木材学复习资料

⽊材学复习资料

⽊材结构

⼼材、边材、早材、晚材、管孔、纹孔、穿孔、井字区、螺纹加厚、结晶区、⽆定形区、氢键、树脂道、导管、管胞、⽊射线、纤维、⽊纤维、同胞射线、异胞射线、同型射线、异型射线

⽊材的特点

树⽊来⾃种⼦植物，可分为两⼤类：

裸⼦植物，针叶树材，⽆孔材，软材；被⼦植物，阔叶树材，有孔材，硬材；

树⽊⽣长是⾼⽣长和直径⽣长共同作⽤的结果；分别起源于顶端分⽣组织和侧向分⽣组

织分⽣活动。

表⽪原——表⽪※

顶端分⽣组织⽪层原——⽪层初⽣韧⽪部

（⾼⽣长）中柱原——中柱初⽣维管束维管束形成层

髓初⽣⽊质部

次⽣韧⽪部

维管束形成层

（直径⽣长）次⽣⽊质部

形成层原始细胞的种类及功能

针叶树材韧⽪部的细胞：筛胞、韧⽪纤维、韧⽪轴向薄壁细胞、韧⽪射线、⽯细胞，其

特有细胞是筛胞

阔叶树材韧⽪部的细胞有筛管、伴胞、韧⽪纤维、韧⽪轴向薄壁细胞、韧⽪射线、⽯细胞，其特有细胞是筛管、伴胞

阔叶材管孔的排列分布；

阔叶树材轴向薄壁组织的分类（宏观、显微）；

检索表类型和特点：对分检索表，穿孔卡检索表，计算机⽊材识别系统。对分检索表是

使⽤最⼴泛的⽅法。

韧⽪部形成：（1）由顶端（原）分⽣组织向外分⽣初⽣韧⽪部（与表⽪、⽪层很难分开）。（2）由形成层射线原始细胞向外分⽣次⽣韧⽪部。（3）由⽪层的最外侧形成⽊栓形成层

向外、内分⽣⽊栓层、栓内层，形成周⽪。

⽊材形成：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。

树⽊的从⼩到⼤结构单元：纤维素⼤分⼦（链）—基本纤丝—微纤丝—纤丝—⼤纤丝—薄层—各层—细胞壁—细胞—组织—器官—树⼲—树⽊

壁层结构：

分别描述针、阔叶树材组成细胞分⼦：

针：

轴向：厚壁：轴向管胞 树脂管胞 索状管胞

薄壁：轴向薄壁细胞 轴向树脂道泌脂细胞 伴⽣薄壁细胞 横向：厚壁：射线管胞

薄壁：射线薄壁细胞 横⽣树脂道泌脂细胞 伴⽣薄壁细胞 阔：

轴向：厚壁：导管管胞 ⽊纤维

薄壁：轴向薄壁细胞 轴向树胶道的泌胶细胞 横向：厚壁：⽆

薄壁：射线薄壁细胞 横⽣树胶道的泌胶细胞

⽊材化学性质

⽊材的化学组成：⽊材化学成分，有细胞壁物质和⾮细胞壁物质之分，或称为主要化学成分和少量化学成分。

分别描述纤维素、半纤维素和⽊质素的化学结构特点和异同点。 纤维素：

纤维素是由D-葡萄糖基构成的直链状⾼分⼦化合物。

纤维素的化学结构是1，4-β-D-吡喃式失⽔聚葡萄糖组成。 结构特点：

①葡萄糖基的连接为1、4-β-甙键联结。

②单元是D —葡萄糖基，相邻的葡萄糖基旋转180度。

③葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、3、6三个碳原⼦上。 ④C1位置具隐性醛基，显还原性。

⽊材的化学组成

⽊材

⽊质素

碳⽔化合物

半纤维素

（⽔解单糖—D-葡萄糖、D-半乳糖、D-⽢露糖、D-⽊糖、L-阿拉伯糖）

纤维素

（⽔解单糖—D-葡萄糖） 细胞壁 主要组分

少量组分

⽆机物（灰分）

有机物（芳⾹族、萜烯类、脂肪族等化合物）

⑤葡萄糖基为环式结构。

半纤维素：是由两种或两种以上的糖基所组成分⼦量较⼩的⾼分⼦化合物，其结构型为⽀链型，常带有各种短侧链。仅含有150-200个半纤维素糖基。

针叶树材（softwood）与阔叶树材（hardwood）两者的半纤维素虽然有些差异:

