第2次课-宏观构造-三切面、心边材、生长轮、年轮、早晚材、晚材率
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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》课程教学问题比较与思考闫丽【摘要】In this paper ,teaching methods of wood science are compared between Chinese and American from method of choosing course in class teaching ,practice teaching and evaluation method ,referencing from the merit of American teaching methods , combining with the problems in teaching practice of wood science curriculum ,the autonomous learning teaching plan in class teaching and group projects of practice teaching of wood science curriculum were presented.The suggestions for reforming pro-fessional course choosing and evaluation methods were recommended ,in order to provide reference for wood science curriculum construction and teaching reform in China.%从选课方式、课堂教学、实践教学及考评方式等方面对中美“木材学”课程教学进行了比较分析,借鉴美式教学方法优点,结合当前《木材学》课程教学中存在的问题,提出了《木材学》课堂教学的自主学习型教学方案及实践教学的小组项目设计方案,并对专业课的选课方式和考评方式提出了改革建议,以期为我国木材学课程建设和教学改革提供借鉴。
《木材学》教学大纲一、教学目的和任务木材及木质资源材料广泛存在于自然界中,蓄积量大,具有可再生、可循环利用、对环境无污染、经济成本低、符合生态环境材料要求等特点,符合国家可持续发展战略的要求。
学生通过学习木材学这门课程,能够了解木材科学的基本理论和发展趋势,理解木材学的广义含义——指木质化天然材料及其制品的生物学、化学和物理性质,以及生产、加工的科学依据;理解木材学的狭义含义——是研究木质原材料的学科,它的范围包括木材结构、性质、缺陷和性能改良理论等。
木材学是探索木材及木质资源材料的本质问题,是学习与掌握木材科学与工程专业知识的重要基础,同时是实现木材科学与工程专业培养目标的必备前提。
木材学课程的教学目的和任务是:使学生掌握木材宏微观解剖构造特征和检索表应用基础上,初步掌握木材识别的基本方法以及木材的基本特性;熟练掌握木材的化学、物理和力学性质,掌握科学、合理的利用木材资源的手段与方法;初步掌握木材材料的各种测试方法和相关的国家(国际)标准,为木材的合理利用提供依据。
同时,培养学生综合运用所学的知识分析问题和解决问题的能力,培养学生理论和实践相结合的能力,培养学生的创新精神和创新能力。
二、教学方法及要求本课程重点采用课堂多媒体讲授的教学方法,讲授时间为40学时,包括木材的宏观、微观和超微观构造,木材的各种性质及加工应用机理。
要求学生课前能预习、课后能复习,同时课堂讲授中,教师与学生之间有良好的互动。
在课堂理论讲授的基础上,结合16学时的实验教学环节,培养学生掌握木材构造和性能测定方面的基本技能和方法,要求撰写实验报告,培养学生分析问题、解决问题的能力。
通过本课程的教学,要求学生掌握木材的结构特征及识别木材的技能,掌握木材的化学,物理和力学性质和木材的各种性质和加工利用的关系,并树立可持续发展的观点,明确木材作为可再生资源在保护环境、改善生态、提高人类生活质量方面的巨大功能和作用,深刻领会加大木材的研究和开发利用力度的重要意义,为学好后续专业课程奠定必要的理论基础。
