第七章-木材物理性質(zhì)課件

不借任何化學(xué)反應(yīng)，也不用破壞試樣的完整性即可測定的木材性質(zhì)，稱為木材物理性質(zhì)。不借任何化學(xué)反應(yīng)，也不用破壞試樣的完整性即可測定16木材聲學(xué)性質(zhì)5木材電學(xué)性質(zhì)4木材熱學(xué)性質(zhì)3木材密度2木材干縮與濕脹1木材與水分7木材環(huán)境學(xué)特性及其對人類居住的影響6木材聲學(xué)性質(zhì)5木材電學(xué)性質(zhì)4木材熱學(xué)性質(zhì)3木材密度2本章重點:木材吸著水、纖維飽和點、吸濕滯后和平衡含水率的概念、含義及其對木材材性和加工應(yīng)用的影響；木材干縮濕脹機理、規(guī)律及其對木材利用影響；木材密度；木材電學(xué)性質(zhì)及其高頻加熱運用；木材視覺、觸覺和微環(huán)境調(diào)節(jié)功能等環(huán)境學(xué)特性；本章重點:3本章難點:木材與水分的關(guān)系，特別是木材吸著水、纖維飽和點、吸濕滯后現(xiàn)象和平衡含水率對木材加工應(yīng)用的影響；木材干縮濕脹機理及其預(yù)防措施；本章難點:41.木材與水分討論:木材與水有何關(guān)系?1.木材與水分討論:木材與水有何關(guān)系?5第七章-木材物理性質(zhì)課件6觀看《水從原木流出》視頻(見本章資源[媒體素材]水從原木流出.mp4)觀看《水從原木流出》視頻7通過觀看視頻認識到，木材與水關(guān)系密切，自然狀態(tài)的木材都有水分：①立木含有大量水分，滿足光合作用、植物蒸騰及輸送營養(yǎng)物質(zhì)的作用；②伐倒木含有水分，樹木伐倒后水分會被大量蒸發(fā)，但仍含有大量水分；③木制品含有水分，木制品盡管經(jīng)過干燥等處理，但其常含有8~15%的水分。通過觀看視頻認識到，木材與水關(guān)系密切，自然狀態(tài)的木材都有水分8水分影響木材本身性質(zhì)、木材運輸、木材保存和木材加工與使用等。如何認識木材與水分的關(guān)系：從木材水分的來源、水分存在狀態(tài)、分布規(guī)律、水分的測定方法及其木材與水分的相互關(guān)系等方面來認識。水分影響木材本身性質(zhì)、木材運輸、木材保存和木材加工與使用等。91.1木材含水率及其測定方法1.2木材的纖維飽和點1.3木材的吸濕性1.4木材中水分的移動1.5木材吸水性1.木材與水分1.6木材透水性主要內(nèi)容1.1木材含水率及其測定方法1.2木材的纖維飽和點1.3101.1.1水分存在狀態(tài)①自由水定義：指以游離態(tài)存在于木材細胞的細胞腔、細胞間隙和紋孔腔等大毛細管中的水分，包括液態(tài)水和細胞腔內(nèi)的水蒸汽。性質(zhì)：自由水與自由界面的水一樣，可自由地蒸發(fā)和移動，不受木材束縛；影響：對木材重量、燃燒性、滲透性和耐久性有影響，對木材尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)強度、電學(xué)等性質(zhì)無影響。

1.1.1水分存在狀態(tài)11②吸著水定義：以吸附狀態(tài)存在于細胞壁中微毛細管的水，即細胞壁微纖絲之間的水分。性質(zhì)：微毛細管直徑小，對水有較強的束縛力，不同于自由界面的水，需要吸收能量克服束縛力才能蒸發(fā)和移動。影響：對木材物理力學(xué)性質(zhì)和木材加工利用有重要影響，木材生產(chǎn)和使用，必須關(guān)注吸著水的變化與控制。②吸著水12③化合水定義：是指與木材細胞壁物質(zhì)組成呈牢固的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)的水。性質(zhì)：為木材組成成分，比較穩(wěn)定。影響：含量極少，一般干燥等熱處理難以除去，溫度接近或達到木材破壞時才能去除，對日常使用影響不大，可忽略不計。③化合水13①木材含水率定義絕對含水率

相對含水率W絕─絕對含水率，%;W相─相對含水率，%；G0─全干木材的重量，g;Gw─測定時木材重量，g①木材含水率定義W絕─絕對含水率，%;14②木材含水率的測定方法干燥法：將待測含水率的木材稱量初重（Gw）后放入烘箱，先在60℃低溫下烘2小時，隨后將溫度調(diào)至103±2℃，連續(xù)烘至重量（G0）不變?yōu)橹?。蒸餾法厚度2~3mm的碎木置于三角瓶中，加熱蒸餾；水蒸汽與二甲苯蒸汽進入冷凝器，經(jīng)冷凝的液體即流入接受器中，水分重沉至下部，多余的二甲苯則沿側(cè)管返回瓶中。

②木材含水率的測定方法厚度2~3mm的碎木置于三角瓶中，加熱15電測法：電測法是利用木材電學(xué)性質(zhì)如電阻率、介電常數(shù)和損耗因素等與木材含水率的關(guān)系設(shè)計出一種測濕儀。

電阻式交流介電式

原理：木材的直流電阻率隨木材含水率變化。測量范圍：7~28%原理：木材的介電常數(shù)、損耗角正切值隨木材含水率的增加而增大。測量范圍：理論上絕干材至飽和含水率。常為5~50%

木材含水率測定儀電測法：電測法是利用木材電學(xué)性質(zhì)如電阻率、介電常數(shù)和損耗因素16感應(yīng)式水分測定儀插入式木材測濕儀木材測濕儀感應(yīng)式水分測定儀插入式木材測濕儀木材測濕儀171.1.3木材含水率的變化與分類

樹種間有差異：不同樹種，含水率不同。株內(nèi)有差異：心材小于邊材；如云南松邊材含水率為106%，而心材含水率為55%；楓香的邊材含水率為137%，而心材含水率為79%。1.1木材含水率及其測定方法1.1.3木材含水率的變化與分類1.1木材含水率及其18觀光木含水率變化—直徑方向觀光木含水率變化—直徑方向19觀光木含水率變化—高度方向觀光木含水率變化—高度方向20第七章-木材物理性質(zhì)課件21第七章-木材物理性質(zhì)課件22刨花潤楠木材含水率變化—直徑方向刨花潤楠木材含水率變化—直徑方向23刨花潤楠木材含水率變化—高度方向刨花潤楠木材含水率變化—高度方向24①生材：新伐倒的木材稱為生材，含水率多在50%以上，對指導(dǎo)采伐后運輸及人工干燥具有很重要作用。②濕材：長期浸泡在水中的木材。濕材含水率常高于生材。農(nóng)村習慣將木材放入水中浸泡，不生蟲，不腐朽，主要是將木材內(nèi)部抽提物浸出，去除淀粉等營養(yǎng)物質(zhì)，同時紋孔打開，透氣性好，原木鋸成板材后干燥快，尺寸穩(wěn)定、變形小

。

①生材：新伐倒的木材稱為生材，含水率多在50%以上，對指導(dǎo)25③氣干材：生材或濕材放置于大氣中，水分逐漸蒸出，最后與大氣濕度平衡時的木材稱為氣干材。氣干材含水率隨大氣的溫度和濕度而變化，不同地區(qū)間差異很大，國內(nèi)一般在8—18%之間變化。④爐干材（窯干材）：經(jīng)過人工干燥的木材稱窯干材，含水率7—15%。板材干燥含水率根據(jù)要求而定，如地板用材要求含水率8—12%。爐干材可縮短木材在大氣中干燥時間，及時利用木材，減少木材變形。③氣干材：生材或濕材放置于大氣中，水分逐漸蒸出，最后與大氣26⑤絕干材：木材放在103℃的溫度下干燥至重量不變后的木材，其含水率接近于零。絕干材僅應(yīng)用于木材科學(xué)試驗中，在利用上應(yīng)用價值很小。絕干材暴露于空氣中，會快速地從空氣中吸收水分。⑤絕干材：木材放在103℃的溫度下干燥至重量不變后的木材，271.2.1纖維飽和點概念纖維飽和點指木材細胞壁吸著水處于飽和狀態(tài)而細胞腔無自由水時稱為木材纖維飽和點，此時的含水率為纖維飽和點含水率。纖維飽和點含水率為23~33%，平均約為30%。不同樹種木材，纖維飽和點有差異，密度大于0.35g/cm3，纖維飽和點與密度無關(guān)，密度小于0.35g/cm3，隨密度減少而增大，密度為0.25g/cm3的輕木，其纖維飽和點高達52%。1.2.1纖維飽和點概念28木材在不同水分狀態(tài)下示意圖自由水結(jié)合水細胞壁細胞腔纖維飽和點23~33%濕材>100%氣干10~18%絕干0生材>50%木材在不同水分狀態(tài)下示意圖自由水結(jié)合水細胞壁細胞腔纖維飽和點29纖維飽和點是木材多種材性的轉(zhuǎn)折點：①力學(xué)強度含水率在纖維飽和點以上，含水率增加，強度不變；在纖維飽和點以下，含水率減少，強度顯著增加。②尺寸穩(wěn)定性在纖維飽和點以上，含水率增加，尺寸、體積不變；在纖維飽和點以下，含水率增加，尺寸、體積增大。纖維飽和點是木材多種材性的轉(zhuǎn)折點：30③導(dǎo)電性能

