1、第十二章 木材,第一節(jié) 木材的分類與構(gòu)造 第二節(jié) 木材的物理性質(zhì)及力學(xué)性質(zhì) 第三節(jié) 木材的防腐和防火處理 第四節(jié) 木材的主要產(chǎn)品及應(yīng)用,第一節(jié) 木材的分類與構(gòu)造,一、木材的分類木材產(chǎn)自木本植物中的喬木， 1.按其樹(shù)葉的外觀形狀可將木材分為針葉樹(shù)材和闊葉樹(shù)材兩大類: （1）針葉樹(shù)材材質(zhì)較軟，易于加工，紋理直順，強(qiáng)度較高，脹縮變形較小，耐腐蝕性強(qiáng)，廣泛用做承重構(gòu)件。 （2）闊葉樹(shù)材材質(zhì)較硬，較難加工，易翹曲開(kāi)裂，通直部分較短，木紋美觀，有很好的裝飾作用，適于做裝飾裝修材料。,一、木材的分類,（2）按樹(shù)木生長(zhǎng)的狀況分為外長(zhǎng)樹(shù)木材和內(nèi)長(zhǎng)樹(shù)木材。 外長(zhǎng)樹(shù)的樹(shù)干是通過(guò)向外生長(zhǎng)而逐漸由細(xì)變粗的，且成長(zhǎng)情況因

2、季節(jié)氣候的不同而有所不同，所以在橫切面上有明顯的年輪。 內(nèi)長(zhǎng)樹(shù)的樹(shù)干是通過(guò)內(nèi)部木質(zhì)的充實(shí)而逐漸由細(xì)變粗的。熱帶的樹(shù)木幾乎都是內(nèi)長(zhǎng)樹(shù)。,二、木材的宏觀構(gòu)造,木材的宏觀構(gòu)造是指用肉眼或借助放大鏡能觀察到的構(gòu)造特征。由于木材是非均質(zhì)材料，所以其宏觀構(gòu)造通常從樹(shù)干的橫切面（即垂直于樹(shù)軸的切面）、徑切面（即通過(guò)樹(shù)軸的縱切面）和弦切面（即平行于樹(shù)軸的切面）三個(gè)主要切面來(lái)剖析（見(jiàn)圖12-1）。,二、木材的宏觀構(gòu)造,從橫切面可以看到木材是由樹(shù)皮、木質(zhì)部和髓心三部分組成的。樹(shù)皮是木材外表面的整個(gè)組織，由外皮、軟木組織和內(nèi)皮組成，起保護(hù)樹(shù)木的作用。樹(shù)皮與髓心之間的部分稱為木質(zhì)部，是木材利用的主要部分。一般木質(zhì)部的

3、外層部分顏色較淺，稱為邊材，而內(nèi)層顏色較深部分稱為心材，心材較邊材的利用價(jià)值大。髓心也稱樹(shù)心，是樹(shù)干中心的松軟部分。髓心是木材使用時(shí)的缺陷，影響木材的力學(xué)強(qiáng)度。,木材還具有以下宏觀構(gòu)造特征：,(1) 年輪 樹(shù)木生長(zhǎng)呈周期性，在溫帶氣候一年僅有一度的生長(zhǎng)。在同一生長(zhǎng)年中，春季生長(zhǎng)的部分稱為春材或早材，由于春天細(xì)胞分裂速度快，形成的細(xì)胞腔大，且細(xì)胞壁薄，所以構(gòu)成的木質(zhì)較硫松，顏色較淺；夏秋兩季生長(zhǎng)的部分稱為夏材或晚材，由于夏秋兩季細(xì)胞分裂速度比春季慢，形成的細(xì)胞腔小，且細(xì)胞壁厚，構(gòu)成的木質(zhì)較致密，顏色較深。 在橫切面上，可以見(jiàn)到多個(gè)圍繞髓心、深淺相間的同心環(huán)，它們就是一年中形成的春材和夏材構(gòu)成的，