三、木材的构造作为一种生物材料,木材是由一个个的细胞构成的!这种生物细胞的集合体,在肉眼下,在放大镜下,在各种显微镜下,呈现出有序而又形态各异的变化。
这里将向大家展示针叶树材和阔叶树材宏观上的、微观上的构造,以及化学结构。
木材构造决定了木材的性质,乃至木材的用途。
只有大家来欣赏,并且来积极参与,这里的内容才能得到日益完善三.1、宏观构造用肉眼或放大镜所观察到的木材的特征,称为木材的宏观构造或粗视构造。
木材的宏观构造往往在木材的三切面上观察,即横切面、径切面和弦切面(如图)。
横切面(cross section)是指与树干主轴或木纹相垂直的切面,即树干的端面或横断面;径切面(radial section)是指顺着树干轴向,通过髓与木射线平行或与年轮垂直的切面;弦切面(tangential section)是没有通过髓心的纵切面,顺着木材纹理。
木材的宏观特征包括木材的心材和边材,生长轮(年轮)和早材、晚材,阔叶树材的管孔,胞间道,木射线和轴向木薄壁组织。
心材(heartwood)指许多树种木材(生材)的横切面上,靠近髓心部分,材色较深,水分较少,称为心材;边材(sapwood)指许多树种木材的横切面上,靠近树皮部分,材色较浅,水分较多,称为边材。
生长轮(growth ring)为树木在每个生长周期所形成的木材,围绕着髓心构成的同心圆;年轮(annual growth ring)指如果在温带和寒带,树木的生长周期在一年中只有一度,形成层在一年中向内只生长一层木材,那么此时的生长轮也叫年轮。
轮界线(growth-ring boundary)为年轮之间的界限。
有些树种轮界线清晰可见,有的不清晰。
早材(early wood)指温带和寒带的树种,通常生长季节早期所形成的木材,由于细胞分裂快,所形成的细胞腔大壁薄,材质较松软,材色浅,称为早材;晚材(late wood)指温带和寒带的树种,通常生长季节晚期所形成的木材,由于细胞分裂慢,所形成的细胞腔小壁厚,材质较致密,材色深,称为晚材。
华南农业大学木材学实验报告实验题目:木材宏观构造实验实验日期:专业班级:学号:姓名:教师:成绩:评语:实验一:针叶材微观构造实验一实验目的1识别木材的三个切面,生长轮、早材和晚材、木射线、树脂道、环孔材和散孔材及其在三个切面上的形态,了解针叶树材与阔叶树材宏观构造上的差别,以增加理论知识和掌握木材的宏观识别方法。
2观察管孔的排列,了解轴向薄壁组织的类别,识别侵填体和髓斑。
二实验内容1 按照讲授的方法用肉眼或放大镜观察木材特征,观察樟子松、云杉、铁杉、柞木、柚木、核桃楸、水曲柳、奥克榄、槭木、冰片香、龙脑香、刺猬紫檀等木材的宏观特征,并重点观察表格(1)中的结构特征。
观察要点为:1)生长轮;2)早材和晚材;3)木射线;4)树脂道或树胶道;5)管孔;6)轴向薄壁组织;7)侵填体;8)髓斑2 观察樟子松、云杉、铁杉、柞木、柚木、核桃楸、水曲柳、奥克榄、槭木、冰片香、龙脑香、刺猬紫檀等木材,注意各构造特征的形态差异,完成宏观构造图标注。
三实验材料樟子松、云杉、铁杉、柞木、柚木、核桃楸、水曲柳、奥克榄、槭木、冰片香、龙脑香、刺猬紫檀等木材,放大镜(10×),刀片。
四实验方法和步骤1 按照木材学实验指导书要求熟悉放大镜的使用;2 对实验材料中的木材按照实验指导书要求进行观察五实验结果与思考1 标注木材宏观构造图结构名称2 简述木材微观构造特征1 云杉2 樟子松3 铁杉5水曲柳6 槭木8 红栎9白栎11柚木12非洲楝13龙脑香14奥克榄15 非洲紫檀16掌叶葳17 香脂木豆18 重黄娑罗双19乳桑木20铁樟木21印茄22白蜡木23水青冈24番龙眼25黑核桃26樱桃木27古夷苏木28刺猬紫檀。
第三章 木材宏观构造宏观构造概念:宏观构造指在肉眼或放大镜下就可以观察到的木材组织和形态。
木材的三切面:横切面指与树干垂直的切面,生长轮形状为同心圆状,木射线为辐射线状;径切面指与射线平行或与生长轮垂直的切面,生长轮形状为平行线状,木射线为片状弦切面指与射线垂直或与生长轮平行的切面 ,生长轮形状为抛物线状;木射线为纺缍状。
