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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。
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。
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。
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。
第16次课授课时间：2006年4月20日（星期四）1、2节
第六章 木材的物理性质
§3. 木材的电学性质
1、 木材的导电性
电阻率与电导率
电阻率，是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值，是物体的固有属性，电阻率
越大则材料导电能力越弱。
电导率，是电阻率的倒数，单位为11--⋅Ωm ，电导率越大，则说
明材料导电能力越强。
1.2 木材的电导原理
木材含水率在0%～20%的范围内，影响电导机理的主要因子是木材中的自由离子浓度(载流子的数目)；在更高的含水率范围内，被吸着的束缚离子的解离度很高，离子迁移率上升为决定电导的主要因子。
1.3 影响木材直流电导率的因素
木材的直流电导率受含水率、温度、木材的构造、密度等影响。
2、 木材的介电性
2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
在低频交流电场中，欧姆定律对木材介质也成立，产生的焦耳热和直流电作用下相同。
2.2 射频下木材的极化和介电性
在射频下木材表现出介电性。
所谓介电性，是指物质受到电场作用时，构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质。
木材中的极化现象有以下几类：电子极化、离子（原子）极化、偶极（取向）极化、界面（结构）极化和电解极化。
木材的介电性主要由介电系数和损耗角正切表示。
2.3 木材的介电系数
（1） 介电系数介电系数ε是表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介
电体存储电荷能力的物理参数。
其定义为：木材介质电容器的电容量与同体积尺寸、同几何形状的真空电容器的电容量之比值。
（2）
影响木材介电系数的因素 影响木材介电系数的因素很多，主要包括木材含水率、密度、频率、树种、纹理方向、电场方向等。
木材的介电损耗
（1）损耗角正切和功率因数：其定义为：介质在交流电场中每周期内热消耗的能量与充放电所用能量之比。
功率因数的基本定义为：每周期之内有功功率（热消耗功率）与视在功率
（等于外施电压与总电流的乘积）之比。
（2）介质损耗因数（也称介电损耗率）：介电损耗因数是与能量损失成正比的量，数值上等于介电系数与损耗角正切的乘积。
（3）影响木材介质损耗的主要因素：含水率、频率、密度、纹理方向。
木材的介电性在木材工业中的应用
(1) 交流介电式水分仪。
(2) 木材及木制品的高频热固化胶合工艺。
(3) 高频干燥技术。
3、木材的压电效应和界面的动电性质
3.1压电效应
具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等作用下的应变也能引起电荷定向集聚（极化）从而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化称为压电效应。
木材的压电效应具有以下规律：（1）木材压电率与木材的弹性模量成反比；（2）压电率随温度升高而增大，随含水率升高而绝对值减小；（3）密度大的木材，其压电率也较高；（4）各向异性程度越高的木材的压电效应越明显。
3.2界面的动电性质
§4. 木材的热学性质
1、木材的比热和热容量
在物理学中，某物质比热的基本定义为：使该物质的温度提高1℃所需的热量与将同质量水的温度提高1℃所需要的热量之比，相当于该物质的热容量系数与水的热容量系数之比。
2、木材的导热系数
导热系数的基本定义为：以在物体两个平行的相对面之间的距离为单位，温度差恒定为1℃时，单位时间内通过单位面积的热量。
导热系数通常用符号λ表示，单位为W/(m﹒K)。
影响木材导热系数的因子主要如下：密度、含水率、温度、热流方向。
3、木材的导温系数
导温系数的物理意义是表征材料(如木材)在冷却或加热的非稳定状态过程中，各点温度迅速趋于一致的能力(即各点达到同一温度的速度)。
导温系数越大，则各点达到同一温度的速度就越快。
导温系数通常用符号α来表示，其单位为m2/s。
木材的导温系数在一定程度上也要受到密度、含水率、温度和热流方向等因子的影响。
4、木材的蓄热系数
蓄热系数，是表征在周期性外施热作用下，材料储蓄热量的能力的热物理参数。
蓄热系数越大，则材料在周期性热作用下表面温度的波动就越小，材料的热稳定性越好。
蓄热系数通常用符号S来表示，其单位为kJ/(m2﹒h﹒K)。
5、木材的热膨胀与热收缩
固体的尺寸随温度升高而增大的现象称为热膨胀。
木材的热膨胀系数很小，在10-6～10-5的数量级，明显小于其他建筑材料。
木材是各向异性材料，其不同纹理方向的线膨胀系数有很大的差异。
木材顺纹方向的热膨胀系数与树种和密度无明显相关，但横纹方向的热膨胀系数则有随着密度的增加而增大的趋势。
6、热对木材性质的影响
木材在受热条件下，其物理力学性质会发生不同程度的改变或劣化，主要原因在于木材的结晶结构和化学组分在受热后会发生改变。
在一定温度下进行木材热处理时，在适当的时间阶段内可发生非结晶纤维素中部分结晶化的效应，导致木材吸湿性降低，弹性模量提高；如继续延长热处理时间，就会造成木材化学成分的热分解，导致木材力学性质降低。
