木材的基本知識

木材相關基礎知識woodlore1木材的性質(zhì)樹木是最初的生產(chǎn)者,由于他們利用天然的資源來讓自己生長.樹木的每個部分都是利用從泥土和空氣中吸收來的養(yǎng)料構(gòu)造出來的，這也是它能再生的秘密所在。當你去了解木材時，你會發(fā)現(xiàn)它的特性和用途是會令人無限著迷的。你越了解木材就越想了解更多。2樹木如何工作樹根樹木穩(wěn)定在泥土中吸收水份，礦物質(zhì)和氧氣樹干靜態(tài)的水份和養(yǎng)分的傳輸產(chǎn)生新細胞樹冠光合作用遮蔽作用3樹干A.樹表皮:阻止來自外界的侵害幫助隔離潮濕的雨水（自內(nèi)部不斷地更新）

并在干燥時防止水分的流失。隔熱保溫阻隔昆蟲的侵害B.樹內(nèi)皮,或稱為“韌皮層”:養(yǎng)分由韌皮層內(nèi)部的管道被傳輸?shù)綐淠镜母鱾€部位。韌皮層只存活很短的時間便死亡變成栓皮而成為保護性表皮的一部分。C.形成細胞層:樹干的生長部分。它在由韌皮層傳出的激素及由樹葉帶來的養(yǎng)分作用下每年產(chǎn)生新的樹皮和木質(zhì)。4樹干D.邊材:水分在樹木的傳輸管道中由下部被輸送到樹葉。邊材是新生木質(zhì)。隨著新的邊材年環(huán)的產(chǎn)生，內(nèi)部細胞失去生命力而變成樹心。E.樹心:樹木的中心部分是樹的主要支撐。盡管已經(jīng)死亡，但是它在外層組織仍然完好的情況下不會腐爛或者失去韌力。一種中空的復合物和針狀纖維素纖維由一種稱為木質(zhì)素的化學膠水結(jié)合起來，在很多方面上它和鋼鐵一樣堅固。一塊長12橫截面為1／2的樹心垂直放置時可以支撐20噸的重量。5樹木的生長每年樹木的頂端都會增高,，盡管新的木質(zhì)會隨著樹干的長度而增加的，但是早前生長的年輪不會出現(xiàn)在樹干的頂部。年輪的數(shù)目隨著樹干往下依照每年的樹高生長量而增加。年輪的生長形態(tài)是由在不同的生長季節(jié)產(chǎn)生的木質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化決定的。每個季節(jié)一開始生成的細胞都比較大，所以早期木質(zhì)看上去沒有每個季節(jié)末的晚生木質(zhì)密度大。6生長輪在北溫帶切開任何樹干的表面都可以發(fā)現(xiàn)樹木是由一系列同心圓組成的。這些圓圈我們稱為年輪或者生長輪，溫帶的樹木通常都是每年生長一個年輪。事實上年輪是沿著樹干垂直延生的一系列同心圓筒。如果我們?nèi)?shù)一段木材兩端的年輪，會發(fā)現(xiàn)靠下端的年輪數(shù)要比靠上端的多。7生長輪不是所有的樹木都產(chǎn)生明顯的年輪，也不是所有樹木的年輪都是每年一輪的。有些樹木木質(zhì)結(jié)構(gòu)的周期性變化如次輕微以至于其年輪很不明顯。在嚴重干旱的條件下每年生的年輪可能不產(chǎn)生。另一方面，在持續(xù)的良好生長條件下，如在熱帶，樹木可能會一年生長數(shù)個年輪。8針葉樹－闊葉樹闊葉樹并不總是有比針葉樹硬的木質(zhì)（香脂樹是最軟的木材，但是它仍然是闊葉樹）針葉樹有針狀葉且大部分是常青的

