木材是一种有一个特殊方向(即木质纹理方向)的材料,在这个方向上,木材无论是冷缩还是失水收缩都比其它方向明显一些。由于门板和门框、地板的纹理方向未必完全一致,冷缩和失水收缩时会导致两者之间的相对运动,引起锁舌锁孔错位以及活动面相互挤压摩擦力显著增大,造成木门难以打开。
从而,两者都是木门难以打开的原因。然而失水收缩和冷缩哪个才是主要原因?这要比较两者引起的收缩率。
一些简单的纸上估计就足以回答。以膨胀为例来估计(收缩作为其逆过程是一样的)。膨胀过程是外力(无论是热还是湿润吸水)对抗木材本身弹性使木材变大的过程。木材膨胀的比例与驱动力/弹性回复力的比正相关。
首先估计木材的弹性,以把木材拉伸100%的压强为标志。钢铁的压强大概在200GPa左右,这是熟知的;木材比钢铁软的多,于是估计为10GPa。
经过一些计算,得知伸缩比例与驱动压强/弹性特征压强的平方根成正比。对于热驱动的膨胀,假设温度变化10℃左右(因为温度变化显然大于1℃而小于100℃),将木材吸收的热能用于膨胀的部分换算为压强,约为10kPa,于是热胀冷缩的变化是千分之一左右。
而对于吸水膨胀,通过热力学的估计,水渗入木材的渗透压约为1MPa,于是失水/吸水的变化是百分之一左右。
因此,主因是木门的失水收缩。由于北方湿度变化比南方大得多(相较温度变化的差异而言),这也解释了为什么这一现象更常见于北方。
(中物所)
木材是一种有一个特殊方向(即木质纹理方向)的材料,在这个方向上,木材无论是冷缩还是失水收缩都比其它方向明显一些。由于门板和门框、地板的纹理方向未必完全一致,冷缩和失水收缩时会导致两者之间的相对运动,引起锁舌锁孔错位以及活动面相互挤压摩擦力显著增大,造成木门难以打开。
从而,两者都是木门难以打开的原因。然而失水收缩和冷缩哪个才是主要原因?这要比较两者引起的收缩率。
一些简单的纸上估计就足以回答。以膨胀为例来估计(收缩作为其逆过程是一样的)。膨胀过程是外力(无论是热还是湿润吸水)对抗木材本身弹性使木材变大的过程。木材膨胀的比例与驱动力/弹性回复力的比正相关。
首先估计木材的弹性,以把木材拉伸100%的压强为标志。钢铁的压强大概在200GPa左右,这是熟知的;木材比钢铁软的多,于是估计为10GPa。
经过一些计算,得知伸缩比例与驱动压强/弹性特征压强的平方根成正比。对于热驱动的膨胀,假设温度变化10℃左右(因为温度变化显然大于1℃而小于100℃),将木材吸收的热能用于膨胀的部分换算为压强,约为10kPa,于是热胀冷缩的变化是千分之一左右。
而对于吸水膨胀,通过热力学的估计,水渗入木材的渗透压约为1MPa,于是失水/吸水的变化是百分之一左右。
因此,主因是木门的失水收缩。由于北方湿度变化比南方大得多(相较温度变化的差异而言),这也解释了为什么这一现象更常见于北方。
(中物所)