木材学(5.6.10)--木材显微构造(6)
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第一章木材的生成1.1.木材的优点:木材的视觉,触觉,听觉,吸湿性能等。
1.2.木材的缺点:1.干缩和湿胀;2.木材易发生腐朽和受到虫蛀;3.木材作为沿海水工建筑材料或木船时,容易被海生钻孔动物所侵害;4.木材易于燃烧;5.木材的变异性差别很大;6.木材有很多天然的缺陷。
1.3.树干的组成(由外向内)(一)树皮:1 表皮:幼茎最外边的保护层;2 皮层:表皮内侧的薄壁组织,有贮存养分及通气的作用;3 韧皮部:俗称内树皮,由形成层产生,是植物中输导养分的组织。
4 周皮:成熟树干最外边的保护层,由木栓层、木栓形成层和栓内层组成,俗称外树皮;(二)形成层: 位于树皮和木质部之间,是包裹着整个树干、树枝和树根的一个连续的鞘状组织层。
(三)木质部: 位于形成层和髓之间,是形成木材的主要部分,根据细胞的来源分为:初生木质部:起源于顶端分生组织,由原形成层分生形成。
与髓紧密相连,占树木的体积很少;次生木质部:是次生分生组织—形成层活动的结果,占树木体积的绝大部分,是木材利用中最主要的部分。
(四)髓:位于树干的中心,是被木质部包围的薄壁组织,其功能是贮存养分供树木生长,在木材利用上价值很小,但其颜色、大小、形状、质地因树种不同而有差异,所以在木材识别上有特征意义。
1.4.形成层带:形成层原始细胞的重复分裂产生木质部母细胞和韧皮部母细胞,这些母细胞和形成层原始细胞形态相似,也可以进行几次分裂,然后才进入到成熟阶段,所以把这层未分化的细胞带叫形成层带,一般有6~8层细胞。
1.5.高生长(顶端生长、初生长):即长高,是顶端分生组织分生的结果;1.6.直径生长(次生长):即长粗,是形成层原始细胞平周分裂的结果。
1.7.幼龄材与成熟材的区别:(一)在结构方面:1 幼龄材的纤维长度短,直径小;2 幼龄材晚材百分率低;3 幼龄材出现螺旋纹理的倾向较大;4 幼龄材细胞次生壁中层的微纤丝角较大。
(二)在物理力学性质方面1 幼龄材的密度低;2 由于S-2微纤丝角度大,造成它的纵向收缩大,横向收缩小,干燥时容易翘曲,降低锯材质量;3力学强度降低约15%~30%,由于由于S-2微纤丝角度增大,顺纹抗拉强度明显降低。
浙江农林大学硕士研究生入学考试《木材学》考试大纲一、考试性质《木材学》主要研究木材的构造与识别,木材的物理性质、化学性质及力学性质,木材的缺陷、木材的环境学特性及新型木材,以及竹材的性质及加工利用。
是木材学科与工程专业的专业基础课。
是报考木材科学与技术学科的研究生入学考试的科目之一。
为了帮助考生明确复习范围和报考的有关要求,特制定本考试大纲。
二、考试的基本要求要求考生全面系统地掌握木材学的基本概念、理论和主要研究方法,熟悉木材学基础知识在专业领域中的应用,了解主要发展趋势和前沿领域,要求具有能够运用理论和方法去分析和解决实际问题。
三、考试方法和考试时间本试卷采用闭卷笔试形式,试卷满分为150分,考试时间为180分钟。
四、考试内容和考试要求(一)木材的细胞及构造特征考试内容1. 木质资源的特点及木材的形成2.木材的宏观构造3.木材细胞4.木材显微构造5.木材缺陷考试要求1.了解树木分类基础知识,树木高生长和直径生长,树干组成。
掌握木质资源的优缺点、木材的命名、木材的形成过程,幼龄材的形成机理及性质。
2.掌握木材三切面,心边材、生长轮,早晚材,管孔,胞间道、轴向薄壁组织、木射线等基本概念,了解木材辅助特征,材表特征等。
3.了解木材细胞的生成,掌握木材细胞壁中纤维素的各级纤丝单元,壁层结构,细胞壁上的特征,并能够分析细胞壁的结构对木材性质的影响。
