木材物理特性

木材学（7.7.5）--木材的物理性质第1章木材的物理性质本章主要介绍了木材密度、木材的含水状态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。

1.1木材密度木材密度是指单位体积的木材的质量，单位为g/㎝3或㎏/m3。

1.1.1木材密度的种类木材是由木材实质、水分及空气组成多孔性材料，其中空气对木材的质量没有影响，但是木材中水分的含量与木材的密度有密切关系。

因此对应着木材的不同水分状态，木材密度可以分为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。

1.1.2木材相对质量密度（简称相对密度）的测定测定相对质量密度（简称相对密度）必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝干质量。

在大多数情况下，绝干质量的测定与用绝干称重法测定含水率中所用的方法一致。

由于在干燥过程中抽提物可能和水蒸气一起蒸发，所以有时采用蒸馏法来得到绝干质量。

木材的体积的测定可以采用以下方法：a.对于形状规则的试材，直接测量试材的三边尺寸，计算出体积；b.对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积；c.快速测定法1.1.3细胞壁密度、实质密度和空隙度木材的绝干细胞壁的密度可以通过比重比（密度计）或体积置换法来测量。

根据置换介质种类的不同，测得的细胞壁密度的值也有差异木材的空隙度可以用下列计算求得：P(%)=(1-ρ0/ρ0w )×100%式中：P为木材空隙度(%)；ρ0 为木材得绝干密度g/㎝3 ；ρ0w 为木材得实质密度 g/㎝31.1.4木材密度的影响因素除了含水率以外，影响木材密度的因素还包括树种、抽提物含量、立地条件和树龄等。

在同一棵树上，不同部位的木材密度也有较大差别。

1.1.4.1树种不同树种的木材其密度有很大差异。

这主要是由于不同树种的木材的空隙度不同而引起的。

空隙度越大，木材的密度越小。

1.1.4.2抽提物含量木材中通常含有多种抽提物，其中包括松烯、树脂、多酚类（如单宁、糖类、油脂类）以及无机化合物（如硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐）。

1. 木材中的吸附水：组成木材的细胞壁物质—纤维素和半纤维素等化学成分结构中有许多自由羟基(—OH)，它们具有很强的吸湿能力。

在一定温度和湿度条件下，胞壁纤维素、半纤维素等组分中的自由羟基，借助氢键力和分子间力吸附空气中的水分子，形成多分子层吸附水；水层的厚度随空气相对湿度的变化而变化，当水层厚度小于它相适应的厚度时，则由空气中吸附水蒸汽分子，增加水层厚度；反之，当水层厚度大于它相适应的厚度时，则向空气中蒸发水分，水层变薄，直到达到它所适应的厚度为止。

木材中存在着大毛细管和微毛细胞系统，因此木材是个多微毛细孔体。

这些毛细孔体具有很高的空隙率和有巨大内表面，具有强烈的吸附性和发生毛细管凝结现象。

在一定相对湿度的空气中，会吸附水蒸汽而形成毛细管凝结水，达纤维饱和点为止。

微观上，木材细胞壁微纤丝上纤维素链状分子彼此靠近，当微纤丝链之间距离很近时，部分羟基与羟基之间形成新的氢键结合；再次吸湿时因部分相互吸引、价键满足的羟基不能再从空气中吸收更多的水分，因此吸附量减少。

2. 木材中水分的种类：木材中的水分按其存在的状态可分自由水（毛细管水）、吸着水和化合水三类。

（1）自由水自由水是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内水蒸汽两部分；理论上，毛细管内的水均受毛细管张力的束缚，张力大小与毛细管直径大小成反比，直径越大，表面张力越小，束缚力也越小。

木材中大毛细管对水分的束缚力较微弱，水分蒸发、移动与水在自由界面的蒸发和移动相近。

自由水多少主要由木材孔隙体积（孔隙度）决定，它影响到木材重量、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。

（2）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，即细胞壁微纤丝之间的水分。

木材胞壁中微纤丝之间的微毛细管直径很小，对水有较强的束缚力，除去吸着水需要比除去自由水要消耗更多的能量。

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。

不同树种的木材物理力学性能不同树种的木材物理力学性能包括：弹性、塑性、蠕变、抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度、冲击韧性、抗劈力、抗扭强度、硬度和耐磨性等。