含水率在纖維飽和點以上時，胞壁含水量為飽和狀態(tài)，水分增減變化發(fā)生在細胞腔中，對木材導(dǎo)電性能影響相對較小。從纖維飽和點到最大含水率，木材電導(dǎo)率可視為常數(shù)。而纖維飽和點以下時，絕干材的導(dǎo)電率為幾乎為0，隨著水分含量的增加，至纖維飽和點時導(dǎo)電率要增加幾百萬倍。電測法測定木材含水率即基于這一原理，含水率范圍在7-23%之間時，因二者是直線關(guān)系，測定較為精確。

③導(dǎo)電性能31①用順紋抗壓強度與含水率的相關(guān)性測定

測定許多不同含水率試件的順紋抗壓強度，以含水率為橫坐標，力學(xué)強度值為縱坐標，繪制力學(xué)強度值隨含水率的變化曲線。曲線上力學(xué)強度隨含水率變與不變的轉(zhuǎn)折點就是纖維飽和點。②用木材的導(dǎo)電性與含水率的關(guān)系測定

測定各種不同含水狀態(tài)試樣的導(dǎo)電率，以含水率為橫坐標，導(dǎo)電率為縱坐標，繪制導(dǎo)電率隨含水率的變化曲線。曲線上導(dǎo)電率隨含水率變與不變的轉(zhuǎn)折點就是纖維飽和點。①用順紋抗壓強度與含水率的相關(guān)性測定32第七章-木材物理性質(zhì)課件331.3.1木材吸濕性木材的吸濕性是指木材從空氣中吸收水分或向空氣中蒸發(fā)水分的性質(zhì)。吸濕性過程：包含吸濕與解吸兩個相反過程。吸濕：當空氣中水蒸汽壓力大于木材表面水蒸汽壓力，木材從空氣中吸收水分，這種現(xiàn)象叫做吸濕；解濕：若空氣中水蒸汽壓力小于木材表面水蒸汽壓力，木材向空氣中蒸發(fā)水分，這種現(xiàn)象叫解吸。1.3.1木材吸濕性34內(nèi)因：根據(jù)木材細胞壁結(jié)構(gòu)特點，如圖所示木材存在大量親水基團，來源于纖維素和半纖維素等自由羥基(一OH)；外因：空氣中的水蒸汽壓力與木材表面水蒸汽壓力不相等；空間位置：細胞壁中的無定形區(qū)域，微纖絲之間的空隙。內(nèi)因：根據(jù)木材細胞壁結(jié)構(gòu)特點，如圖所示35木材管胞細胞壁微細結(jié)構(gòu)木材中吸水性的羥基:細胞壁由微纖絲組成，微纖絲由纖維素分子鏈組成，分為結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)木材管胞細胞壁微細結(jié)構(gòu)木材中吸水性的羥基:36木材吸濕的過程和位置木材吸濕的過程和位置37木材細胞壁中的吸著分為初級和次級吸著水OH木材細胞壁中的吸著分為初級和次級吸著水OH38木材的吸濕與解吸，這兩個過程是否完全一致？與什么有關(guān)？吸濕與解吸外因相反，內(nèi)因相同，吸濕的空間位置相同，但兩種過程不相等，造成吸濕與解吸不等現(xiàn)象。吸濕滯后：在相同的大氣溫度和相對濕度條件下，干燥木材的吸濕過程所能達到的最大含水率總是低于潮濕木材解吸過程所能達到的最小含水率，其吸濕過程與解吸過程曲線不相吻合的現(xiàn)象稱為木材吸濕滯后現(xiàn)象，即解吸穩(wěn)定含水率大于吸濕穩(wěn)定含水率現(xiàn)象。木材的吸濕與解吸，這兩個過程是否完全一致？與什么有關(guān)？39吸濕滯后=W解吸-W吸濕木材吸濕與解吸曲線吸濕滯后=W解吸-W吸濕木材吸濕與解吸曲線40影響因素：吸濕滯后的差值與樹種無關(guān)；與尺寸相關(guān)，隨木材尺寸的增大而加大，當木材尺寸增至一定程度，即木材長度達10cm，厚度至1.5cm時，將變?yōu)楹愣ㄖ?。木粉、單板及短而薄的木料，其吸濕滯后?shù)值不大，可以忽略不計。與干燥的狀態(tài)有關(guān)，對于窯干長而厚的成品材，吸濕滯后值隨著干燥溫度的升高而增大，通常在１~５%之間，平均為2.5%。影響因素：吸濕滯后的差值與樹種無關(guān)；41討論：

木材為什么存在吸濕滯后現(xiàn)象？第七章-木材物理性質(zhì)課件42木材存在吸濕滯后現(xiàn)象的原因：干燥后的木材中可以吸濕的自由羥基數(shù)量減少；吸濕滯后現(xiàn)象主要發(fā)生在干燥后的木材上，木材在干燥狀態(tài)下失去水分而解吸，其尺寸逐漸收縮減小，細胞壁中纖維素鏈狀分子彼此靠近，當纖維素分子鏈之間距離很近時，分子鏈上部分羥基之間形成氫鍵結(jié)合；再次吸濕時這部分相互吸引、價鍵滿足的羥基不能及時打開，因此水分吸附量減少。

木材存在吸濕滯后現(xiàn)象的原因：43水分變化引起纖維素分子鏈間距離變化水分變化引起纖維素分子鏈間距離變化44木材吸濕滯后的應(yīng)用：利用木材吸濕滯后現(xiàn)象指導(dǎo)人工干燥木材，可使木材尺寸穩(wěn)定，不會從空氣中吸收很多水分而發(fā)生尺寸變化，從而減少翹曲變形。木材吸濕滯后的應(yīng)用：45定義：木材在空氣中吸收水分（吸濕）和散失水分（解吸）的速度相等，達到動態(tài)平衡、相對穩(wěn)定的含水率。影響因素：木材平衡含水率與空氣濕度和溫度有關(guān)。當溫度一定而相對濕度不同時，隨著空氣濕度的升高而增大；當相對濕度一定而溫度不同時，隨著溫度的升高而減小。1.3.5木材平衡含水率定義：木材在空氣中吸收水分（吸濕）和散失水分（解吸）的速度相46木材平衡含水率圖木材平衡含水率圖47木材平衡含水率是一個動態(tài)值，它與環(huán)境的溫、濕度條件、木材尺寸等有關(guān)。木材平衡含水率測定方法：氣干材或生材，置于室內(nèi)通風良好處，直至與空氣濕度平衡，含水率不再變化，測定此時的木材含水率。常用刨花或細小尺寸木材測定較準確。注意：應(yīng)該用氣干材或生材測定木材平衡含水率，而不要用絕干材。木材平衡含水率是一個動態(tài)值，它與環(huán)境的溫、濕度條件、木材尺寸48各地區(qū)的氣候條件不同，木材的平衡含水率隨地區(qū)而變化，如下表：地名WC平衡％地名WC平衡％地名WC平衡％哈爾濱烏魯木齊西安北京天津13.612.114.311.412.1太原上海福州鄭州武漢11.716.015.612.415.4南寧?？诔啥祭ッ骼_15.417.316.013.58.6各地區(qū)的氣候條件不同，木材的平衡含水率隨地區(qū)而變化，如下表：49

討論：我們制作的家具、工藝品等木制品時，對其含水率有何要求，為什么？廣西憑祥為全國著名的紅木家具市場，北方很多人來購買，但家具運回北方后，常發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象？為什么？木材干燥時終含水率如何考慮，需要干燥到什么含水率水平？討論：50木材細胞存在哪些空隙？木材細胞存在哪些空隙？51主要通道：相互連通的細胞腔（含導(dǎo)管腔）、細胞間隙和細胞壁紋孔膜上的小孔。

闊葉樹可沿導(dǎo)管腔形成的通道移動，如有內(nèi)含物，則受阻；針葉材和闊葉材的細胞壁上均有紋孔，且紋孔膜上有小孔，水可以通過其移動，如閉塞，將受阻。主要通道：相互連通的細胞腔（含導(dǎo)管腔）、細胞間隙和細胞壁紋孔52木材橫切面紋孔木材橫切面53a在毛細管力作用下，吸著水沿著細胞壁內(nèi)微毛細管系統(tǒng)移動。b在水蒸汽梯度壓力作用下，水蒸汽沿著細胞腔并通過紋孔及紋孔膜上小孔，由內(nèi)向外擴散。c兩種路徑相互交替移動。baa在毛細管力作用下，吸著水沿著細胞壁內(nèi)微毛細管系統(tǒng)移動。54水分在細胞腔中呈液體狀態(tài)，水蒸氣以飽和狀態(tài)存在細胞腔內(nèi)，這時各處壓力一致，水分不能移動；當木材表層有一部分含水率降至纖維飽和點以下時，木材內(nèi)部發(fā)生水分向外移動現(xiàn)象，由表及里。水分在細胞腔中呈液體狀態(tài)，水蒸氣以飽和狀態(tài)存在細胞腔內(nèi)，這時55木材浸于水中吸收水分的能力，稱為木材吸水性。木材吸水性的影響因素：樹種、時間。木材吸水性的測定：20×20×20mm試樣干燥后放入盛有蒸餾水的容器內(nèi)，至試樣重量不再變化時的含水率。