4.掌握木材细胞和组织的种类、形态、特征等,针、阔叶材显微构造的比较。
5.掌握木材缺陷主要分类,节子、应力木、裂纹、变色、腐朽等缺陷的基础知识及其对材性的影响。
(二)木材的化学性质考试内容木材主要的化学成分,纤维素、半纤维素、木质素和抽提物。
考试要求掌握纤维素、半纤维素、木质素的结构特点,主要性质及在细胞壁中的分布,了解抽提物及其PH值对木材加工性能的影响。
(三)木材的物理性质考试内容1.木材的密度和水分2.木材的热学性质3.木材的电学性质考试要求1.掌握木材密度种类、木材中水分的存在形式及对木材材性的影响、木材的吸湿性,木材产生干缩湿胀的原因及对木材加工利用的影响。
木材学笔记:(有整理的一定要会,其他的还要自己结合书和笔记)第一章:木材的宏观构造与识别1、树木生长是高生长(顶端生长、初生长)和直径生长(次生长、侧向生长)的共同作用结果。
树木的生长包括高生长和直径生长。
树木中木质部的绝大部分是由直径生长形成,它是形成层原始细胞分生的结果。
所以木材的形成主要经过三个重要过程:形成层母细胞的分裂形成新(子)细胞;新生细胞和组织充分分化和成熟;成熟细胞的蓄积。
2、形成层原始细胞分为:1)射线原始细胞-分生出木射线和韧皮射线; 2)纺锤形原始细胞-分生出导管、管胞、木纤维等。
3心边材对材性和加工工艺的影响心边材在解剖构造上变化有限,在含水率相同时,心材由于浸渗物质较多,有时比边材材色深、重量略高(5%以上)、心材略硬、重、质脆,由于边材含有适于菌虫生长的养料故而招致腐朽、虫蛀。
心材浸渗物对菌虫有毒,故键全心材较边材耐久。
心材物质沉积在胞腔对气体和液体的渗透有不良影响,防腐改性等影响药液的渗透,心边材颜色的差异是细木工镶嵌工艺的很好材料。
但对胶合板制造因材色不一,会影响板面外观,对造纸纤维工业来说,需增加漂白工艺,否则会影响产品表观质量。
4、早晚材比较(1)构造上①早材在年轮内侧,生长初期形成,颜色浅,晚材则相反。
②早材细胞腔大壁薄,长度略短于晚材,宽度大于晚材。
如:水曲柳、柞木的早材导管的细胞腔肉眼下都能看见。
(2)材性上①早材较松软,密度小,晚材较致密,硬重,密度大。
②早材强度小耐磨性差,晚材强度大耐磨性好。
③早材横向干缩小,晚材横向干缩大。
5、阔叶材管孔的排列及分布:(1)环孔材(2)散孔材(3)半环孔材或半散孔材(4)辐射孔材(5)切线孔材(6)交叉孔材(或称花样孔材)6、阔叶材管孔的组合(1) 单管孔(2) 复管孔(3) 管孔链(4) 管孔团7、环孔材晚材管孔排列:①星散排列:管孔大多单独,分布均匀或比较均匀,呈星散排列如:水曲柳,橡树。
②径、斜列:管孔沿径向或斜向排列,可进一步区分为:a、单径列:管孔单引向排列、光叶黄、野梧桐。
学院木材学复习材料第一章木材宏观构造1、木材都有哪些主要的宏观特征?木材三切面:横切面、径切面、弦切面年轮、生长轮早材、晚材边材、心材木射线管孔胞间道轴向薄壁组织2、木材宏观特征的意义是什么?为木材合理利用提供科学依据为木材材质改良提供科学依据为识别和坚定木材提供科学依据为植物分类提供解剖学证据3、树皮的形态有哪些?平滑、粗糙、纵裂、横裂、纵横裂、鳞片裂、刺凸4、三切面的定义横切面:是与树干主轴或木材纹理成垂直的切面,及树干的端面或横断面。
径切面:是顺着树干长轴方向,通过髓心与木射线平行或与年轮相垂直的纵切面弦切面:是顺着树干主轴或木材纹理方向,不通过髓心与年轮(生长轮)平行或与木射线成垂直的纵切面。
5、年轮、生长轮的概念。
年轮:温带、寒带及亚热带地区树木一年内仅生长一层木材,所以称为年轮生长轮:热带或南亚热带地区,部分树木生长季节仅与雨季和旱季的交替有关,一年内会形成几圈木质层,所以称为生长轮。