心材与边材:心材指树干中靠近髓心,材色较深,水分较少的中心木质部。
边材指树干中靠近树皮,材色较浅,水分较多的外围木质部。
早材:靠髓心材色较浅者(针叶材);靠髓心管孔较大者(阔叶材)。
晚材:靠树皮材色较深者(针叶材); 靠树皮管孔较小者为(阔叶材)。
熟材:树干的中心部分与外围部分的材色无区别,但含水率不同,中心水分较少的部分称为熟材。
生长轮:形成层在每一个生长季节里向内分生的一层次生木质部,称为生长轮。
不连续年轮:在同一生长周期内由于突变的外界原因,生长中断然后又开始,形成一个周期内两个年轮(假年轮)。
杉木、松木、柏木常见。
管孔:在横截面上可以看到许多大小不等的孔眼。
导管线:在纵切面上导管呈沟槽状。
有孔材:所有具有导管的阔叶树材。
无孔材:指针叶树材,因为针叶树材不具有导管,在横切面上用肉眼看不出有管孔存在。
管孔的组合:有单管孔,复管孔,管孔团,管孔链。
管孔的排列:有星散状,弦列状,径列状,斜列状,不规则状。
管孔的大小与数目:管孔的大小,是以管孔的弦向直径决定,分三级,极小:弦径小于0.1mm, 小:弦径0.1~0.2mm,肉眼可见,放大镜下明晰,中:弦径0.2~0.3mm,肉眼下易见至略明晰,结构中等,大:弦径0.3~0.4mm,肉眼下明晰,木材结构粗,极大:弦径大于0.4mm,肉眼下很明显,木材结构甚粗;对于散孔材,在横切面上单位面积内管孔的数目,对木材识别也有一定帮助。
可分为以下等级,甚少:每1mm2内少于5个,少: 每1mm2内有5 ~ 10个,略少:每1mm2内有10 ~ 30个,如核桃。
第 2 次课授课时间:2006年3月2日(星期四)1、2节
第二章木材的宏观构造
§1. 宏观构造特征的内容
1、木材构造特征研究法
根据所采用的工具不同有三种方法:
1. 用肉眼或手持放大镜观察木材的宏观构造。
2. 借助于光学显微镜观察木材的显微构造特征。
3. 用X射线或电子显微镜观察木材的超显微结构。
2、木材宏观构造定义
木材宏观构造是指在肉眼或放大镜下所能见到的木材构造特征。
提问:用肉眼和放大镜,同时借助一定的嗅觉和触觉来感知木材,可以发现哪些宏观构造特征呢?(颜色和光泽、气味和滋味、结构、纹理和花纹、髓斑、重量和硬度、材表,边材和心材、年轮、早材和晚材、管孔、胞间道、木射线、轴向薄壁组织)有些为同学们所了解,还有一部分则是这堂课所引入的全新的概念。
上述的这些宏观构造特征中有的容易辨别,有的不易,有的比较稳定,有的变化较大,有的在木材宏观识别中居重要地位,有重要作用,有的只是作为参考。
因此,依据其稳定性的不同将宏观构造特征的内容分为以下两个方面:
3、宏观构造特征内容
1.主要特征:木材的构造特征,它们比较稳定,规律性较为明显,是鉴别木材的主要依据。
主要包括:边材和心材、年轮、早材和晚材、管孔、胞间道、木射线、轴向薄壁组织。
2. 次要特征:它们通常变化较大,由于外界的影响而不稳定,作为鉴别木材的参考依据。
主要包括:颜色和光泽、气味和滋味、结构、纹理和花纹、髓斑、重量和硬度、材表。
4、木材三切面图
木材是由细胞构成,这些细胞有沿纵向生长的细胞,如管胞、木纤维,导管、轴向薄壁组织,也有沿木材横向生长的细胞,如木射线,这些细胞的排列和组合形成了木材的各种组织,从而形成了木材的各种宏观构造特征,为了充分认识这些特征,我们人为的定义了三
个特定的木材截面,以便充分地把木材结构特征反映出来。
横切面:与树干长轴相垂直的断面。
P23 图2—1
提问:可以在横切面上观察到木材的哪些组织特征?
可以观察到木材的生长轮、心材和边材、早材和晚材、木射线、薄壁组织、管孔、管胞、胞间道等。
径切面:平行于树干长轴方向,与树干半径方向一致或通过髓心的纵剖面。
提问:可以在径切面上观察到木材的哪些组织特征?
可以观察到相互平行的生长轮、边材和心材的颜色、导管和管胞沿纹理方向的排列、木射线等。
弦切面:平行于树干长轴方向与树干半径垂直的纵剖面或以髓心为圆心作同心圈,与这些同心圆相切的纵剖面。
提问:可以在弦切面上观察到木材的哪些组织特征?
