木材材料特性分析

時間：2024-06-20 22:03:47 材料畢業(yè)論文

木材材料特性分析

　　作為一種自然材料，木材對人體有著特殊親和力，以下是小編搜集整理的一篇探究木材材料特性的論文范文，歡迎閱讀查看。

　　摘要： 木材作為建筑設計、室內(nèi)設計和家居設計的主要材料之一，具有獨特的親和力。本文對木材自身特征進行分析，揭示木材在裝飾功能、使用功能及生態(tài)效應上的“親和”特性。

　　關鍵詞：材料木材親和力

　　材料作為設計的表現(xiàn)主體，以其自身的固有特性和情感語義成為設計構(gòu)思中不可或缺的要素。不同的材料因其肌理、色澤等特性不同而給人以不同的感覺，其所表達的情感語義亦不相同。正如帕拉斯瑪所說：“材料和表面有它們自己的語言。石頭講述著它遙遠的地質(zhì)起源，它的耐久力和永久性;磚使人想到泥土和火焰，重力和建造的永恒傳統(tǒng);青銅喚起人們對它制造過程中極高溫度的聯(lián)想，它的綠色銅銹度量著古老的澆鑄程序和時間的流逝。木材講述著它的兩種存在狀態(tài)和時間尺度：它作為生長著的樹木的第一次生命，以及在木匠手下成為人工制品的第二次生命。”木材作為建筑設計、室內(nèi)設計和家具設計的主要材料之一，以它獨有的色、質(zhì)、紋等特性受到設計師的青睞。

　　作為一種自然材料，木材對人體有著特殊親和力。親和力最早是屬于化學領域的一個概念，是特指一種原子與另外一種原子之間的關聯(lián)特性，但也被應用于設計領域，產(chǎn)品設計中的親和力主要指產(chǎn)品給人的感覺，具體是指產(chǎn)品在使用前、使用中、使用后可以獲得的愉悅感。通過研究，人身處不同建材環(huán)境如金屬、石材、混凝土、磚、木等，在視覺效果上，人的眼睛對木紋的感覺最為舒適，不同材質(zhì)親和力帶給人的心理體驗是不同的。木材的親和力特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

　　一、木材的裝飾特性

　　色彩作為第一視覺語言，讓人從來無法忽視。很多人也許讀不懂希臘柱式上懸掛的文化，看不明雕塑形態(tài)起伏回轉(zhuǎn)之意，卻很少有人感受不到色彩的表現(xiàn)力。在設計中，色彩能夠表達情緒，傳遞感情，成為影響人生理和心理的重要因素。

　　木材的種類繁多，樹色也因為樹種的不同而各異。在木材的材色中，有近乎白色的淺色材和近乎黑色的深色材，也有許多不同深淺顏色的木材。根據(jù)這些特征將材色分為：淺色(白色，淺黃白色，淺黃色)、淺淡(淺黃褐色至淺紅色，淺紅褐色，淺灰褐色，黃褐色)、深(褐色，紅褐色，粉褐色，灰褐色，紫褐色)、深暗(黑色，黑褐色，暗紅褐色，深暗褐色，深紫褐色)。木材顏色的變化會給人不同的感覺，明度高的木材，如云杉，使人感到明快、整潔、高雅和舒暢。明度低的木材，如紫檀、紅豆杉，使人有深沉、穩(wěn)重之感。大多數(shù)的木材屬于暖色，能吸收陽光中的紫外線，減輕紫外線對人體的危害，同時木材也能反射紅外線，這一點也是木材使人產(chǎn)生溫馨感的直接原因之一。給木材表面刷上藍色或者綠色后這種感覺就會降低。

　　除了材色外，木材紋理也是木材顯著的視覺特征，木材紋理在天然生長中形成，由生長輪、木射線、軸向薄壁組織等解剖分子相互交織產(chǎn)生，主要基調(diào)來自生長輪，無論從任何角度進行切削，都產(chǎn)生非交叉的、近于平行的直線或曲線圖形。通常，木材的橫切面上呈現(xiàn)同心圓狀花紋，徑切面上呈現(xiàn)平行的條形帶狀花紋，弦切面上呈現(xiàn)拋物線狀花紋。

　　關于木材紋理與人心理感覺的研究主要集中在材料學科領域。日本學者武者利光發(fā)現(xiàn)木材徑切面和弦切面紋理屬于l/f型漲落譜，l/f型漲落譜是將漲落按時間的變化函數(shù)用諧波來進行分解，即用各種頻率的諧波成分的強度來表現(xiàn)漲落現(xiàn)象的特性，得出頻譜密度，再按頻譜密度和頻率之間的關系進行分類得出的。木紋的漲落譜符合l/f型頻譜，與人體生物鐘漲落的節(jié)律分布方式相同。這種漲落譜型的結(jié)果是，當人們感官到具有l(wèi)/f型漲落的形質(zhì)圖形時便會有“自然”的感覺，有某種美的享受(許多音樂就是采用這種節(jié)律，這也是人們在很多其他材料上仿制木紋的原因)。