阔叶树材的半纤维素，⾼聚糖主要有两种：⽊糖和葡⽢聚糖,约占20-35%。

针叶树材的半纤维素，⾼聚糖主要为：①半乳糖基葡萄糖基⽢露聚糖。②阿拉伯糖基-4-氧-甲基-葡萄糖醛酸基⽊聚糖，前者约占15-35%，后者约占5-10%。

半纤维素在细胞壁中的分布和作⽤：1.分布模式：①围绕纤维轴成同⼼薄层状态集聚的，常与⾮结晶态的纤维素交织在⼀起。

②分散分布。

2.分布浓度：经研究指出S1层最⾼，内向逐渐降低，在S2的中部浓度较低，且恒定。

半纤维素⼀般为⾮结晶状态，存在于纤维素微纤丝之间。化学性质有些与纤维素相同。

⽊质素：

是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联接⽽成、具有三维结构的芳⾹族⾼分⼦化合物。

苯基丙烷单元分成三类：愈疮⽊基丙烷（G）、紫丁⾹基丙烷（S）和对羟基丙烷（H）。

⽊质素的分布

官能团

⽊质素与糖类的连接

半纤维素与纤维素的⽐较

（1）共同点

共属于多聚糖，都是甙键连接，可以酯化（⼄酰化）或醚化；在适当条件下⽔解；在碱性条件下降解；均含游离羟基具有亲⽔性。

（２）不同点：

纤维素半纤维素1.糖基种类（分⼦结构）

单糖基构成的⾼聚物两种或两种以上的糖基构成2．结构型（分⼦形态）

典型的线型⾼聚糖⽆侧链⽀链型，主要是线型的但带

有各种短侧链（多聚糖）3．物理结构

由结晶区和⽆定形区交错⼀般⽆结晶区

联接⽽成的⼆相体系4．聚合度

很⾼，平均7000～15000 颇低仅含150-200个糖基5．在细胞壁中的作⽤

⾻架物质基体物质6．吸湿性和润胀度

吸附⽔只能进⼊⽆定形区，为⽆定形物质，⽔分⼦容易进⼊结晶区对润胀有限制作⽤故吸湿性和润胀度⽐纤维素⾼。

⽊材物理性质

⽊材⽓⼲密度、基本密度等各类密度：

⽊材密度的种类

分为⽣材密度、⽓⼲密度、绝⼲密度和基本密度。

最常⽤:⽓⼲密度和基本密度。

⽊材吸湿性（解吸、吸湿）：吸湿性：包括吸湿和解吸，即吸收⽔蒸汽和蒸发⽔蒸汽。

吸湿：在纤维饱和点以下，⽔分以⽓态的形式进⼊细胞壁，与细胞壁主成分上的吸着点产⽣氢键或分⼦引⼒结合的过程。

解吸：在纤维饱和点以下，细胞壁的吸着⽔向⼤⽓逸散的过程。

⽊材中⽔分存在的类型：⽊材细胞壁中⽔分存在是形式有三种：⾃由⽔、吸着⽔和化合⽔。

其中对⽊材材性和利⽤有影响的主要是⾃由⽔和吸着⽔。

⽊材平衡含⽔率：⽊材在⼀定的温湿度环境中，吸湿速度与解吸速度达到动态平衡时的含⽔率，即⽊材长期置放在⼤⽓中，与⼤⽓的温湿度相适宜达到的含⽔率。

⽊材的吸着滞后现象：在相同的温湿度下，由吸着过程达到的⽊材平衡含⽔率总是低于由解吸过程达到的平衡含⽔率，这个现象称为吸着滞后现象。

⽊材的纤维饱和点概念并说明是材性的转折点：

①概念：假设把⽣材置在常温、相对湿度为100%的环境中，细胞腔中的⾃由⽔慢慢蒸发。

当细胞腔没有⾃由⽔，⽽细胞壁中结合⽔处于饱和状态，此时的含⽔率称为纤维饱和点。

②其⽣产上的指导意义：纤维饱和点是⽊材材性变化的转折点。

①体积W﹥Wf: W↑↓→V恒定(最⼤)

W﹤Wf: W↑↓→V↑↓成正⽐W→0 时V→最⼩

②强度W﹥Wf: W↑↓→σ恒定(最⼩)

