木材物理性质

1、第第5章章 木材的物理性质木材的物理性质o本章难点与重点本章难点与重点:o木材中的吸着水、纤维饱和点、吸着滞后现象和平衡含木材中的吸着水、纤维饱和点、吸着滞后现象和平衡含水率概念及其在生产上的指导意义；水率概念及其在生产上的指导意义；o木材干缩湿胀发生规律、原因、对木材利用的影响及其木材干缩湿胀发生规律、原因、对木材利用的影响及其有效控制途径有效控制途径o木材密度种类及其意义木材密度种类及其意义o木材声学、电学性质木材声学、电学性质o木材的视觉、调温调湿等环境学特性木材的视觉、调温调湿等环境学特性第第5章章 木材的物理性质木材的物理性质目录目录5.6木材的声学性质木材的声学性质5.5木材的电学

2、性质木材的电学性质5.4木材的热学性质木材的热学性质5.3木材的密度木材的密度5.2木材的干缩与湿胀木材的干缩与湿胀5.1木材中的水分木材中的水分5.7木材的环境学特性及其对人类居住的影响木材的环境学特性及其对人类居住的影响5.1 木材中的水分木材中的水分o本节重点与难点：木材纤维饱和点和木材的本节重点与难点：木材纤维饱和点和木材的吸湿性吸湿性o重点掌握：木材中的吸着水、纤维饱和点、重点掌握：木材中的吸着水、纤维饱和点、吸湿滞后现象和平衡含水率慨念及其生产上吸湿滞后现象和平衡含水率慨念及其生产上指导意义指导意义 。5.1.1木材含水率及其测定木材含水率及其测定5.1.2木材的纤维饱和点木材的纤

3、维饱和点5.1.3木材的吸湿性木材的吸湿性5.1.4木材中水分的移动木材中水分的移动5.1.5木材的吸水性木材的吸水性5.1 木材中的水分木材中的水分目录目录5.1.6木材透水性木材透水性5.1.1 木材含水率及其测定木材含水率及其测定o5.1.1.1 木材中水分存在的状态木材中水分存在的状态 o自由水自由水 指以游离态存在于木材细胞的胞腔、细胞间隙指以游离态存在于木材细胞的胞腔、细胞间隙和纹孔腔这类大毛细管中的水分，包括液态水和细胞腔和纹孔腔这类大毛细管中的水分，包括液态水和细胞腔内水蒸汽两部分。内水蒸汽两部分。影响到木材重量、燃烧性、渗透性和影响到木材重量、燃烧性、渗透性和耐久性，对木材体

4、积稳定性、力学、电学等性质无影响。耐久性，对木材体积稳定性、力学、电学等性质无影响。 o吸着水吸着水 是指以吸附状态存在于细胞壁中微毛细管的水，是指以吸附状态存在于细胞壁中微毛细管的水，即细胞壁微纤丝之间的水分。即细胞壁微纤丝之间的水分。吸着水多少对木材物理力吸着水多少对木材物理力学性质和木材加工利用有着重要的影响。学性质和木材加工利用有着重要的影响。 o化合水化合水 是指与木材细胞壁物质组成呈牢固的化学结合是指与木材细胞壁物质组成呈牢固的化学结合状态的水。状态的水。这部分水分含量极少，而且相对稳定，是木这部分水分含量极少，而且相对稳定，是木材的组成成份之一。材的组成成份之一。 5.1.1 木

5、材含水率及其测定木材含水率及其测定o5.1.1.2 木材含水率种类与测定方法木材含水率种类与测定方法o1）木材含水率定义）木材含水率定义o绝对含水率绝对含水率 o相对含水率相对含水率%10000GGGWW绝%1000WWGGGW相W 绝绝 绝对含水率，绝对含水率，%;W相相 相对含水率，相对含水率，%；G0 全干木材的重量，全干木材的重量，g;Gw 测定时木材重量，测定时木材重量，go2）木材含水率的测定方法o干燥法干燥法 是将欲测含水率的木材称其初重（是将欲测含水率的木材称其初重（Gw）后放入烘箱，先）后放入烘箱，先在在60低温下烘干低温下烘干2小时，之后将温度调至小时，之后将温度调至103

6、2，连续烘干，连续烘干810h后至重量（后至重量（G0）不变）不变 o蒸馏法蒸馏法23mm厚度的碎木置于三厚度的碎木置于三角瓶中，加热蒸馏；水蒸汽角瓶中，加热蒸馏；水蒸汽与二甲苯蒸汽进入冷却器，与二甲苯蒸汽进入冷却器，经冷凝的液体即流入受器中，经冷凝的液体即流入受器中，水分重沉至下部，多余的二水分重沉至下部，多余的二甲苯则沿侧管返回瓶中甲苯则沿侧管返回瓶中. 蒸馏法测定木材含水率蒸馏法测定木材含水率 5.1.1 木材含水率及其测定木材含水率及其测定5.1.1 木材含水率及其测定木材含水率及其测定o电测法电测法 电测法是利用木材电学性质如电阻率、介电常电测法是利用木材电学性质如电阻率、介电常数和

7、损耗因素等与木材含水率的关系设计出一种测湿仪。数和损耗因素等与木材含水率的关系设计出一种测湿仪。 电阻式电阻式交流介电式交流介电式 根据木材的直流电阻率随木材含水根据木材的直流电阻率随木材含水率变化的原理，测量范围：率变化的原理，测量范围：728%根据木材的介电常数、损失角正切根据木材的介电常数、损失角正切值随木材含水率的增加而增加原理，值随木材含水率的增加而增加原理，测量范围：可由绝干材至饱和含水测量范围：可由绝干材至饱和含水率。但由于制造上的困难，实际上率。但由于制造上的困难，实际上测湿范围是有所限制。测湿范围是有所限制。 木材含水木材含水率测定仪率测定仪感应式水分测定仪感应式水分测定仪测