　　北歐的設計有著很高的水準，在很多產(chǎn)品設計中他們注重材質(zhì)親和力，盡量采用天然的材料，如木材，皮革等。特別是在天然木材利用上，木質(zhì)家具多不上油漆，而采用磨光上蠟的工藝，以保持木材的自然紋理與質(zhì)感，這樣在滿足人情氛圍和材料親和力的同時，也為家庭成員度過漫長而寒冷的北歐寒冬提供了重要的心理依托。

　　芬蘭建筑大師阿爾瓦·阿爾托主張使用具有地方特色的材料。在建筑物的外部飾面和室內(nèi)設計中，他極富創(chuàng)造性的運用了大量的木材，他將木材的材料特性發(fā)揮到了極致，形成他作品的一大特色。如瑪利亞別墅中建筑內(nèi)外基本使用木材建造。入口空間處，阿爾托創(chuàng)造性的用樹束來支撐使用深色木條制作的不規(guī)則形狀的雨蓬，拉近了建筑與人之間的距離。外墻的直條木材飾面和條形板天花具有鮮明特色。從整體形態(tài)到從家具、線腳，細膩的木材保證了每一個細節(jié)的精致，營造了視覺上的獨特感受。(圖1、圖2)

　　二、木材的使用功能特性

　　觸覺是用來描述人對物體材質(zhì)的生理和心理活動的。人經(jīng)常用手接觸家具或木制品，給人某種觸覺，包括冷暖感、粗滑感、軟硬感、干濕感等。日本研究者以冷暖感、粗滑感、軟硬感三種感覺特征綜合評定木材的觸覺特性。溫暖感取決于人接觸木料時，皮膚—材料界面的溫度變化，以及熱量通過界面對人的感覺器官刺激的程度;事實上，在寒冷的冬天，人們都不愿意摸鐵、銅、不銹鋼以及磚石，這其實是一種經(jīng)驗的積累，經(jīng)驗告訴我們這些東西會有冰涼的感覺。而木材則不然，許多時候摸起來很舒適，這就是冷暖感。人對材料表面的冷暖感覺主要由材料的導熱系數(shù)的大小決定。導熱系數(shù)高的物體，會給人冰涼感，如金屬、凝土，系數(shù)小的物體會給人溫暖感，如乙烯泡沫。木材導熱系數(shù)適中，無論什么時候都給人最適度的感覺，這是木材給人觸覺上的和諧。此外，木材的不同紋理方向的導熱系數(shù)不一樣，順紋方向的導熱系數(shù)一般是橫紋的2～2.5倍，因此木材的縱切面摸上去比橫截面要溫暖。

　　由于獨特的觸覺特性，在設計中木材被廣泛的應用到一些關鍵的部位，特別是在很多與人體直接接觸的部位，例如木制把手。在抓握的設計中，天然木材有著很好的防滑特點，自身的表面摩擦力較高，抓握起來比較舒服，自古以來都是很多器具手柄不二的選擇材料。(圖3)另外木材自身重量較輕，與金屬道具搭配后，更方便人對工具的控制，且自身的肌理效果也有很高的觀賞性能。又例如在日常生活中，在地板上行走這種行為經(jīng)常發(fā)生，對于地板的步行感的研究也越來越重視。在這方面木質(zhì)地板得到了很好的結(jié)果。利用木質(zhì)的顫動而設計的適當硬度的地板，使人們意外摔傷的幾率大大減少。　　在帕米歐結(jié)核病療養(yǎng)院的設計中，阿爾托充分地考慮了病人的需求，結(jié)合醫(yī)生的意見和心理學的研究成果，對每一個細節(jié)都進行了精心的推敲。在家具的選擇上使用了輕質(zhì)的標準化的木制家具。Mart Stam于1926年設計出的第一把懸挑椅，從那時起，人們就誤認為鋼材是唯一能用于這種結(jié)構(gòu)的材料。不過阿爾托則認為，雖然金屬管和鍍鉻表面是技術上的進步，但從心理學上來看，這些材料并不適合人體，對生活在一天只有6小時陽光、溫度時常在0℃以下的芬蘭人，尤其是對在醫(yī)院的人來說是難以接受的。阿爾托在經(jīng)過對木材的韌性和彈性實驗之后，應用現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式，首先使用多層白樺木膠合板制成了曲木家具。(圖4)“這不僅僅是對冰冷的鋼管椅子的抗議，而是懷著一種更特殊的目的，那就是這種材料可以更好的適應人們身體的需求。”這就減輕了療養(yǎng)院中冗長沉悶生活所帶來的痛苦。聲環(huán)境是人通過耳朵所感知的周圍的聲音情況和條件。人們通過各種感覺來接受外界的信息，聽覺是其中很重要的一部分。當聲波作用在木材表面時，一部份被反射，一部份被木材本身的振動吸收，還有一部份被透過。被反射的占90%，主要是柔和的中低頻聲波，被吸收的則是刺耳的高頻率聲波。因此在我們的生活空間中，適當應用木材，可令我們感受到聽覺上的和諧。木材是要求聲學質(zhì)量的大廳、音樂廳和錄音室用以調(diào)節(jié)最佳聽覺效果的首選材料。

