1、第5章木材的物理性質(zhì)、密度、濕度、電性質(zhì)、熱性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)，第1節(jié)密度、密度和比重，密度：尺寸，g/cm3或kg/m3是木材科學(xué)中常用的；比重：它是物質(zhì)密度與水分密度之比，為4C。在4C時，水分的密度為1克/立方厘米或1000千克/立方米，因此木材的密度和比重在數(shù)值上相等且無量綱。2.木材密度類型1。綠色木材的密度：樹木剛被砍伐時的新鮮木材。2.風(fēng)干木材密度風(fēng)干木材：自然干燥的木材。3.全干木材密度全干木材：木材在干燥箱中干燥至絕對干燥。4.木材的基本密度木材樣品的絕對干重/用水飽和的樣品體積最常用的是風(fēng)干密度和基本密度。3.木材細胞壁密度、基本密度和孔隙率1。木材細胞壁密度：木材細胞壁的密度

2、，不包括細胞腔等。2.木材的實質(zhì)比重：即木材物質(zhì)或細胞壁物質(zhì)的比重，不包括空隙，如木材細胞。范圍：1.461.56，平均1.50。3.木材的空隙度：從木材的單位體積中減去木材所占的體積和水所占的體積。絕對干木材的孔隙率(%)(1木材絕對干密度/木材實際密度)為100%。以水為置換介質(zhì)獲得的細胞壁密度高于以甲苯和氦氣為置換介質(zhì)獲得的細胞壁密度。這是由兩個原因造成的：(1)水是一種極性膨脹介質(zhì)，水分子可以進入細胞壁的小孔；(2)與液態(tài)水相比，吸附水的表觀體積減小。5.1.2測定木材比重時，必須知道木材的體積和絕對干重。在大多數(shù)情況下，絕對干重的測定與絕對干重法測定水含量的方法一致。因為提取物在干燥

3、過程中可能會隨著水蒸氣蒸發(fā)，所以有時會使用蒸餾來獲得絕對干重。測量木材體積可采用以下方法：(1)對于形狀規(guī)則的試驗材料，直接測量試驗材料的三維尺寸并計算體積；(2)對于不規(guī)則形狀的樣品，可通過排水法測量體積。(3)快速測定方法。這種方法特別適用于測量不規(guī)則樣品的體積。當(dāng)測量風(fēng)干材料或全部干燥材料的體積時，有必要在樣品進入水中之前涂上一薄層石蠟，以防止樣品吸水并影響準(zhǔn)確度。首先，向燒杯中加入適量的液體，將金屬針浸入液體中，并記錄天平的讀數(shù)。然后用金屬針尖固定測試材料，將測試材料浸入液體中，然后記錄平衡時天平的讀數(shù)。測試材料的體積可以通過將兩個刻度讀數(shù)之差除以已知液體的密度來獲得。汞容器法用于測量

4、不規(guī)則樣品的體積。利用水銀測量容器，測量了樣品的體積、木材密度的變化以及水對其的影響。(1)木材密度的變化。影響木材密度的因素包括樹種、提取物和取樣地點，外部因素包括含水量。1.不同樹種的木材密度差異很大，如麻櫟的密度較高：0.93克/立方厘米；巴塞木的密度很?。?.12克/立方厘米。不同樹種木材密度的差異主要取決于木材中細胞壁物質(zhì)的含量。木材密度高，孔隙率小(細胞壁或壁厚中有許多物質(zhì))；木材密度小，孔隙率大(細胞壁材料少或壁薄)。2.提取物含量是平均的。在相同的細胞壁率條件下，提取物越多，密度越高。對于同一樹種：心材提取物含量、邊材密度、邊材提取物含量、干材、嫩枝密度、干材密度3。木材在樹干

5、中的位置與同一樹種相同，但由于樹干上的位置不同，木材的密度也大不相同。(1)沿樹干高度的變化規(guī)律：木材密度通常在樹干基部最高，從樹干基部逐漸降低，在樹冠處略有增加。(2)沿半徑方向的變化規(guī)律：軟木：髓最小，木材密度隨著樹齡的增加而逐漸增加，在半徑方向距樹皮1/2處達到最大，然后逐漸減小。闊葉樹材：1)環(huán)材與心材：心材密度高，環(huán)寬與密度呈正相關(guān)，但靠近髓心和樹皮處密度較小。2)松孔木材：木材密度從髓到樹皮逐漸增加。(2)水分對木材密度的影響1。當(dāng)含水率在纖維飽和點以上變化時，含水率的變化只影響木材的重量，而等體積濕木材的密度與含水率正相關(guān)。2.當(dāng)水分含量變化到纖維飽和點以下時，重量和體積同時變化