8、量原理测量原理:电磁波感应木材水电磁波感应木材水分分,不损坏木材不损坏木材,测量精度高测量精度高,测量范围测量范围:050%插入式木材测湿仪插入式木材测湿仪测量原理测量原理:电阻式测量木电阻式测量木材水分材水分木材测湿仪木材测湿仪o5.1.1.3 木材含水率的变化与分类木材含水率的变化与分类 o1）木材含水率的变化）木材含水率的变化 o树种间差异：树种间差异：不同树种，含水率不同不同树种，含水率不同o株内差异，株内差异，心材小于边材；心材小于边材；如云南松边材含水率为如云南松边材含水率为106%，而心材含水率为，而心材含水率为55%；枫香的边材含水率；枫香的边材含水率为为137%，而心材含水率

9、为，而心材含水率为79%。5.1.1 木材含水率及其测定木材含水率及其测定o2）不同含水量状态下木材的分类）不同含水量状态下木材的分类5.1.1 木材含水率及其测定木材含水率及其测定自由水自由水结合水结合水细胞壁细胞壁细胞腔细胞腔纤维饱和点纤维饱和点2333%湿材状态湿材状态100%生材状态生材状态50%气干状态气干状态1018%绝干状态绝干状态05.1.2 木材的纤维饱和点木材的纤维饱和点o5.1.2.1 纤维饱和点定义及其意义纤维饱和点定义及其意义o纤维饱和点纤维饱和点指指木材细胞壁吸着水处于饱和状态木材细胞壁吸着水处于饱和状态而而细胞腔细胞腔无自由水时无自由水时称为木材纤维饱和点，此时的

10、含水率为纤维称为木材纤维饱和点，此时的含水率为纤维饱和点含水率。饱和点含水率。纤维饱和点含水率平均约为纤维饱和点含水率平均约为30%。o纤维饱和点是木材多种材性的转折点纤维饱和点是木材多种材性的转折点 就大多数木材力就大多数木材力学性质而言，如含水率在纤维饱和点以上，其强度不因学性质而言，如含水率在纤维饱和点以上，其强度不因含水率的变化而有所增减。当木材干燥含水率减低至纤含水率的变化而有所增减。当木材干燥含水率减低至纤维饱和点以下时，其强度随含水率之减低而增加维饱和点以下时，其强度随含水率之减低而增加 ，如图所示返回返回5.1.3 木材的吸湿性木材的吸湿性o5.1.3.1 木材吸湿性及其产生原

11、因木材吸湿性及其产生原因o木材细胞壁结构特点木材细胞壁结构特点:如图所示如图所示o木材的吸湿性是指木材从空气中吸收水分或向空气中蒸木材的吸湿性是指木材从空气中吸收水分或向空气中蒸发水分的性质。发水分的性质。o木材吸湿性产生的条件木材吸湿性产生的条件:空气中的水蒸汽压力与木材表空气中的水蒸汽压力与木材表面水蒸汽压力不相等面水蒸汽压力不相等o木材发生吸湿内因木材发生吸湿内因:纤维素和半纤维素等化学结构中有纤维素和半纤维素等化学结构中有许多自由羟基许多自由羟基(一一OH) o木材吸湿的空间位置木材吸湿的空间位置:细胞壁中无定形区域细胞壁中无定形区域木材管胞细胞壁微细结构木材管胞细胞壁微细结构 细胞壁

12、内微纤丝组成细胞壁内微纤丝组成微纤丝由纤维素分子链组成，微纤丝由纤维素分子链组成，分为结晶区与无定形区分为结晶区与无定形区自由羟基的由来自由羟基的由来?木材细胞壁结构木材细胞壁结构返回5.1.3 木材的吸湿性木材的吸湿性o木材细胞壁中的吸着水状态木材细胞壁中的吸着水状态木材细胞壁中的初级和次级吸着水木材细胞壁中的初级和次级吸着水o讨论讨论:自由水与吸着水的性质是否相同，为自由水与吸着水的性质是否相同，为什么？什么？o5.1.3.2 木材吸湿滞后现象木材吸湿滞后现象o吸湿吸湿:当空气中的水蒸气压力大于木材表面水蒸气压力时，当空气中的水蒸气压力大于木材表面水蒸气压力时，木材从空气中吸收水分木材从空

13、气中吸收水分的现象。的现象。o解吸解吸:空气的蒸气压力小于木材表面的水蒸气压力时，空气的蒸气压力小于木材表面的水蒸气压力时，木木材中水分向空气中蒸发材中水分向空气中蒸发的现象。的现象。o吸湿滞后吸湿滞后:在相同的大气温度和相对湿度条件下，干燥木在相同的大气温度和相对湿度条件下，干燥木材的材的吸湿过程吸湿过程所能达到的最大含水量总是低于潮湿木材所能达到的最大含水量总是低于潮湿木材解解吸过程吸过程所能达到的最小含水量，这种所能达到的最小含水量，这种解吸稳定含水率大于解吸稳定含水率大于吸湿稳定含水率吸湿稳定含水率现象称为木材吸湿滞后现象称为木材吸湿滞后 。5.1.3 木材的吸湿性木材的吸湿性5.1.

14、3 木材的吸湿性木材的吸湿性吸湿滞后吸湿滞后=W解吸解吸-W吸湿，吸湿，范围为范围为1%5%，平均为：，平均为：2.5%吸湿滞后在木材干燥中具有重要应用：干燥木材最终含水率为：吸湿滞后在木材干燥中具有重要应用：干燥木材最终含水率为： %5 . 2平衡终WW木材吸湿与解吸曲线关系木材吸湿与解吸曲线关系o5.1.3.3 木材平衡含水率木材平衡含水率 o木材平衡含水率木材平衡含水率 薄小木料在一定空气状态下最后达到薄小木料在一定空气状态下最后达到的吸湿或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。的吸湿或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。5.1.3 木材的吸湿性木材的吸湿性木材平衡含水率图木材平衡含水率图5.1.3

15、木材的吸湿性木材的吸湿性o木材平衡含水率测定方法：木材平衡含水率测定方法：气干材或生材，置于气干材或生材，置于室内通风良好之处，直至与空气湿度平衡，含水率不再室内通风良好之处，直至与空气湿度平衡，含水率不再变化，测定此的木材含水率。变化，测定此的木材含水率。o讨论：为什么常用气干材或生材测定木材平衡含水率？讨论：为什么常用气干材或生材测定木材平衡含水率？能否用绝干材，为什么？能否用绝干材，为什么？o木材平衡含水率是一个动态值：木材平衡含水率是一个动态值：与环境的温、湿度条件、与环境的温、湿度条件、木材尺寸等有关，地区间存在差异。木材尺寸等有关，地区间存在差异。 o讨论：木材平衡含水率在木材加工