树木是木材的原体，是由它本身生命生存与繁衍的整个生长过程，积累了成为不同木材的物质，直到生命自然终结，或被认为终结生命，而成为被利用的材料。

树木是木质多年生植物，通常把它分为乔木和灌木两种。

乔木是l．3米以上，只有一个直立主干的树木；灌木是直立的、具有丛生茎的树木。

我国现有木本植物约7000多种，属乔木者约占1/3以上，但是作为工业用材而供应市场的只不过1000种，常见的约300种。

树木是人类繁衍延续到今天的必要条件。

它靠空气、水和阳光存活，通过一系列化学反应，形成树木肢体的物理变化，为人类营造出了天然的乐园。

“碳”是形成木材物理力基础。

树木在生长发育过程中，形成了高度发达的营养体。

水分及营养液等流体的输运现象始终伴随着树木营养生长的生理过程。

树木由树梢沿主轴向上生长（高生长），也在土壤深处向下生长（根生长），中间的树干部分沿着径向生长。

前一年形成的树干部分到了次年不会再进行高生长。

树木从天上接受阳光的沐浴，到地下去寻觅水分，把原料从树根输送到叶片。

由叶子制造养分，将养分向下输送，供给树木生长需要。

这样，树木生长过程中，形成了非常协调完备的水分及养分的输送系统。

一株红杉（美）树高达112米，一株杏仁桉（奥）树竟高达156米，一株银杏（中）树龄达3000年，一株世界爷（美）树龄竟达7800年。

那么对于如此高大、如此年久的树木，体内各种物质（水、矿物质、可溶性碳水化合物和激素等等）是它的最外层是树皮（外皮），树皮里边一层是韧皮部（也叫内皮），经它将营养液由叶部输送到树木的其他部分（包括根在内）。

再向内一层是形成层，它的细胞不断分裂，使树木沿径向生长而不断加粗。

再往里是边材和心材，即木质部，木质部中被叫做导管的细胞组织，它将树液输送到茎和叶部。

1．化学性质化学组成——纤维素、木质素和半纤维素是构成细胞壁的主要成分，此外还有脂肪、树脂、蛋白质、挥发油以及无机化合物等。

木材对酸碱有―定的抵抗力，对氧化性能强的酸，则抵抗力差；对强碱，会产生变色、膨胀、软化而导致强度下降。

―般液体的浸透对木材的影响较小。

2．物理性质1）含水量木材中的含水量以含水率表示，指所含水的质量占干燥木材质量的百分比。

木材内部所含水分，可分为以下三种。

（1）自由水。

存在于细胞腔和细胞间隙中的水分。

自由水的得失影响木材的表观密度、保存性、燃烧性、抗腐蚀性、干燥性、渗透性。

（2）吸附水。

被吸附在细胞壁内细纤维间的水分。

吸附水的得失影响木材的强度和胀缩。

（3）化合水。

木材化学成分中的结合水。

对木材性能无大影响。

纤维饱和点——指当木材中无自由水，仅细胞壁内充满了吸附水时的木材含水率。

树种不同，纤维饱和点随之不同，―般介于25%～35%，平均值约为30%。

纤维饱和点是木材物理力学性质发生变化的转折点。

平衡含水率——木材长期处于―定温、湿度的空气中，达到相对稳定（即水分的蒸发和吸收趋于平衡）的含水率。

平衡含水率是随大气的温度和相对湿度的变化而变化的。

木材的含水率：新伐木材常在35%以上；风干木材在15%～25%；室内干燥木材在8%～15%。

2）湿胀、干缩的特点当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时，自由水蒸发，其尺寸不变，继续干燥时吸附水蒸发，则发生体积收缩。

