木材的物理性质(3)

晚 材 率 （％）
干
缩
弦向干缩率
率 （％） 径向干缩率
20－25 25－30 30－35 35－40 40以上
树种
冷杉 松木 落叶松
6.6
3.4
7.6
4.2
8.1
4.3
8.6
4.8
8.6
5.8
早晚材与干缩的关系
年轮中早材与晚材 弦
干 缩 率（％）
向径
向体 积
早材 晚材 早材 晚材 早材 晚材
5.68 10.92 8.05 11.26 7.11 12.25
7.8
木
8.95 12.62 美国侧 2.4
5.0
柏
7.6
12.4 杨 木 3.15 7.28
7.8
12.4 西岸云 4.3
7.5
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杉
13.7 12.8 6.8 11.01 11.5
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（2）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
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马尾松晚材率与横纹干缩的关系
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5.1.1 木材含水率及其测定
2）木材含水率的测定方法
干燥法 是将欲测含水率的木材称其初重（Gw）后放入烘箱，先
在60℃低温下烘干2小时，之后将温度调至103±2℃，连续烘干8 －10h后至重量（G0）不变
蒸馏法
2~3mm厚度的碎木置于三 角瓶中，加热蒸馏；水蒸汽 与二甲苯蒸汽进入冷却器， 经冷凝的液体即流入受器中， 水分重沉至下部，多余的二 甲苯则沿侧管返回瓶中.
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。影响到木材重量、燃烧性、渗透性和 耐久性，对木材体积稳定性、力学、电学等性质无影响。
吸着水 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。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。
化合水 是指与木材细2木材的干缩与湿胀 5.3木材的密度 5.4木材的热学性质
5.5木材的电学性质
5.6木材的声学性质
5.7木材的环境学特性及其对人类居住的影响
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5.1 木材中的水分
本节重点与难点：木材纤维饱和点和木材的 吸湿性
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 指导意义 。
木材吸水性的影响因素：树种、时间 木材吸水性的测定： 20×20×20mm试样
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。
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5.1.6 木材透水性
液体或水借其本身的吸力或外界的压力渗入木 材内部的能力称为木材的透水性。
透水性与木材加工的关系：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 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 其不利的条件，水桶用材应选用渗透小的木材。如酿造 葡萄酒的酒桶选用侵填体含量较多的麻栎等木材。
1.000 0.800 0.600 0.400 0.200
0.000 0
0.000
10
20
30
40
50 年轮
图 4-9 油松株内木材纵向、径向和弦向干缩率与年轮间的关系
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4.2.2 木材干缩与湿胀各向差异的原因
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。
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。
树种 云南松
径向干 缩
4.46
弦向干 体积干 树种
缩
缩
9.55 13.86 白 桉
径向干 弦向干 体积干
缩
缩
缩
4.9
7.8
13.3
杉 木 2.99
长白落叶 3.28 松
马尾松 3.69
海岸花旗 4.8 松
加州铁杉 4.2
7.35 10.35 北方红 4.0
8.6
栎
8.83 12.11 黑胡桃 5.5
第5章 木材的物理性质
本章难点与重点:
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；
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
木材密度种类及其意义 木材声学、电学性质 木材的视觉、调温调湿等环境学特性
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第5章 木材的物理性质
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4.2.1 木材干缩与湿胀
4.2.1.1 木材干缩和湿胀现象 （1）木材干缩和湿胀 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 称之为湿胀。 （2）木材干缩（湿胀）的种类 木材的干缩分为线干缩与体积干缩二大类。
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纵向干缩是沿着木材纹理方向的干 缩，其收缩率数值较小，仅为 0.1—0.3%，对木材的利用影响 不大。横纹干缩中，径向干缩是横 切面上沿直径方向的干缩，其收缩 率数值为3—6%；弦向干缩是沿 着年轮切线方向的干缩，其收缩率 数值为6—12%，是径向干缩的 1-2倍。
蒸馏法测定木材含水率
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7
5.1.1 木材含水率及其测定
电测法 电测法是利用木材电学性质如电阻率、介电常
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
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： 7~28%
木材含水 率测定仪
交流介电式
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， 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 测湿范围是有所限制。
106%，而心材含水率为55%；枫香的边材含水率 为137%，而心材含水率为79%。
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5.1.1 木材含水率及其测定
2）不同含水量状态下木材的分类
水自 由
结合水
细胞壁
腔细 胞
湿材状态 >100%
生材状态 >50%
纤维饱和点 气干状态 绝干状态 23~33% 10~18% 0
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4.2.1.2 影响木材干缩和湿胀主要因素
影响因素： （1）树种 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。
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部分树种木材的干缩率/%
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5.1.3 木材的吸湿性
5.1.3.1 木材吸湿性及其产生原因 木材细胞壁结构特点:如图所示 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。 木材吸湿性产生的条件:空气中的水蒸汽压力与木材表
面水蒸汽压力不相等 木材发生吸湿内因:纤维素和半纤维素等化学结构中有
许多自由羟基(一OH) 木材吸湿的空间位置:细胞壁中无定形区域
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木材细胞壁结构
细胞壁内微纤丝组成
微纤丝由纤维素分子链组成， 分为结晶区与无定形区
自由羟基的由来?
