木材的基本知识

木材相关基础知识woodlore1木材的性质树木是最初的生产者,由于他们利用天然的资源来让自己生长.树木的每个部分都是利用从泥土和空气中吸收来的养料构造出来的，这也是它能再生的秘密所在。当你去了解木材时，你会发现它的特性和用途是会令人无限着迷的。你越了解木材就越想了解更多。2树木如何工作树根树木稳定在泥土中吸收水份，矿物质和氧气树干静态的水份和养分的传输产生新细胞树冠光合作用遮蔽作用3树干A.树表皮:阻止来自外界的侵害帮助隔离潮湿的雨水（自内部不断地更新）

并在干燥时防止水分的流失。隔热保温阻隔昆虫的侵害B.树内皮,或称为“韧皮层”:养分由韧皮层内部的管道被传输到树木的各个部位。韧皮层只存活很短的时间便死亡变成栓皮而成为保护性表皮的一部分。C.形成细胞层:树干的生长部分。它在由韧皮层传出的激素及由树叶带来的养分作用下每年产生新的树皮和木质。4树干D.边材:水分在树木的传输管道中由下部被输送到树叶。边材是新生木质。随着新的边材年环的产生，内部细胞失去生命力而变成树心。E.树心:树木的中心部分是树的主要支撑。尽管已经死亡，但是它在外层组织仍然完好的情况下不会腐烂或者失去韧力。一种中空的复合物和针状纤维素纤维由一种称为木质素的化学胶水结合起来，在很多方面上它和钢铁一样坚固。一块长12横截面为1／2的树心垂直放置时可以支撑20吨的重量。5树木的生长每年树木的顶端都会增高,，尽管新的木质会随着树干的长度而增加的，但是早前生长的年轮不会出现在树干的顶部。年轮的数目随着树干往下依照每年的树高生长量而增加。年轮的生长形态是由在不同的生长季节产生的木质的结构变化决定的。每个季节一开始生成的细胞都比较大，所以早期木质看上去没有每个季节末的晚生木质密度大。6生长轮在北温带切开任何树干的表面都可以发现树木是由一系列同心圆组成的。这些圆圈我们称为年轮或者生长轮，温带的树木通常都是每年生长一个年轮。事实上年轮是沿着树干垂直延生的一系列同心圆筒。如果我们去数一段木材两端的年轮，会发现靠下端的年轮数要比靠上端的多。7生长轮不是所有的树木都产生明显的年轮，也不是所有树木的年轮都是每年一轮的。有些树木木质结构的周期性变化如次轻微以至于其年轮很不明显。在严重干旱的条件下每年生的年轮可能不产生。另一方面，在持续的良好生长条件下，如在热带，树木可能会一年生长数个年轮。8针叶树－阔叶树阔叶树并不总是有比针叶树硬的木质（香脂树是最软的木材，但是它仍然是阔叶树）针叶树有针状叶且大部分是常青的

（如：云杉，松树）。一些种类的针叶树在秋天会掉落他们的针状叶（如：落叶松，花旗松）阔叶树有叶片且也可能是常青的（如：桉树）并在秋天落叶（如：水曲柳，枫树）9针叶木－阔叶木针叶木内部供应传输水的细胞（管胞）也为树干提供力学支持阔叶木内部一些分工已经进化出来，一些细胞专门进行水分运输（气孔或导管）而其他的提供力学支持Crosssection20xCrosssection20x因此阔叶树通常也被称为多孔木材，而针叶树被称为无孔木材10木材的微观结构针叶木:大部分细胞是纵向的但也有部分细胞是横向的。下图中的大孔被称为树脂道（rc）.图中所示的多数细胞称作“纵向管胞”。阔叶木:存在更多的细胞类型。大孔是管束，小孔是纤维。木块顶部导管之间的线是射线细胞束被称为多粒射线。红杉和枫桦的电子显微照片11木材的密度生长方向环孔材的木材密度是由髓心向树皮方向逐步降低的，靠近髓心部分比接近树皮部分高20%散孔材的木材密度由髓心向树皮方向增大的，其培大数值可达15%-20%老针叶树材的密度，是髓心向外首先培大，到一定年龄阶段达到最大值中，然后开始降低12木材的微观结构这个图表显示了一些针叶树和阔叶树的细胞类型。纵向管胞在针叶树木质体积中占总量的百分之九十多。他们大约长3－5毫米，直径30－50微米。这些长细胞（纤维）是构成书写纸和牛皮纸的主要细胞类型。b)阔叶树导管是春材而:c)代表阔叶树纤维，然而d)是夏材e)是阔叶树管胞。阔叶树纤维和针叶树管胞相似，但是要短得多。

