2025年木材學(xué)題庫及答案一、名詞解釋1.早材：在溫帶或亞熱帶樹木的一個(gè)生長輪中，形成層在生長季節(jié)早期（春季或初夏）活動(dòng)旺盛時(shí)形成的木材部分，其細(xì)胞分裂快、管徑大、細(xì)胞壁薄，顏色較淺，材質(zhì)較松軟。2.晚材：生長輪中形成層在生長季節(jié)后期（夏末或秋季）活動(dòng)減弱時(shí)形成的木材部分，細(xì)胞分裂慢、管徑小、細(xì)胞壁增厚明顯，顏色較深，材質(zhì)致密堅(jiān)硬。3.管孔式：闊葉樹材中導(dǎo)管在生長輪內(nèi)的分布方式，主要分為環(huán)孔材（早材管孔顯著大于晚材，呈環(huán)狀排列）、散孔材（管孔在生長輪內(nèi)分布均勻，大小相近）和半環(huán)孔材（介于前兩者之間，早材至晚材管孔逐漸變小）。4.木素：木材細(xì)胞壁的主要化學(xué)成分之一，是由苯丙烷結(jié)構(gòu)單元通過醚鍵和碳碳鍵連接而成的三維網(wǎng)狀高分子化合物，填充于纖維素微纖絲間，增強(qiáng)細(xì)胞壁的剛性和抗降解能力。5.吸著水：木材中以氫鍵形式吸附于細(xì)胞壁微纖絲表面及無定形區(qū)的水分，其含量隨環(huán)境相對濕度變化而變化，是影響木材干縮濕脹的主要因素。6.木材密度：單位體積木材的質(zhì)量，通常分為氣干密度（木材在氣干狀態(tài)下的密度，含水率約12%）和全干密度（木材完全干燥后的密度），是衡量木材物理力學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。7.木材腐朽：木材在木腐菌（如白腐菌、褐腐菌）作用下，其細(xì)胞壁成分（纖維素、半纖維素、木素）被酶解破壞，導(dǎo)致材質(zhì)松軟、強(qiáng)度下降的現(xiàn)象，需滿足水分、氧氣、適宜溫度和營養(yǎng)條件。8.應(yīng)力木：樹木因受機(jī)械應(yīng)力（如傾斜、風(fēng)倒）刺激而形成的異常木材，針葉樹的應(yīng)力木稱應(yīng)壓木（位于樹干下側(cè)，木質(zhì)部增厚，密度大，收縮率高），闊葉樹的應(yīng)力木稱應(yīng)拉木（位于樹干上側(cè)，含膠質(zhì)纖維，微纖絲角小，干縮各向異性顯著）。二、簡答題1.簡述木材微觀構(gòu)造中細(xì)胞壁的層次及各層特征。細(xì)胞壁由胞間層（ML）、初生壁（P）和次生壁（S）構(gòu)成。胞間層是相鄰細(xì)胞間的膠結(jié)層，主要成分為果膠質(zhì)，厚度約0.1-0.2μm，無纖維素微纖絲；初生壁是細(xì)胞生長初期形成的薄層，微纖絲排列不規(guī)則（網(wǎng)狀），厚度約0.1-1μm，含纖維素、半纖維素和少量木素；次生壁是細(xì)胞停止生長后增厚的主要部分，分為S1、S2、S3三層：S1層微纖絲與細(xì)胞長軸成50°-70°角，厚度較薄；S2層最厚（占次生壁的70%-90%），微纖絲與細(xì)胞長軸成10°-30°角，決定木材的力學(xué)性能；S3層微纖絲與細(xì)胞長軸成60°-90°角，厚度極薄，靠近細(xì)胞腔。2.影響木材干縮濕脹的主要因素有哪些？（1）木材方向：縱向干縮最?。s0.1%-0.3%），徑向次之（3%-6%），弦向最大（6%-12%），與微纖絲排列方向及細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異有關(guān)；（2）樹種：密度高、木素含量高的樹種干縮率較?。