（如：云杉，松樹）。一些種類的針葉樹在秋天會掉落他們的針狀葉（如：落葉松，花旗松）闊葉樹有葉片且也可能是常青的（如：桉樹）并在秋天落葉（如：水曲柳，楓樹）9針葉木－闊葉木針葉木內(nèi)部供應傳輸水的細胞（管胞）也為樹干提供力學支持闊葉木內(nèi)部一些分工已經(jīng)進化出來，一些細胞專門進行水分運輸（氣孔或?qū)Ч埽┒渌奶峁┝W支持Crosssection20xCrosssection20x因此闊葉樹通常也被稱為多孔木材，而針葉樹被稱為無孔木材10木材的微觀結(jié)構(gòu)針葉木:大部分細胞是縱向的但也有部分細胞是橫向的。下圖中的大孔被稱為樹脂道（rc）.圖中所示的多數(shù)細胞稱作“縱向管胞”。闊葉木:存在更多的細胞類型。大孔是管束，小孔是纖維。木塊頂部導管之間的線是射線細胞束被稱為多粒射線。紅杉和楓樺的電子顯微照片11木材的密度生長方向環(huán)孔材的木材密度是由髓心向樹皮方向逐步降低的，靠近髓心部分比接近樹皮部分高20%散孔材的木材密度由髓心向樹皮方向增大的，其培大數(shù)值可達15%-20%老針葉樹材的密度，是髓心向外首先培大，到一定年齡階段達到最大值中，然后開始降低12木材的微觀結(jié)構(gòu)這個圖表顯示了一些針葉樹和闊葉樹的細胞類型?？v向管胞在針葉樹木質(zhì)體積中占總量的百分之九十多。他們大約長3－5毫米，直徑30－50微米。這些長細胞（纖維）是構(gòu)成書寫紙和牛皮紙的主要細胞類型。b)闊葉樹導管是春材而:c)代表闊葉樹纖維，然而d)是夏材e)是闊葉樹管胞。闊葉樹纖維和針葉樹管胞相似，但是要短得多。

纖維大概1－2毫米長，直徑大約為20－30微米?？逻_的彩色相紙就主要是用楓樹和山毛櫸纖維做成的。衛(wèi)生紙，餐巾紙和面巾紙主要由白樺纖維制成。13木材的微觀結(jié)構(gòu)具緣紋孔對管胞木質(zhì)部射線樹脂道針葉木

圖為松樹的近照。大部分細胞如長直的管子般垂直分布，這些就是管胞。這些中間有孔的圓圈

（見右邊的樣品）是具緣紋孔對。這些紋孔是礦物質(zhì)流通并進入鄰近細胞的通道。樣品上部的塊狀孔是管胞的截面圖。木質(zhì)部射線和管胞是垂直的。14木材的微觀結(jié)構(gòu)在紅杉中春材和夏材之間的轉(zhuǎn)變非常分明。這稱之為突變。在香杉春材和夏材間的轉(zhuǎn)變區(qū)域顯示為漸變，和白云杉相似。光學顯微鏡中放大一百倍春材形成于生長周期的初期，它具有相對較薄的細胞壁和較大的孔徑。而夏材形成于生長周期的末期，它具有相對較厚的細胞壁和較小的孔。15下圖中的南方長葉松春材的顏色淺而夏材為較深的褐色。有大孔的樹脂道。為突變。蘭伯氏松有大的樹脂道。樣品中的年輪主要是春材和較窄的夏材帶。為漸變。Crosssection20xCrosssection20x木材的微觀結(jié)構(gòu)16木材的微觀結(jié)構(gòu)EarlywoodvesselsLatewoodvessels闊葉木

右圖中顯示的是紅橡木的橫截面顯微照片（20x）。春材區(qū)域中最大直徑的孔是導管分子的橫截面。在夏材中的導管分子很小且有時候聚合在一起。由于導管分子獨特的大小和排列，年輪非常的清晰和獨特。這種類型的闊葉木被稱作環(huán)孔木材。17白樺樹也是環(huán)孔木材很好的例子。大的導管都處于春材區(qū)域，

