漫 议 木 材 的 光 泽(下)

乐活   2024-07-29 20:49   天津  
  
漫议木材的光泽
(下)
木材的镜向光泽
    然根据光泽的个性特征,可以将光泽分为若干类,但人们通常所说的光泽一般指的是抽离了个性特征后可以度量的“镜向光泽”,所以光泽度计有时也叫镜向光泽度计。镜向光泽作为物体的表面特性,取决于表面对光的镜面反射能力,而镜反能力的高低又取决于反光面的平滑程度。

1 木表(木材各种切面)微小凹凸的形成
    木表的平滑程度(也可以叫粗糙度)是材面中微小的凹凸程度所决定的,凹凸度越小材面越平滑。
    材面的微小凹凸由两部分构成:
    一部分是材面处理的留痕所形成的微小凹凸,这部分留痕凹凸只存在于细胞壁剖面部分,与细胞腔无关。
    另一部分是建立在木材解剖结构之上的材面基础几何形貌,这是由细胞壁剖面和裸露的细胞腔共同组成的微小凹凸。

2 影响材面镜向光泽度的几个因素
    材面的反光系由细胞壁剖面部分的反光和细胞腔部分的反光两部分混合组成:
    细胞壁剖面部分的凹凸可随材面处理精度的提高而变小,反射光线的镜向程度(亦即该部分的光泽度)随之提高。
    几何形貌的凹凸是由木材细胞(包括导管)的形态、大小、细胞壁薄厚及排列现状所决定的,不受材面加工形式和精度的影响,无论加工精度提到多高也无法将细胞腔消除。
    细胞腔部分的反光条件比较复杂,缺少平滑的反光面。大致有细胞腔(包括导管)内壁的凹凸不平、细胞腔(包括导管)内固态抽提物、侵填体等物质的不定形存在、细胞腔(包括导管)的顺逆朝向及角度变化等诸多问题,所以细胞腔部分反射的光线基本为方向杂乱的漫反光。
    棕上:鉴于镜向反光只能出现在细胞壁剖面部分,故单位面积的反光面中细胞壁剖面的占比越大,越有利于材面光泽度的提高。