6、早晚材的概念及差异早材:亦称春材。
在一个生长季中,早期所形成的次生木质部,由于这时气候温和,雨量充足均匀,形成层活动旺盛,所形成的细胞较大,形成的导管细胞多,管腔大,木纤维成分少,细胞壁较薄,材质显得疏松。
晚材:亦称秋材,得名来自其生长时期。
是在生长季后期所形成的次生木质部,这时期气候逐渐变得干冷,形成层活动减弱,以至停止。
所形成的细胞较小,细胞壁厚而扁平,材质显得紧密、坚实。
7、边材、心材的概念边材:位于树干外侧靠近树皮部分的木材。
含有生活细胞和贮藏物质(如淀粉等)。
边材树种是指心与边材颜色无明显差别的树种。
心材:在木材横切面上,靠近髓心部分,木材颜色较深的木材。
由边材演化而成。
心材树种是心材和边材区别明显的树种。
8、木射线的概念及其在三切面上的表现形式木射线:木材横切面上可以看到一些颜色较浅或略带有光泽的线条,它们沿着半径方向呈辐射状穿过年轮,这些线条称为木射线。
横切面:辐射线状,能看到宽度和长度。
1、画出针叶树材交叉场纹孔类型图。
木材学笔记:(有整理的一定要会,其他的还要自己结合书和笔记)第一章:木材的宏观构造与识别1、树木生长是高生长(顶端生长、初生长)和直径生长(次生长、侧向生长)的共同作用结果。
树木的生长包括高生长和直径生长。
树木中木质部的绝大部分是由直径生长形成,它是形成层原始细胞分生的结果。
所以木材的形成主要经过三个重要过程:形成层母细胞的分裂形成新(子)细胞;新生细胞和组织充分分化和成熟;成熟细胞的蓄积。
2、形成层原始细胞分为:1)射线原始细胞-分生出木射线和韧皮射线; 2)纺锤形原始细胞-分生出导管、管胞、木纤维等。
3心边材对材性和加工工艺的影响心边材在解剖构造上变化有限,在含水率相同时,心材由于浸渗物质较多,有时比边材材色深、重量略高(5%以上)、心材略硬、重、质脆,由于边材含有适于菌虫生长的养料故而招致腐朽、虫蛀。
心材浸渗物对菌虫有毒,故键全心材较边材耐久。
心材物质沉积在胞腔对气体和液体的渗透有不良影响,防腐改性等影响药液的渗透,心边材颜色的差异是细木工镶嵌工艺的很好材料。
但对胶合板制造因材色不一,会影响板面外观,对造纸纤维工业来说,需增加漂白工艺,否则会影响产品表观质量。
4、早晚材比较(1)构造上①早材在年轮内侧,生长初期形成,颜色浅,晚材则相反。
②早材细胞腔大壁薄,长度略短于晚材,宽度大于晚材。
如:水曲柳、柞木的早材导管的细胞腔肉眼下都能看见。
(2)材性上①早材较松软,密度小,晚材较致密,硬重,密度大。
②早材强度小耐磨性差,晚材强度大耐磨性好。
③早材横向干缩小,晚材横向干缩大。
5、阔叶材管孔的排列及分布:(1)环孔材(2)散孔材(3)半环孔材或半散孔材(4)辐射孔材(5)切线孔材(6)交叉孔材(或称花样孔材)6、阔叶材管孔的组合(1) 单管孔(2) 复管孔(3) 管孔链(4) 管孔团7、环孔材晚材管孔排列:①星散排列:管孔大多单独,分布均匀或比较均匀,呈星散排列如:水曲柳,橡树。
第1章木材显微构造本章重点介绍了针叶树材于阔叶树才的显微构造,并比较针、阔叶材组织构造的差异。
同时简要讲解了木材组织与构造的变异情况。
用显微镜观察到的木材构造,称为木材纤维构造。
1.1针叶树材的显微构造1.1.1轴向管胞广义轴向管胞是针叶树材中沿树干主轴方向排列的狭长状厚壁细胞。
它包括狭义轴向管胞(简称管胞)、树脂管胞和索状管胞三类。
1.1.1.1管胞的特征及变异特征:管胞在横切面上沿径向排列,相邻两列管胞位置前后略交错,早材呈多角形,常为六角形,晚材呈四边形。
早材管胞,两端呈钝阔形,细胞腔大壁薄,横断面呈四边形或多边形;晚材管胞,两端呈尖削形,细胞腔小壁厚,横断面呈扁平状。