而小的導管都處于夏材區(qū)域。大的春材導管里的甲基纖維素。其它的闊葉木中（胡桃木），導管的大小隨著生長早期到生長晚期逐漸變化：

半環(huán)孔木材。木材的微觀結(jié)構(gòu)latewoodearlywood18有一些闊葉木的導管大小在一個生長周期內(nèi)不會變化很多（糖楓）。這些大的圓圈就是導管。這種導管大小比較平均的木材叫做分散多孔木材。另一種分散多孔材料是山樺。

顯微照片中的導管分子是孤立的（單獨的導管）或者聚集成多個雙導管。木材的微觀結(jié)構(gòu)19白樺是一種窄射線中有獨特寬射線的闊葉樹。要注意大直徑的春材導管和小直徑的夏材導管一起形成了火焰群狀的射線平行線。（20x）岑樹的橫截面上可以看見若干射線，但他們要比橡樹的窄很多。夏材導管通常被一些由軸向薄壁組織細胞所聚集成的細的白色區(qū)域所圍繞。（20x）白樺也是一種有細射線的分散多孔闊葉木。（20x）木材的微觀結(jié)構(gòu)20木材的方向板材是被切割成很多不同形狀的實木。徑向的切向的lengthpith21各向異性指結(jié)構(gòu)和性狀隨不同的方向而變化。由于細胞形成的方式是tree-truck,木材有三種結(jié)構(gòu)方向－徑向的，

切向的，和軸向的。切向（橫）方向和年輪是平行的。徑向方向和木質(zhì)部射線是平行的。軸向（旋）方向和木質(zhì)細胞（筋絡）是平行的。T=切向R=徑向L=軸向RTL各向異性22RTL各向異性很多材料的機械性能在各個方向上是一樣的。這種材料被稱為具有等方向性。等方向性材料的例子有鋼材，混凝土和塑料。木材的機械性能隨著負載或強度采用的方向而變化。因此，木料被稱為各向異性材料。23吸濕性吸附是材料表面從空氣中吸收水分的過程。它不同于吸收，吸收是指由于和液體的物理接觸而將液體吸收的過程，如海綿。

木材是吸濕的。這就是為什么它的水份含量會隨著它周圍空氣中的水份環(huán)境而變化。木材能夠從空氣中吸收水分。這一點是很重要的，因為隨著木材水份含量的變化它的尺寸（增大或縮?。l(fā)生變化，機械性能也隨之改變，且其它的物理性能也會受影響。因此：對木材產(chǎn)品進行合理利用要求對它們相互的水份作用有充分的了解。24水份以液體形式通過木材或者蒸汽形式通過幾種通道。它們是：纖維和導管的細胞間隙射線細胞，紋孔室（顯微鏡的開口在細胞壁面上）和它們的紋孔膜開口細胞壁本身水份隨著筋絡向前移動的速度比穿過筋絡快很多倍。木材和水份25木材和水份木材中所含的水份是以結(jié)合水或者游離水存在。游離水被包含于細胞空腔內(nèi)且不被外力所控制－它好比是水管中的水（液體水或者水蒸氣）結(jié)合水被細胞壁內(nèi)的物理／化學吸引力控制在細胞壁（水份仍然在細胞內(nèi)）H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O26游離水移動通過細胞間隙和凹陷開口

