木材含水率是什麼?怎麼計算、怎麼量,以及跟木材變形的關係

買木料或訂家具時,常會聽到「這批料乾了沒」「含水率幾%」。含水率指的是木頭裡有多少水分,算法是把水的重量除以木頭完全烘乾後的重量:含水率=(含水時重量-全乾重量)÷全乾重量×100%。例如一塊試片秤起來 1,200 公克,烘到重量不再下降剩 1,000 公克,含水率就是 20%。因為分母是全乾重,剛砍下的生材含水率超過 100% 也不奇怪,代表裡面的水比木頭本身還重。

木頭裡的水分有兩種。一種存在細胞腔裡,叫自由水,乾燥時先跑掉,跑掉時尺寸幾乎不變;另一種吸附在細胞壁裡,叫結合水,它一離開,細胞壁就收縮,木頭才開始變小。自由水剛好走完、細胞壁仍飽含水分的那個點叫纖維飽和點,多數木材大約在 25~30%。含水率在這條線以上怎麼乾都不太會縮,降到線以下,每少一點水,尺寸就跟著變一點。

木頭也不會一直乾下去。放在空氣裡,它會和周圍的溫度、濕度慢慢達到平衡,這時的含水率叫平衡含水率。以室溫約 20°C 來說,相對濕度 50% 時大約落在 9%,65% 約 12%,80% 約 16%。台灣多數時候濕度偏高,長時間開冷氣的室內則會低很多。所以「幾%才算乾」沒有標準答案,真正的目標是讓木料加工時的含水率,接近它日後擺放環境的平衡含水率。家具用的窯乾木材,出窯時通常抓在 8~12% 左右。

含水率會造成變形,是因為木頭不是平均地縮。順著木紋的長度方向幾乎不動,從生材乾到全乾只縮 0.1~0.2% 左右;垂直於木紋的寬度方向則明顯,其中弦向(沿著年輪切線)大約是徑向的兩倍。粗估時可以用每 1% 含水率變化、弦向尺寸改變約 0.2~0.35% 來算:一塊 600mm 寬的平切實木桌面,含水率從 8% 吸濕到 12%,寬度可能多出 5~8mm。這就是實木桌面要用允許滑動的方式固定、異材質接合要留伸縮餘量的原因,日常怎麼避免變形,可以參考〈木頭有生命?為什麼木材會因天氣變形〉。

量含水率最準的是烘乾法:從料上切一小塊先秤重,放進約 103°C 的烘箱烘到重量不再變,再用公式算。準,但要犧牲一塊料,也要等上大半天。現場比較常用含水率計:插針式把兩根針插進木頭量電阻,量得到針插入的深度;感應式貼在表面不留孔,讀到的多半是表層。兩種讀數都會受樹種和溫度影響,要依說明做校正。一塊料最好量兩端與中段好幾點,表面乾、內部還濕,是最容易出問題的狀態。

這個狀態在 CNC 加工時特別明顯。木料內外含水率不一致,內部就帶著應力,一面被銑掉一層,應力重新分布,板子就可能跟著彎。這是厚料要分層下刀、不一次吃太深的原因之一,也是很多木工廠習慣讓新進的料先在廠內放一段時間、跟環境平衡後再開料的理由。另一個降低風險的做法是改用集成材,把木料切成小條再拼起來,讓每一條的伸縮互相抵銷,可以看〈集成材是什麼?指接與拼接的結構、跟整塊實木的差別與適合用的地方〉。

對訂製的人來說,不必自己帶含水率計去工廠,但可以先講清楚作品要擺在哪裡:冷氣房、靠窗、浴室旁或半戶外,這些會直接影響選材和結構要留多少餘量。收到成品後,盡量別放在冷氣出風口正下方或陽光直射處,讓它慢慢適應新環境。

含水率是看不見的數字,卻決定一件木作做好之後會不會動。僑森在彰化的廠房從原木備料、CNC 加工、榫接組裝到出貨一貫作業,小量訂單的塗裝也在廠內完成,地址是彰化市永芳路 631 號,電話 (04)763-7876。想訂製桌面、櫃子或其他實木作品,把尺寸、用途和要擺放的位置告訴我們,附一張草圖或參考照片,就可以開始討論選材與結構怎麼安排。