下面内容为木表镜向光泽度表现的粗略归纳:
   在本节内容中,“木表”与“材面”为同义语,光泽指镜向光泽。
    ①对于同一块材料而言,锯材的材面无光泽;刨削的材面有光泽;低目数粗磨的材面无光泽,高目数精磨的材面有光泽。原因:材面光泽的有无与材面处理精度相关,低于一定程度时,材面无光泽感;超过一定程度时材面产生光泽感。(注:此处只是逻辑说明,没有关于“程度”的量化数据。)
    腐朽的部分无光泽。原因:腐朽的部分,木材的结构物质(细胞壁物质)已经分解和断裂,结构完整性遭到破坏,以致材面变得粗糙和多孔,所以腐朽的部分不具光泽。
    ②材料不变、材面不变、光照情况也相同的条件下,砂磨精度越高时光泽度越好。原因:材面的微小凹凸程度减小、平滑度增加。
    ③砂磨精度及光照情况相同的条件下,两木相比,密度大的材面的光泽度优于密度小。(密度大小是相对而言的,既包括不同材种的比较,也包括同株内不同部位的比较)。原因:密度大意味着单位体积内具有更高的壁腔比及较丰沛的抽提物。这也意味着在单位面积的材面中细胞壁剖面的占比更大,所以光泽度会更好。
    ④砂磨精度及光照情况相同的条件下,两木相比,硬度高的材面的光泽度优于硬度低的。原因:密度是硬度的基础,是影响硬度的主要因素之一。硬度与密度具有正相关的关系,硬度更高意味着密度更大,意味着单位面积的材面中细胞壁剖面的占比更大,所以光泽度会更好。
    ⑤材料不变,打磨条件及光照情况也不变的条件下,横切面的光泽度优于纵切面。原因有二:
    1.同一材料,相同面积的横切面与纵切面相比,横切面中细胞壁剖面的占比更大(图1),这是横切面光泽度更好的原因之一。
图1 横、纵切面中的细胞壁剖面总量对比
图源:互联网
    2.同一材料的横切面硬度高于纵切面(是木材纹理的走向和细胞壁剖面的占比双重因素成就了横切面的硬度)。使用相同目数的砂纸对材面进行打磨,对于更硬的横切面而言,单程磨削量低于纵切面,其打磨效果相当于提高了磨材的目数,这是横切面光泽度更好的原因之二。
    以木质球体(譬如木珠)举例,高目打磨后的效果:从纵切的“赤道”到横切的“极点”,越接近极点的部分光泽度越好、而颜色却越暗。这种表现充分体现了木材横切面的典型特征:硬度大、反光率小。
    ⑥砂磨精度及光照情况相同的条件下,密度相同且切面相同的两木相比,结构更细腻的材料的材面光泽度更好。原因:相对比较细腻的材料,其基础结构更加紧致,镜向反射能力得到提升,漫反能力受到削弱,所以光泽度会更好。
    ⑦同一纵切面、砂磨精度相同、光照强度也相同的条件下,平行于纹理且顺茬的斜向光照时,其材面的光泽度优于垂直于纹理的斜向光照时。原因:平行于纹理且顺茬的斜向入射光,顺利地直接从细胞壁剖面和与光线平行的细胞腔内壁反射到空间;而垂直于纹理的斜向入射光中,照射到细胞壁剖面的那部分光线顺利地直接反射回空间;而照射到细胞腔内的那部分光线会受到细胞腔内壁的阻挡,在经历了N多次无规律反射后转为方向不定的漫反光回到空间。所以,平行于纹理且顺茬的斜向光照时,其材面光泽度优于后者。
    ⑧同一纵切面、砂磨精度相同、光照强度也相同的条件下,同为平行于纹理的光照,斜向顺茬照时材面的光泽度优于斜向戗茬照时。原因:平行于纹理且顺茬的斜向入射光,反射原理与结果同⑦中的解释。平行于纹理且戗茬的斜向入射光中,照射到细胞壁剖面的那部分光线顺利地直接反射回空间;而照射到细胞腔内的那部分光线的去向要复杂一些:其中一部分光线进入细胞腔深处全被吸收不再反出;一部分光线在反射的途中受到细胞壁的阻挡不能反出;一部分光线在细胞腔内经历了N多次无规律反射后转为方向不定的漫反光回到空间。所以,平行于纹理且顺茬的斜向光照的材面光泽度优于后者。
    ⑨同一材料,砂磨精度相同、光照强度也相同的条件下,仍然难以将弦切面与径切面的光泽度直接进行比较。由于木射线细胞在茎干中是放射状横向排列的,所以弦切面中,木射线细胞壁是以横剖的形式均衡地分布在材面中(图2,图3);而径切面中,木射线细胞壁是以纵剖的形式,分布在材面中,呈条带状(图2)或席纹状(图3),且方向与材面的纹理方向垂直。
图2 纵切面中的木射线之1
图源:《濒危和珍贵热带木材识别图鉴》
图3 纵切面中的木射线之2
图源:《濒危和珍贵热带木材识别图鉴》
    所以,平行于纹理的斜向顺茬照时,弦切面的光泽度与径切面不相伯仲,或者弦切面略优。原因:木射线细胞壁以横剖的形式分布于弦切面中,提高了弦切面的硬度。与径切面相比,弦切面的硬度略优。
    平行于纹理的斜向戗茬照时,弦切面与径切面的光泽表现几乎相同,均为漫反光为主的亚光状态。原因:见参见⑦、⑧中的解释。
    垂直于纹理的斜向照时,径切面的光泽度优于弦切面。原因:弦切面中几乎全是垂直于纹理的光照;而径切面中,垂直于纹理的光照中混合着一定比例的平行于木射线的光照。它们对径切面的光泽优势有一定的贡献。
    ⑩材面光泽度的表现还与导管内壁的状态及导管内含物的存在有关(横切的材面相关度不明显)。导管中的内含物多种多样。(注:阔叶材有导管、针叶材无导管)图4
图4 空导管及各种各样的导管内含物
图源:张久铭、田汝雁提供
    导管内含物主要有树胶、树脂、侵填体及硬化侵填体等几大类,它们性质不同,形态各异。就质地而言有软硬之分,就形状而言有碎、整之别。
    剖切后的导管腔(棕线)与材面构成的凹凸不属于微小凹凸,对反射光的镜向度影响不大,影响主要来自导管腔内壁的平滑度和导管内含物的形态和形状。
    如:图4:1中空无一物的导管,内壁平整光滑;图4:3、4:6中导管腔被树胶等硬质物填满、致平,腔面光滑。这些部位均会因镜向反光度高而对材面的整体光泽度有所贡献。
    再如:图4:2中,导管腔已被碎块化的硬化侵填体填满,虽然材面处理已使其致平,但结构的支离破碎仍不利于光线的镜向反射;图4:4中,导管腔内的硬化侵填体为大小不一的不定形块状,既未将导管腔填满且表面粗糙,材面处理也未能使其致平,对光线的镜向反射尤为不利;图4:5中,导管腔内的侵填体为软质的絮状,随机地分布于导管中,这种形态,可以将任何入射光以漫反的形式反射回空中。这些部位均会因镜向反光度低而拉材面整体光泽度的后腿。
-END-

漫议木材的光泽
(上)
木材光泽的个性特征

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