4、稱為年輪。,木材還具有以下宏觀構(gòu)造特征：,(2)木射線 木射線又稱為髓線，在橫切面上，木射線以髓心為中心，呈放射狀分布；從徑切面上看，木射線為橫向的帶條。木射線是由橫行的薄壁細(xì)胞組成的，其功能為橫向傳遞和儲(chǔ)存養(yǎng)分。 (3)樹(shù)脂道和導(dǎo)管 樹(shù)脂道是大部分針葉樹(shù)種所特有的構(gòu)造。它是由泌脂細(xì)胞圍繞而成的孔道，富含樹(shù)脂。在橫切面上呈棕色或淺棕色的小點(diǎn)，在縱切面上呈深色的溝漕或淺線條。 導(dǎo)管僅存在于闊葉樹(shù)中，它是一串縱行細(xì)胞復(fù)合生成的管狀構(gòu)造，起輸送養(yǎng)分的作用。,三、木材的微觀結(jié)構(gòu),在顯微鏡下所見(jiàn)到的木材組織稱為木材的微觀構(gòu)造。通過(guò)顯微鏡觀察可知，木材是由無(wú)數(shù)縱向排列的管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成的（只有極少數(shù)呈

5、橫向排列），每個(gè)細(xì)胞由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩部分組成，細(xì)胞腔位于細(xì)胞中央。木材的細(xì)胞壁愈厚，細(xì)胞腔愈小，則木材愈密實(shí)，強(qiáng)度也愈大，但脹縮變形也愈大。,不同樹(shù)種的構(gòu)成細(xì)胞不同，且細(xì)胞的功能也不相同.,第二節(jié) 木材的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì),一、木材中的水分及含水率 木材纖維中含有大量的羥基（-OH），有很強(qiáng)的親水性，容易從周圍環(huán)境中吸收水分。木材中的含水量以含水率表示，即木材中所含水的質(zhì)量占干燥木材質(zhì)量的百分率。新伐樹(shù)木稱為生材，其含水率常大于35%，氣干狀態(tài)木材的含水率因地而異，南方約為15 20，北方約為10 15。經(jīng)干燥窯處理過(guò)的木材含水率約在4 12。,1木材中的水分和纖維飽和點(diǎn)含水率,按水存在的形

6、式分為化學(xué)結(jié)合水，吸附水和自由水三類。 化學(xué)結(jié)合水是指木材化學(xué)組織中的結(jié)構(gòu)水。它在常溫下不變化，對(duì)木材的性能無(wú)影響。 吸附水是指被吸附在細(xì)胞壁內(nèi)細(xì)小纖維間的水。水分進(jìn)入木材后首先被吸入細(xì)胞壁，所以吸附水直接影響木材的強(qiáng)度和體積變化，是影響木材強(qiáng)度和脹縮的主要因素。 自由水是指存在于木材細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分。自由水影響木材的表觀密度、保存性、抗腐蝕性和燃燒性。,纖維飽和點(diǎn)含水率,纖維飽和點(diǎn):在干燥環(huán)境下，木材首先蒸發(fā)的是自由水，當(dāng)自由水蒸發(fā)完后，吸附水開(kāi)始蒸發(fā)。當(dāng)自由水蒸發(fā)完畢而吸附水尚處于飽和時(shí)的狀態(tài)，稱為纖維飽和點(diǎn)。 纖維飽和點(diǎn)含水率:達(dá)到纖維飽和點(diǎn)時(shí)的木材含水率稱為纖維飽和點(diǎn)含水率，其

7、值通常介于2333。它是木材許多性質(zhì)受含水率影響而發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在纖維飽和點(diǎn)之上，含水率變化是自由水含量的變化，木材強(qiáng)度和體積的變化甚微；在纖維飽和點(diǎn)之下，含水率變化是吸附水含量的變化，木材強(qiáng)度和體積將隨含水率的變化而發(fā)生較大的變化。,2木材的平衡含水率,木材的含水率與所處環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度有關(guān)，當(dāng)木材長(zhǎng)時(shí)間處于一定溫度和相對(duì)濕度的空氣中時(shí)，其水分的蒸發(fā)和吸收會(huì)逐漸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)的含水率相對(duì)穩(wěn)定，稱為平衡含水率。木材平衡含水率隨周圍空氣的溫度和相對(duì)濕度而變化(見(jiàn)圖12-3)。,二、 木材與含水量有關(guān)的體積 變形（濕脹與干縮）,木材在纖維飽和點(diǎn)以下干燥時(shí)，隨著含水率的降低，吸附水減