木材浸于水中吸收水分的能力，稱為木材吸水性。56液體或水借其本身的吸力或外界的壓力滲入木材內(nèi)部的能力稱為木材的透水性。透水性與木材加工的關(guān)系：透水性與木材防腐、阻燃、油漆、著色、涂膠、樹脂的浸出等關(guān)系密切。木材透水性大，有利于木材防腐、油漆、著色、涂膠、樹脂的浸出等。對于木制水管、水桶和船舶用材等場合，透水性成為不利的方面。水桶用材應(yīng)選用透水小的木材，如釀造葡萄酒的酒桶選用侵填體含量較多的麻櫟等木材。液體或水借其本身的吸力或外界的壓力滲入木材內(nèi)部的能力稱為木材57透水性影響因素：液體性質(zhì)；溫度；樹種（內(nèi)含物與侵填體等不同）；心材、邊材；紋理方向等。透水性影響因素：58木材會發(fā)生干縮與濕脹，這是木材的自然屬性，木材的干縮與濕脹與水分有密切的關(guān)系，是伴隨著水分的變化而發(fā)生的。木材會發(fā)生干縮與濕脹，這是木材的自然屬性，木材的干縮592.1木材干縮與濕脹

2.2木材干縮與濕脹各向異性

2.3木材干縮評價指標與測定方法

2.4木材干縮和濕脹對木材加工和使用的影響

2.5減少木材干縮、濕脹的方法

2.1木材干縮與濕脹2.2木材干縮與濕脹各向異性2.602.1.1木材干縮和濕脹現(xiàn)象濕的木材因干燥失去水分而縮減其尺寸的現(xiàn)象稱之為干縮；干的木材因吸收水分而增加其尺寸的現(xiàn)象稱之為濕脹。木材的干縮分為線性干縮與體積干縮。

2.1.1木材干縮和濕脹現(xiàn)象61縱向干縮：沿著木材紋理方向的干縮，為0.1~0.3%，對木材的利用影響不大。徑向干縮：沿直徑方向的干縮，為3~6%；弦向干縮：沿著年輪切線方向的干縮，為6~12%。

縱向干縮：沿著木材紋理方向的干縮，為0.1~0.3%，對木材62①樹種

樹種不同，其構(gòu)造和密實程度不同，導(dǎo)致干縮濕脹差異很大（如下表）。有的樹種很容易干燥，干縮濕脹和變形都很小，而有的樹種特難干燥，其干縮濕脹很大，使用和干燥過程中容易發(fā)生開裂變形。

①樹種63部分木材的干縮率/%

樹種徑向弦向體積樹種徑向弦向體積云南松4.469.5513.86白桉4.97.813.3杉木2.997.3510.35紅櫟4.08.613.7馬尾松3.698.9512.62胡桃木5.57.812.8花旗松4.87.612.4楊木3.157.2811.01部分木材的干縮率/%樹種徑向弦向體積樹種徑向弦向體積云南松64項目樣本數(shù)平均值準確指數(shù)/%氣干干縮率/%弦向1362.874.03徑向1361.208.38體積1364.104.89全干縮率/%弦向1368.322.52徑向1363.683.81體積13611.412.05干縮系數(shù)/%弦向1360.333.14徑向1360.153.37體積1360.523.20差異干縮1362.354.16擎天樹項目樣本數(shù)平均值準確指數(shù)/%氣干干縮率/%弦向1362.8765項目樣本數(shù)平均值準確指數(shù)/%從全干到氣干濕脹率/%弦向1362.006.25徑向1361.136.84體積1363.415.15差異濕脹(弦/徑)1361.857.91從全干到飽水濕脹率/%弦向1369.193.39徑向1364.125.32體積13614.813.26差異濕脹(弦/徑)1362.384.95擎天樹項目樣本數(shù)平均值準確指數(shù)/%從全干弦向1362.006.2566試驗項目試件數(shù)平均值準確指數(shù)P%干縮系數(shù)(%)徑向1740.063.09弦向1740.152.62體積1740.431.74氣干干縮率徑向1740.823.00弦向1742.022.50體積1742.932.36全干干縮率徑向1743.062.38弦向1745.921.63體積1749.251.62差異干縮1742.252.38觀光木試驗項目試件數(shù)平均值準確指數(shù)P%干縮系數(shù)(%)徑向174067試驗項目試件數(shù)平均值準確指數(shù)P%濕脹性（全-氣）徑向1831.072.51弦向1831.672.55體積1832.962.54濕脹性（全-濕）徑向1833.102.76弦向1836.371.76體積18310.421.92觀光木試驗項目試件數(shù)平均值準確指數(shù)P%濕脹性徑向1831.0768②微纖絲角

木材縱向干縮和弦向干縮與微纖絲角度間的關(guān)系

②微纖絲角木材縱向干縮和弦向干縮與微纖絲角度間的關(guān)系69晚材率（％）干縮率（％）弦向干縮率徑向干縮率20－2525－3030－3535－4040以上6.67.68.18.68.63.44.24.34.85.8馬尾松晚材率與橫紋干縮的關(guān)系

③晚材率和早晚材關(guān)系晚材率（％）干縮70樹種早材與晚材干縮率（％）弦向徑向體積冷杉松木落葉松早材晚材早材晚材早材晚材5.6810.928.0511.267.1112.252.899.852.918.223.2310.198.7719.9710.8618.8710.3420.96早晚材與干縮的關(guān)系

樹種早材與晚材干縮率（％）弦向71④木材在樹干中的部位

④木材在樹干中的部位72木材組成不同，形成了干縮與濕脹各向異性：與組成木材的細胞種類、細胞壁構(gòu)造和化學(xué)成分特性及細胞排列相關(guān)。針葉材主要由管胞組成，還有少量木射線；闊葉材由導(dǎo)管、木纖維、軸向薄壁組織和木射線等，各種細胞的纖維素、木質(zhì)素、半纖維素及抽提物含等也不同。木材組成不同，形成了干縮與濕脹各向異性：73木材絕大部分細胞是縱向排列，而僅有木射線細胞是橫向排列。木材細胞由細胞腔及細胞壁組成，細胞壁主要由S1、S2、S3組成，其中S2為主，其代表了微纖絲的排列方向，微纖絲是細胞壁中較為獨立的構(gòu)成單元，但細胞壁不完全密實，微纖絲之間有空隙。木材絕大部分細胞是縱向排列，而僅有木射線細胞是橫向排列。74不同纖絲角的木材干燥前后縱橫向尺寸的變化1-1試樣干燥前尺寸1-2試樣干燥橫向尺寸變化2-1試樣干燥前尺寸2-2試樣干燥縱向尺寸變化

不同纖絲角的木材干燥前后縱橫向尺寸的變化75

縱向與橫向結(jié)合不同：

木材細胞壁次生中層微纖絲主軸是由C-C、C-O鍵連結(jié)，水分子無法進入到纖維素分子鏈內(nèi)的長度方向。木材細胞纖維素分子鏈表面存在大量自由羥基，表面會吸附水使得微纖絲之間的距離產(chǎn)生變化。

微纖絲角一般為10~30o，由于正常次生壁中層微纖絲排列方向與主軸不完全平行，而成10~30o的夾角，橫紋收縮時在軸向會產(chǎn)生微小的分量（0.1~0.3%）。因此軸向收縮很小，橫向干縮大于縱向?？v向與橫向結(jié)合不同：76①早材與晚材的影響

②徑向木射線的抑制作用

③徑壁、弦壁紋孔數(shù)量的影響

①早材與晚材的影響772.3.1木材干縮的評價指標木材的干縮和濕脹程度在三個方向不同，常用干縮率、干縮系數(shù)和差異干縮評價。①氣干干縮率:從生材或濕材自由干縮到氣干狀態(tài)，其尺寸和體積的變化百分率稱為木材的氣干干縮率，可按下式分別計算徑向、弦向和體積氣干干縮率。

線性干縮率：βW=(Lmax–Lw)×100%/Lmax

體積干縮率：βvW=(Vmax–Vw)×100%/Vmax2.3.1木材干縮的評價指標78②全干干縮率

木材從濕材狀態(tài)干縮到全干狀態(tài)，其尺寸和體積的變化百分率稱為木材的全干干縮率。③干縮系數(shù)指吸著水每變化１％時木材的干縮率變化值，用K來表式。②全干干縮率79弦向、徑向、縱向的線性干縮系數(shù)和體積干縮系數(shù)分別用KT、KR、KL和KV表示。線性干縮系數(shù)：KT、R、L＝βW／(W1-W2)體積干縮系數(shù)：KV＝（Vw-Vo）100%/VoW④差異干縮木材弦向干縮與徑向干縮的比值稱為差異干縮。