16、中的应用讨论：木材平衡含水率在木材加工中的应用5.1.4 木材中水分的移动木材中水分的移动o木材水分移动的主要通道与机理木材水分移动的主要通道与机理o木材细胞中的主要空隙木材细胞中的主要空隙:o含水率高于纤维饱和点时含水率高于纤维饱和点时: 毛细管张力差引起的液态水毛细管张力差引起的液态水沿着细胞腔与纹孔的移动。沿着细胞腔与纹孔的移动。o在纤维饱和点以下在纤维饱和点以下:o在水蒸汽梯度压力的作用下，水蒸汽沿着细胞腔并通在水蒸汽梯度压力的作用下，水蒸汽沿着细胞腔并通过纹孔及纹孔膜上小孔，由内向外扩散。过纹孔及纹孔膜上小孔，由内向外扩散。o在毛细管力作用下，吸着水沿着细胞壁内微内细管系在毛细管力作

17、用下，吸着水沿着细胞壁内微内细管系统的移动。统的移动。o两种路径相互交替移动。两种路径相互交替移动。5.1.5 木材的吸水性木材的吸水性o木材浸于水中吸收水分的能力，称为木材的木材浸于水中吸收水分的能力，称为木材的吸水性。吸水性。 o木材吸水性的影响因素：树种、时间木材吸水性的影响因素：树种、时间 o木材吸水性的测定：木材吸水性的测定： 202020mm试样试样干燥后放入盛有蒸馏水的容器内，至重量不再干燥后放入盛有蒸馏水的容器内，至重量不再变化时的含水率。变化时的含水率。 5.1.6 木材透水性木材透水性o液体或水借其本身的吸力或外界的压力渗入木液体或水借其本身的吸力或外界的压力渗入木材内部的

18、能力称为木材的透水性。材内部的能力称为木材的透水性。o透水性与木材加工的关系：透水性与木材加工的关系：透水性与木材防腐、注入阻透水性与木材防腐、注入阻燃剂、油漆、着色、涂胶、树脂的浸出等关系密切。木燃剂、油漆、着色、涂胶、树脂的浸出等关系密切。木材透水性大，有利于木材防腐、油漆、着色、涂胶、树材透水性大，有利于木材防腐、油漆、着色、涂胶、树脂的浸出等。而对于木制水管、水桶和船舶用材等应用脂的浸出等。而对于木制水管、水桶和船舶用材等应用其不利的条件，水桶用材应选用渗透小的木材。其不利的条件，水桶用材应选用渗透小的木材。如酿造如酿造葡萄酒的酒桶选用侵填体含量较多的麻栎等木材。葡萄酒的酒桶选用侵填体

19、含量较多的麻栎等木材。 o水分或液体透水性影响因素：水分或液体透水性影响因素：液体性质、温度、液体性质、温度、树种（内含物与具侵填体等）树种（内含物与具侵填体等） 、心材、边材、心材、边材、纹理方向等而异。纹理方向等而异。o讨论：心材与边材的渗透性比较，哪一种渗讨论：心材与边材的渗透性比较，哪一种渗透性好，为什么？透性好，为什么？4.2 木材的干缩与湿胀木材的干缩与湿胀4.2.1 木材干缩与湿胀木材干缩与湿胀 4.2.2 木材干缩与湿胀各向差异的原因木材干缩与湿胀各向差异的原因 4.2.3 木材干缩的评价指标与测定方法木材干缩的评价指标与测定方法 4.2.4 木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影

20、响木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影响 4.2.4 减少木材干缩、湿胀的方法减少木材干缩、湿胀的方法 4.2.1 木材干缩与湿胀木材干缩与湿胀o4.2.1.1 木材干缩和湿胀现象木材干缩和湿胀现象o（1）木材干缩和湿胀）木材干缩和湿胀 o湿材因干燥而缩减其尺寸的现象称之为干缩；湿材因干燥而缩减其尺寸的现象称之为干缩；干材因吸收水分而增加其尺寸与体积的现象干材因吸收水分而增加其尺寸与体积的现象称之为湿胀。称之为湿胀。o（2）木材干缩（湿胀）的种类）木材干缩（湿胀）的种类 o木材的干缩分为线干缩与体积干缩二大类。木材的干缩分为线干缩与体积干缩二大类。 o纵向纵向干缩是沿着木材纹理方向的干干缩是沿着

21、木材纹理方向的干缩，其收缩率数值较小，仅为缩，其收缩率数值较小，仅为0.10.3%，对木材的利用影响，对木材的利用影响不大。横纹干缩中，不大。横纹干缩中，径向径向干缩是横干缩是横切面上沿直径方向的干缩，其收缩切面上沿直径方向的干缩，其收缩率数值为率数值为36%；弦向弦向干缩是沿干缩是沿着年轮切线方向的干缩，其收缩率着年轮切线方向的干缩，其收缩率数值为数值为612%，是径向干缩的，是径向干缩的1-2倍。倍。 4.2.1.2 影响木材干缩和湿胀主要因素影响木材干缩和湿胀主要因素o影响因素：o（1）树种）树种 o树种不同，其构造和密实程度不同，干缩湿胀树种间差异很大（如下表）。有的树种很容易干燥，干

22、缩湿胀和变形都很小，而有的树种特难干燥，其干缩湿胀很大，使用和干燥过程中特别易发生开裂变形。 树种树种径向干径向干缩缩弦向干弦向干缩缩体积干体积干缩缩树种树种径向干径向干缩缩弦向干弦向干缩缩体积干体积干缩缩云南松云南松4.469.5513.86白白 桉桉4.97.813.3杉杉 木木2.997.3510.35北方红北方红栎栎4.08.613.7长白落叶长白落叶松松3.288.8312.11黑胡桃黑胡桃木木5.57.812.8马尾松马尾松3.698.9512.62美国侧美国侧柏柏2.45.06.8海岸花旗海岸花旗松松4.87.612.4杨杨 木木3.157.2811.01加州铁杉加州铁杉4.27