ㄈ鐧的荆?，密度低、纖維素含量高的樹種干縮率較大（如楊木）；（3）含水率：僅當(dāng)木材含水率在纖維飽和點(diǎn)（約25%-35%）以下時(shí)才發(fā)生干縮濕脹，高于纖維飽和點(diǎn)時(shí)體積不變；（4）晚材率：晚材含量高的木材，細(xì)胞壁物質(zhì)多，干縮率較小；（5）應(yīng)力木：應(yīng)壓木和弦向干縮率顯著高于正常木，應(yīng)拉木徑向干縮率異常增大。3.如何通過化學(xué)分析法測定木材中纖維素的含量？常用硝酸-乙醇法（Wise法）：將木材試樣用硝酸-乙醇混合液（體積比1:4）在沸騰條件下處理，半纖維素和木素被酸解或氧化溶解，剩余殘?jiān)鼮槔w維素（含少量α-纖維素）。具體步驟：（1）試樣經(jīng)苯-乙醇抽提去除抽提物；（2）加入硝酸-乙醇溶液回流2-3小時(shí)，期間更換新鮮溶液至殘?jiān)拾咨?；?）過濾、洗滌、干燥后稱重，計(jì)算纖維素含量（殘?jiān)|(zhì)量/試樣絕干質(zhì)量×100%）。需注意：該法會導(dǎo)致部分纖維素降解，結(jié)果略低于實(shí)際值，可通過進(jìn)一步用17.5%NaOH溶液處理殘?jiān)ㄈコ肜w維素）得到α-纖維素含量。4.木材在干燥過程中可能產(chǎn)生哪些應(yīng)力？如何防止干燥開裂？干燥應(yīng)力包括：（1）表面拉應(yīng)力：初期表面水分蒸發(fā)快，含水率低于內(nèi)部，表面收縮受內(nèi)部約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，易導(dǎo)致表裂；（2）內(nèi)部拉應(yīng)力：干燥后期內(nèi)部水分向表面移動(dòng)，內(nèi)部含水率低于表面，內(nèi)部收縮受表面約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，易導(dǎo)致內(nèi)裂；（3）殘余應(yīng)力：干燥結(jié)束后木材內(nèi)部未完全釋放的應(yīng)力，可能導(dǎo)致后期變形。防止開裂的措施：（1）控制干燥速度：初期降低溫度、提高濕度（如預(yù)熱處理），減少表面與內(nèi)部的含水率梯度；（2）采用梯度干燥或平衡干燥工藝，使各層含水率均勻下降；（3）對易裂樹種（如馬尾松、橡木）進(jìn)行高溫高濕預(yù)處理（汽蒸），軟化木素，增加塑性；（4）鋸材堆垛時(shí)加隔條，保證氣流均勻，避免局部應(yīng)力集中；（5）干燥后進(jìn)行調(diào)濕處理（噴蒸），消除殘余應(yīng)力。5.簡述木腐菌侵害木材的必要條件及防腐處理的原理。必要條件：（1）水分：木材含水率需高于20%（纖維飽和點(diǎn)以下，約25%-35%最適宜）；（2）氧氣：絕大多數(shù)木腐菌為好氧菌，需接觸空氣；（3）溫度：最適溫度20-30℃（低于5℃或高于40℃活動(dòng)受抑制）；（4）營養(yǎng)：木材中的纖維素、半纖維素、木素提供碳源，灰分提供礦質(zhì)元素。防腐處理原理：通過物理或化學(xué)方法破壞上述條件：（1）降低含水率（如干燥至18%以下），使木腐菌無法獲取水分；（2）隔絕氧氣（如真空處理后注入防腐劑）；（3）提高溫度（如高溫?zé)崽幚?