D

=

βT

/

βR

=

KT

/

KR

弦向、徑向、縱向的線性干縮系數(shù)和體積干縮系數(shù)分別用KT、80試樣要求：用飽和水分的濕材制作，尺寸為20×20×20mm，標準的縱向、徑向和弦向。試樣要求：81①測定時，試樣的含水率應(yīng)高于纖維飽和點，否則應(yīng)將試樣浸泡于溫度20±2℃的蒸餾水中，至尺寸穩(wěn)定后再測定。②將測量后的試樣進行氣干，在氣干過程中，用2~3個試樣每隔6h試測一次弦向尺寸，至連續(xù)兩次試測結(jié)果的差值不超過0.02mm時，即可認為達到氣干。③將測定后的試樣放至烘箱中，開始用60℃先干燥6個小時；然后升至103±2℃，使試樣達到全干，并測出各試樣全干時的重量和徑、弦向尺寸。①測定時，試樣的含水率應(yīng)高于纖維飽和點，否則應(yīng)將試樣浸泡于82

2.4.1變形木材干燥后，因為各部分的不均勻干縮而使其形狀改變，稱為變形。板方材橫斷面上的變形：生材或濕材干燥時，由于木材弦向干縮遠大于徑向干縮及二者干縮不一致的共同影響，促使原木解鋸后的方材、板材、圓柱等的端面會發(fā)生多種形變。2.4.1變形83生材狀況下原木橫切面上各部位板材斷面形狀的變化

生材狀況下原木橫切面上各部位板材斷面形狀的變化84①若為徑切板(包含髓心)其兩端干縮甚大，中間干縮較小，結(jié)果變?yōu)榧忓N狀，圖中1。②若為徑切板(不包含髓心)干縮頗為均勻，其端面近似矩形，圖中2。③若板材表面與年輪成45℃角，干縮后兩端收縮甚大，長方形變?yōu)椴灰?guī)則形狀，圖中3。①若為徑切板(包含髓心)其兩端干縮甚大，中間干縮較小，結(jié)果85④原為正方形，干縮后變?yōu)榫匦?，圖中4。⑤木材端面與年輪成對角線干縮后，正方形變?yōu)榱庑?，圖中5。⑥木材端面為圓形，干縮后變?yōu)槁研位驒E圓形，圖中6。⑦若為弦切板端面，干縮后兩側(cè)向上翹起，圖中7。④原為正方形，干縮后變?yōu)榫匦?，圖中4。86原木鋸成板材后，如不合理干燥，會導(dǎo)致其長度方向上發(fā)生很大的變形，表現(xiàn)形式主要為彎曲，其形狀與其在木材橫切面上的位置有很大的關(guān)系。

原木鋸成板材后，如不合理干燥，會導(dǎo)致其長度方向上發(fā)生很大87木材因干燥不均勻與各向干縮的差異，造成開裂，裂縫大多垂直于年輪而平行于木射線，木材縱向分子與木射線相交之處的結(jié)合力弱所致。

木材各種開裂形式

木材因干燥不均勻與各向干縮的差異，造成開裂，裂縫大多垂直882.5.1高溫干燥、降低木材吸濕性

高溫干燥是目前減少木材干縮濕脹的主要方法之一。高溫干燥使微纖絲之間的距離逐漸縮小，減少非晶區(qū)纖維素分子鏈上游離羥基數(shù)目，形成新的氫鍵結(jié)合；同時，半纖維素降解物與木素分子上基團聚合封閉羥基，降低木材吸濕性。2.5.1高溫干燥、降低木材吸濕性892.5.2利用徑切板木材徑向干縮是弦向干縮的一半，利用徑切板可比弦切板木材干縮少一半。2.5.3利用木芯板將細木條用合成樹脂膠粘組成，這樣不過分考慮木材的年輪方向，隨機組合，結(jié)果總是趨于徑切板，此種方式已廣泛用于地板、木芯板及木材工業(yè)生產(chǎn)。

2.5.2利用徑切板902.5.4機械抑制膠合板將單板縱橫交錯用膠壓制而成，這樣能以干縮極小的縱向，機械地抑制橫向，將脹縮減小到最小。同時，木材橫紋方向強度小，順紋方向木材強度高，可以彌補木材橫紋方向強度小的特點，使材料趨于均勻一致。2.5.5表面涂飾油漆把涂料、油漆涂刷木材表面，可以減少木材與濕空氣接觸，阻礙水分的滲入。2.5.4機械抑制91用聚乙二醇、尿素、醋酸酐等低分子的聚合物注入木材，置換木材中水分，對木材起有效膨脹作用，使木材干縮極小。用二氧化硅、二氧化鈦等無機物處理，與木材表面自由羥基結(jié)合，減少了親水基團。用聚乙二醇、尿素、醋酸酐等低分子的聚合物注入木材，置換木材中92木材經(jīng)干燥，調(diào)濕后，用聚乙二醇溶液浸泡，然后氣干。經(jīng)PEG處理的馬尾松、水曲柳和椴木弦向抗收縮系數(shù)分別可達90%、81%和86%,尺寸穩(wěn)定效果非常明顯。木材經(jīng)干燥，調(diào)濕后，用聚乙二醇溶液浸泡，然后氣干。經(jīng)PEG93第七章-木材物理性質(zhì)課件94未處理材處理材未處理材處理材95吸濕膨脹率與吸濕時間的關(guān)系

二氧化硅處理減小木材吸濕性：吸濕膨脹率與吸濕時間的關(guān)系二氧化硅處理減小木材吸濕性：96木材表面負載二氧化鈦的方法利用低溫水熱共溶劑法，將二氧化硅生成于木材表面，木材保持原有天然紋理，又具有良好的疏水性，可應(yīng)用于濕度高、且溫濕變化大的環(huán)境。資料來源：劉一星;孫慶豐;于海鵬;盧蕓。一種在木材表面原位生長納米二氧化鈦保護層的方法，中國專利公開網(wǎng)，東北林業(yè)大學(xué)2010-05-26木材表面負載二氧化鈦的方法97制備方法：①將木材表面進行清潔或者拋光處理后浸入0.01～5mol/L的鈦鹽醇溶液中，然后密封反應(yīng)器，再在60～200℃條件下水熱反應(yīng)3～8h后冷卻至室溫；②配制3.0×10-4～20×10-4mol/L的十二烷基磺酸鈉溶液，然后調(diào)節(jié)pH值為8～10后加入反應(yīng)器中，然后密封反應(yīng)器，在70℃條件下反應(yīng)4～8h,其中十二烷基磺酸鈉溶液與鈦鹽醇溶液的體積比為1∶1；③將步驟二處理后的木材在40～50℃條件下干燥10～15h，得到在表面原位生長納米二氧化鈦保護層的木材。制備方法：98通過低溫水熱技術(shù)路線，以三氯化鈦為鈦源，將二氧化鈦花狀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑在木材表面，輔以低表面能物質(zhì)硬脂酸，使木材由親水性變?yōu)槭杷再Y料來源：張玉奇等。云南化工，2010通過低溫水熱技術(shù)路線，以三氯化鈦為鈦源，將二氧化鈦花狀結(jié)99木材表面的二氧化鈦木材表面的二氧化鈦100接觸角可提高到140°接觸角可提高到140°101在物理學(xué)中，把某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量稱為該種物質(zhì)的密度。每種材料都有相應(yīng)的密度，如水的密度為1g/cm3，鋼的密度7.8g/cm3

，等等，這些材料的密度基本比較穩(wěn)定，而木材的密度是什么情況呢？在物理學(xué)中，把某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量稱為該種物質(zhì)的密1023.1木材物質(zhì)比重與孔隙度

3.2木材密度

3.3

木材密度的意義及影響因素

3.1木材物質(zhì)比重與孔隙度3.2木材密度3.3103

3.1.1木材實質(zhì)比重

定義：即木材物質(zhì)或胞壁物質(zhì)的比重，為木材除去細胞腔等孔隙所占空間后實際木材物質(zhì)的比重。不同樹種差異：木材細胞壁化學(xué)構(gòu)成及其比例大體相同，所以不同樹種間實質(zhì)密度差異小，為1.49~1.57，平均1.53。3.1.1木材實質(zhì)比重104

定義：木材空隙所占的體積稱為木材的空隙度，包括細胞腔、細胞間隙和微纖絲之間的空隙等。類型：分為體積空隙度和表面孔隙度兩種。體積空隙度是指木材在絕干狀態(tài)時其空隙體積占總體積的百分率，表面空隙度則是其橫切面上空隙面積占總面積的百分率。注意：一般木材空隙度是指體積空隙度，木材空隙度與木材密度成負相關(guān)。定義：木材空隙所占的體積稱為木材的空隙度，包括細胞腔、細105用水、氦、苯等流體介質(zhì)置換木材中的空隙，介質(zhì)不同，測定結(jié)果不同，分別為1.53、1.46、1.44。

原因：水是一種極性物質(zhì)，胞壁成分對水有吸附作用，水能深入木材非結(jié)晶區(qū)域，并產(chǎn)生潤脹，加大了木材內(nèi)部的空隙體積；氦為非極性，非潤脹性物質(zhì)，不易進入細胞壁空隙，也不為纖維素所吸附，所以用氦作為置換介質(zhì)結(jié)果偏小。

3.1.3木材物質(zhì)比重的測定方法用水、氦、苯等流體介質(zhì)置換木材中的空隙，介質(zhì)不同，測定結(jié)106

先將木材削成鋸屑，置于103℃的烘箱中烘干，稱其絕干重量(Go)后，再將鋸屑放于比重瓶中加水，使鋸屑下沉，并加滿水后稱其重量(P’)；然后將鋸屑倒出，沖洗干凈，再盛滿水，稱其重量(P)。根據(jù)浮力定律和水的特性，由下式計算：

