第七章木材材质变异与木材缺陷概述 (2)

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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
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7.1 木材材性变异概况
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 ⑴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。
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)。
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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。
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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。
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7.5.2
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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： ①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 ②散孔材的导管分子长度： 从早材到晚材略有增加， 变化不大。
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1.一个生长轮内的材性变异 (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。
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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。
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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。
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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。
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7.4.3
木材缺陷成形原因
3.人为原因： 由生产、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。
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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。
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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。
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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 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、1％NaOH抽提 物、单宁、树脂成分含量高
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。
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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。
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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。
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，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。
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木材缺陷成形原因
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
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7.4.3
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木材缺陷成形原因
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。
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。
腐朽
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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3.节子对材质及加工利用的影响 ：
（1）节子破坏了木
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。
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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 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。
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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。
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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。
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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 相思木纤维纤丝 角的径向变异曲 线。
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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。
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3. 裂纹的检量
（1）纵裂的检量 检量整根纵裂长度与检尺 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。
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7.5.5 树干形状缺陷
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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。
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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。
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7.4.2
木材缺陷分类
1.按GB/T155－2006《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/T4823－1995《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。
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7.4.3
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。
材结构的均匀性及 完整性，使木材某 些强度如顺纹抗拉、 抗弯强度降低，不 利于木材的有效利 用。
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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。
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4.节子尺寸检量：
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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。
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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。
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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。
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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。
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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.
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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 。
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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12—13轮后木材强度增加明显 变缓，之后相对稳定和波动，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。
第七章 木材变异性与木材缺陷
本章重点与难点： 重点：①木材材质变异性、幼龄材与 成熟材、速生材材性。②木材缺陷的种 类、名称、形成原因及其对材质的影响。 ③结合各专业介绍如何减少材质变异及 预防木材缺陷产生的途经与措施。 难点：①木材材质变异的产生原因及 其影响因素。 ②木材主要缺陷形成及其 对材质影响的机理。
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2. 树干半径方向的材性变异
⑶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。
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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。
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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。
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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。
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7.4 木材缺陷
7.4.1 木材缺陷概念
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。