管胞的变异:管胞长度的变异幅度很大,因树种、树龄、生长环境和树木的部位而异。
但这些变异也有一定规律,在不同树高部位内的变异,由树基向上,管胞长度逐渐增长,至一定树高便达最大值,然后又减少。
1.1.1.2管胞壁上的特征a.纹孔:对于针叶树材,轴向管胞之间的纹孔,以及轴向管胞与射线薄壁细胞之间的纹孔对木材鉴别有重大意义。
b.螺纹加厚:螺纹的倾斜度随树种和细胞壁的厚度而变异。
一般胞腔狭窄而壁厚则螺纹倾斜角度大,反之,螺纹比较平缓。
1.1.2木射线针叶树材的木射线全部由横卧细胞组成。
木射线由形成层射线原始细胞所形成,通常是由在径向伸展的带状细胞群组成的带状组织。
1.1.2.1木射线的组成a.射线管胞:是木射线中与木纹成垂直方向排列的横向管胞。
b.射线薄壁细胞:是组成木射线的主体,为横向生长的薄壁细胞。
1.1.2.2交叉场纹孔定义:在径切面由射线薄壁细胞和早材轴向管胞相交叉区域的纹孔式称交叉场纹孔,它是针叶树材识别最重要的特征。
交叉场纹孔可分5种类型:窗格状、松木型、云杉型、杉木型和柏木型。
1.1.3轴向薄壁组织轴向薄壁组织是由许多轴向薄壁细胞聚集而成的。
组成轴向薄壁组织的薄壁细胞是由纺锤形原始细胞分生而来,由长方形或方形较短的和具单纹孔的细胞串连又称轴向薄壁组织,在横端面仅见单个细胞,有时也称为轴向薄壁细胞。
第五章 木材显微构造广义轴向管胞:针叶树材中沿树干主轴方向排列的狭长状厚壁细胞。
包括狭义轴向管胞、树脂管胞和索状管胞三类。
狭义轴向管胞(简称管胞):切针叶树材都具有,为针叶树材最主要的组成分子,占整个木材体积的90%以上。
轴向管胞与材性的关系:轴向管胞的长度与弦向直径之比称为长径比;细胞壁厚度与细胞腔直径之比称为壁腔比;细胞壁的厚薄对材性影响很大,通常晚材管胞腔小壁厚,因而密度大,强度高。
早材管胞:两端呈钝阔形,细胞腔大壁薄,横断面呈四边形或多边形。
晚材管胞:两端呈尖削形,细胞腔壁厚,横断面呈扁平状。
螺纹裂隙:细胞次生壁呈螺旋状的裂缝。
常见于应力木的木材细胞的胞壁,特别是弯曲的针叶树干中。
眉条:指横跨在针叶材管胞的具缘纹孔腔上下边缘,呈半月状的一种特殊加厚条纹,形似眼眉。
功能是加固初生纹孔场的刚性。
木射线的种类:单列木射线;纺锤形木射线轴向薄壁组织的形态:由砖形或等径形、比较短的和具有单纹孔的细胞组成,两端的细胞较尖削。
树脂道的形成:最初这些细胞聚集成簇, 细胞之间并无间隙, 在细胞成长时,由于胞间层消失,各细胞分离,在分离的细胞簇中形成一个管状的细胞间隙。
这种由于细胞互相分离而形成的细胞间隙,称裂生胞间隙。
交叉场:在径切面上木射线薄壁细胞与早材轴向管胞相交叉的平面。
交叉场纹孔:在径切面由射线薄壁细胞和早材轴向管胞相交叉区域的纹孔式。
附物纹孔:是阔叶树材的一种具缘纹孔,在纹孔缘及纹孔膜上存在一些突起物。
裂生胞间隙:最初细胞聚集成簇, 细胞之间并无间隙, 在细胞成长时,由于胞间层消失,各细胞分离,在分离的细胞簇中形成一个管状的细胞间隙。
这种由于细胞互相分离而形成的细胞间隙,称裂生胞间隙。
拟侵填体:拟侵填体很象侵填体,但它仅为针叶树材具有树脂道的树种才有,当轴向或径向树脂道腔内压力下降时,泌脂细胞膨大,趋于消失生活机能,向腔内伸展堵塞一部或全部树脂道,就形成了拟侵填体。
导管:是绝大多数阔叶树材具有的输导组织,为一连串的轴向细胞形成无一定长度的管状组织。
第五章 第6讲 习题作业
1.木材解剖特征对木材加工有哪些影响?
2. 木纤维有几种?
3. 木材有那些孔隙系统?
4. 为什么木材声音传播速度有方向性?
习题解答
1.木材解剖特征对木材加工有哪些影响?
①影响木材表面的装饰性;
②影响木材的渗透性;
③影响木材的干燥等。
2. 木纤维有几种?