纤维大概1－2毫米长，直径大约为20－30微米。柯达的彩色相纸就主要是用枫树和山毛榉纤维做成的。卫生纸，餐巾纸和面巾纸主要由白桦纤维制成。13木材的微观结构具缘纹孔对管胞木质部射线树脂道针叶木

图为松树的近照。大部分细胞如长直的管子般垂直分布，这些就是管胞。这些中间有孔的圆圈

（见右边的样品）是具缘纹孔对。这些纹孔是矿物质流通并进入邻近细胞的通道。样品上部的块状孔是管胞的截面图。木质部射线和管胞是垂直的。14木材的微观结构在红杉中春材和夏材之间的转变非常分明。这称之为突变。在香杉春材和夏材间的转变区域显示为渐变，和白云杉相似。光学显微镜中放大一百倍春材形成于生长周期的初期，它具有相对较薄的细胞壁和较大的孔径。而夏材形成于生长周期的末期，它具有相对较厚的细胞壁和较小的孔。15下图中的南方长叶松春材的颜色浅而夏材为较深的褐色。有大孔的树脂道。为突变。兰伯氏松有大的树脂道。样品中的年轮主要是春材和较窄的夏材带。为渐变。Crosssection20xCrosssection20x木材的微观结构16木材的微观结构EarlywoodvesselsLatewoodvessels阔叶木

右图中显示的是红橡木的横截面显微照片（20x）。春材区域中最大直径的孔是导管分子的横截面。在夏材中的导管分子很小且有时候聚合在一起。由于导管分子独特的大小和排列，年轮非常的清晰和独特。这种类型的阔叶木被称作环孔木材。17白桦树也是环孔木材很好的例子。大的导管都处于春材区域，

而小的导管都处于夏材区域。大的春材导管里的甲基纤维素。其它的阔叶木中（胡桃木），导管的大小随着生长早期到生长晚期逐渐变化：

半环孔木材。木材的微观结构latewoodearlywood18有一些阔叶木的导管大小在一个生长周期内不会变化很多（糖枫）。这些大的圆圈就是导管。这种导管大小比较平均的木材叫做分散多孔木材。另一种分散多孔材料是山桦。

显微照片中的导管分子是孤立的（单独的导管）或者聚集成多个双导管。木材的微观结构19白桦是一种窄射线中有独特宽射线的阔叶树。要注意大直径的春材导管和小直径的夏材导管一起形成了火焰群状的射线平行线。（20x）岑树的横截面上可以看见若干射线，但他们要比橡树的窄很多。夏材导管通常被一些由轴向薄壁组织细胞所聚集成的细的白色区域所围绕。（20x）白桦也是一种有细射线的分散多孔阔叶木。（20x）木材的微观结构20木材的方向板材是被切割成很多不同形状的实木。径向的切向的lengthpith21各向异性指结构和性状随不同的方向而变化。由于细胞形成的方式是tree-truck,木材有三种结构方向－径向的，

切向的，和轴向的。切向（横）方向和年轮是平行的。径向方向和木质部射线是平行的。轴向（旋）方向和木质细胞（筋络）是平行的。T=切向R=徑向L=軸向RTL各向异性22RTL各向异性很多材料的机械性能在各个方向上是一样的。这种材料被称为具有等方向性。等方向性材料的例子有钢材，混凝土和塑料。木材的机械性能随着负载或强度采用的方向而变化。因此，木料被称为各向异性材料。23吸湿性吸附是材料表面从空气中吸收水分的过程。它不同于吸收，吸收是指由于和液体的物理接触而将液体吸收的过程，如海绵。

木材是吸湿的。这就是为什么它的水份含量会随着它周围空气中的水份环境而变化。木材能够从空气中吸收水分。这一点是很重要的，因为随着木材水份含量的变化它的尺寸（增大或缩小）会发生变化，机械性能也随之改变，且其它的物理性能也会受影响。因此：对木材产品进行合理利用要求对它们相互的水份作用有充分的了解。24水份以液体形式通过木材或者蒸汽形式通过几种通道。它们是：纤维和导管的细胞间隙射线细胞，纹孔室（显微镜的开口在细胞壁面上）和它们的纹孔膜开口细胞壁本身水份随着筋络向前移动的速度比穿过筋络快很多倍。木材和水份25木材和水份木材中所含的水份是以结合水或者游离水存在。游离水被包含于细胞空腔内且不被外力所控制－它好比是水管中的水（液体水或者水蒸气）结合水被细胞壁内的物理／化学吸引力控制在细胞壁（水份仍然在细胞内）H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O26游离水移动通过细胞间隙和凹陷开口