23、.812.4西岸云西岸云杉杉4.37.511.5部分树种木材的干缩率部分树种木材的干缩率/% o（2）微纤丝角度）微纤丝角度 木材纵向干缩和弦向干缩与微纤丝角度间的关系木材纵向干缩和弦向干缩与微纤丝角度间的关系 晚晚 材材 率率 （）（）干干 缩缩 率率 （）（）弦向干缩率弦向干缩率 径向干缩率径向干缩率202025252525303030303535353540404040以上以上6.66.67.67.68.18.18.68.68.68.63.43.44.24.24.34.34.84.85.85.8马尾松晚材率与横纹干缩的关系马尾松晚材率与横纹干缩的关系 树树 种种年轮中早材与晚材年轮中早材

24、与晚材干干 缩缩 率（）率（）弦弦 向向径径 向向体体 积积冷冷 杉杉松松 木木落落 叶叶 松松早早 材材晚晚 材材早早 材材晚晚 材材早早 材材晚晚 材材5.685.6810.9210.928.058.0511.2611.267.117.1112.2512.252.892.899.859.852.912.918.228.223.233.2310.1910.198.778.7719.9719.9710.8610.8618.8718.8710.3410.3420.9620.96早晚材与干缩的关系早晚材与干缩的关系 （4）树干中的部位）树干中的部位 4.2.2 木材干缩与湿胀各向差异的原因木材干缩

25、与湿胀各向差异的原因 o与组成木材这种材料的细胞种类、细胞壁构造和化学成分特性相关。o木材纵向干缩小，横向干缩大。形成此种现象的主要原因，关键在于木材的构造和化学组成成分的特性。木材中仅有木射线细胞是横向排列，绝大部分细胞是纵向排列。 4.2.2.1 纵向干缩与横向干缩差异的原因纵向干缩与横向干缩差异的原因不同纤丝角度的木材干燥前后纵横向尺寸的变化不同纤丝角度的木材干燥前后纵横向尺寸的变化1-1试样干燥前尺寸试样干燥前尺寸 1-2 试样干燥横向尺寸变化试样干燥横向尺寸变化2-1试样干燥前尺寸试样干燥前尺寸 2-2 试样干燥纵向尺寸变化试样干燥纵向尺寸变化 木材细胞壁次生壁中间层微纤丝主轴是由木

26、材细胞壁次生壁中间层微纤丝主轴是由C-C、C-O键连键连结，水分子无法进入到纤维素分子链内的长度方向。微结，水分子无法进入到纤维素分子链内的长度方向。微纤丝链状分子上的碳、氧原子只能在原子核范围内活动，纤丝链状分子上的碳、氧原子只能在原子核范围内活动，其本身轴向不发生收缩。由于正常木材细胞次生壁中层其本身轴向不发生收缩。由于正常木材细胞次生壁中层微纤丝排列方向与主轴不完全平行，而成微纤丝排列方向与主轴不完全平行，而成1030o的的夹角，横纹收缩时在轴向会产生微小的分量（夹角，横纹收缩时在轴向会产生微小的分量（0.1-0.3%）。因此轴向收缩很小，横向干缩大于纵向。）。因此轴向收缩很小，横向干缩

27、大于纵向。 4.2.2.2 径向与弦向干缩差异的原因径向与弦向干缩差异的原因o（1）早材与晚材的影响）早材与晚材的影响 o（2）径向木射线的抑制作用）径向木射线的抑制作用 o（3）细胞径向壁与弦向壁中木素含量的差异）细胞径向壁与弦向壁中木素含量的差异的影响的影响 o（4）木材各种细胞干燥过程本身不均匀收缩）木材各种细胞干燥过程本身不均匀收缩 o（5）径壁、弦壁纹孔数量及其周围纤丝角度）径壁、弦壁纹孔数量及其周围纤丝角度变大的影响变大的影响 4.2.3 木材干缩的评价指标与测定方法木材干缩的评价指标与测定方法o4.2.3.1 木材干缩性的评价指标木材干缩性的评价指标o木材的干缩和湿胀的程度在三个

28、不同方向上不一样，木材的干缩和湿胀的程度在三个不同方向上不一样，木材的干缩性质常用干缩率、干缩系数和差异干缩木材的干缩性质常用干缩率、干缩系数和差异干缩来表达。来表达。o（1）气干干缩率）气干干缩率 从生材或湿材在无外力状态下从生材或湿材在无外力状态下自由干缩到气干状态，其尺寸和体积的变化百分比自由干缩到气干状态，其尺寸和体积的变化百分比称为木材的气干干缩率，可按下式分别计算径向、称为木材的气干干缩率，可按下式分别计算径向、弦向和体积气干干缩率。弦向和体积气干干缩率。oW =(L max L w) 100% / L maxovW =(V max V w) 100% / V max o（2）全干

29、干缩率）全干干缩率 o木材从湿材状态干缩到全干状态下，其尺寸和体积木材从湿材状态干缩到全干状态下，其尺寸和体积的变化百分比称为木材的全干干缩率。的变化百分比称为木材的全干干缩率。 o（3）干缩系数）干缩系数 干缩系数是指吸着水每变化干缩系数是指吸着水每变化时木材的干缩率变化值，用时木材的干缩率变化值，用K来表式。来表式。o弦向、径向、纵向和体积干缩系数分别记为弦向、径向、纵向和体积干缩系数分别记为KT、KR、KL和和KV。oKT、R、LW(W1W2)oKV（Vw-Vo）100% /Vo W o（4）差异干缩）差异干缩 木材弦向干缩与径向干缩的比值木材弦向干缩与径向干缩的比值称为差异干缩。称为差

30、异干缩。 4.2.3.2 木材干缩的测定木材干缩的测定o（1）试样要求：）试样要求：用饱和水分的湿材制作，尺寸为用饱和水分的湿材制作，尺寸为202020mm，标准的纵向、径向和弦向。，标准的纵向、径向和弦向。o（2）方法与步骤）方法与步骤 o 测定时，试样的含水率应高于纤维饱和点，否则应测定时，试样的含水率应高于纤维饱和点，否则应将试样浸泡于温度将试样浸泡于温度202的蒸馏水中，至尺寸稳定的蒸馏水中，至尺寸稳定后再测定。后再测定。 o 将测量后的试样进行气干，在气干过程中，用将测量后的试样进行气干，在气干过程中，用23个试样每隔个试样每隔6h试测一次弦向尺寸，至连续两次试测结试测一次弦向尺寸，

