漫 议 木 材 的 光 泽(上)
乐活
2024-07-22 21:55
天津
光泽是物表对光线的反射作用产生的，其效果与材料的种类、表面结构以及反射光线的强度和方向有关。 木材的光泽包含两个方面的内容：一是指木表带有个性特征的光泽，也就是光效；二是指抽离了个性特征后可以度量的“镜向光泽”。 决定木表光效的核心要素是材料的综合成分构成、材质属性以及材表的微观结构。 决定木表镜向光泽度的核心要素是材表微小尺度的凹凸程度。 细胞是构成木材的基本形态单位，(植物阶段的)木材细胞在生长过程中经历分生、扩大、细胞壁增厚等阶段达到成熟。成熟且转为心材后的木材细胞，细胞膜及膜内物质已不复存在，只留有细胞壁与细胞腔(进入材料阶段)。木材就是由以厚壁细胞为主、也包括多种不同细胞的细胞壁组成的多孔隙材料。图1、2▲图2 某阔叶材CD扫描图像的3D重建/图源:互联网 木材属于非匀质的生物材料，木材细胞的生长模式和排列模式决定了其在光学、力学等主要方面的特性是各向异性的。借助图片，稍经脑补既可以间接看出，从任意角度对其剖切后形成的切面，其基本几何形貌都是独一无二的存在。 构成木材的物质分为细胞壁结构物质(简称细胞壁物质)和抽提物两大部分。 细胞壁物质是构成木材的绝对主体，占比90%以上，由纤维素、半纤维素和木质素三大物质按一定的比例构成。细胞壁物质本身是一种复合结构，三大物质以一种复杂的、相互依赖的方式共存。 抽提物的种类繁多，存在于木材结构中大大小小的各种孔隙中。主要有树脂、树胶、单宁、香精油、色素、生物碱、脂肪、蜡和若干矿物质等。抽提物中的各种化学成分通常不是孤立存在的，它们在木材中多以复杂的混合物形式共存。 从光学的角度看，细胞壁物质是木材光学特性和光学表现的核心，而抽提物的存在、分布和丰度状态则会对材料的透光性、材面的反光量、光泽度、光泽的质感特征等方面产生重要的影响。 木材的反光特性是各向异性的，既包括光泽的个性特征，也包括光泽的镜向程度。 同为垂直的光照，横切面与纵切面的效果不同；纵切面中的弦切面与径切面的效果也不相同。 同为斜向的光照，平行于纹理的效果与垂直于纹理的效果不同。 同为平行于纹理的光照，戗茬朝向的效果与顺茬朝向的效果不同。 有些物表的光泽是带有较强个性特征的，它们可以分为很多类：如金属的光泽、珠贝的光泽、丝绸的光泽、玻璃的光泽、玉质的光泽等……。 木材的光泽一般不具有典型意义，通常不被单独归类，即使是珍贵如紫檀的材表，也仅仅是被描述为具有绸缎般或玛瑙般的光泽，(即像XX的光泽)而已。这种情况还有很多，不做一一赘述。 这些带有个性特征的光泽，支撑其表现的背后原因是因材质或结构差异而产生的多样化反光特性。它们的表现比通常意义的镜向光泽要丰富得多，究其本质应该称其为光效似乎更合适。但是，光效又是需要借助于镜向光泽来体现的，所以光效是个性特征与镜向光泽的混合表现。 虽然人们已经习惯于将光效直接称为光泽，但那只能算是广义的光泽，因为狭义的光泽一般特指不包含个性特征的镜向光泽。 细胞壁物质又称细胞壁结构物质，由纤维素、半纤维素和木质素三大物质构成，其中的纤维素以分子链聚集成束和排列有序的微纤丝状态存在于细胞壁中，成为细胞壁的骨架物质。纤维素系高度结晶的物质，由其结成的微纤丝在细胞壁物质中的占比、结丝形态、排列形式和排列角度决定了细胞壁物质横剖面的透光性强、反光率低；及纵剖面的透光性弱反光率高的光学特性和晶闪(晶莹感)的反光效果。 细胞壁物质的横、纵剖面反光率不同的原因取决于微纤丝的排列形式及角度，具有压倒性占比的次生壁S₂层与细胞长轴(细胞纵向)的夹角极小，甚至接近平行。图3 而晶莹感的产生取决于微纤丝结丝后的几何形态及结丝物质纤维素的高结晶状态。