反之，干燥木材吸湿时，发生体积膨胀，直至含水量达纤维饱和点为止。

继续吸湿，则不再膨胀，见图10．7．1。

―般地，表观密度大的，夏材含量多的，胀缩就较大。

因木材构造不均匀，其胀缩具有方向性，同―木材，其胀缩沿弦向最大，径向次之，纤维方向最小，见图10．7．1。

这主要是受髓线的影响，其次是边材的含水量高于心材含水量。

图10．7．1含水量对松木胀缩变形的影响木材长期湿胀干缩交替，会产生翘曲开裂。

因而潮湿的木材在加工或使用前应进行干燥处理，使木材的含水率达到平衡含水率，与将来使用的环境湿度相适应。

285 学习情境十一 木材及其制品 二、木材的物理性质木材的物理性质对木材的选用和加工有很重要的现实意义。

（一）含水率含水率指木材中水重占烘干木材重的百分数。

木材中的水分可分两部分，一部分存在于木材细胞壁内，称为吸附水；另一部分存在于细胞腔和细胞间隙，称为自由水（游离水）。

当吸附水达到饱和而尚无自由水时，称为纤维饱和点。

木材的纤维饱和点因树种而有差异，为23%～33%。

当含水率大于纤维饱和点时，水分对木材性质的影响很小。

当含水率自纤维饱和点降低时，木材的物理和力学性质随之变化。

木材在大气中能吸收或蒸发水分，与周围空气的相对湿度和温度相适应而达到恒定的含水率，称为平衡含水率。

木材平衡含水率随地区、季节及气候等因素而变化，为10%～18%。

☼小提示新伐木材含水率常在35%以上，风干木材含水率为15%～25%，室内干燥的木材含水率常为8%～15%。

（二）湿胀干缩木材具有显著的湿胀干缩特征。

当木材的含水率在纤维饱和点以上时，含水率的变化并不改变木材的体积和尺寸，因为只是自由水在发生变化。

当木材的含水率在纤维饱和点以内时，含水率的变化会由于吸附水而发生变化。

当吸附水增加时，细胞壁纤维间距离增大，细胞壁厚度增加，则木材体积膨胀，尺寸增加，直到含水率达到纤维饱和点时为止。

此后，木材含水率继续提高，也不再膨胀。

当吸附水蒸发时，细胞壁厚度减小，则体积收缩，尺寸减小。

也就是说，只有吸附水的变化，才能引起木材的变形，即湿胀干缩。

木材的湿胀干缩随树种不同而有差异，一般来讲，表观密度大、夏材含量高者胀缩性较大。

由于木材构造不均匀，各方向的胀缩也不一致，同一木材弦向胀缩最大，径向其次，纤维方向最小。

木材干燥时，弦向收缩为6%～12%，径向收缩为3%～6%，顺纤维方向收缩仅为0.1%～0.35%。

弦向胀缩最大，主要是受髓线影响所致。

木材的湿胀干缩对其使用影响较大，湿胀会造成木材凸起，干缩会导致木结构连接处松动。

如长期湿胀干缩交替作用，会使木材产生翘曲开裂。

xin木材有哪些物理性质木材的物理性质主要包括木材的含水率、干缩和湿涨、体积质量、导热导电、透水等性质。

1木材的含水率。

以木材中所含水重与干燥木材重量的百分率来表示。

干燥的木材放在潮湿空气中。

会吸收水分潮湿的木材放在干燥空气中会不断蒸发水分。

含水率的大小对木材导热、导电等物理性质影响很大干燥的木材是绝缘性好热导率低含水率高的木材导热导电性都会增大。

潮湿的木材能在较干的空气中失去水分干燥的木材也能从周围的空气中吸收水分这种性能称为吸湿性。

当木材长时间处于一定温度和湿度的空气中则会达到相对稳定的含水率亦即水分的蒸发和吸收趋于平衡这时木材的含水率称为平衡含水率。

平衡含水率随大气的温度和相对湿度而变化。

30的含水率是木材性质的转折点称为纤维饱和点。

新伐木材的含水率一般大于纤维饱和点常在35以上长期处于水中的木材的含水率更高风干木材的含水率常为1525室内干燥的木材含水率常为815。

2木材的干缩和湿胀。

当木材从潮湿状态干燥至纤维饱和点时自由水蒸发其尺寸不改变继续干燥即当细胞壁中吸附水蒸发时则发生体积收缩反之干燥木材吸湿时将发生体积膨胀直达到纤维饱和点时为止此后木材的含水量继续增大而体积不再膨胀。

木材的这种干缩湿胀性随树种而有差异一般来讲表观密度大的含水量多的晚材胀缩就较大。

由于木材的构造不均匀使之在不同方向的干燥值也不一样顺纹方向干缩最小约为01035径向干缩较大约为36弦向干缩最大约为612。

木材的干缩和湿胀与含水率直接相关30含水率是木材性质的转折点也叫纤维饱和点。

含水率高于30时木材不膨胀也不收缩强度恒定含水率在30左右时木材的强度和形状不发生变化含水率低于30时木材的强度和形状会发牛夺化。

3、木材的体积质量。

木材的体积质量是指天然木材单位体积质量kg/m3。

由于木材的树种及含水率不同体积质量也不同。

含水率越高体积质量越大。

一般以含水率为15时的体积质量作为标准体积质量。

在含水率相同的情况下体积质量大的木材材质坚硬强度也大。