森工概論緒論木材學

森工概論緒論木材學演示文稿北京林業(yè)大學材料學院現(xiàn)在是1頁\一共有23頁\編輯于星期六北京林業(yè)大學材料學院森工概論緒論木材學現(xiàn)在是2頁\一共有23頁\編輯于星期六緒論Ⅰ.概念

森工概論：把木材機械加工和林產(chǎn)化學利用的內容概括在一起，從宏觀的角度闡明林產(chǎn)工業(yè)和林產(chǎn)品生產(chǎn)的基本知識和基本概念；在較短的時間內從整體上把握林產(chǎn)品生產(chǎn)過程、發(fā)展和變化規(guī)律，以及各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的內在聯(lián)系，以便有效地實施技術和管理。Ⅱ.木材科學與工程講授的內容：

包括：木材學、制材學、木材干燥學、膠粘劑、人造板生產(chǎn)工藝學、人造板表面裝飾和木制品生產(chǎn)工藝學。Ш.木材來源：（來源于森林）森林的變遷：據(jù)研究分析，最初地球上有75億公頃(2／3的陸地)，由于自然條件的變化和人類社會的發(fā)展，使森林的面積不斷減少，特別是人類的開發(fā)和利用，到19世紀60年代，森林面積已經(jīng)減少列55億公頃、再經(jīng)100年，到20世紀50年代，減少到38億公頃，而且分布極不均勻。例如，沙漠、草原等。

提一個問題：草原為什么沒有樹?

有—句話，請人家體會：

“凡屬天然資源中最多而又普遍存在的東西，往往是生活不可缺少的東西,但卻不為人們所珍惜。”現(xiàn)在是3頁\一共有23頁\編輯于星期六緒論Ⅳ

衡量森林資源的幾項指標以及我國的情況：（1）森林面積：我國是第五位國家（順序）俄羅斯加拿大巴西美國中國森林面積（萬公頃）68760 42042335002980026329（13400－08）我國除香港、澳門、臺灣地區(qū)外，我國人工林面積為：4666.7萬公頃，居世界首位。（2）木材蓄積量我國是第七位國家（主要大國）俄羅斯巴西加拿大美國中國森林面積（億立方米）859 584230202112.7（101－08

）從以上兩項指標來看，我國是森林資源大國；

(3)森林覆蓋率＝有林地面積／國土面積

960、1260【陸地（960）+河流和領海（37~38）+大陸架和專屬經(jīng)濟開發(fā)區(qū)（300）+多金屬結核礦（15）】

據(jù)研究，一個國家森林覆蓋率在30％以上時，才能保持水土，減少自然災害，改善環(huán)境條件等，保障農(nóng)業(yè)豐收。

1993年我國的森林覆蓋率13.92％；

1995年我國的森林覆蓋率13.98％；

2004年我國的森林覆蓋率為16.55％；

2008年我國的森林覆蓋率為18.21%。請同學考慮：如果以這樣的速度，我國何時才能達到30％的森林覆蓋率?

世界平均森林覆蓋率為：27%現(xiàn)在是4頁\一共有23頁\編輯于星期六緒論

(4)人均占有率：

1988年人均占有率9.3立方米；

1993年人均占有率8立方米；

1998年人均占有率8.3立方米；

2003年人均占有率9.048立方米；我國人均年消耗木材0.22立方米，而目前世界人均年消耗木材0.65立方米，發(fā)達國家為1.16立方米。

從以上四個方面來看，我國是森林資源大國，但又相對貧乏。

Ⅵ解決木材資源緊張的方法：

a．進口每年木材缺口大約5000萬立方米

b．發(fā)展替代材料：農(nóng)作物的秸稈、塑料、竹材

c充分利用現(xiàn)有木材資源加工剩余物：600萬立方米采伐剩余物：760萬立方米樹皮：450萬立方米

d．大力發(fā)展人工速生豐產(chǎn)林：經(jīng)濟林、生態(tài)林、工業(yè)用材林整個計劃是從1990年～2020年，共計30年，在全國要營造3億畝工業(yè)用材林(2000萬公頃)，成材后，每年可開采1500萬畝，每年提供木材1億立方米?，F(xiàn)在是5頁\一共有23頁\編輯于星期六

1.木材學1.1木材學概念：是以木材為研究對象的材料科學，屬基礎科學；換言之，木材學是研究木質原料的科學，它研究的范圍包括木材結構、性質、缺陷及性能改良的理論。1.2木材的構造1.2.1樹木的構成（1）樹冠：樹枝和樹葉，占全樹的5％～25％；作用：二氧化碳轉化為氧氣無機物轉化為有機物；利用：樹葉可作飼料、提取化學成分原料；粗枝可作薪炭材、人造板和造紙；（2）樹根：主根、須根；占全樹的5％～25％；作用：具有吸收和固定作用；利用：根藝和根雕，薪炭材和提取化學成分的原料；（3）樹干：占全樹的50～90％；作用：具有支撐和通道作用；利用：具有重要使用價值，是木材主要來源；樹冠樹根樹干現(xiàn)在是6頁\一共有23頁\編輯于星期六1.木材學1.2.2．樹干的構造樹干的主要組成部分(4個)：樹皮、形成層、木質部、髓心。1.2.3.木材的三個切面木材是由各種不同的細胞組成，其形狀、大小、組織排列各不相同，而且在木材的各個方向上所呈現(xiàn)的組織形態(tài)也是不同的。要了解木材構造和性質，就必須從木材的不同方向上進行觀察和分析，引入切面的概念，