W﹤Wf: W↑↓→σ↓↑成反⽐W→0 时σ→最⼤

③导电性⽊材是绝缘体、⽔是导体

W﹥Wf: W↑↓→P增加⼏⼗倍。

试述纵向和横向⼲缩湿胀的差异，并分析根源所在（差异⼲缩）：

试述径向和弦向⼲缩湿胀的差异，并分析根源所在（差异⼲缩）：

⽊材的热学性质

⽊材的⽐热、导热系数、导温系数、蓄热系数、热膨胀系数

分别描述⽊材的⽐热、导热系数、导温系数、蓄热系数、热膨胀系数的影响因⼦。

⽊材的耐热性：引⽕点、着⽕点、发⽕点温度。

⽊材的电学性质

试述⽊材的导电机理。

⽊材的直流电导率受哪些因⼦影响？

描述射频下⽊材的介电性质及影响因⼦。（影响⽊材介电系数的因素） 论述⽊材电学性质在⽊材⼯业上的应⽤。

⽊材⼒学性质强度：是抵抗外部机械⼒破坏的能⼒。 硬度：硬度是抵抗其它刚性物体压⼊的能⼒。

刚性：刚性是抵抗外部机械⼒造成尺⼨和形状变化的能⼒。

韧性：韧性是⽊材吸收能量和抵抗反复冲击荷载；或抵抗超过⽐例极限的短期应⼒。 黏弹性：⽊材具有弹性固体和黏性流体的特性，具有两者不同机制的形变，并体现弹性固体和流体的综合特性。⽊材的这种特性称为⽊材的黏弹性（流变学特性），它包括蠕变和松弛。

蠕变：在恒定应⼒下，⽊材应变随时间的延长⽽逐渐增⼤的现象。 松弛：在恒定应变条件下应⼒随时间的延长⽽逐渐减少的现象。

泊松⽐：物体的弹性应变在产⽣应⼒主轴⽅向收缩（拉伸）的同时还伴随有垂直于主轴⽅向的横向应变，将横向应变与轴向应变之⽐称为泊松⽐（ µ ）。

εεµ'

-=

弹性模量：物体产⽣单位应变所需要的应⼒，它表征材料抵抗变形能⼒的⼤⼩，E=应⼒/应变

柔量：弹性模量的倒数，表征材料在荷载状态下产⽣变形的难易程度。 α=应变/应⼒ 影响⽊材⼒学性质的主要因素,如何影响： ①⽊材密度的影响。 ②含⽔率的影响。 ③温度的影响 ④长期荷载的影响 ⑤纹理⽅向及超微构造影响 ⑥⽊材缺陷的影响

三段式应⼒-应变曲线适合于哪⼀类型的⽊材：

三段式应⼒-应变曲线是针叶树材和阔叶树材环孔材径向受压时的特征曲线。原因是：针叶树材和阔叶树材环孔材早材细胞腔⼤壁薄细胞实质明显⼩于晚材细胞，径向受压时⾸先是早材的弹性变形（第⼀阶段是早材的弹性曲线）；随着外⼒增加应变迅速增⼤，是早材的压损破坏（第⼆阶段是早材的压损过程曲线）；压缩进⾏⾄早材细胞完全被填充，将

转向晚材的弹性变形（第三阶段为晚材的弹性曲线）。每⼀阶段应⼒-应变曲线都有不同的斜率，这⼀类型的不同树种⽊材都有⼀定程度地具有这样的三段曲线。

试验结果的整理：⽊材物质⼒学性质的主要统计指标有5项——算术平均数、均⽅差、变异系数、均值误差和准确指数。

环境学特性

⽊材环境学特性：

⽊材的视觉特性：⽊材颜⾊、⽊材光泽、⽊纹图案、⽊材对紫外线的吸收性与对红外线的反射性等。

⽊材的触觉特性：冷暖感、粗滑感、软硬感等。

⽊材的调湿特性：①湿度与居住性；②⽊材厚度与调湿效果；③⽊材量与调湿能⼒。

⽊材的空间声学性质。如⽊材对声⾳的吸收、反射和透射。

缺陷

根据国家标准规定的⽊材缺陷分类：节⼦、变⾊、腐朽、蛀孔、裂纹、树⼲形状缺陷、⽊材构造缺陷和损伤，此外，锯材还有⽊材加⼯缺陷和变形

活节：由树⽊的活枝条形成，活节与周围⽊材紧密相连，分布在树⼲上部，质地坚硬，构造正常。

死节：由树⽊的枯死枝条，⽊材组织与周围⽊材部分或全部分离，主要分布在树⼲的中下部。有的质地坚硬，有的腐朽松软。

漏节：不但节⼦本⾝已经腐朽，⽽且深⼊到树⼲内部，引起⽊材内部。漏节常成为树⼲内部腐朽的外部特征。

腐朽节：节⼦本⾝已经腐朽，但并未透⼊树⼲内部，节⼦周围材质仍完好。

⽩腐：⽩腐——即⽩⾊腐朽。主要由⽩腐菌破坏⽊质素，同时也能破坏纤维素。筛孔状或腐蚀性腐朽

褐腐：褐腐——即褐⾊腐朽。主要由褐腐菌破坏胞壁的碳⽔化合物所形成。粉末状或破坏性腐朽。

径、⼲、轮裂：

径裂：在原⽊的横断⾯，沿着径向开裂的裂纹，其裂⼝的宽度为内宽外窄，是⽴⽊时期形成。

⼲裂：在原⽊的横断⾯，沿着径向开裂的裂纹，其裂⼝的宽度为外宽内窄，是⽊材⼲燥过程形成。