事实上，在细胞壁物质内部，一排排层叠的微纤丝已经形成了一种具有相当透明度又存在多角度反光面的结构，因此，在其内部形成复杂的光路，具有多角度的透射、折射和反射关系，其反光逻辑和原理近似钻石的“反火”。这样的反光效果，放大了尺度说就是精光四射；缩小了尺度讲就是“晶闪”，给人的视觉体验就是晶莹感。 细胞壁物质中的半纤维素和木质素以不定形的状态分布于微纤丝的缝隙中起着粘合与填充的作用。由于二者均系高透光的物质，虽然对细胞壁物质的晶闪效果有一定程度的削弱，但光照之下的细胞壁剖面仍然具有不错的晶莹感，无色或浅色部分的效果尤其明显。图4-6 构成木材的各种细胞组织中，厚壁细胞、轴向薄壁细胞及导管等都是纵向排列(细胞长轴与茎干的生长轴大致平行)的，唯木射线细胞与众不同，是横向排列的。木材细胞的长相和排列模式参见图1、2。 木材细胞组织剖切后的状态及分布形式取决于切面形式，同一材料的不同切面中各有其独具的体现。图7 a.由于细胞壁物质只有纵剖面才具有晶闪的反光，而细胞壁物质的横、纵剖面与木材的横、纵切面的关系近乎一致，所以木材只有纵切面才具有晶闪的反光，横切面无。 b.在光源不变的条件下：虽然同为纵切面，但径切面与弦切面的反光表现不同。径切面的反光，无论是晶闪效果还是反光量均高于弦切面。究其原因，这种不同源于木射线细胞在切面中的存在状态： 径切面中，纵剖的木射线呈宽带状(图8)或席纹状(图9)，面积大、反光量大、晶闪效果好。 弦切面中，横剖的木射线呈短线或梭形，叠生或星散地均衡分布。木射线的横剖面不仅反光量小，也无晶闪的反光。在单位面积的弦切面中，木射线的累计面积占比越大，该反光面的晶闪效果越弱。图10 晶莹感是木材光泽中个性特征的基础，各种光效(如绸缎感、琥珀感、金属感等)都是晶莹感配合其它(主要为材色)条件形成的，故晶莹感的强弱对光效的表现有直接的影响。 ①材表粗糙 晶莹感的光效只有在平整光滑、富有光泽的材面才能有所表现，粗糙或亚光的材面破坏了晶莹感的产生条件。 ②光照朝向 平行于纹理且顺茬方向的光照时才有产生晶莹感的可能。垂直于纹理的光照时材面的光泽度较弱，所以晶莹感也弱。平行于纹理且戗茬方向的光照时材面不具光泽，不产生晶莹感。 ⑤光照强度 晶莹感表现的强弱随光照强度的变化而变化，晶莹感表现与光照强度正相关。注：光照强度指到达物体表面的、单位面积上的(可见光)光通量。 *材色较深者，因对光线吸收较多致使材表反光量不足，晶莹感表现较差甚至无晶莹感。 *色素物质较浓的，因对入射光线和反射光线的双重遮挡以致材表的反光量不足，晶莹感表现较差甚至无晶莹感。 ④材色浅淡 晶莹感是观察者的一种视觉体验，缺少材色的晶莹感个性特征不明显。材色浅淡或无色的材面表面看是晶莹感不突出，其实是光效特征不明显。图11 ⑤罩漆和材色 材面罩透明漆对晶闪的反光有强化作用，虽然材面的晶莹感可以有明显的提高，但仍需配合材色才能凸显出带有个性特征的光效来。在这个问题上，无论是天然的材色还是人为的材表涂色等效。图12 由于③、④的原因，材面总是缺少灿烂的光泽，所以木器加工中的涂色，人们通常使用高透明度的色料配合罩漆来增强材面的光泽和光效。图13 按种类划分的光泽其实指的是光效，从光效的角度看，木材的光泽一般不具有典型意义，因为其表现出来的光效是复杂多变和不稳定的，所以无法将其归类为某种光泽。 影响木材光效的因素太多，如材质的细腻度、抽提物含量的多少、色素的性质和颜色，光照强度及光照朝向等；加工方面的油漆种类和性质、色料的种类和性质等。每一种具体的光效都是其中某几个条件共同作用的结果，而且它们都是可变量。所以光照之下的木材所呈现的光泽(光效)，有的是A般的光泽，有的是B般的光泽……。