橫切面：與樹干軸或木紋相垂直的鋸切面，即樹干斷面，稱為橫切面；

徑切面：通過髓心或與樹干直徑方向一致的鋸切面，稱為徑切面；弦切面：沿著樹干的長軸方向，不通過髓心與樹干直徑相垂直的鋸切面；現(xiàn)在是7頁\一共有23頁\編輯于星期六1.3.木材的宏觀構造

木材的宏觀構造：用肉眼或放大鏡能看到的木材構造和外部特征，稱之為木材的宏觀構造。（1）年輪（生長輪）、早材、晚材年輪（生長輪）：每個生長周期所形成的木材，圍繞著髓心構成的同心圓，稱之為生長輪；在溫帶和寒帶樹木一年僅有一個的生長期，故生長輪也稱為年輪。

提出問題：木材是歷史記憶的活化石

早材：通常生長季節(jié)早期形成的木材，細胞分裂速度快，體積大，胞壁薄，材質較松軟，材色淺，稱為早材。晚材：通常生長季節(jié)后期營養(yǎng)物質的流動減弱，形成層細胞活動逐漸減低，細胞分裂速度也減慢，于是形成了腔小壁厚的細胞，而且木材的顏色深、組織較致密，稱為晚材。(2)邊材、心材

邊材：有許多樹種的木材，靠近樹皮的部分，材色較淺，水分較多，稱為邊材。心材：在髓心周圍部分，材色較深，水分含量較少，稱為心材。邊材心材早材晚材年輪現(xiàn)在是8頁\一共有23頁\編輯于星期六(3)導管是絕大多數(shù)闊葉材所具有的輸導組織，在橫切面上導管呈孔穴狀，叫管孔。是區(qū)別針葉材和闊葉材的重要特征之一。(4)木射線在橫切面上有顏色較淺，從髓心向樹皮呈輻射狀排列的細胞，叫髓射線；在木質部的髓射線叫木射線。(5)胞間道系分泌細胞圍繞而成的長形胞間空隙，并非胞腔連接成的管道。貯藏樹脂的叫樹脂道(屬針葉材)；貯藏樹膠的叫樹膠道(屬闊葉材)。胞間道有軸向和徑向兩種。(6)軸向薄壁組織是指形成層紡錘形原始細胞所形成的薄壁細胞。沿樹軸方向排列，在橫切面上看，材色比較淺，用水潤濕后更為明顯。(7)其它特征木材顏色、木材氣味、木材紋理、木材結構、木材花紋?，F(xiàn)在是9頁\一共有23頁\編輯于星期六現(xiàn)在是10頁\一共有23頁\編輯于星期六胞間道木射線現(xiàn)在是11頁\一共有23頁\編輯于星期六現(xiàn)在是12頁\一共有23頁\編輯于星期六1.4木材微觀構造概念：用顯微鏡或電子顯微鏡能看到木材的微觀構造和特征稱為木材的微觀構造。1.4.1木材細胞壁的結構木材是由各種不同的細胞組成的，細胞是組成木材的基本單元。細胞的演變：生活的細胞：細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞核死亡的細胞：細胞壁、細胞腔1.4.2木材細胞壁的結構特征細胞壁是木材中的主要部分，占木材總量的90％以上，各種細胞壁的組成也是基本一樣，都是由三類物質組成：骨架物質(纖維素)、基體物質(半纖維素)和結殼物質(木素)。纖維素分子鏈(大約40根)基本纖絲(不定長度、直徑為3.5～5.0nm)微纖絲(基本纖絲聚集成束)纖絲(纖絲聚集成)薄層(粗纖絲相互接)細胞壁（骨架）在基本纖絲中含有結晶區(qū)和非結晶區(qū)(無定形區(qū))。結晶區(qū)：在基本纖絲中，纖維素分子鏈平行排列的段落。非結晶區(qū)：在基本纖絲中，纖維素分子鏈非平行排列的段落?，F(xiàn)在是13頁\一共有23頁\編輯于星期六非結晶區(qū)結晶區(qū)現(xiàn)在是14頁\一共有23頁\編輯于星期六非結晶區(qū)結晶區(qū)現(xiàn)在是15頁\一共有23頁\編輯于星期六1.4.3壁層結構木材細胞壁，根據(jù)其形成的階段可分為初生壁和次生壁。通過偏光顯微鏡觀察，細胞壁的次生壁又可分為三層，由外向內分別為：外層(S1)、中層(S2)和內層(S3)。細胞壁各層的特點介紹如下：初生壁：細胞從分裂到增大，最初形成的；基本纖絲呈無定向松散交織的網(wǎng)狀結構；壁層厚度>1％。