可以观察到生长轮呈抛物线状,可以测量木射线的高度和宽度。
§2 宏观构造的主要特征
1、心材和边材
1.1 心材和边材的定义
边材:在木质部中,靠近树皮(通常颜色较浅)的外环部分称为边材。
由新生的形成层分生组织形成,位于树干横切面边缘接近树皮的部位,在生成后最初的数年内,细胞是有生命的,起机械支持和输导作用,通常颜色较浅。
心材:随心与边材之间(通常颜色较深)的木质部。
新生木质部经过几年生长,生活细胞逐渐老化死亡,失去生活机能,颜色加深形成心材。
树木随着径向生长的不断增加和木材生理的老化,心材逐渐加宽。
1.2 心材的形成
心材是由边材转化而来的,是一个复杂的生理生化过程,在这个过程中,生活细胞死亡,细胞腔出现单宁、色素、树胶、树脂以及碳酸钙等沉积物,水分疏导系统阻塞,材质变
硬,密度增大,渗透性降低,耐久性提高,木材着色变为心材。
需要特别指出的是:有些树种的颜色并不加深,因为这些树种心材的抽提物可以是无色或浅色,心材颜色加深并不是边材转化为心材的必然条件。
在树干的横切面,边材及心材的面积占总面积的比率分别叫边材率和心材率。
较早形成心材的树种,心材率高(如圆柏属、红豆杉属、梓属、刺槐属、擦木属和桑树属等)。
有些树种需要10~30年以上才能形成心材,心材率低(如银杏、马尾松、落叶松、柿树、金丝李和青皮等)。
1.3 心材树种、边材树种和熟材树种
根据心、边材的颜色,立木中心、边材的含水率的差异,将木材分为以下几种类型:
1.心材树种(显心材树种):心、边材颜色区别明显的树种叫心材树种。
如:紫杉属、桑树、苦木、擦木、漆树等。
心、边材颜色区别显著,具有明显的分界线,称为心边材急变。
心、边材颜色过渡缓慢,称为心边材缓变。
2. 边材树种:心、边材颜色和含水率无明显区别的树种叫边材树种。
如:桦木、椴木、杨木等。
3. 熟材树种(隐心材树种):心、边材颜色无明显区别,但立木中心木材的含水率较低。
如:云杉属、冷杉属、水青冈、椴木、山杨等。
需要特别指出的是:有些边材树种或熟材树种,由于受真菌侵害,树干中心部分的材色会变深,类似于心材,但在横切面上其边缘不规则,色调也不均匀,质地松软,将这部分木材叫做假心材或伪心材。
伪心材现象在杨属木材中相当普遍。
另外有些心材树种,如圆柏,部分心材由于真菌危害,偶尔出现材色浅的环带,与内含边材很相似,应注意区分。
2、生长轮、年轮、早材和晚材
2.1 生长轮、年轮
生长轮:通过形成层的活动,在一个生长周期中所产生的次生木质部,在横切面上呈现一个围绕髓心的完整轮状结构,称为生长轮。
需要特别指出的是:在寒带和温带,形成层每年仅分生一层,因此将其生长轮称为年轮。
而在热带,一年间气候变化小,四季不分明,树木的生长仅与雨季和旱季的交替有关,所以一年之间可能形成几个生长轮。
树木在生长季节内,由于受菌虫危害、霜、雹、火灾、干旱、气候突变等的影响,生长中断,经过一定时期以后,生长又重新开始,在同一生长周期内,形成2个或2个以上的生长轮,这种生长轮称作假生长轮或伪生长轮。
伪生长轮的界限不像正常生长轮那样明显,往往也不成完整的圆圈。
图例示范:衫木、柏木、马尾松常出现伪生长轮。
2.2 早材和晚材
早材:温带和寒带树木在一年的早期或热带树木在雨季形成的木材,由于环境温度高,水分足,细胞分裂速度快,细胞壁薄,形体较大,材质松软,材色浅,称为早材。
晚材:到了温带和寒带的秋季或热带的旱季,树木的营养物质流动缓慢,形成层细胞的活动逐渐减弱,细胞分裂速度减慢并逐渐停止,形成的细胞腔小而壁厚,材色深,组织较致密,称为晚材。
需要特别指出的是:由于早、晚材的结构和颜色不同,在它们的交界处形成明显或不明显的分界线。
某一年晚材与下一年早材之间的分界线称为轮界线。
它的明显与否,称为生长轮明显度。
而在2个轮界线之间,早材至晚材的转变和过渡的急缓,称为早晚材急变或缓变。
如松属木材中的硬松类(油松、樟子松、马尾松)属早晚材急变,而软松类(华山松、红松、白皮松)属早晚材缓变,这是识别松属木材的一个重要特征。
晚材率:晚材在一个生长轮中所占的比例称为晚材率。
%100⨯=a b
P
式中:P ——晚材率(%)
b —— 一个生长轮中晚材的宽度
a —— 一个生长轮的宽度
提问:晚材率高的树种强度相应较高还是较低?较高。