸變形。軟化處理使順紋抗伸形變可稍有增加，一般在1%-2%。但使順紋壓縮變形卻比氣干材增加很多。經(jīng)軟化處理后硬闊葉材順紋壓縮變形可達(dá)25%-30%，針葉材順紋壓縮變形為5%-7%。
不同樹種的允許拉伸形變和壓縮形變不相同，因而它們的彎曲性能差異很大。用方材厚度(h)和能彎曲的最小曲率半徑(R)的比值(h/R)來衡量木材的彎曲性能，即同樣厚度的木材能彎曲的曲率半徑越小(h/R值越大)，則說明該材的彎曲性能越好。彎曲性能主要取決于木材的允許拉伸形變和允許壓縮形變系數(shù)。木材在彎曲時凸凹兩表面產(chǎn)生的最大拉伸形變和最大壓縮形變是相等的，因此木材的彎曲性能主要受順紋拉伸允許形變的限制。為進(jìn)一步提高木材軟化后順紋壓縮的形變，可在方材拉伸面緊貼一條金屬條(0.2mm-2.5mm厚)使彎曲時中性層向拉伸面移動，由于金屬條承受了拉伸應(yīng)力，使凸面木材拉伸變形很小甚至等于 0，這樣能明顯地改善木材的彎曲性能。
2、木材順紋壓縮彎曲技術(shù)
木材順紋壓縮彎曲是先將木材進(jìn)行軟化處理，然后再進(jìn)行順紋彎曲。當(dāng)水分進(jìn)入木材細(xì)胞壁時，由于水是極性分子，可以與纖維素非結(jié)晶區(qū)中的羥基和半纖維素中羥基形成新的氫鍵，加大分子鏈之間的距離，即增大了自由體積，為分子的運動提供了空間。如果分子的振動不夠，即使提供了足夠的自由體積空間，也無法完全改變木材的軟化條件，只有能量和水作為增塑劑一起作用于木材時，才能有效地使木材實現(xiàn)軟化。
木材中的主要成分是纖維素呈線形、長的大分子結(jié)構(gòu)。纖維素大分子由許許多多的葡萄糖單體構(gòu)成分子鏈，它們彼此間有的區(qū)段纖維素分子鏈彼此平行，構(gòu)成結(jié)晶區(qū)，這決定了纖維素的強度;另一個區(qū)段內(nèi)，纖維素分子鏈彼此不平行，構(gòu)成纖維素的非結(jié)晶區(qū)，這些線形分子鏈不是筆直成線，而是具有一定的卷曲部分，這使纖維素具有可以伸縮的彈性性能。如果外力的作用小于木材允許的順紋抗壓強度，即應(yīng)力小于木材的破壞極限時，木材不會產(chǎn)生破壞;如果木材在持續(xù)的外力作用下被壓縮，當(dāng)達(dá)到壓縮率后停止加壓，保壓一定時間后卸壓，在壓力解除后，木材的粘彈性特性隨即顯現(xiàn)出來，在短時間內(nèi)恢復(fù)其彈性變形，但是尚遺留一定量的永久變形，這些永久變形主要是纖維或分子鏈之間產(chǎn)生縱向位移，在順紋方向上細(xì)胞軸向產(chǎn)生褶皺，這些褶皺比較均勻地集中在軸向細(xì)胞的內(nèi)壁，這將使木材的彎曲性能得到大大地提高。木材在彎曲力矩的作用下，受壓面褶皺加大，受拉面的褶皺被展平，因此在允許的形變內(nèi)可以獲得較小的彎曲曲率半徑。
3、木材軟化處理的方法與機理
軟化處理可改善木材的彎曲性能，使木材具有暫時的塑性使彎曲加工得以進(jìn)行，并在變形狀態(tài)下干燥，恢復(fù)木材原有的剛性和強度。軟化處理方法有：水熱處理，高頻加熱處理及化學(xué)藥劑處理等。
3.1水熱處理(蒸煮法)
水熱處理(蒸煮法)軟化木材，主要是利用水對纖維素的非結(jié)晶區(qū)、半纖維素和木素進(jìn)行潤脹，為分子劇烈運動提供自由體積空間，靠由外到里逐漸對木材進(jìn)行傳導(dǎo)加熱，使分子獲得足夠的能量。
組成木材細(xì)胞壁的主要成分為：纖維素，半纖維素和木素。木材經(jīng)水熱處理后，一部分半纖維素易分解溶解成液態(tài)，纖維素?zé)o定型區(qū)分子鏈上的游離羥基吸附水分，使纖維素間隙中水膜增厚，分子間距離增大，吸引力減小，便于在外力作用下產(chǎn)生相對滑移。
木材膨脹形變是水進(jìn)入到木材的非結(jié)晶區(qū)內(nèi)，使木素、半纖維素和纖維素的非結(jié)晶區(qū)體積膨脹，增大自由體積空間，提高了木材的塑性。加熱可以使非結(jié)晶區(qū)中的木素、纖維素和半纖維素分子能量加大。在水、熱的作用下，纖維素非結(jié)晶區(qū)濕脹，木素呈粘流態(tài)，半纖維素失去其聯(lián)結(jié)作用，木材塑性加大。
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