木材材质变异与木材缺陷概述

1、第七章 木材变异性与木材缺陷,本章主要内容： 7.1 木材材性变异概况 7.2 幼龄材与成熟材 7.3 生长速度对材性的影响 7.4 木材缺陷概述 7.5 木材主要缺陷名称、检量方法及对材质的影响,7.1 木材材性变异概况,细胞尺寸的变异： 针叶材管胞和阔叶材木纤维长度，早材部分最小，并向晚材部分增长达到最大,7.1.1单株树木内木材性质的变异,1.一个生长轮内的材性变异,1.一个生长轮内的材性变异,导管分子长度的变化有两种形式： 环孔材的导管分子长度：从早材到晚材变化曲线近似抛物线。导管分子直径较早材小得多 散孔材的导管分子长度：从早材到晚材略有增加，变化不大,1.一个生长轮内的材性变异,2

2、) 木材密度的变异： 密度在生长轮内的变化趋势与木材细胞长度的变化相似，早材开始处木材密度最小；向着晚材方向，木材密度逐渐增加，至晚材末端密度最大。 (3)木材力学性质的变异： 木材力学性质与木材密度和细胞长度具有相似的变化模式。从早材起到横过生长轮而增加，到早、晚材过渡区急剧上升，晚材处最大,2. 树干半径方向的材性变异,1)细胞长度的径向变异：从随心向外侧移动，管胞长度呈急剧增长的趋势。下图为：不同树龄马占相思木纤维长度变异曲线,2. 树干半径方向的材性变异,2)细胞直径的径向变异：针叶树材管胞直径从髓到树皮逐步增加，但阔叶树材木纤维直径则变小。下图为：不同树龄马占相思木纤维直径变异曲线,

3、2. 树干半径方向的材性变异,细胞双壁厚的径向变异：针叶树材管胞直径从髓到树皮逐步有所增加。但阔叶树材木纤维双壁厚则变化不大。下图为：不同树龄马占相思木纤维直径变异曲线,2. 树干半径方向的材性变异,4)细胞长宽比的径向变异：管胞的长宽比的径向变异模式与管胞长度相似。下图为：不同树龄马占相思木纤维长宽比的变异曲线,2. 树干半径方向的材性变异,5)细胞壁腔比的径向变异：管胞壁腔比的径向变异模式与管胞双壁厚相似。下图为：不同树龄马占相思木纤维壁腔比的变异曲线,2. 树干半径方向的材性变异,6)纤丝角径向变异：细胞壁纤丝角的是从髓心向树皮开始逐渐减小，到达一定年轮后，趋于稳定。下图为：10年生马占

4、相思木纤维纤丝角的径向变异曲线,2. 树干半径方向的材性变异,5)木材密度的变异：木材密度的径向变异有三种模式：第一，密度平均值从髓心到树皮增加，呈连续直线或曲线的变化。第二，密度平均值从髓心向外逐步降低，然后又升高，直到树皮为止，靠树皮木材密度比髓心的密度高或低。第三，靠髓心的木材密度平均值高于近树皮的木材密度平均值，向外呈直线或曲线下降,2. 树干半径方向的材性变异,6)化学成分：从髓心到树皮，纤维素含量增大的方式类似管胞长度。而木质素、半纤维素含量从髓心到树皮一般下降,2. 树干半径方向的材性变异,7)力学强度：由髓心向外，木材力学强度逐渐增大，至第1213轮后木材强度增加明显变缓，之后

5、相对稳定和波动，这种规律对木材顺纹抗压、抗弯强度、抗拉强度和抗弯弹性模量等力学性状特别明显,3. 沿树干方向木材材性变异,1)心材率和生长轮宽度纵向变异： 由树干基部向上，心材率和生长轮宽度随树干高度升高而减少,3. 沿树干方向木材材性变异,2)木材密度：针叶树主干下方较外围部分木材密度最大。自树皮向内及由树干基部向上，密度递减，树干中心部分密度最小，树干外部基底木材密度最大，树冠及其较低的树干中央，具有较高的密度值，这是因为树节较多所致,3. 沿树干方向木材材性变异,3)干缩性质与力学性能：木材冲击韧性、硬度、顺纹抗拉强度、抗弯强度、抗弯弹性模量及顺纹抗压强度等指标，随着树干高度的增加而有所