　　例如在維普里市立圖書館的設計中，講堂并不只是提供給演講者和聽眾，同時這還經(jīng)常會在晚上的會議和討論時使用，所以聽覺的設計也不應該僅僅是滿足一般的公共講座。阿爾托設計了由薄木條組成的波浪形天花板以保證講堂里每個地方都可以聽到講話者的聲音。聲音通過天花板的反射可以使得講話者的聲音傳到盡可能遠的地方，無論聽眾位于房間內(nèi)的那個方位。通過這樣的聽覺系統(tǒng)，為使用者提供了一種交談中獨特的親密氛圍。

　　例如圖5、圖6 ，設計師提出一種打孔的設想，建議利用氣候，外殼，紡織品，植物甚至聲波來生產(chǎn)新的板材。隔音板本身也成為裝飾的一部分。除過其技術質(zhì)量，它找到一種新的圖案特性使環(huán)境變得豐富。利用這種Obersound新板材，隔音板成為建設服務和建筑環(huán)境想象力的有力支持。

　　當人們走近新建的木建筑或景觀小品時，常常可以聞到淡淡的香氣。特別是當人們走進已經(jīng)存在成百上千年的木構(gòu)建筑及庭院時，若有若無的香氣依然漂浮在空氣中。這是木材的嗅覺品質(zhì)在發(fā)揮作用。木材的嗅覺品質(zhì)是木材的自然屬性，源于木材中的各種提取的化學成份。不同木材從自然中提取的化學成份不同，氣味也不同。如海南的降香木和印度黃檀具有芬芳馥郁的香氣，而樟科的香樟木卻具有樟腦氣味。研究表明有些木材中的化學成分具有除臭、防螨和殺蟲、防霉抗菌等作用，所以一間木屋等同于一個殺菌箱的說法，并非言之無理。但是有些木材中含有對人體有害的化學成份。因此趨利避害地選擇木材，可以在環(huán)境中起到獨特的效果。

　　三、木材的生態(tài)及可持續(xù)性

　　木材除了在視覺、聽覺、觸覺和嗅覺上的優(yōu)點，更重要的是木材的生態(tài)及可持續(xù)性，一方面是木材具有溫濕度調(diào)節(jié)功能。溫度和相對濕度是影響人體舒適感的兩大氣候因素。太冷太熱或者太干燥太濕潤的氣候都會使人不舒服。由于木材的導熱系數(shù)適中，而容積比熱與混凝土差不多，所以木材墻體和地板白天可以隔熱，吸收儲藏熱量，等外界氣溫下降后又慢慢釋放。另外木材具有吸濕性和放濕性，所以在濕度過高或者過低的情況下，木材可以起到緩和作用。所以在木材裝飾的小環(huán)境中，木材可以調(diào)節(jié)其中的小氣候，使人感到舒適。然而另一方面是木材作為建材的真正重大意義是在于人類認識到了地球的資源是有限的，以及人類必須遵循可持續(xù)發(fā)展規(guī)律的今天，在可持續(xù)發(fā)展理論的原則之下，對“生態(tài)”型的材料使用使人們認清了木材這種歷史悠久的自然材料，在合理兼顧森林資源保護與產(chǎn)出的前提下才是最“生態(tài)”的材料，是“可回收”或“可再生”的材料。這也是限制能源消耗和資源轉(zhuǎn)換的最有效措施之一。目前人們定義的“可再生”材料，有不少是人工材料，如金屬、玻璃、塑料等，這些材料的“可再生”是在人工材料的范疇之內(nèi)進行。這種材料首次從自然物到人工材料之間的轉(zhuǎn)換(如鐵礦石轉(zhuǎn)換成鋼鐵)基本上是不可逆的。也就是說金屬、玻璃、塑料等來自于自然界的“可再生”人工材料基本上是不可能完全回復到自然界中去。木材來自于自然界的樹木，在成為設計產(chǎn)品或建材之后會經(jīng)過生物的腐朽過程而回復到自然中去。

　　今天我們所處的后工業(yè)文明歷史階段，木材作為具有親和力的材料再次顯示出極其旺盛的生命力，其深刻的意義首先體現(xiàn)在生態(tài)價值及可持續(xù)發(fā)展的概念之下，同時也反映在人性化為主導的人文關懷傾向。當代技術和文化為木材在設計中的創(chuàng)作提供了廣闊的空間。從材料出發(fā)，最大限度的發(fā)揮材料的特性，最生動的體現(xiàn)材料的特點與內(nèi)涵，展現(xiàn)出材料特有的表現(xiàn)力，必定會做出一個好的設計。

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