31、至连续两次试测结果的差值不超过果的差值不超过0.02mm时，即可认为达到气干。时，即可认为达到气干。 o 将测定后的试样放至烘箱中，开始时保持温度将测定后的试样放至烘箱中，开始时保持温度606个小时；然后，升温至个小时；然后，升温至1032，使试样达到，使试样达到全干，并测出各试样全干时的重量和径、弦向尺寸。全干，并测出各试样全干时的重量和径、弦向尺寸。 4.2.4 木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影响木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影响 o4.2.4.1 变形变形o木材干燥后，因为各部分的不均匀干缩而使木材干燥后，因为各部分的不均匀干缩而使其形状改变，谓之变形。其形状改变，谓之变形。o（1）

32、板方材横断面上的变形）板方材横断面上的变形 o生材或湿材干燥时，由于木材弦向干缩远大生材或湿材干燥时，由于木材弦向干缩远大于径向干缩及二者干缩不一致的共同影响，于径向干缩及二者干缩不一致的共同影响，促使原木解锯后的方材、板材、圆柱等的端促使原木解锯后的方材、板材、圆柱等的端面发生多种形变，面发生多种形变， 生材状况下原木横切面上各部位下锯后板材断面形状的变化生材状况下原木横切面上各部位下锯后板材断面形状的变化 若为径切板若为径切板(包含髓心包含髓心)其两端干缩甚大，中间干缩较小，结果其两端干缩甚大，中间干缩较小，结果变为纺锤状，图变为纺锤状，图4-12中中1。 若为径切板若为径切板(不包含髓心

33、不包含髓心)干缩颇为均匀，其端面近似矩形，图干缩颇为均匀，其端面近似矩形，图4-12中中2。 若板材表面与年轮成若板材表面与年轮成45角，干缩后两端收缩甚大，长方形角，干缩后两端收缩甚大，长方形变为不规则形状，图变为不规则形状，图4-12中中3。 原为正方形，年轮与上下两边平行，干缩后，因平行于年轮方原为正方形，年轮与上下两边平行，干缩后，因平行于年轮方向的干缩率较大，垂直于年轮的干缩率较小，变为矩形，图向的干缩率较大，垂直于年轮的干缩率较小，变为矩形，图4-12中中4。 木材端面与年轮成对角线，干缩后，正方形变为菱形，图木材端面与年轮成对角线，干缩后，正方形变为菱形，图4-12中中5。 木材

34、端面为圆形，干缩后，变为卵形或椭圆形，图木材端面为圆形，干缩后，变为卵形或椭圆形，图4-12中中6。 若为弦切板端面，干缩后，两侧向上翘起，图若为弦切板端面，干缩后，两侧向上翘起，图4-12中中7。 （2）板方材长度方向上纵切面的变形）板方材长度方向上纵切面的变形o原木锯成板材后，如不合理干燥，会导致其长度方向原木锯成板材后，如不合理干燥，会导致其长度方向（纵切面）上发生很大的变形，表现形式主要为弯曲，（纵切面）上发生很大的变形，表现形式主要为弯曲，其形状与其在木材横切面上的位置有很大的关系其形状与其在木材横切面上的位置有很大的关系 板材纵向上变形板材纵向上变形 4.2.4.2 开裂开裂o木材

35、因干燥的不均匀与各方干缩的差异，造成开裂，裂木材因干燥的不均匀与各方干缩的差异，造成开裂，裂缝大多垂直于年轮而平行于木射线，此乃木材纵向分子缝大多垂直于年轮而平行于木射线，此乃木材纵向分子与木射线相交之处的结合力弱所致。与木射线相交之处的结合力弱所致。 木材各种开裂形式木材各种开裂形式 4.2.4 减少木材干缩、湿胀的方法减少木材干缩、湿胀的方法 o4.2.4.1 高温干燥、降低木材吸湿性高温干燥、降低木材吸湿性 o高温干燥处理木材是目前减少木材干缩湿胀的主要方法，高温干燥处理木材是目前减少木材干缩湿胀的主要方法，应用广泛。高温干燥主要是使木材干缩微纤丝之间的距应用广泛。高温干燥主要是使木材干

36、缩微纤丝之间的距离逐渐缩小，减少非晶区纤维素分子链状分子上游离羟离逐渐缩小，减少非晶区纤维素分子链状分子上游离羟基数目，形成新的氢键结合；同时，半纤维素降解物与基数目，形成新的氢键结合；同时，半纤维素降解物与木素分子上基团聚合封闭羟基，降低木材吸湿性。木素分子上基团聚合封闭羟基，降低木材吸湿性。 o4.2.4.2 利用径切板利用径切板o木材径向干缩是弦向干缩的一半，利用径切板可比弦切木材径向干缩是弦向干缩的一半，利用径切板可比弦切板木材干缩少一半。板木材干缩少一半。o4.2.4.3 利用木芯板利用木芯板o将细木条用合成树脂胶粘成合木，这样不过分考虑木材将细木条用合成树脂胶粘成合木，这样不过分考

37、虑木材的年轮方向，杂乱相胶，结果总是趋于径切板，很少为的年轮方向，杂乱相胶，结果总是趋于径切板，很少为弦切板。此种方式已广泛用于地板、木芯板及木材工业弦切板。此种方式已广泛用于地板、木芯板及木材工业生产。生产。 o4.2.4.4 机械抑制机械抑制o机械抑制即利用胶合板，胶合板中将单板纵横交错用胶机械抑制即利用胶合板，胶合板中将单板纵横交错用胶压合而成，这样就能以干缩极小的纵向，机械地抑制横压合而成，这样就能以干缩极小的纵向，机械地抑制横纹干缩，将胀缩减小到最小。同时木材横纹方向强度小，纹干缩，将胀缩减小到最小。同时木材横纹方向强度小，顺纹方向木材强度高，可以弥补木材横纹方向强度小的顺纹方向木材