Sl：很薄，大約為2～6層；厚度大約為10～22％；基本纖絲與細胞主軸夾角約為500～700；

S2：較厚，大約為30～40層；厚度大約為70～90％；基本纖絲與細胞主軸夾角約為100～300；

S3：很薄，大約為0～6層；厚度大約為2～8％；基本纖絲與細胞主軸夾角約為600～900。由上面的分析可知：木材細胞壁是一種結構較為復雜的物質，它是由許多在結構上和化學性質上都不相同的層次組成的?，F(xiàn)在是16頁\一共有23頁\編輯于星期六1.4.4細胞壁上的特征――紋孔紋孔：木材細胞壁加厚，產(chǎn)生次生壁時，初生壁未被加厚的部分（空洞）。在立木中是相鄰細胞間水分和養(yǎng)料的通道；在木材干燥和防腐、防火劑的浸注以及制漿等加工工藝都與紋孔的滲透性有關。1.5針葉材的微觀構造主要由縱向(管胞、木薄壁組織、樹脂道)和橫向(木射線、樹脂道)的細胞構成，其中管胞占90％以上。1.6闊葉材的微觀構造主要由縱向(導管、木薄壁組織、樹膠道、木纖維、管胞)和橫向(木射線、樹膠道)的細胞構成，其中木纖維占50％以上?，F(xiàn)在是17頁\一共有23頁\編輯于星期六1.7木材性質1.7.1木材的物理性質(1)木材中的水分按照水分存在的狀態(tài)的不同，可將木材中的水分分為三種狀態(tài)：自由水：存在于細胞腔和細胞間隙中的水；吸著水：存在于細胞壁中及吸附于細胞壁上的水；結合水：構成細胞化學成分的水。(2)木材的含水率木材的含水率：表示木材含有水分的多少。

在木材科學和工業(yè)生產(chǎn)中，木材的含水率通常以絕對含水率表示?，F(xiàn)在是18頁\一共有23頁\編輯于星期六(3)纖維飽和點纖維飽和點：表述1：在木材中的自由水完全消失，而木材中的吸著水開始蒸發(fā)，此時木材的含水率稱為纖維飽和點；表述2：在木材干燥過程中，當毛細管中吸收的水完全蒸發(fā)掉，而細胞壁中為固體溶液所束縛的水開始逸散，木材的性質才開始發(fā)生顯著的變化（如木材強度開始增加、尺寸的收縮、電阻率的迅速增加等），此時木材的含水率稱為纖維飽和點。(4)木材的平衡含水率木材的平衡含水率：木材中的水分隨著周圍環(huán)境的相對濕度和溫度的變化而變化，當從木材中散失到環(huán)境中的水分的量與從環(huán)境中進入木材中的水分的量相等時，木材的含水率稱為平衡含水率。地區(qū)不同、季節(jié)不同，平衡含水率也不同。存在著解吸和吸著現(xiàn)象。介紹平衡含水率在實際中的作用?，F(xiàn)在是19頁\一共有23頁\編輯于星期六（5）木材的干縮與濕脹（a）木材的含水率在纖維飽和點以上時，木材中水分的增減，僅僅改變細胞腔內的水分，與細胞壁無關，故只影響木材的重量，不影響木材的體積；（b）當木材的含水率在纖維飽和點以下時，水分的進出到細胞壁的非結晶區(qū)內和結晶區(qū)表面，使分子鏈之間的相對距離增加，從宏觀層面上講，木材膨脹了；當木材含有的水分的減少，分子鏈之間的相對距離也相對減小，木材的體積也相對減少，水分減少到零時，木材的干縮達到最大值；反之木材吸收水分而膨脹至纖維飽和點時，膨脹達到最大值。干縮濕脹的原因：細胞壁內微纖絲之間的距離發(fā)生變化。正常材的干縮率：縱向：0.1～0.2％徑向：3～6％弦向：6～12％各項異性的宏觀表現(xiàn)：干縮濕脹率力學強度水分進出的難易程度簡單介紹原因：木射線的抑制作用，早晚材、徑面壁的紋孔較多、單位尺寸中所含的胞間物質的多少?，F(xiàn)在是20頁\一共有23頁\編輯于星期六木材干縮過程木材濕脹過程現(xiàn)在是21頁\一共有23頁\編輯于星期六1.7.2木材的重量木材的重量有兩種表示方法，實質比重和木材密度。(1)木材密度：單位體積的木材重量。木材密度有幾種表示方法，包括基本密度、生材密度、氣干材密度、絕干材密度。其中基本密度是最為常用的。(為什么?)

單位：克／厘米3(g／cm3)或公斤／米3(kg／m3)(2)實質比重：無空隙的木材重量與同體積水之比；實際上實質比重是細胞壁的比重：所有木材的實質比重幾乎都相同，1.49～1.57，平均1.54。知