木纤维有五种,即纤维状管胞,分隔纤维管胞,韧型木纤维,分隔木纤维,胶质木纤维。
它们之间的区分,可以纹孔的类型与胞腔内是否有分隔等来区别。
纤维状管胞:是常见的、繁多的一种木纤维。
一个成熟的纤维管胞常比纺锤状原始细胞长4-5倍。
两端尖削,胞壁很厚,胞腔很小,具有透镜形或裂隙状的具缘纹孔和狭长的细胞。
这种木纤维在木材中主要起着机械作用。
分隔纤维管胞:胞腔内有横壁的纤维状管胞,称为分隔纤维管胞,分隔纤维管胞没有螺纹加厚,而且螺纹加厚的纤维状管胞概不分隔。
韧型木纤维:具单纹孔的木纤维称韧型木纤维。
它比纤维状管胞狭而长,壁厚而腔小,纹孔更少而小,端部很尖削,或成锯齿状,或分叉状,内壁平滑,比纺锤状原始细胞长3-6倍(叠生构造),或8-9倍(非叠生构造)。
这种木纤维是比较进化的支持组织,起着重要的机械作用。
分隔木纤维:指韧型木纤维胞腔内具有横壁的细胞,称为分隔木纤维。
胶质木纤维:指纤维状管胞或韧型木纤维的内壁有一层未经木质化的胶质一层的细胞,称为胶质木纤维。
它是应拉木普遍存在的纤维特征,故又称应力木纤维。
有应力木纤维较多的木材,锯板时齿条易移位,干燥易开裂,刨削板面常起毛刺,不光洁,对木材加工有不利影响。
3. 木材有那些孔隙系统?
木材是由各类细胞组成,这些细胞是中空的,构成许多孔隙。
另外,在细胞壁内,微纤丝之间、纤丝之间也有大量间隙,形成大量的孔隙系统。
尽管孔隙大小不一,方向各异,但根据木材孔隙直径大小可分成两大类。
第一、大毛细管系统:大毛细管系统,即大孔隙系统,其直径通常大于10-5厘米,木材中细胞腔, 细胞间隙及纹孔等属于这个范围。
针叶树材90%以上是管胞,多数树种的管胞胞腔直径20-30微米,小的也有10微米,大的可达50微米以上。
在松科木材中的松属,落叶松属,云杉属,黄杉属,银杉属,油杉属,铁油杉属具有树脂道,这些道腔也构成许多孔隙,以松属木材最大,直径为60-300微米,落叶松属木材次之,为40-80微米,云杉又次之, 为40-70微米,银杉最小为32-45微米。
纹孔则是一切细胞都具有的。
阔叶树材的大孔隙主要是导管的管腔,木纤维、轴向薄壁细胞和木射线薄壁细胞的胞腔以及少数树种存在树胶管或胞间隙的空腔等。
大导管直径可超过300微米,如泡桐;小的从25-50微米,如油茶。
针叶树材的管胞直径比阔叶树材大多数的导管直径小,而比木纤维的大;
管胞壁上的纹孔也比木纤维的大而多。
所以,针叶树材常比阔叶树材易干燥。
第二, 微毛细管系统:微毛细管系统,即小孔隙系统。
它主要指细胞壁内微团、微纤丝、纤丝之间的间隙,其孔隙直径小于10-5 厘米的称为微毛细管系统。
微毛细管孔径的增大或减小,直接影响木材的膨胀或收缩,同时对水分的移动和干燥速度亦有着重要的影响。
4. 为什么木材声音传播速度有方向性?
木材声音的传播速度比空气大而比金属小。
例如,空气的传播速度331米/秒,铁5000米/秒,铜3900米/秒,松木3323米/秒。
但木材内声的传播速度,顺纹理方向大于径向,径向大于弦向,它们之间的比例为15:5:3。
例如,木材纵向超声速度约为径向的2.35倍(针叶树材)或2.47倍(阔叶树材)及弦向的3.57倍(针叶树材)或3.36倍(阔叶树材);其纵向超声弹性模量约为径向的6.43倍(针叶树材)或6.18倍(阔叶树材)及弦向的12.87倍(针叶树材)或11.62倍(阔叶树材)。
这些数据初步反映出木材弹性的各向异性。
原因是木材是多孔性的弹性体,在气干状态下,声音的横向传播必须经过众多的细胞腔内空
气的阻力,而顺纹理方向声的传播是靠胞壁物质的传导。
所以木材的声音是鉴别木材的优良指标,凡材质好的木材,用斧背敲击,声音铿锵有力,当木材中空或腐朽时,则发出哑声。
目前木材声的传播应用十分广泛,例如,用超声波验伤是无损检验的主要方法之一,即是利用材料本身或内部缺陷对超声波传播的影响,非破坏怀地探测材料内部和表面缺陷的一种技术。