38、强度高，可以弥补木材横纹方向强度小的特点，使材料趋于均匀一致。特点，使材料趋于均匀一致。o4.2.4.5 表面涂饰油漆表面涂饰油漆o利用涂料、油漆涂刷木材表面，减少木材与湿空气接触，利用涂料、油漆涂刷木材表面，减少木材与湿空气接触，阻碍水分的渗入，从而使纤维表面包裹起来，可以降低阻碍水分的渗入，从而使纤维表面包裹起来，可以降低木材对大气湿度变化敏感性，延缓木材吸湿速度，减少木材对大气湿度变化敏感性，延缓木材吸湿速度，减少胀缩。胀缩。 4.2.4.6 充胀与改性充胀与改性o用聚已二醇、尿素、醋酸酐等低分子的聚合物注入木材，用聚已二醇、尿素、醋酸酐等低分子的聚合物注入木材，置换木材中水分，对本材起

39、有效膨胀作用，使木材干缩置换木材中水分，对本材起有效膨胀作用，使木材干缩极小。极小。 4.3 木材的密度木材的密度4.3.1 木材物质比重与孔陷度木材物质比重与孔陷度 4.3.2 木材密度木材密度 4.3.3 木材密度的意义及影响木材密度的因素木材密度的意义及影响木材密度的因素 4.3.1 木材物质比重与孔陷度木材物质比重与孔陷度4.3.1.1 木材物质比重木材物质比重 o木材物质比重为木材除去细胞腔等孔隙所占空间后实际木材物质的比重，亦即细胞壁的比重。 o木材实际密度：把木材细胞壁内的那一部分空隙也除去。o4.3.1.2 木材的空隙度木材的空隙度o木材空隙所占的体积称为木材的空隙度，它包木材

40、空隙所占的体积称为木材的空隙度，它包括细腔、细胞间陷和微纤丝之间的空陷等。它括细腔、细胞间陷和微纤丝之间的空陷等。它分为体积空隙度和表面孔隙度两种。体积空隙分为体积空隙度和表面孔隙度两种。体积空隙度是指木材在绝干状态时其空隙体积占总体积度是指木材在绝干状态时其空隙体积占总体积的百分率，表面空隙度则是其横切面上空隙面的百分率，表面空隙度则是其横切面上空隙面积占总面积的百分率。一般木材空隙度是指体积占总面积的百分率。一般木材空隙度是指体积空隙度。积空隙度。 o4.3.1.3 木材物质比重的测定方法木材物质比重的测定方法o木材物质比重测定时，必须用流体介质置换木木材物质比重测定时，必须用流体介质置换

41、木材中的空陷，常用的置换流体介质是水、氦、材中的空陷，常用的置换流体介质是水、氦、苯等，三者测定所得数值并不相同，呈依次降苯等，三者测定所得数值并不相同，呈依次降低趋势。低趋势。 4.3.2 木材密度木材密度o4.3.2.1 木材密度木材密度o单位体积内木材的重量称为木材密度，又称木材容积重单位体积内木材的重量称为木材密度，又称木材容积重或容重，单位为或容重，单位为gcm3，kgm3。木材是一种多。木材是一种多孔性物质，木材密度计算时，木材体积包含了其空陷的孔性物质，木材密度计算时，木材体积包含了其空陷的体积。木材的密度除极少数树种外，通常小于体积。木材的密度除极少数树种外，通常小于1gcm3

42、。木材密度与其物质比重是有着本质上的区别，。木材密度与其物质比重是有着本质上的区别，二者不能混同。二者不能混同。 4.3.2.2 木材密度种类及其测定方法木材密度种类及其测定方法o木材中水分含量的变化会引起重量和体积的变化，使木材中水分含量的变化会引起重量和体积的变化，使木材密度值发生变化。根据木材在生产、加工过程中木材密度值发生变化。根据木材在生产、加工过程中不同阶段的含水特点，木材密度分为以下四种，常用不同阶段的含水特点，木材密度分为以下四种，常用的是木材基本密度和气干密度。的是木材基本密度和气干密度。o（1）基本密度）基本密度 全干材重量除以饱和水分时木材的全干材重量除以饱和水分时木材的

43、体积为基本密度。体积为基本密度。 o（2）生材密度）生材密度 生材密度是生材重量除以生材的体生材密度是生材重量除以生材的体积。积。 o（3）气干密度）气干密度 气干材重量除以气干材体积为气干气干材重量除以气干材体积为气干密度。密度。 o（4）全干材密度）全干材密度 木材经人工干燥，使含水率为零木材经人工干燥，使含水率为零时的木材密度，为全干材密度或绝干密度。时的木材密度，为全干材密度或绝干密度。 4.3.2.3 木材密度的测定木材密度的测定o任一含水率状态下的木材，测出其重量和体积，就可计任一含水率状态下的木材，测出其重量和体积，就可计算出它的木材密度。由于木材重量易于测定，且比较准算出它的木

44、材密度。由于木材重量易于测定，且比较准确，因此关健在于精确测定木材试样的体积。目前，木确，因此关健在于精确测定木材试样的体积。目前，木材密度的测定用以下四种方法。材密度的测定用以下四种方法。 o（1）直接量测法）直接量测法 o（2）水银测容器法）水银测容器法 o（3）排水法）排水法 o（4）快速测定法）快速测定法 4.3.3 木材密度的意义及影响木材密度的因素木材密度的意义及影响木材密度的因素o4.3.3.1 木材密度的意义木材密度的意义o木材密度大小反映出木材细胞壁中物质含量的多少，是木材性质的一个重要指标。 o4.3.3.2 影响木材密度变化的因素影响木材密度变化的因素o（1）树种）树种

45、o（2）年轮宽度与晚材率）年轮宽度与晚材率 o（3）树木体内不同的部位）树木体内不同的部位 o（4）栽培环境）栽培环境 o（5）含水率）含水率 4.4 木材的热学性质木材的热学性质o木材的热学性质主要用比热、导热系数和导温系数等指木材的热学性质主要用比热、导热系数和导温系数等指标来表达。这些物理参数对指导木材人工干燥、木材防标来表达。这些物理参数对指导木材人工干燥、木材防腐改性、木材软化、曲木生产工艺、人造板板坯加热预腐改性、木材软化、曲木生产工艺、人造板板坯加热预处理、胶合、纤维干燥、胶合板生产时原木解冻、木段处理、胶合、纤维干燥、胶合板生产时原木解冻、木段蒸煮及单板的快速干燥等方面重要意义