木材物質(zhì)的比重＝鋸屑絕干重/鋸屑胞壁體積

＝Go/(P+Go–P’)

測定方法先將木材削成鋸屑，置于103℃的烘箱中烘干，稱其絕干重量107

3.2.1木材密度的概念定義：單位體積內(nèi)木材的重量，單位為g／cm3，kg／m3。木材是一種多孔性物質(zhì)，木材密度計算時，包含了其空隙的體積。變化：木材密度一般為0.2~1.43g／cm3，小于1的占大部分，大于1即沉于水的，屬于較重木材。討論：請問是否見過沉于水的木材，是什么？

3.2.1木材密度的概念108

木材中水分含量的變化會引起重量和體積的變化，使木材密度值發(fā)生變化，根據(jù)木材在生產(chǎn)、加工過程中不同階段的含水率，分為：

①基本密度：全干材重量除以試樣的飽和體積。

②生材密度：生材密度是生材重量除以生材體積。

③氣干密度：氣干材重量除以氣干材體積。

④絕干密度：含水率為零時的木材密度。木材中水分含量的變化會引起重量和體積的變化，使木材密度值109

①基本密度測定時對試樣形狀無要求，方法簡單，且試樣的干重和最大體積穩(wěn)定準確，不隨測定人和環(huán)境的變化而產(chǎn)生誤差，因此在木材材性研究、林業(yè)生產(chǎn)評價營林措施對木材性質(zhì)的影響、林木育種材性評價等常用到基本密度。

①基本密度110

②生材密度主要用于估測木材運輸量和木材干燥時所需時間與熱量

。

③氣干密度日常生活中使用的木材都是氣干材，因此常用氣干密度評價木材性質(zhì)與質(zhì)量。

④絕干密度(全干材密度)絕干材在空氣中會很快吸收水分而達到木材平衡含水率，只用在科研上

。②生材密度111

任一含水率狀態(tài)下的木材，測出其重量和體積，就可計算出它的木材密度。木材重量容易測定，且比較準確，因此關(guān)健在于準確測定木材體積，常用測定方法：

①直接量測法

②排水法

③快速測定法

任一含水率狀態(tài)下的木材，測出其重量和體積，就可計算出它的112

試樣加工為20×20×20mm的標準立方體，用螺旋測微尺分別測出徑向、弦向和縱向尺寸，準確至0.001mm，用千分之一的天平稱重，準確至0.001g。氣干密度試樣以氣干材制作，干燥后測出試樣的絕干重量，立即測出全干狀態(tài)下體積，可計算得到絕干密度?；久芏群蜕拿芏仍嚇右陨?或浸水材)制作。

試樣加工為20×20×20mm的標準立方體，用螺旋測微尺113

利用水的密度為１，試樣入水后排開水的重量，與試樣體積數(shù)值相等的原理而設(shè)計。

1金屬針2試樣3燒杯4天平

利用水的密度為１，試樣入水后排開水的重量，與試樣體積數(shù)值114

將試樣制成2×2×20cm的長方體，刻劃區(qū)分成10等分，依次標記為0.1，0.2，0.3……0.9。然后將試樣標記0.1的一端浸入盛有水的玻璃筒中，在水面處的試樣標記，就為該木材的密度。

將試樣制成2×2×20cm的長方體，刻劃區(qū)分成10等分，1153.3.1木材密度的意義

木材密度大小反映出木材細胞壁中物質(zhì)含量的多少，是木材性質(zhì)的一個重要指標，木材密度與強度之間成正比，是判斷木材強度的最佳指標。

3.3.1木材密度的意義116試驗項目樣本數(shù)平均值(g/cm3)基本密度1350.555生材密度4381.079氣干密度1360.658全干密度1360.627試驗項目樣本數(shù)平均值(g/cm3)基本密度1350.555生117試驗項目試件數(shù)平均值(g/cm3)

氣干密度1740.463全干密度1740.426基本密度1740.386試驗項目試件數(shù)平均值(g/cm3)氣干密度1740.4118①樹種②年輪寬度與晚材率③樹木株內(nèi)不同的部位④栽培環(huán)境⑤含水率

①樹種119

樹種不同，木材結(jié)構(gòu)差異很大，組成木材的細胞組織比例不同，細胞壁與孔隙所占的比例也不相同，造成了木材密度差異很大。

木材密度主要取決于木材空隙度，木材空隙度愈小，其密度愈大，反之，則密度愈小。此外，木材密度還與木材抽提物含量有關(guān)。

樹種不同，木材結(jié)構(gòu)差異很大，組成木材的細胞組織比例不同，120密度(g/cm3)細胞壁容積的百分率(%)孔隙度容積百分率(%)0.319810.426740.532680.639610.74555木材密度與孔隙度的對應(yīng)關(guān)系：密度(g/cm3)細胞壁容積的百分率(%)孔隙度容積百分率(121

木材密度差異：區(qū)內(nèi)木材最重的為蜆木，國產(chǎn)木材最重的也是蜆木，氣干密度1.13g/cm3；國內(nèi)最輕為輕木，約0.2g/cm3。

世界上，最輕的為髓木，氣干密度0.04g/cm3，最重的為勝斧木，氣干密度為1.42g/cm3。

討論：廣西常見的松木、杉木和桉木的密度是多少？木材密度差異：區(qū)內(nèi)木材最重的為蜆木，國產(chǎn)木材最重的也是蜆122

晚材率高，木材密度大，一般強度也高。針葉樹年輪寬度適中，木材密度較大、強度較高。因為針葉材晚材寬度大致不變，年輪越寬，早材增加，木材密度減少。闊葉材中，環(huán)孔材早材固定，年輪加寬增加的部位是晚材，因此密度增大。散孔材早晚材分布均勻，大小近似一致，年輪寬度對木材密度影響不大。

晚材率高，木材密度大，一般強度也高。123闊葉材密度沿半徑方向的變化與管孔分布有關(guān)。散孔材木材密度由髓心向樹皮方向逐漸增大，如樺木等，其邊緣部分比靠近髓心處木材的密度可增大15%～20%。環(huán)孔材具心材者，心材密度大，但靠近髓部及靠近樹皮的邊緣部分，木材的密度則較小。

闊葉材密度沿半徑方向的變化與管孔分布有關(guān)。124擎天樹觀光木擎天樹觀光木125針葉材徑向：髓心木材密度較小，幼年材中由髓心向外木材密度逐漸增大，在成熟林階段達最大值后保持相對穩(wěn)定，過熟林階段木材密度值有逐漸減小的趨勢。

縱向：樹干基部木材的密度最大，自樹基向上逐漸減小，但在樹冠部位由于枝椏、節(jié)子的存在，木材密度則略有增大。針葉材徑向：髓心木材密度較小，幼年材中由髓心向外木材密度126柳杉基本密度徑向、縱向變異柳杉基本密度徑向、縱向變異127

木材的熱學(xué)性質(zhì)主要用比熱、導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)等指標來表達。

作用：這些參數(shù)對指導(dǎo)木材人工干燥、木材改良、木材軟化、曲木生產(chǎn)、人造板板坯加熱預(yù)處理、木材膠合、纖維干燥、木材蒸煮及單板的快速干燥等方面具有重要意義。

木材的熱學(xué)性質(zhì)主要用比熱、導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)等指1284.1木材熱容量與比熱

4.2木材的導(dǎo)熱系數(shù)及其影響因素

4.3木材的導(dǎo)溫系數(shù)4.4木材熱膨脹

4.5木材耐熱性4.1木材熱容量與比熱4.2木材的導(dǎo)熱系數(shù)及其影響129熱容量定義：物質(zhì)平均溫度升高（或降低）１℃所需的熱量，常用Q/△t表示，單位為J/K，其中Q表示所需熱量，△t為溫差。比熱容：使1g物質(zhì)的溫度升高１℃所需要的熱量，比熱容可表達為提高該物質(zhì)的溫度１℃所需要的熱量與提高同樣質(zhì)量的水溫度１℃所需要的熱量的比值。木材是多孔材料，比熱大于金屬，且木材熱容與樹種、密度及其部位無關(guān)，主要受溫度及含水率的影響，1.88~1.62kJ(kg.K)熱容量定義：物質(zhì)平均溫度升高（或降低）１℃所需的熱量，常1304.2.1木材的導(dǎo)熱系數(shù)木材被局部加熱時，其加熱部位的分子振動，能量增加。分子在振動碰撞過程中，將能量傳遞給鄰近分子，這樣順次傳遞能量，將外加的熱量向木材內(nèi)部擴散，稱為木材的熱傳導(dǎo)。木材導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù)（λ）來表示。

導(dǎo)數(shù)系數(shù)為單位時間內(nèi)，通過木材單位面積和單位長度，在木材兩面間所引起溫度1℃的差異所需的熱量，單位為[W/（ｍ·K）]

。

4.2.1木材的導(dǎo)熱系數(shù)131材料導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)鋁218玻璃0.6~0.9銅348~394松木（橫紋）0.16鐵46~58松木（順紋）0.35花岡巖3.1~4.1椴木（橫紋）0.21混凝土0.8~1.4椴木（順紋）0.41單位：W/（ｍ·K）