（顯微鏡的開口在細胞壁面上）。在干燥過程中它隨著對木材底層的游離水產(chǎn)生拉力的毛細作用力而移動。這和水份在燈心的活動是相似的。

結(jié)合水以水蒸汽的形式通過空的細胞間隙和凹陷開口以及直接通過細胞壁移動。結(jié)合水活動的基本原理和？由相對濕度，水份含量和溫差導致的水蒸汽壓力是不同的。木材和水份H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O27木材和水份105°C烘干,214-221F/>24hours(=0%)平衡水分含量(EMC)=取決于RH木材失去或獲得結(jié)合水直到它的水份含量與周圍的大氣中的水份含量達到平衡。達到平衡點的水份含量被稱為平衡水分含量（EMC）纖維飽和點(=22-30%)游離水/新木材(>22%一直到100%)當水份含量大于纖維飽和點時木材在尺寸上是穩(wěn)定的28木材的水份含量木材吸附的水分總量可以被表示為水份含量。水份含量是由木材的烘干重量按比率計算的：

%MC=木材重量

+水份（濕重）–干木材的重量

x100

烘干的木材重量僅僅是烘干木材的重量，不含水（在221F下經(jīng)過》24小時直到木材不再含水份且重量不再發(fā)生變化的烘干木材）29收縮和膨脹當木材含水量低于纖維飽和含水量時它就會吸收或失去水分。

當水從細胞壁失去時它就會縮水，當水從細胞壁獲得水分時它就會漲水。

這種縮、漲能導致木材扭曲、爆裂、工具柄松動、條狀地板裂縫或功能出現(xiàn)問題。因此當認識和考慮到木制品這些現(xiàn)象是很重要的。R1/2T1/1L1/10+H2O-H2O30收縮和膨脹木材的體積主要在切向方向隨著水份含量而變化。longitudinaltangentialradialSapwoodCore31收縮和膨脹木材縮水大部分在年輪方向（切線向的），一半橫過年輪（放射狀），僅有少量（1/10-1/100）沿著紋理（縱向的）。

放射和切向收縮的聯(lián)合影響能扭曲木材形狀，因為收縮的不同和年輪彎曲率的不同。32收縮和膨脹收縮后

原始類型 膨脹后枝節(jié)疤33印茄木板材 9%水份含量 13%水份含量長度5,05,013寬度5,05,130所有的木材種類都有不同程度的收縮和膨脹性收縮和膨脹木材類型:水份含量 橡樹

山毛櫸平均體積改變量每1％的含水量0,25%0,32%34活動性 中等 高 高 低 中等 高粘接難易木材特性 熱帶

橡樹 山毛櫸

楓樹 松樹 竹子 木材收縮和膨脹 低 高 中等 低 中等 中等木材特性所有的木材種類在活動（彎曲）中都有不同的表現(xiàn)和不同的樹脂和油份含量，油份含量對粘接性有影響35木材的水份含量TableaccordingNWFAAssociationUSA36木地板的種類大部分流行的硬木種類37木地板種類大部分流行熱帶木材品種38木材計算以上圖表中的數(shù)據(jù)都來自于美國農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實驗室。這些數(shù)據(jù)反映出不同種類木材的空間變化系數(shù)，以常規(guī)水份含量限度6－14％內(nèi)的切向收縮和膨脹來衡量。計算：乘以水份含量的變化系數(shù)，再乘以木板的寬度樣品：13cm(5英寸)紅橡木厚板：1）內(nèi)部溫度21°C(70F)，相對濕度%，木板的水份含量為7.7%2）如果相對濕度降到20%，木板的水份含量將為4.5%（差額3.2%）3.2%x0.00369x13cm(5英寸)=1.5mm(0.059英寸)13厘米的板將收縮1.5毫米（0.059英寸）。而3米（10英尺）的地板將會有3.5厘米（1.4英寸）的收縮3）如果濕度達到60%，木板的水份含量將達到12%（差額4.3%）4.3%x.00369x13cm(5英寸)=2mm(0.079英寸)13厘米（5英寸）的木板將膨脹2毫米（0.079英寸）。而3米（10英尺）的地板將達4.8厘米（1.9英寸）的膨脹39參考圖片:ForestProductsandWoodScienceJ.G.HaygreenandJ.L.Bowyer(c)1996byIowaStateUniversityPress,Ames,IABr