46、。蒸煮及单板的快速干燥等方面重要意义。 4.4 木材的热学性质木材的热学性质4.4.1 木材热容量与比热木材热容量与比热 4.4.2 木材的导热系数（导热系数）及其影响因素木材的导热系数（导热系数）及其影响因素 4.4.3 木材的导温系数（热扩散率）木材的导温系数（热扩散率） 4.4.4 木材热膨胀木材热膨胀 4.4.5 木材耐热性及热对木材性质和使用的影响木材耐热性及热对木材性质和使用的影响 4.4.1 木材热容量与比热木材热容量与比热o某物质平均温度升高所需的热量称为该物质的热容量。通常用Q/t表示，单位为J/K，其中Q表示所需热量，t为温差。 4.4.2 木材的导热系数（导热系数）及其影

47、响因素木材的导热系数（导热系数）及其影响因素o4.4.2.1 木材的导热系数木材的导热系数o木材被局部加热时，其加热部位的分子振动，能量增加。木材被局部加热时，其加热部位的分子振动，能量增加。分子在振动碰撞过程中，将能量传递给邻近分子，这样分子在振动碰撞过程中，将能量传递给邻近分子，这样顺次传递能量，将外加的热量向木材内部扩散，称为木顺次传递能量，将外加的热量向木材内部扩散，称为木材的热传导。材的热传导。 4.4.2.2 木材的导热系数影响木材导热系数的因素木材的导热系数影响木材导热系数的因素o（1）木材密度）木材密度 木材导热系数随木材密度的木材导热系数随木材密度的增加而增大，二者近呈直线关

48、系。增加而增大，二者近呈直线关系。 o（2）木材含水率）木材含水率 木材中随着含水率的增加，木材中随着含水率的增加，部分空气被水分替代，因而木材的导热系数将部分空气被水分替代，因而木材的导热系数将增大。增大。 o（3）温度）温度 导热系数与热力学温度成正比，导热系数与热力学温度成正比，导热系数随温度升高而增高。导热系数随温度升高而增高。 o（4）热流方向）热流方向 木材顺纹方向的导热系数远木材顺纹方向的导热系数远较横纹大。较横纹大。 4.4.3 木材的导温系数（热扩散率）木材的导温系数（热扩散率）o导温系数又称为热扩散率，它表征材料在加热导温系数又称为热扩散率，它表征材料在加热或冷却非稳定状态

49、过程中，各点温度迅速趋于或冷却非稳定状态过程中，各点温度迅速趋于一致的能力。导温系数越大，材料中各点达到一致的能力。导温系数越大，材料中各点达到同一温度的速度就越快。同一温度的速度就越快。 o导温系数与导热系数一样，在一定程度上也受导温系数与导热系数一样，在一定程度上也受含水率、密度、温度和热流方向的影响。导温含水率、密度、温度和热流方向的影响。导温系数与温度的关系亦可看成是温度与导热系数、系数与温度的关系亦可看成是温度与导热系数、比热和密度三者关系的综合。即导温系数随温比热和密度三者关系的综合。即导温系数随温度升高而增大。度升高而增大。 4.4.4 木材热膨胀木材热膨胀o温度升高，木材也会产

50、生热膨胀。但因木材中常含有一定的水分，加热引起木材温度升高，水分加速蒸发引起木材干缩而减小其尺寸，木材干缩数值较热膨胀大得多。所以在木材加工时多考虑干缩值，而少注意木材的热膨膨。 4.4.5 木材耐热性及热对木材性质和使用的影响木材耐热性及热对木材性质和使用的影响o4.4.5.1 木材耐热性及不同温度段木材热分解木材耐热性及不同温度段木材热分解o在加热情况下，不同温度段对木材性质与使用有很大的影响。在加热情况下，不同温度段对木材性质与使用有很大的影响。o木材加热到木材加热到180左右，就有一氧化碳左右，就有一氧化碳CO（27.88%）、氢）、氢H2（4.21%）、甲烷）、甲烷CH4（11.36

51、%）、乙烷）、乙烷C2H6（3.09%）和乙烯和乙烯C2H4（3.72%）等可燃性气体释放出；）等可燃性气体释放出； o当继续加热使木材温度上升到当继续加热使木材温度上升到250290时，木材开始产生放时，木材开始产生放热反应，分解出更多易燃性气体，气体能产生持续的火苗，但仍热反应，分解出更多易燃性气体，气体能产生持续的火苗，但仍不是木材本身的燃烧。把产生这种火苗的燃烧状态叫无火苗着火，不是木材本身的燃烧。把产生这种火苗的燃烧状态叫无火苗着火，把这一温度称着火点温度。若将温度升到把这一温度称着火点温度。若将温度升到350450时，木材时，木材能自动着火，把这一温度叫做发火点温度。能自动着火，把

52、这一温度叫做发火点温度。o4.4.5.2 热对木材性质的影响热对木材性质的影响o常温下，热对木材使用影响小。但如将木材长常温下，热对木材使用影响小。但如将木材长期处于期处于4060下，木材材色会呈现暗褐色，下，木材材色会呈现暗褐色，木材强度逐渐降低，这些表明木材外部与内部木材强度逐渐降低，这些表明木材外部与内部的化学成分已有所改变。的化学成分已有所改变。o蒸煮加热处理对木材塑性和强度有一定的影响，但如利用得当蒸煮加热处理对木材塑性和强度有一定的影响，但如利用得当则可转化成有利因素。则可转化成有利因素。100温度下长期蒸煮加热处理木材，温度下长期蒸煮加热处理木材，其重量会发生明显的损失，并且可导