6、减小，干缩系数随着高度的增加逐渐增大。原因是树干上方近树冠区的梢头部位，幼龄材比例高，所以木材力学强度就低，而干缩率会升高,7.1.2 树木株间材性材质的变异,1.遗传因子 引起的变异：林木立地条件相同时，引起株间变异的原因便是遗传差异造成的。 2.地理分布与气候引起的变异：马尾松木材密度 和管胞长度在种源间、试验点间有显著或极显著差异，并有极显著的种源地点效应，来自不同地区种源的木材密度,具有从西南往东北增大的地理变异趋势,3. 立地条件对木材材性的影变异:表现在立地指数大的林分，树木生长率和木材纤维宽度大，但纤维长度、纤维长宽比、木材基本密度、顺纹抗压强度和抗弯弹性模量小。立地指数相差两级

7、的年轮宽度、纤维宽度、纤维长度和微纤维丝角的差异显著或非常显著,7.2 幼龄材与成熟材,1 幼龄材与成熟材的概念：幼龄材是在树干的髓心周围呈近于圆柱状的木材，是树木生长发育早期形成层原始细胞还没有完全成熟时形成的木材。这种圆柱体从树干基部一直延伸到梢部，因此梢部木材主要是由幼龄材构成，而同一树木基部木材则包含有更多的具有较高比重值的成熟材,2. 幼龄材与成熟材材性的差异,1)细胞形态：幼龄材管胞或纤维较短，胞壁比较薄，胞腔大，S2层纤丝角较大 。 (2)木材物理力学性质：幼龄材的纵向收缩远大于成熟材，板材干燥时不稳定。生长轮宽，晚材率低，木材密度低。 (3)木材化学性质：幼龄材纤维素含量低，半

8、纤维素和木素含量较高、纤维素的结晶度低；其冷水抽提物、热水抽提物、1NaOH抽提物、单宁、树脂成分含量高,7.3 长速度对材性的影响,1.针叶树生长速度对木材材性的影响 : 一般来说，针叶树材成熟材阶段，年轮内晚材宽度相对来说比较固定，生长速度快，年轮增宽的主要早材部分增加，如果晚材宽度没按比例增加，晚材率降低，木材密度减小，材质会有所降低。如晚材按比例增加，晚材率不变，强度变化很小,2.阔叶树生长速度对木材材性的影响: 阔叶树种生长与材性的关系非常复杂，其模式与针叶树的常规结论正好相反。生长快的树木与生长慢的树木相比，比重更高，尤其某些环孔材树种，如榉属和栎属等。环孔树种中，早材部分比较固定

9、，生长快了增加的是晚材部分，增加了晚材率，提高了木材密度，木材强度增大。 而阔叶散孔材，每个年轮内形成的导管数与年轮的宽度紧密相关，生长快慢对木材比重的直接影响不大,7.4 木材缺陷,Brown(1949)认为：木材缺陷是降低木材商品价值的非正常和不规则部分。它们能减低木材强度，影响加工和装饰质量或外观。 Panshin(1980)认为：木材缺陷指的是，对木材适合某一特殊用途的质量缺损或偏离。 我国木材标准GB/T15787-2006原木检验术语的定义是：凡呈现在原木上能降低质量、影响使用的各种缺点，称为木材缺陷,7.4.1 木材缺陷概念,7.4.2 木材缺陷分类,1.按GB/T1552006

10、原木缺陷规定分：节子、裂纹、干形缺陷、木材结构缺陷、由真菌造成的缺陷、伤害共分六大类。 2.按GB/T48231995锯材缺陷规定分：节子、变色、腐朽、蛀孔、裂纹、木材构造缺陷、损伤、加工缺陷、变形共分九大类,7.4.3 木材缺陷成形原因,1 生理原因：即树木在生长过程中产生的缺陷，此类缺陷只可适量控制，不可完全避免，如节子、树干形状缺陷、木材构造缺陷等,7.4.3 木材缺陷成形原因,2 病理原因：在生长过程中或伐倒后受到生物因子如菌类、虫类等危害而形成的缺陷，是后天性的，保护措施适当则可减缓甚至避免发生，如变色、腐朽、虫眼、裂纹、伤疤等,7.4.3 木材缺陷成形原因,3.人为原因： 由生产、

11、加工技术不良或经营管理不善而造成的缺陷，这类缺陷也是后天性的，可减轻或避免，如机械损伤、加工缺陷等,7.5 木材的主要缺陷,木材主要缺陷包括： 节子、腐朽、虫眼、 裂纹、弯曲、偏枯、 外夹皮,7.5.1 节子,1.定义：埋在 树干内部的活枝条或枯死枝条的基部称为节子,2.节子的种类,1)活节： 节子与周围木材紧密连生，质地坚硬，构造正常,2.节子的种类,2)死节：节子与周围木材大部分或全部脱离，在板材中有时脱落形成空洞的节子,2.节子的种类,3)漏节：节子本身腐朽并已深入树干内部的腐朽,3.节子对材质及加工利用的影响,1）节子破坏了木材结构的均匀性及完整性，使木材某些强度如顺纹抗拉、抗弯强度降

