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木材從力學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，應在彎曲之前對木材進行軟化，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，細胞壁中微纖維之間產(chǎn)生滑移，導致細胞壁的壁層縱向產(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)生拉伸應力，使凸面木材有不同程度的伸長;凹面產(chǎn)生壓縮應力，使凹面木材有不同程度的壓縮，其應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。當所受的拉伸和壓縮應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行軟化處理，然后再進行順紋彎曲。當水分進入木材細胞壁時，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，當達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，在順紋方向上細胞軸向產(chǎn)生褶皺，這些褶皺比較均勻地集中在軸向細胞的內(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行，并在變形狀態(tài)下干燥，恢復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行傳導加熱，使分子獲得足夠的能量。
組成木材細胞壁的主要成分為：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)，纖維素無定型區(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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