8、少，細(xì)胞壁的厚度減小，因而細(xì)胞外表尺寸縮減，這種現(xiàn)象稱為“木材干縮”。反之，干燥木材吸濕時(shí)將發(fā)生體積膨脹，直到含水量達(dá)到纖維飽和點(diǎn)時(shí)為止。木材的細(xì)胞壁愈厚，則脹縮變形就愈大。所以表觀密度大、夏材含量多的木材會(huì)發(fā)生較大的脹縮變形。 由于木材的構(gòu)造具有不均勻性，所以在相同條件下，同一木材中不同方向、不同部位的脹縮數(shù)值不同，邊材的脹縮大于心材。一般新伐木材經(jīng)過(guò)完全干燥后，弦向收縮率為612，徑向收縮率為36，縱向收縮率為0.10.3，體積收縮率為914，即弦向最大，徑向次之，縱向最小，弦向收縮與徑向收縮比率通常為21。,由于復(fù)雜的構(gòu)造原因，木樹(shù)干燥時(shí)其橫截面的不同部位也會(huì)發(fā)生不同的變形（見(jiàn)圖12-4

9、），所以不均勻干縮會(huì)使板材發(fā)生翹曲(包括順彎、橫彎、翹彎)和扭彎等變形(見(jiàn)圖12-5)。,木材濕脹干縮特性對(duì)其實(shí)際使用具有顯著的影響。干縮會(huì)使木材翹曲開(kāi)裂、接榫松弛、拼縫不嚴(yán)，濕脹則造成凸起。這些變形將影響結(jié)構(gòu)的性能。因此為了避免濕脹干縮，在木材加工制作前必須預(yù)先進(jìn)行干燥處理，使木材的含水率達(dá)到與其使用環(huán)境溫濕度相適應(yīng)的平衡含水率，通常比使用地區(qū)平衡含水率低2 3。,三、木材的強(qiáng)度,1木材的各種強(qiáng)度 由于木材構(gòu)造的各向異性，所以木材在力學(xué)性質(zhì)上具有明顯的各向異性特點(diǎn)。木材的強(qiáng)度與外力性質(zhì)、受力方向以及纖維排列的方向（順紋和橫紋）有關(guān)。 木材所受的外力主要有拉力、壓力、彎曲和剪切力。 表12-2

10、 木材各強(qiáng)度之間的比例關(guān)系,2木材的強(qiáng)度等級(jí),按無(wú)疵標(biāo)準(zhǔn)試件的弦向靜曲強(qiáng)度來(lái)評(píng)定木材的強(qiáng)度等級(jí)(見(jiàn)表12-3)。木材強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)中的數(shù)值為木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。因?yàn)槟静膶?shí)際強(qiáng)度會(huì)受到各種因素的影響，所以設(shè)計(jì)值要比試件的實(shí)際強(qiáng)度值低數(shù)倍， 表12-3 木材強(qiáng)度等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 木材種類: 針葉樹(shù)材 闊葉樹(shù)材 強(qiáng)度等級(jí): TC11 TC13 TC15 TC17 TB11 TB13 TB15 TB17 TB20 靜曲強(qiáng)度 最低值（MPa）18 54 60 74 58 68 81 92 104,3影響木材強(qiáng)度的主要因素,(1)含水率 在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，木材的含水率對(duì)其強(qiáng)度影響很大(見(jiàn)圖12-7)。隨

11、著含水率的減小，木材強(qiáng)度增加，其中抗彎和順紋抗壓強(qiáng)度提高較明顯，而順紋抗拉強(qiáng)度的變化最小。在纖維飽和點(diǎn)以上，強(qiáng)度基本為一恒定值。為了正確評(píng)定木材的強(qiáng)度和比較試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)根據(jù)木材實(shí)測(cè)含水率將強(qiáng)度換算成標(biāo)準(zhǔn)含水率(12的含水率)時(shí)的強(qiáng)度值，,3影響木材強(qiáng)度的主要因素,（2）荷載作用時(shí)間 由于木材在外力作用下會(huì)產(chǎn)生塑性流變，使木材的強(qiáng)度隨荷載作用時(shí)間的增長(zhǎng)而降低（見(jiàn)圖12-8），所以木材受到長(zhǎng)期荷載作用后的強(qiáng)度比其極限強(qiáng)度小得多，一般為極限強(qiáng)度的50%60%。通常將木材在長(zhǎng)期荷載作用下破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力，稱為木材的持久強(qiáng)度。木材在長(zhǎng)期外力作用下，只有外加應(yīng)力遠(yuǎn)小于極限強(qiáng)度的某一范圍時(shí)，才能避免