（显微镜的开口在细胞壁面上）。在干燥过程中它随着对木材底层的游离水产生拉力的毛细作用力而移动。这和水份在灯心的活动是相似的。

结合水以水蒸汽的形式通过空的细胞间隙和凹陷开口以及直接通过细胞壁移动。结合水活动的基本原理和？由相对湿度，水份含量和温差导致的水蒸汽压力是不同的。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)=取决于RH木材失去或获得结合水直到它的水份含量与周围的大气中的水份含量达到平衡。达到平衡点的水份含量被称为平衡水分含量（EMC）纤维饱和点(=22-30%)游离水/新木材(>22%一直到100%)当水份含量大于纤维饱和点时木材在尺寸上是稳定的28木材的水份含量木材吸附的水分总量可以被表示为水份含量。水份含量是由木材的烘干重量按比率计算的：

%MC=木材重量

+水份（湿重）–干木材的重量

x100

烘干的木材重量仅仅是烘干木材的重量，不含水（在221F下经过》24小时直到木材不再含水份且重量不再发生变化的烘干木材）29收缩和膨胀当木材含水量低于纤维饱和含水量时它就会吸收或失去水分。

当水从细胞壁失去时它就会缩水，当水从细胞壁获得水分时它就会涨水。

这种缩、涨能导致木材扭曲、爆裂、工具柄松动、条状地板裂缝或功能出现问题。因此当认识和考虑到木制品这些现象是很重要的。R1/2T1/1L1/10+H2O-H2O30收缩和膨胀木材的体积主要在切向方向随着水份含量而变化。longitudinaltangentialradialSapwoodCore31收缩和膨胀木材缩水大部分在年轮方向（切线向的），一半横过年轮（放射状），仅有少量（1/10-1/100）沿着纹理（纵向的）。

放射和切向收缩的联合影响能扭曲木材形状，因为收缩的不同和年轮弯曲率的不同。32收缩和膨胀收缩后

原始类型 膨胀后枝节疤33印茄木板材 9%水份含量 13%水份含量长度5,05,013宽度5,05,130所有的木材种类都有不同程度的收缩和膨胀性收缩和膨胀木材类型:水份含量 橡树

山毛榉平均体积改变量每1％的含水量0,25%0,32%34活动性 中等 高 高 低 中等 高粘接难易木材特性 热带

橡树 山毛榉

枫树 松树 竹子 木材收缩和膨胀 低 高 中等 低 中等 中等木材特性所有的木材种类在活动（弯曲）中都有不同的表现和不同的树脂和油份含量，油份含量对粘接性有影响35木材的水份含量TableaccordingNWFAAssociationUSA36木地板的种类大部分流行的硬木种类37木地板种类大部分流行热带木材品种38木材计算以上图表中的数据都来自于美国农业部林产品实验室。这些数据反映出不同种类木材的空间变化系数，以常规水份含量限度6－14％内的切向收缩和膨胀来衡量。计算：乘以水份含量的变化系数，再乘以木板的宽度样品：13cm(5英寸)红橡木厚板：1）内部温度21°C(70F)，相对湿度%，木板的水份含量为7.7%2）如果相对湿度降到20%，木板的水份含量将为4.5%（差额3.2%）3.2%x0.00369x13cm(5英寸)=1.5mm(0.059英寸)13厘米的板将收缩1.5毫米（0.059英寸）。而3米（10英尺）的地板将会有3.5厘米（1.4英寸）的收缩3）如果湿度达到60%，木板的水份含量将达到12%（差额4.3%）4.3%x.00369x13cm(5英寸)=2mm(0.079英寸)13厘米（5英寸）的木板将膨胀2毫米（0.079英寸）。而3米（10英尺）的地板将达4.8厘米（1.9英寸）的膨胀39參考圖片:ForestProductsandWoodScienceJ.G.HaygreenandJ.L.Bowyer(c)1996byIowaStateUniversityPress,Ames,IABr