12、低，不利于木材的有效利用,3.节子对材质及加工利用的影响,2）活节与死的健全节给加工造成困难，如使木材纹理紊乱，增大刀具的切削阻力，制浆造纸时节子难熬煮，减慢纤维的分离过程，混脏木浆，影响纸张颜色等,4.节子尺寸检量,原木中节子是检量与纵轴相平行的两条节周切线之间的距离，量至mm。条状节和掌状节检量节子横向的最大宽度(即垂直于节子纵向的最大宽度,5.节径率计算,最大节子尺寸与检尺径（或所在材面检尺宽）相比，以百分率计,6.节子个数统计,可在规定范围内查定，或按节子最多1m中的个数统计,7.5.2 腐朽,1 . 概念 : 木材受木腐菌侵蚀后，不但颜色发生改变，而且其物理、力学性质也发生改变，最后

13、木材结构变得松软、易碎，呈筛孔状或粉末状等形态，这种现象称为腐朽,2. 腐朽对材质的影响,腐朽严重地影响木材的物理、力学性质，使木材重量减轻，吸水性增大，强度和硬度降低。通常在褐腐后期，木材的强度基本丧失,3. 腐朽的检量,1）边材腐朽的检量: 通过腐朽部位按径向量得的边腐最大厚度与检尺径相比，以百分率计；量至mm,3. 腐朽的检量,2）心材腐朽的检量： 以腐朽直径(如不规则，可取其平均直径或调整成圆形)与检尺径相比，或腐朽面积与检尺径断面面积相比，以百分率计,7.5.4 蛀孔,1.概念 ：昆虫或海生钻孔动物蛀蚀木材形成的孔道叫蛀孔,2 蛀孔对材质的影响,深度自10mm以上的大虫眼和深而密集的

14、小虫眼以及蜂窝状的孔洞，破坏了木材的完整性，并使木材强度和耐久性降低，是引起木材变色和腐朽的主要通道,4. 虫眼的检量,检量虫孔的最小直径和垂直深度，均以毫米计。深度足10mm以上、最小直径自3mm以上(深度大虫眼)的虫眼，按检尺长范围内虫眼最多1m中的个数或全材长中的个数计算,5. 蜂窝状孔洞的检量,深度自10mm以上的蜂窝状孔洞，按是否允许存在或按腐朽计算,7.5.4 裂纹,1.定义: 木材纤维与纤维之间分离所形成的裂隙，叫开裂或裂纹,2. 裂纹对材质的影响,裂纹，尤其是贯通裂纹破坏了木材的完整性，降低了木材的强度，影响木材的利用和装饰价值,3. 裂纹的检量,1）纵裂的检量 检量整根纵裂长

15、度与检尺长相比。 （2）轮裂的检量 检量断面最大一处的轮裂。其中，弧裂按裂圆的弦或拱高加以检量，环裂按裂圆的直径或半径加以检量，以厘米计或占检尺径的百分比计算。 （3）炸裂的检量 按纵裂评等后，再予以降等处理,7.5.5 树干形状缺陷,1.定义: 树木在生长过程中受到环境条件的影响，使树干出现不正常或不规则的形状称为树干形状缺陷，这类缺陷主要有弯曲、尖削，大兜、凹兜和树瘤等,2. 弯曲对材质的影响,弯曲降低了木材的强度，影响木材的出材率。尤其是多向弯曲，无论是对木材强度还是对木材出材率的影响，较单向弯曲都要大,3. 弯曲的检量,检量最大弯曲拱高与内曲水平长相比，或与检尺径相比以百分率计,7.5

16、.6 木材构造缺陷,1.定义:凡是树干由于不正常构造所形成的各种缺陷，称为木材构造缺陷，主要包括扭转纹、应压木、应拉木、髓心、双心、树脂囊、伪心材、内含边材等,7.5.7 伤疤,1.定义: 伤疤也称损伤，是指受机械、火烧、鸟害和兽害等所形成的伤痕，主要包括机械损伤、烧伤、鸟害和兽害、夹皮、偏枯、树包、风折木和树脂漏等,2. 伤疤的种类,机械损伤 是指在采脂或采伐、造材、运输等过程中，木材因各种工具或机械所造成的损伤,2. 伤疤的种类,夹皮 ：树木受伤后继续生长，树皮将受伤部分全部或局部包人树干中所形成的。分外夹皮和内夹皮,2. 伤疤的种类,偏枯：树木在生长过程中，因树干局部受伤，引起表层木质枯死裸露的现象称