12、木材因長(zhǎng)期負(fù)荷而破壞。因此，在木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般以持久強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)。,3影響木材強(qiáng)度的主要因素,(3)環(huán)境溫度 木材的強(qiáng)度會(huì)隨環(huán)境溫度的升高而降低。研究表明，溫度從25升至50時(shí)，將因木纖維和木纖維間膠體的軟化等原因，使木材抗壓強(qiáng)度降低2040，抗拉和抗剪強(qiáng)度下降1220。當(dāng)木材長(zhǎng)期處于60100溫度下時(shí)，會(huì)引起水分和所含揮發(fā)物的蒸發(fā)，而呈暗褐色，使強(qiáng)度下降，變形增大。溫度超過(guò)140時(shí)，木材中的纖維素發(fā)生熱裂解，顏色逐漸變黑，強(qiáng)度明顯下降。因此，長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境下的建筑物，不宜采用木結(jié)構(gòu)。在木材加工中，常通過(guò)蒸煮的方法來(lái)暫時(shí)降低木材的強(qiáng)度，以滿足某種加工的需要(如膠合板的生產(chǎn))。,3影響木

13、材強(qiáng)度的主要因素,(4)缺陷 木材在生長(zhǎng)、采伐、加工和使用過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生一些缺陷（如木節(jié)、裂紋和蟲(chóng)蛀等），這些缺陷影響木材材質(zhì)的均勻性，破壞木材的構(gòu)造，從而使木材的強(qiáng)度降低。缺陷對(duì)抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度的影響最為顯著。,四、木材的裝飾性,過(guò)去，木材是重要的結(jié)構(gòu)用材，現(xiàn)在則因其具有很好的裝飾性，主要用于室內(nèi)裝飾和裝修。木材的裝飾性體現(xiàn)在木材的顏色、光澤、紋理、花紋和結(jié)構(gòu)等方面。 木材的裝飾性并不僅僅取決于某單個(gè)因素，而是由顏色、結(jié)構(gòu)、紋理、圖案、斑紋、光澤等綜合效果及其持久性所決定的。,第三節(jié) 木材的防腐和防火處理,一、木材的腐朽與防腐 1腐朽 木材的腐朽是由霉菌、變色菌和木腐菌等真菌侵蝕引起的。

14、霉菌一般只寄生在木材表面，并不破壞細(xì)胞壁，變色菌多寄生于邊材，它們對(duì)木材力學(xué)性質(zhì)的影響不大，只會(huì)使木材變色，影響其外觀質(zhì)量。 木腐菌侵入木材，分泌酶把木材細(xì)胞壁物質(zhì)分解成其可以吸收的、供自身生長(zhǎng)發(fā)育的養(yǎng)料。在侵蝕初期，木材僅顏色改變，隨著真菌逐漸深入內(nèi)部，木材強(qiáng)度開(kāi)始下降；在侵蝕后期，木材呈海綿狀、蜂窩狀或龜裂狀等，不僅顏色變化很大，而且材質(zhì)變得極其松軟，甚至可用手捏碎，木材完全腐朽。,1腐朽,木材除受到腐朽菌的破壞之外，還會(huì)遭受昆蟲(chóng)的侵蝕，如白蟻、天牛和蠧蟲(chóng)，它們?cè)跇?shù)皮內(nèi)或木質(zhì)部?jī)?nèi)產(chǎn)卵，孵化成幼蟲(chóng)，蛀蝕木材。往往木材內(nèi)部已被蛀蝕一空，而外表依然完整，幾乎看不出破壞的痕跡，因此危害極大。,2防

15、腐措施,常用的木材防腐措施主要有物理處理和化學(xué)處理兩種方式。 物理處理方式最常用的方法是干燥處理和涂料覆蓋處理。 化學(xué)處理是將化學(xué)防腐劑或防蟲(chóng)劑注入木材中，使其成為對(duì)真菌和昆蟲(chóng)有毒害作用的物質(zhì)，從而使真菌和昆蟲(chóng)無(wú)法寄生。,二、防火,木材具有可燃性，燃燒后的木材將完全失去其原有的使用性質(zhì)。木材的防火是采用具有阻燃性的化學(xué)物質(zhì)對(duì)木材進(jìn)行處理，使其遇小火時(shí)能自熄，遇大火時(shí)能推遲木材的引燃過(guò)程，降低火焰在木材上蔓延的速度，延緩火焰破壞木材的速度，從而給滅火或逃生提供時(shí)間。木材防火處理的方法主要有表面處理法和溶液浸注法兩類。,第四節(jié) 木材的主要產(chǎn)品及應(yīng)用,一、 木材初級(jí)產(chǎn)品及其用途,二、人造板材,1.