53、致木材弹性模量减小，力其重量会发生明显的损失，并且可导致木材弹性模量减小，力学强度下降，冲击韧性降低更多。原因在于木材长期受热后部学强度下降，冲击韧性降低更多。原因在于木材长期受热后部分半纤维素分解而引起的，蒸煮加热引起半纤维素和纤维素分分半纤维素分解而引起的，蒸煮加热引起半纤维素和纤维素分解的影响要比木材在空气中受热大，故木材力学强度下降的程解的影响要比木材在空气中受热大，故木材力学强度下降的程度也大。度也大。o木材软化、木材密化化处理、曲木家具加工和木材干燥等生产木材软化、木材密化化处理、曲木家具加工和木材干燥等生产上根据木材的这种特性，可采用适合的温度和较短时间内水煮上根据木材的这种特性

54、，可采用适合的温度和较短时间内水煮或汽蒸处理木材，不仅可释放木材内部应力、减小木材变形与或汽蒸处理木材，不仅可释放木材内部应力、减小木材变形与开裂，还降低木材的吸湿性和将木材变化的形状固定，以生产开裂，还降低木材的吸湿性和将木材变化的形状固定，以生产出满意的木制品。出满意的木制品。 4.5 木材的电学性质木材的电学性质o木材气干状态下，其导电性是极小的，特别是绝干材可视为绝木材气干状态下，其导电性是极小的，特别是绝干材可视为绝缘体，因此木材为交通、电力及其他行业上重要的绝缘材料之缘体，因此木材为交通、电力及其他行业上重要的绝缘材料之一。但如果木材中含有水分，特别是在纤维饱和点以下含水率一。但如

55、果木材中含有水分，特别是在纤维饱和点以下含水率W越高，木材导电性愈强。生材为电的导体，雨中树木被雷电越高，木材导电性愈强。生材为电的导体，雨中树木被雷电击倒，原因在此。击倒，原因在此。o木材电学性质包括直流电和交流电的导电性、电绝缘强度、介木材电学性质包括直流电和交流电的导电性、电绝缘强度、介电常数、介电损耗等，这些特性理论与应用研究对发展木材学电常数、介电损耗等，这些特性理论与应用研究对发展木材学基础理论有重要意义，对木材加工生产线上木材含水率连续无基础理论有重要意义，对木材加工生产线上木材含水率连续无损检测技术、木材高频电热技术、木材微波干燥技术的发展与损检测技术、木材高频电热技术、木材微

56、波干燥技术的发展与应用具有实用价值。应用具有实用价值。 4.5 木材的电学性质木材的电学性质4.5.1 木材的导电性木材的导电性 4.5.2 木材介电性质木材介电性质 4.5.1 木材的导电性木材的导电性o4.5.1.1 电阻率与电导率电阻率与电导率o导体的电阻与组成该导体的材料有关，即材料的本导体的电阻与组成该导体的材料有关，即材料的本性。评价材料导电性好坏主要用电阻率或电导率来性。评价材料导电性好坏主要用电阻率或电导率来表示。物理学中，电阻等于材料二端的电压（表示。物理学中，电阻等于材料二端的电压（V）除以流过该材料的电流（除以流过该材料的电流（I），），oR= V/Io电阻率电阻率等于单

57、位长度（等于单位长度（L）单位截面积（）单位截面积（A）的均）的均匀导线上的电阻值，单位匀导线上的电阻值，单位m。o=R A/L = V A/ I Lo电导率是电阻率的倒数，用电导率是电阻率的倒数，用K表示，单位表示，单位Sm。4.5.1.2 木材的导电机理木材的导电机理o木材中因没有自由移动的电子，它的导电线木材中因没有自由移动的电子，它的导电线表现出很弱的特性。木材导电中起作用的主表现出很弱的特性。木材导电中起作用的主要是移动的离子，这些离子来源于木材胞壁要是移动的离子，这些离子来源于木材胞壁成分中的离子基，或木材无机成分中的某些成分中的离子基，或木材无机成分中的某些物质。木材在直流电场中

58、的极化是呈现电离物质。木材在直流电场中的极化是呈现电离现象的典型特性，说明在直流电场下木材中现象的典型特性，说明在直流电场下木材中的离子移动在导电中起重要作用。的离子移动在导电中起重要作用。 4.5.1.3 影响木材直流电导率的因素影响木材直流电导率的因素 o（1）含水率）含水率 o（2）温度）温度 o（3）纹理方向）纹理方向 o（4）树种与木材密度）树种与木材密度 4.5.2 木材介电性质木材介电性质o在交流电低频区域，木材交流电性质与直流电性质呈现同样特在交流电低频区域，木材交流电性质与直流电性质呈现同样特性：全干状态木材电阻极高，为绝缘材料；木材电阻随含水率性：全干状态木材电阻极高，为绝

59、缘材料；木材电阻随含水率的增加显著地减小，当达到纤维饱和点以上时，电阻变化率很的增加显著地减小，当达到纤维饱和点以上时，电阻变化率很小。在低频区，欧姆定律对木材介质也成立，产生的焦耳热与小。在低频区，欧姆定律对木材介质也成立，产生的焦耳热与直流情况相同。直流情况相同。o木材的介电性质主要研究在射频范围内的介电常数和介电损耗木材的介电性质主要研究在射频范围内的介电常数和介电损耗等性质。木材工业中常利用高频交变电场进行木材的干燥、胶等性质。木材工业中常利用高频交变电场进行木材的干燥、胶合和曲木加工和木材含水率的测定。为了减低木材导电性能，合和曲木加工和木材含水率的测定。为了减低木材导电性能，增强其

60、绝缘性能，常用石蜡、亚麻仁油及合成树脂等注入木材。增强其绝缘性能，常用石蜡、亚麻仁油及合成树脂等注入木材。 o4.5.2.1 介电常数介电常数o介电常数介电常数是表明木材在交变电场下介质极化和储存电是表明木材在交变电场下介质极化和储存电能能力的一个量。木材的介电常数是，在交变电场中，能能力的一个量。木材的介电常数是，在交变电场中，以木材为介质所得电容量以木材为介质所得电容量(Cw)和在相同条件下以真空和在相同条件下以真空为介质所得电容量（为介质所得电容量（C0）之比值，用）之比值，用表示。表示。 4.5.2.2 影响介电常数的因素影响介电常数的因素 o（1）含水率）含水率 o（2）密度）密度