材料導(dǎo)熱系數(shù)材料導(dǎo)熱系數(shù)鋁218玻璃0.6~0.9銅348~132①木材密度：木材導(dǎo)熱系數(shù)隨木材密度的增加而增大，二者呈直線關(guān)系。②木材含水率：含水率增加，木材中部分空氣被水分替代，木材的導(dǎo)熱系數(shù)增大。③溫度：導(dǎo)熱系數(shù)與熱力學(xué)溫度成正比，隨溫度升高而增大。溫度升高，木材分子運動加劇，熱阻減少，從而使導(dǎo)熱系數(shù)增加。

④熱流方向：木材順紋導(dǎo)熱系數(shù)遠比橫紋大。

①木材密度：木材導(dǎo)熱系數(shù)隨木材密度的增加而增大，二者呈直線關(guān)133導(dǎo)溫系數(shù)又稱為熱擴散率，表征材料在加熱或冷卻非穩(wěn)定狀態(tài)過程中，各點溫度迅速趨于一致的能力。導(dǎo)溫系數(shù)越大，材料中各點達到同一溫度的速度就越快。影響因素：導(dǎo)溫系數(shù)與導(dǎo)熱系數(shù)一樣，受到含水率、密度、溫度和熱流方向的影響。導(dǎo)溫系數(shù)又稱為熱擴散率，表征材料在加熱或冷卻非穩(wěn)定狀態(tài)過程中134溫度升高，木材產(chǎn)生熱膨脹。但因木材中常含有水分，加熱引起木材溫度升高，水分加速蒸發(fā)引起木材干縮而減小其尺寸，木材干縮數(shù)值較熱膨脹大得多。所以在木材加工時多考慮干縮值，而少注意木材的熱膨脹。木材熱膨脹系數(shù)很小，在常溫范圍內(nèi)較穩(wěn)定，但到達某一溫度以上時，可看到木材組織熱軟化。熱軟化是木材塑性的重要性質(zhì)，在熱軟化溫度以上，木材的熱脹系數(shù)會增加。溫度升高，木材產(chǎn)生熱膨脹。但因木材中常含有水分，加熱引起木材1354.5.1木材耐熱性及熱分解加熱情況下，木材性質(zhì)發(fā)生很大的變化。木材加熱到180℃左右，有一氧化碳、氫氣、甲烷、乙烷和乙烯等可燃性氣體釋放。此時若將木材靠近火焰，能產(chǎn)生瞬間火焰，但不能持續(xù)，因為木材在此階段是吸熱反應(yīng)，此點溫度稱之為引火點溫度。因此在木材工業(yè)方面處理溫度一般不宜高出180℃，超過180℃木材本身熱解，產(chǎn)生可燃性氣體。

4.5.1木材耐熱性及熱分解136當繼續(xù)加熱溫度上升到250~290℃時，木材開始產(chǎn)生放熱反應(yīng)，分解出更多易燃性氣體，并能產(chǎn)生持續(xù)的火苗，但仍不是木材本身的燃燒。把產(chǎn)生這種火苗的燃燒狀態(tài)叫無火苗著火，把這一溫度稱著火點溫度。若將溫度升到350~450℃時，木材能自動著火，把這一溫度叫做發(fā)火點溫度。當繼續(xù)加熱溫度上升到250~290℃時，木材開始產(chǎn)生放熱反應(yīng)137常溫下，熱對木材使用影響小。但如將木材長期處于40~60℃下，木材材色會呈現(xiàn)暗褐色，木材強度逐漸降低，木材外部與內(nèi)部的化學(xué)成分均有改變。在一定溫度下，木材熱處理可使非晶區(qū)纖維素中部分結(jié)晶化，降低木材吸濕性和提高木材力學(xué)強度。但繼續(xù)加熱和高溫處理，就會造成纖維素的非晶化和各類化學(xué)成分的分解，使木材力學(xué)性質(zhì)降低。

常溫下，熱對木材使用影響小。但如將木材長期處于40~60℃下138100℃溫度下長時間蒸煮加熱木材，質(zhì)量會發(fā)生明顯的損失，并導(dǎo)致木材彈性模量減小，力學(xué)強度下降，沖擊韌性降低。原因在于木材長期受熱后部分半纖維素分解，蒸煮加熱引起半纖維素和纖維素分解要比木材在空氣中受熱大，故木材力學(xué)強度下降的程度也大。100℃溫度下長時間蒸煮加熱木材，質(zhì)量會發(fā)生明顯的損失，并導(dǎo)139木材軟化、木材密實化處理、曲木家具加工和木材干燥等生產(chǎn)上，根據(jù)木材的這種特性，可采用適合的溫度和較短時間內(nèi)水煮或汽蒸處理木材，不僅可以釋放木材內(nèi)部應(yīng)力、減小木材變形與開裂，還可降低木材的吸濕性，將木材變化的形狀固定，以生產(chǎn)出滿意的木制品。木材軟化、木材密實化處理、曲木家具加工和木材干燥等生產(chǎn)上，根140木材氣干時，導(dǎo)電性極小，絕干材可視為絕緣體。如果木材中含有水分，特別是在纖維飽和點以下，含水率越高，木材導(dǎo)電性愈強。生材為電的導(dǎo)體，雨中樹木常被雷電擊倒，原因在此。木材電學(xué)性質(zhì)包括直流電和交流電的導(dǎo)電性、電絕緣強度、介電常數(shù)、介電損耗等。木材電學(xué)性質(zhì)的意義：對木材含水率無損檢測技術(shù)、木材高頻電熱技術(shù)、木材微波干燥技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用具有實用價值。木材氣干時，導(dǎo)電性極小，絕干材可視為絕緣體。1415.1木材的導(dǎo)電性

5.2木材介電性質(zhì)

本節(jié)內(nèi)容：

5.1木材的導(dǎo)電性5.2木材介電性質(zhì)本節(jié)內(nèi)容：142

5.1.1電阻率與電導(dǎo)率電阻等于材料二端的電壓（V）除以流過該材料的電流（I），即：R=V

/

I。

電阻與組成導(dǎo)體的材料有關(guān)，即材料的本性。評價材料導(dǎo)電性能主要用電阻率或電導(dǎo)率來表示。

電阻率ρ等于單位長度（L）單位截面積（A）的均勻?qū)Ь€上的電阻值，單位Ω·m。

ρ

=

RA

/

L=VA

/IL

電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)，用K表示，單位S/m。5.1.1電阻率與電導(dǎo)率143木材中沒有自由移動的電子，導(dǎo)電性很差。但是木材細胞壁成分中存在一些離子基團，沉積物中許多為無機物，常以離子狀態(tài)存在，這些離子在直流電場下會移動，使木材具有微弱的導(dǎo)電作用。此外，木材通常含有水分，這是木材導(dǎo)電的主要原因。

木材中沒有自由移動的電子，導(dǎo)電性很144含水率溫度紋理方向樹種與木材密度含水率145含水率與直流電導(dǎo)率有密切關(guān)系：從絕干到FSP，木材電導(dǎo)率隨含水率增加而急劇上升，增大幾百萬倍；從FSP至最大含水率，電導(dǎo)率的上升較緩慢，僅增大幾十倍。根據(jù)含水率與直流電導(dǎo)率的關(guān)系，可生產(chǎn)出電阻式含水率測定儀，測定含水率范圍為6%~30%，以8%~17%范圍較為準確。

第七章-木材物理性質(zhì)課件146木材電阻率ρ隨溫度的升高而變小，與金屬等良導(dǎo)體相反。因木材屬離子導(dǎo)電，在一定含水率范圍內(nèi)（W<10%）的溫度效應(yīng)也可說明木材導(dǎo)電是借助于離子的活化過程。

第七章-木材物理性質(zhì)課件147在交流電低頻區(qū)域，木材交流電性質(zhì)與直流電性質(zhì)呈現(xiàn)同樣特性，全干材電阻極高，為絕緣材料；木材電阻隨含水率的增加顯著減小，當達到纖維飽和點以上時，電阻變化很小。木材的介電性質(zhì)主要研究在射頻范圍內(nèi)(300KHz～30GHz)的介電常數(shù)和介電損耗等性質(zhì)。應(yīng)用：木材工業(yè)中常利用高頻交變電場進行木材干燥、膠合和曲木加工和木材含水率的測定等。在交流電低頻區(qū)域，木材交流電性質(zhì)與直流電性質(zhì)呈現(xiàn)同樣特性，全148

5.2.1介電常數(shù)介電常數(shù)表明木材在交流電場下介質(zhì)極化和儲存電荷的能力。木材的介電常數(shù)為在交變電場中，以木材為介質(zhì)所得電容量(Cw)和在相同條件下以真空為介質(zhì)所得電容量（C0）之比值，用ξ來表示。全干木材介電常數(shù)約為2，水的介電常數(shù)為81，介電常數(shù)越小，電絕緣性越好。5.2.1介電常數(shù)149含水率

密度

紋理方向

含水率150原理：在一定頻率下木材的介電常數(shù)和損耗角正切隨木材含水率的不同而變化。根據(jù)這一原理，可制造介電式含水率測定儀。測定范圍：比電阻式測量范圍大，理論上可測定全干至飽水狀態(tài)的任一含水率，一般為5~40%。原理：在一定頻率下木材的介電常數(shù)和損耗角正切隨木材含水率的不151