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木材管胞细胞壁微细结构
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5.1.3 木材的吸湿性
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
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水分或液体透水性影响因素：液体性质、温度、 树种（内含物与具侵填体等） 、心材、边材、 纹理方向等而异。
讨论：心材与边材的渗透性比较，哪一种渗 透性好，为什么？
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4.2 木材的干缩与湿胀
4.2.1 木材干缩与湿胀 4.2.2 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 4.2.4 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
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4.2.2.1 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
1-1试样干燥前尺寸 1-2 试样干燥横向尺寸变化 2-1试样干燥前尺寸 2-2 试样干燥纵向尺寸变化
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木材细胞壁次生壁中间层微纤丝主轴是由C-C、C-O键连 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， 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10—30o的 夹角，横纹收缩时在轴向会产生微小的分量（0.10.3%）。因此轴向收缩很小，横向干缩大于纵向。
424木材干缩和湿胀对木材加工和使用的影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促使原木解锯后的方材板材圆柱等的端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其两端干缩甚大中间干缩较小结果变为纺锤状图412若板材表面与年轮成45角干缩后两端收缩甚大长方形变为不规则形状图412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木材端面与年轮成对角线干缩后正方形变为菱形图412木材端面为圆形干缩后变为卵形或椭圆形图412若为弦切板端面干缩后两侧向上翘起图412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与木射线相交之处的结合力弱所致
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5.1.3 木材的吸湿性
5.1.3.3 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
的吸湿或解吸稳定含水率叫做平衡含水率。
图木 材 平 衡 含 水 率
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5.1.3 木材的吸湿性
木材平衡含水率测定方法：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 变化，测定此的木材含水率。
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5.1.2 木材的纤维饱和点
5.1.2.1 纤维饱和点定义及其意义
纤维饱和点指木材细胞壁吸着水处于饱和状态而细胞腔 无自由水时称为木材纤维饱和点，此时的含水率为纤维 饱和点含水率。纤维饱和点含水率平均约为30%。
纤维饱和点是木材多种材性的转折点 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 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 ，如 图所示
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讨论:自由水与吸着水的性质是否相同，为 什么？
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5.1.3 木材的吸湿性
5.1.3.2 木材吸湿滞后现象 吸湿: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的现象。 解吸:空气的蒸气压力小于木材表面的水蒸气压力时，木
材中水分向空气中蒸发的现象。 吸湿滞后:在相同的大气温度和相对湿度条件下，干燥木
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？
木材平衡含水率是一个动态值：与环境的温、湿度条件、 木材尺寸等有关，地区间存在差异。
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讨论：木材平衡含水率在木材加工中的应用
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5.1.4 木材中水分的移动
木材水分移动的主要通道与机理 木材细胞中的主要空隙: 含水率高于纤维饱和点时: 毛细管张力差引起的液态水
材的吸湿过程所能达到的最大含水量总是低于潮湿木材解 吸过程所能达到的最小含水量，这种解吸稳定含水率大于 吸湿稳定含水率现象称为木材吸湿滞后 。
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5.1.3 木材的吸湿性
木材吸湿与解吸曲线关系
吸湿滞后=W解吸-W吸湿，范围为1%~5%，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：W终W平衡 2.5%
2.89 9.85 2.91 8.22 3.23 10.19
8.77 19.97 10.86 18.87 10.34 20.96
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弦向与径向干缩率,% 纵向干缩率，%
（4）树干中的部位
6.000 5.000
tangetial
4.000
3.000
2.000
1.000
radial
Axial
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8
木材测湿仪
插入式木材测湿仪
测量原理:电阻式测量木 材水分
感应式水分测定仪
测量原理:电磁波感应木材水 分,不损坏木材,测量精度高, 测量范围:0~50%
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5.1.1 木材含水率及其测定
5.1.1.3 木材含水率的变化与分类 1）木材含水率的变化 树种间差异：不同树种，含水率不同 株内差异，心材小于边材；如云南松边材含水率为
沿着细胞腔与纹孔的移动。 在纤维饱和点以下: ①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。 ②在毛细管力作用下，吸着水沿着细胞壁内微内细管系
统的移动。 ③两种路径相互交替移动。
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5.1.5 木材的吸水性
木材浸于水中吸收水分的能力，称为木材的 吸水性。
状态的水。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。
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5.1.1 木材含水率及其测定
5.1.1.2 木材含水率种类与测定方法
1）木材含水率定义
绝对含水率 相对含水率
W绝GWG0G0 10% 0
W相GWGWG0 10% 0
W 绝─ 绝对含水率，%; W相─ 相对含水率，%； G0─ 全干木材的重量，g; Gw ─ 测定时木材重量，g
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5.1 木材中的水分
目录
5.1.1木材含水率及其测定 5.1.2木材的纤维饱和点 5.1.3木材的吸湿性 5.1.4木材中水分的移动 5.1.5木材的吸水性 5.1.6木材透水性
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5.1.1 木材含水率及其测定
5.1.1.1 木材中水分存在的状态
自由水 指以游离态存在于木材细胞的胞腔、细胞间隙