，使木材成分變性）；?）化學(xué)防腐：使用防腐劑（如銅鉻砷合劑、季銨鹽）滲透到木材細(xì)胞腔或細(xì)胞壁中，抑制或殺死木腐菌的酶系統(tǒng)，阻礙其代謝活動(dòng)。三、論述題1.論述木材密度與力學(xué)性能的關(guān)系，并舉例說明其在實(shí)際應(yīng)用中的意義。木材密度是單位體積的質(zhì)量，主要由細(xì)胞壁物質(zhì)含量（晚材率、細(xì)胞壁厚?。Q定，是反映木材力學(xué)性能的核心指標(biāo)。二者關(guān)系可從以下方面分析：（1）密度與強(qiáng)度的正相關(guān)：密度越大，細(xì)胞壁物質(zhì)越多，纖維素微纖絲排列更緊密，分子間結(jié)合力越強(qiáng)。例如，密度高的麻櫟（氣干密度0.7-0.9g/cm3）的順紋抗壓強(qiáng)度可達(dá)50-70MPa，而密度低的楊木（氣干密度0.3-0.5g/cm3）僅20-35MPa?？箯潖?qiáng)度（MOR）與密度的相關(guān)性更顯著，如柚木（密度0.6-0.7g/cm3）的MOR約90-120MPa，遠(yuǎn)高于泡桐（密度0.25-0.35g/cm3，MOR約40-60MPa）。（2）密度與彈性模量（MOE）的關(guān)聯(lián)：MOE反映木材抵抗彈性變形的能力，主要取決于纖維素微纖絲的取向（S2層微纖絲角）和細(xì)胞壁的剛性。雖然密度增加會提高M(jìn)OE（如鐵杉密度0.45g/cm3時(shí)MOE約10GPa，水曲柳密度0.6g/cm3時(shí)MOE約12GPa），但微纖絲角的影響更顯著——微纖絲角?。ㄈ鐟?yīng)拉木，5°-10°）的木材MOE可高達(dá)20GPa，遠(yuǎn)高于同密度正常木（微纖絲角15°-30°，MOE約10-15GPa）。（3）密度與沖擊韌性的矛盾：密度高的木材雖強(qiáng)度大，但脆性增加，沖擊韌性（抵抗沖擊破壞的能力）可能降低。例如，硬楓木（密度0.65g/cm3）的沖擊韌性約15kJ/m2，而軟松木（密度0.45g/cm3）約20kJ/m2，因軟木細(xì)胞腔大，受沖擊時(shí)可通過細(xì)胞變形吸收能量。實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)用途選擇密度適宜的木材：建筑結(jié)構(gòu)材（如梁柱）需高密高強(qiáng)（如橡木、柚木）；家具框架需兼顧強(qiáng)度與加工性（如水曲柳，密度0.6g/cm3左右）；運(yùn)動(dòng)器材（如棒球棒）需高M(jìn)OE和適當(dāng)韌性（如白蠟?zāi)?，密?.6-0.7g/cm3，微纖絲角?。?；包裝材則可選低密度、易加工的楊木、泡桐。2.比較針葉樹材與闊葉樹材的構(gòu)造差異，并分析其對加工利用的影響。針葉樹材（軟材）與闊葉樹材（硬材）的構(gòu)造差異主要體現(xiàn)在細(xì)胞組成和排列方式上：（1）細(xì)胞類型：針葉樹材以管胞為主要輸導(dǎo)和支撐細(xì)胞（占90%以上），僅含少量木射線（薄壁細(xì)胞），無導(dǎo)管；闊葉樹材含導(dǎo)管（輸導(dǎo)組織）、木纖維（支撐）、木射線和軸向薄壁細(xì)胞，細(xì)胞類型復(fù)雜。