16、單片板 單片板是將木材蒸煮軟化，經(jīng)旋切、刨切或鋸割成的厚度均勻的薄木片，用以制造膠合板、裝飾貼面或復(fù)合板貼面等。由于單板很薄，一般不能單獨(dú)使用，被認(rèn)為是半成品材料。,二、人造板材,2. 細(xì)木工板 細(xì)木工板又稱大芯板，是中間為木條拼接，兩個(gè)表面膠粘一層或二層單片板而成的實(shí)心板材。由于中間為木條拼接有縫隙，因此可降低因木材變形而造成的影響。細(xì)木工板具有較高的硬度和強(qiáng)度，質(zhì)輕、耐久、易加工，適用于家具制造、建筑裝飾、裝修工程中，是一種極有發(fā)展前景的新型木型材。,二、人造板材,細(xì)木工板按其結(jié)構(gòu)可分為芯板條不膠拼和膠拼兩種；按其表面加工狀況可分為一面砂光細(xì)木工板、兩面砂光細(xì)木工板、不砂光細(xì)木工板；按使用

17、的膠合劑不同可分為I類細(xì)木工板、類細(xì)木工板；按材質(zhì)和加工工藝質(zhì)量可分為一、二、三等。 細(xì)木工板要求排列緊密、無(wú)空洞和縫隙，選用軟質(zhì)木料，以保證有足夠的持釘力，且便于加工。細(xì)木工板尺寸規(guī)格見(jiàn)表12-7。,二、人造板材,3. 膠合板 膠合板又稱為層壓板，它是由一組單片板按相鄰層木紋方向互相垂直疊放組坯，用膠粘劑膠合后經(jīng)熱壓而成的板材，通常按奇數(shù)層組合，并以層數(shù)取名，如三夾板、五夾板和七夾板等，最高層數(shù)可達(dá)15層。圖l2-9是膠合板構(gòu)造的示意圖。膠合板多數(shù)為平板，也可經(jīng)一次或幾次彎曲處理制成曲形膠合板。膠合板的分類、性能及應(yīng)用見(jiàn)表12-10。,二、人造板材,4. 纖維板 纖維板是用木材廢料制成木漿，

18、再經(jīng)施膠、熱壓成型、干燥等工序而制成的板材。纖維板具有構(gòu)造均勻、無(wú)木材缺陷、脹縮性小、不易開(kāi)裂和翹曲等優(yōu)良特性。若在漿料里施加或在濕板坯表面噴徐耐火劑或防腐劑，制成的纖維板還具有耐燃性和耐腐性。纖維板能使木材的利用率達(dá)到90%以上。,二、人造板材,成型時(shí)的溫度和壓力不同，纖維板的密度就不同，按其密度大小分為硬質(zhì)纖維板、中密度纖維板和軟質(zhì)纖維板。 硬質(zhì)纖維板密度大、強(qiáng)度高，主要用于代替木材制作壁板、門板、地板、家具和室內(nèi)裝修等。中密度纖維板主要用于家具制造和室內(nèi)裝修。軟質(zhì)纖維板密度小、吸聲性能和絕熱性能好，可作為吸聲或絕熱材料使用。,二、人造板材,5. 刨花板、木絲板和木屑板 刨花板、木絲板和木屑板是利用刨花碎片或短小廢料刨制的木絲和木屑，經(jīng)干燥、拌合膠料、熱壓成型等工序而制成的板材。所用膠料可為有機(jī)材料（如動(dòng)物膠、合成樹(shù)脂等）或無(wú)機(jī)材料（如水泥、石膏和菱苦土等）。采用無(wú)機(jī)膠料時(shí)，板材的耐火性可顯著提高。 這類板材表觀密度較小、強(qiáng)度較低，主要作為絕熱