5.2.4木材的介電損耗施加交流電壓于以木材為介質(zhì)的電容器極板上，木材會產(chǎn)生介電損耗，會產(chǎn)生熱量，并與功率因數(shù)與損耗角正切有關(guān)，木材作為介電材料時，希望介電損耗盡量??；當在高頻加熱和膠合木材時，希望介電損耗大，功率因數(shù)高，發(fā)熱量大，使木材的加熱和膠合效果好。

5.2.4木材的介電損耗152機理：木材置于高頻電場中，在交變電流的作用下，木材中的水分從原來不規(guī)則位置，到按電流和磁場方向作有規(guī)律的運動。由于電流方向迅速的改變，水分子被迫隨之轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動每秒可達1000萬次以上，由于水分子急劇運動，相互摩擦產(chǎn)生大量熱量，使得木材內(nèi)部溫度升高。機理：木材置于高頻電場中，在交變電流的作用下，木材中的水分從153高頻加熱應(yīng)用在木材膠合上，使膠合劑獲得選擇性加熱。濕膠液和干木材的介電性不同，膠液比木材更易接受高頻電能，使高頻能量集中在膠合面上，膠合劑很快熱聚合，一般只需幾秒到幾十秒時間，但這種膠合只適用于熱固性樹脂膠。高頻加熱應(yīng)用在木材膠合上，使膠合劑獲得選擇性加熱。濕膠液和干154木材膠合時，含水率不要高于12％~15％為宜，其中以8%~12%為最好。木材密度不宜過大，如木材密度過大或含水率過高時，選擇性加熱效果差。高頻電熱應(yīng)也可以用于木材干燥，如木材微波干燥、高頻干燥等。木材膠合時，含水率不要高于12％~15％為宜，其中以8%~1155什么是木材的環(huán)境學(xué)特性？我們先觀看一些木材應(yīng)用的圖片。什么是木材的環(huán)境學(xué)特性？我們先觀看一些木材應(yīng)用的156木建筑應(yīng)縣木塔木建筑應(yīng)縣木塔157容縣真武閣容縣真武閣158三江風雨橋三江風雨橋159廣西龍勝木民居廣西龍勝木民居160第七章-木材物理性質(zhì)課件161第七章-木材物理性質(zhì)課件162第七章-木材物理性質(zhì)課件163第七章-木材物理性質(zhì)課件164討論：木建筑、木家具等有何特性或優(yōu)點？討論：165木材作為一種與環(huán)境和諧、協(xié)調(diào)的優(yōu)良材料，已被廣泛地應(yīng)用于建筑、家具等工作和生活環(huán)境之中。木質(zhì)材料裝飾的空間，人們感到舒適和溫馨，不僅提高了人的工作效率、學(xué)習興趣和生活樂趣，更重要的是改善了人們的生活質(zhì)量。木材作為一種與環(huán)境和諧、協(xié)調(diào)的優(yōu)良材料，已被廣泛地應(yīng)用于建筑166表面視覺特性觸覺特性微環(huán)境調(diào)節(jié)功能木材環(huán)境學(xué)特性調(diào)溫調(diào)濕調(diào)節(jié)氣味紋理顏色吸收反射冷暖感粗滑感軟硬感表面視覺特性觸覺特性微環(huán)境調(diào)節(jié)功能木材環(huán)境學(xué)特性調(diào)溫調(diào)濕調(diào)節(jié)167討論：木材是一種既傳統(tǒng)又先進的天然材料。其傳統(tǒng)性如何體現(xiàn)？其先進性如何體現(xiàn)？討論：1686.1表面視覺特性6.1.1木材顏色楓木柚木白源木紫檀櫸木非洲紫檀6.1表面視覺特性楓木柚木白源木紫檀櫸木非洲紫檀169木材顏色具有變化性：不同樹種、同一樹種不同部位等顏色不同?？偟恼f來，以黃色為中心，向兩邊（深色、淺色）成正態(tài)分布。木材顏色的變化會產(chǎn)生不同的感覺：明度高的木材，如白樺等，使人感到明快、華美、整潔、光鮮、亮麗和舒暢；明度低的木材，如紅木，給人以深沉、穩(wěn)重、肅穆、莊重和典雅之感。木材顏色具有變化性：不同樹種、同一樹種不同部位等顏色不同170材色中屬暖色調(diào)的紅、黃、橙黃色能給人以溫暖感藍色綠色赤紫黃綠黃色赤黃色黃赤材色中屬暖色調(diào)的紅、黃、橙黃色能給人以溫暖感藍色綠色赤紫黃綠1716.1.2木材紋理木材具有天然紋理。紋理構(gòu)成：天然生成的圖案，由纖維的取向、生長輪、木射線、軸向薄壁組織等構(gòu)成，且因其各向異性而在不同的切面呈不同圖案。云杉弦切面云杉徑切面云杉橫切面6.1.2木材紋理云杉弦切面云杉徑切面云杉橫切面172香枝木紅酸枝雞翅木蛇紋木香枝木173黑胡桃樹兜櫻桃木樹兜橡木樹兜黑胡桃樹兜櫻桃木樹兜橡木樹兜174木材先刨切成單板，膠合模壓成木方，再刨切（有時需要多次組合刨切），可形成許多獨特的木材紋理，如貓眼紋等。木材先刨切成單板，膠合模壓成木方，再刨切（有時需要多次組合刨175丹樨彩香木丹樨彩香木176癭木是樹木形成樹瘤后的木材，按樹種分為樺木癭、楠木癭、花梨木癭、酸枝術(shù)癭。癭木的紋理曲線錯落，美觀別致，是很好的裝飾材料，在家具上大多用作表面包、鑲的材料。

癭木是樹木形成樹瘤后的木材，按樹種分為樺木癭、楠木癭、花梨木177木材紋理能給人良好感覺，原因有：

①

木材紋理變化中有統(tǒng)一

木紋理是由一些平行但不等間距的線條構(gòu)成，給人以流暢、井然、輕松、自如的感覺，而且木紋圖案又受生長量、年代、氣候、立地條件等因素的影響，木材的生長輪寬度和顏色深淺呈現(xiàn)出漲落起伏的變化形式，這種周期中蘊藏變化的圖案，充分體現(xiàn)了造型規(guī)律中變化與統(tǒng)一的規(guī)律，賦于了木材以華麗、優(yōu)美、自然、親切等視覺心理感覺。

木材紋理能給人良好感覺，原因有：178②生理學(xué)上，木材紋理沿徑向的變化節(jié)律暗合人體生物鐘漲落節(jié)律。②生理學(xué)上，木材紋理沿徑向的變化節(jié)律暗合人體生物鐘漲落節(jié)1796.1.3吸收與反射特性光澤度值6.1.3吸收與反射特性光澤度值180比較不同材料的反射率，白色瓷磚片對光線形成定向反射，反射率高達80%，而人眼感到舒服的光反射率為40~60%。大理石的光反射率為60~70%；白色涂料壁面的光反射為70~80%；白色瓷磚片的光反射率達80%以上，金屬的光反射率更高，但木材的光反射率要低得多，僅為35~50%，符合人體感覺。比較不同材料的反射率，白色瓷磚片對光線形成定向反射，反射率高181木材對波長在330nm以下的紫外光的反射率在10%以下,起到吸收陽光紫外線、減輕紫外線對人體危害的作用。同時，木材對波長在780nm以上的紅外線的反射率能達到50%以上，人對木材產(chǎn)生溫暖感。木材對波長在330nm以下的紫外光的反射率在10%以下,起1826.2微環(huán)境調(diào)節(jié)功能6.2.1調(diào)節(jié)溫度建筑上，為了達到節(jié)能的目的，要求材料具有良好的保溫隔熱性，能給人帶來舒適。保溫是針對冬季室內(nèi)溫度高于外界氣溫的情況，而隔熱則是針對夏季室內(nèi)溫度低于外界氣溫的情況。春夏秋冬每年都要經(jīng)歷，因此建筑既要求保溫，也要求隔熱。雖然兩者在能量傳遞方向有區(qū)別，但是對于材料的調(diào)節(jié)特性的要求一致。6.2微環(huán)境調(diào)節(jié)功能建筑上，為了達到節(jié)能的目的，要183材料的保溫隔熱性與材料的熱阻R以及導(dǎo)熱系數(shù)λ有關(guān)。熱阻越大，說明材料的保溫隔熱性能越好。導(dǎo)熱系數(shù)是材料的一項固有性質(zhì)，表示熱量流過該材料快慢的指標。導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻之間呈反比關(guān)系，導(dǎo)熱系數(shù)越小，說明材料的保溫隔熱性越好。

R=δ（材料厚度）/λ可見，提高建筑材料保溫隔熱性可以選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。材料的保溫隔熱性與材料的熱阻R以及導(dǎo)熱系數(shù)λ有184材料的溫度調(diào)節(jié)作用主要與三個因素相關(guān)：①材料的導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)越大，說明熱量在該種材料中傳導(dǎo)的速率越快；②材料的容積比熱，即比熱與密度的乘積，容積比熱越大，說明材料的儲熱能力越強；③材料的厚度，厚度太薄的話，無論哪種材料，其溫度調(diào)節(jié)作用都不會明顯。材料的溫度調(diào)節(jié)作用主要與三個因素相關(guān)：185幾種材料的熱學(xué)性質(zhì)比較