（2）導(dǎo)管與管胞：針葉樹材管胞長度2-5mm，直徑10-30μm，壁上具具緣紋孔，輸導(dǎo)效率低；闊葉樹材導(dǎo)管由多個(gè)導(dǎo)管分子端壁穿孔連接成導(dǎo)管，長度可達(dá)數(shù)米，管徑50-300μm（環(huán)孔材早材導(dǎo)管更大），輸導(dǎo)效率高，是闊葉樹材宏觀可見管孔的原因。（3）木射線：針葉樹材木射線多為單列（1-2細(xì)胞寬），高度較低（幾至幾十個(gè)細(xì)胞）；闊葉樹材木射線多列（2-多細(xì)胞寬），高度可達(dá)數(shù)百個(gè)細(xì)胞（如櫟木的寬木射線肉眼可見）。（4）軸向薄壁細(xì)胞：針葉樹材極少見，闊葉樹材普遍存在，且分布方式多樣（環(huán)管狀、離管帶狀等）。對加工利用的影響：（1）干燥性能：針葉樹材因無大導(dǎo)管，水分移動(dòng)主要通過管胞紋孔，干燥速度較慢但不易開裂（如松木）；闊葉樹材導(dǎo)管為水分快速移動(dòng)通道，環(huán)孔材（如橡木）早材導(dǎo)管大，初期干燥易因水分流失過快導(dǎo)致表裂，散孔材（如樺木）導(dǎo)管小而均勻，干燥較均勻。（2）切削加工：針葉樹材細(xì)胞類型單一、材質(zhì)均勻，切削面光滑（如杉木易旋切）；闊葉樹材因?qū)Ч?、木纖維、軸向薄壁細(xì)胞硬度差異大（木纖維硬、薄壁細(xì)胞軟），切削時(shí)易產(chǎn)生毛刺（如櫸木加工需鋒利刀具）。（3）膠接與涂飾：針葉樹材管胞腔小，表面較致密，膠黏劑需高滲透（如脲醛膠）；闊葉樹材導(dǎo)管腔大，膠黏劑易滲入（如酚醛膠用于橡木），但大導(dǎo)管可能導(dǎo)致涂飾時(shí)涂料滲透過多，需先填孔。（4）用途差異：針葉樹材因材質(zhì)均勻、易加工，多用于結(jié)構(gòu)材（如松木梁柱）、單板（如杉木旋切單板）；闊葉樹材因強(qiáng)度高、紋理美觀（如橡木的射線斑紋），多用于高檔家具、地板（如柚木）和裝飾材。3.試述木材化學(xué)改性的主要方法及其在提高木材性能中的應(yīng)用。木材化學(xué)改性通過化學(xué)反應(yīng)在木材細(xì)胞壁成分（纖維素、半纖維素、木素）上引入新官能團(tuán)，或填充聚合物，以改善尺寸穩(wěn)定性、耐腐性、力學(xué)性能等，主要方法包括：（1）酯化改性：將木材與酸酐（如乙酸酐）、酰氯反應(yīng)，羥基（-OH）被乙?；?COCH?）取代，減少吸濕性。例如，乙?；静牡奈拷档?0%以上，體積膨脹率從10%降至2%-3%（如輻射松乙?；笥糜趹敉獾匕?，耐候性顯著提高）。（2）醚化改性：通過醚化劑（如環(huán)氧丙烷）與木材羥基反應(yīng)提供醚鍵（-O-R），降低親水性。如羥丙基化木材的平衡含水率從12%降至8%，適用于高濕環(huán)境下的建筑裝飾材。（3）樹脂浸漬改性：將低分子量樹脂（如三聚氰胺甲醛樹脂、酚醛樹脂）浸入木材細(xì)胞腔和細(xì)胞壁，固化后填充空隙，提高尺寸穩(wěn)定性和硬度。例如，密胺樹脂浸漬的樺木單板，表面硬度提高30%，用于制造高耐磨的復(fù)合地板表層。（4）接枝共聚改性：利用引發(fā)劑（如過硫酸銨）引發(fā)單體（如甲基丙烯酸甲酯）在木材細(xì)胞壁上接枝聚合，形成“木材-聚合物”復(fù)合體（WPC）。如苯乙烯接枝的馬尾松，沖擊韌性提高40%，耐腐性增強(qiáng)，可用于制作耐磨的工業(yè)托盤。（5）硅烷改性：通過硅烷偶聯(lián)劑（如γ-氨丙基三乙氧基硅烷）與木材羥基反應(yīng)，在表