試材密度導(dǎo)熱系數(shù)比熱容熱滲透系數(shù)實木杉木0.3100.1492.5110.8纖維板0.5900.1722.5116無機質(zhì)材料瓷磚2.1400.9980.9244.3混凝土2.5000.6500.9238.7幾種材料的熱學(xué)性質(zhì)比較

試材密度導(dǎo)熱系數(shù)比熱容熱滲透實木杉木186提高建筑的保溫隔熱性方法：①選用導(dǎo)熱系數(shù)小的材料通常把導(dǎo)熱系數(shù)低于0.2的材料稱為保溫隔熱材料。所以，木材和木質(zhì)材料也屬于保溫隔熱材料。②增加材料的厚度結(jié)構(gòu)的高溫隔熱性與其厚度成正比。因此，在我國的北方地區(qū)，由于天氣寒冷，所用的墻體厚度比南方地區(qū)的厚得多。一般，如黑龍江省住宅得墻體厚度為49cm，北京傳統(tǒng)建筑為37cm，而南方有的地區(qū)只需要24cm或更薄。提高建筑的保溫隔熱性方法：187厚度與室溫變化的關(guān)系刨花板福建柏柳杉紅磚巖棉混凝土玻璃棉墻體厚度（m)室溫變動比厚度與室溫變化的關(guān)系刨花板福建柏柳杉紅磚巖棉混凝土玻璃棉墻體188討論：就溫度而言，木建筑房子有何特點?是冷還是熱?討論：189為比較不同墻體材料在實際住宅中的應(yīng)用效果，對兩棟不同墻體住宅內(nèi)的室溫進行了測定。測試點為房間的中心處離地面高度90cm。

1#2#為比較不同墻體材料在實際住宅中的應(yīng)用效果，對兩棟不同190夏天室溫變化：木質(zhì)板墻住宅的室溫日變化比隔熱墻體住宅緩和，在白天它的室溫會比較低。以7月28日為例，木質(zhì)板墻住宅的最高室溫要低2.4℃左右，其它日期也都會低1~2℃。冬天室溫變化：同樣是木質(zhì)板墻住宅的室溫日變化比隔熱墻住宅的緩和，木質(zhì)板墻住宅在夜間其室溫較高。以12月1日為例，木質(zhì)板墻住宅和隔熱墻住宅的溫度分別為10.3℃和6.3℃，其它日期時也基本上木質(zhì)板墻住宅要高3至4℃?？梢姡举|(zhì)板墻住宅和隔熱墻住宅相比具有顯著的溫度調(diào)節(jié)作用。

夏天室溫變化：木質(zhì)板墻住宅的室溫日變化比隔熱墻體住宅緩和，在191環(huán)境濕度與人的舒適度、健康等有密切關(guān)系。環(huán)境濕度與人的舒適度、健康等有密切關(guān)系。192環(huán)境濕度和人的舒適性有關(guān)，但在不同的自然氣候條件下，濕度在很大范圍內(nèi)變動，過高或過低的相對溫度都不能創(chuàng)造一個舒適的室內(nèi)環(huán)境。大量的研究證明，人類居住環(huán)境的相對濕度保持45%~60%為適宜，其中相對濕度保持60%左右較為適宜。適宜的濕度既可使人體有舒適感，也可令空氣中浮游細菌的生存時間縮短。環(huán)境濕度和人的舒適性有關(guān)，但在不同的自然氣候條件下，濕度在很193濕度與一些浮游菌類的生存時間有關(guān)，菌類在相對濕度為50％左右的條件下，幾分鐘內(nèi)會有一大半死亡，但在高濕度及低濕度時，可生存2h以上。為了防止細菌感染，相對濕度應(yīng)調(diào)節(jié)到50%~60%。濕度與一些浮游菌類的生存時間有關(guān)，菌類在相對濕度為50％左右194從流行性感冒病毒的生存率與濕度的關(guān)系來看，空氣的溫、濕度低時，流行性感冒病毒生存率高，則引起流行性感冒盛行。如溫度在10℃，相對濕度為25%~35%時，其流行性感冒病毒生存率最高，達60％。如果濕度增高到50%時，其病毒的生存率則減少到30%。從流行性感冒病毒的生存率與濕度的關(guān)系來看，空氣的溫、濕度低時195環(huán)境的濕度主要和氣候有關(guān)，但也有環(huán)境中的材料有密切關(guān)系?？赏ㄟ^采用具有濕度調(diào)節(jié)功能的材料來裝飾室內(nèi)環(huán)境，保持相對而言舒適的環(huán)境濕度。什么材料具有這種特性？環(huán)境的濕度主要和氣候有關(guān)，但也有環(huán)境中的材料有密切關(guān)系?？赏?96木材具有吸濕和解吸特性，木材在一定的溫度和相對濕度條件下放置足夠長的時間后能達到一個穩(wěn)定的含水率狀態(tài)，即平衡含水率。當環(huán)境的溫度和相對濕度發(fā)生變化時，木材的含水率也會發(fā)生變化。在這個過程中，木材可以從大氣中吸收水分，也可以向大氣釋放水分，從而達到一個新的平衡含水率。

木材具有吸濕和解吸特性，木材在一定的溫度和相對濕度條件下放197木材通過其自身的吸放濕特性從而對環(huán)境的濕度進行調(diào)節(jié)的功能就被稱為木材的調(diào)濕作用。

當外界環(huán)境濕度大時，木材吸收外界水分，使環(huán)境濕度降低；當外界環(huán)境濕度小時，木材向外放出水分，使環(huán)境濕度升高。討論：木材具有吸放濕的機理、原因？木材通過其自身的吸放濕特性從而對環(huán)境的濕度進行調(diào)節(jié)的功能就被198年濕度變化年溫度變化年濕度變化年溫度變化199

溫度、相對濕度、絕對濕度的對應(yīng)關(guān)系溫度、相對濕度、絕對濕度的對應(yīng)關(guān)系200屋內(nèi)空氣始終保持100﹪相對濕度，當溫度從19℃下降到14℃時，假設(shè)屋內(nèi)空氣的干重1㎏，則會有多少水分會結(jié)露析出？解答：19℃，100﹪→h0＝14g/㎏14℃，100﹪→h0’＝10g/㎏⊿h0=4g/kg

會有4g水分結(jié)露析出。屋內(nèi)空氣始終保持100﹪相對濕度，當溫度從19℃下降到1201屋內(nèi)空氣原有的相對濕度為20﹪，溫度為29℃，為了提高屋內(nèi)的相對濕度至50﹪，可以采取怎么樣的措施？解答：A.加濕→加濕器

20﹪，29℃→h＝5g/kg50﹪，29℃→h＝12g/kg

需加濕70g/kg。B.降溫→空調(diào)（順斜線方向）

20﹪→50﹪29℃→16℃

單純降溫的話需降至16℃。屋內(nèi)空氣原有的相對濕度為20﹪，溫度為29℃，為了提高屋內(nèi)的202不同厚度的試材平均含水率隨著時間、天氣變化曲線

不同厚度的試材平均含水率隨著時間、天氣變化曲線203溫濕度變化的周期有效的木材厚度1日3mm3日5.2mm10日9.5mm1個月16.4mm1年57.3mm木材調(diào)濕的有效厚度

溫濕度變化的周期有效的木材厚度1日3mm3日5.2mm1204室內(nèi)裝飾材料所用木材的量不同時室內(nèi)相對濕度的變化（左圖：木材量較少；右圖：木材量較多）

當外界相對濕度在0～80％的大范圍內(nèi)變動時，室內(nèi)的相對濕度變化幅度分別降至40％(左)和18％(右)。室內(nèi)裝飾材料所用木材的量不同時室內(nèi)相對濕度的變化當外界相對濕2056.2.3調(diào)節(jié)氣味木材氣味：大部分木材不具氣味，僅有部分木材具有特殊氣味。具有香味的木材：檀香木、杉木、香樟、香椿、柏木、楠木、沉香木；具有辛辣氣味：肉桂；具有苦味：黃連木；去臭作用：日本羅漢松的材油對氨的除臭率達90%以上，扁柏的材油對亞硫酸氣有100%除臭作用；人造板會釋放甲醛等有害物質(zhì)，有異味。6.2.3調(diào)節(jié)氣味206有些木材具有防蟲功能，我國有用樟木、檀木制作衣箱、衣柜和書架等的習慣，就是利用二者的氣味具有殺菌防蟲的特點。有些木材具有防蟲功能，我國有用樟木、檀木制作衣箱207日本研究表明，某些木質(zhì)材料具有使螨蟲數(shù)量減少的作用。曾在苦惱于螨蟲的人家里，將地板全部換成實木地板。與改裝前相比，改裝后螨蟲數(shù)量急劇減少。改裝后一年跟蹤調(diào)查中也是同樣的結(jié)果。日本柳杉、美洲松、扁柏、紅雪松等具有抑制螨蟲繁殖的作用。用這些木材的香精油飼養(yǎng)螨蟲，螨蟲會死亡。說明這些木材的