6、，但重量變化率大于體積膨脹率。與濕木材相比，風(fēng)干木材的密度隨含水率的增加或減少變化較慢。環(huán)寬與比重的關(guān)系，不同海拔下花旗松密度與樹齡的關(guān)系(USDA，1965)，第二節(jié)是木材與水分，生木材與風(fēng)干木材中的水分，第一節(jié)是木材中水分的分類，(1)化學(xué)結(jié)合水存在于木材的化學(xué)成分中，這與木材的化學(xué)成分一致，但是其量很小(0.5%)，僅在木材的化學(xué)加工中起作用，因此可以忽略不計。(2)游離水存在于細胞腔和細胞間隙中(即大毛細管系統(tǒng))。它與木頭的結(jié)合是物理性的，但并不緊密，所以很容易從木頭中逃脫并吸入。自由水的范圍：6070%到200250%。自由水的增減對木材的力學(xué)性能影響不大，但對木材的重量、燃燒值和傳

7、熱值影響不大。(3)結(jié)合水由吸附水和微毛細管水組成。吸附水被微晶表面和無定形區(qū)域中纖維素分子的游離羥基上的水分吸收。由于不同樹種的內(nèi)表面大小和游離羥基數(shù)量(影響吸水量的因素)變化不大，所以吸水量基本相同，平均為24%。吸附水與木材化學(xué)成分的結(jié)合是物理化學(xué)結(jié)合(氫鍵和分子力結(jié)合)，這種結(jié)合比較強，因此很難將其從木材中排出。微毛細管水存在于由構(gòu)成細胞壁的微纖絲和巨纖絲組成的微毛細管中的水中。它通過液態(tài)水的表面張力與木材進行物理和機械結(jié)合，其含量約為6%。由于微毛細管中水的飽和蒸汽壓低于周圍空氣中的蒸汽壓，這部分水只能在一定的空氣條件下逸出。不同樹種木材的吸水量差異不大，一般為23.1%，平均為30

8、%。吸附水不容易從木材中逸出。只有當(dāng)自由水完全蒸發(fā)并且木材中水蒸氣的壓力大于周圍空氣中的壓力時，它才能從木材中蒸發(fā)。吸水量的變化對木材的力學(xué)性能、尺寸膨脹和收縮、電導(dǎo)率和電導(dǎo)率等性能有很大的影響?？蓾裥圆牧系姆诸惛鶕?jù)材料與水分的關(guān)系，可分為三類：(1)當(dāng)膠體中水分的量發(fā)生變化時，其大小和體積也發(fā)生變化，如膠水和面團。(2)當(dāng)毛細多孔體吸水時，水的增加或減少不會改變或很少改變其原始尺寸和體積，如木炭和磚。(3)毛細多孔膠體能吸收有限的水分。當(dāng)吸水和失水時，它不會失去幾何形狀，但尺寸變化有限，如木材。水分子在木材細胞壁中的位置(鮑耶等，2003)，(2)木材的含水量和測定(木材的含水量或含水率)。

9、由于木材重量的基礎(chǔ)不同，可分為絕對含水量和相對含水量。(1瓦)(絕對含水量)水重量占干木材重量的百分比。(2)相對含水量(W1)水重量占濕木材重量的百分比。其中：m1濕重(g)。M0絕對干重(g)。(1)烘箱干燥法簡單、準(zhǔn)確、耗時，只能鋸成小試件進行(國家標(biāo)準(zhǔn)222cm)。方法：鋸切后立即稱重樣品，然后在烘箱中于1032下干燥至恒重(直到重量不變)。(2)利用木材的DC電導(dǎo)率、介電常數(shù)、高頻功率等電學(xué)性質(zhì)與木材含水率的關(guān)系，研制了儀器法木材含水率測試儀。特點：使用方便，操作快捷，特別適合生產(chǎn)現(xiàn)場。(3)木材含水量的變化，生木材(1)生木材：樹木剛被砍伐時的新鮮木材。(2)原材料含水量的影響因素

10、：樹種和樹木的不同部位，如樹齡、生長地點等。濕木材、風(fēng)干木材、窯干木材和干木材；4.木材纖維飽和點、木材中水的存在狀態(tài)和位置；1.纖維飽和點：當(dāng)木材不含游離水并吸收水分至最大狀態(tài)時，木材的含水量稱為木材纖維飽和點。纖維飽和點是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點。當(dāng)木材的含水量在纖維飽和點以上變化時，木材的形狀、強度、電性能和熱性能幾乎不受影響。相反，當(dāng)木材的含水量在纖維飽和點以下變化時，由于含水量的增加或減少，上述木材性質(zhì)將顯著和有規(guī)律地變化。纖維飽和點的測定：(1)木材強度隨含水量的變化；(2)木材體積(收縮率或膨脹率)隨含水量的變化；(3)木材電導(dǎo)率隨含水量的變化；(5)木材的吸濕性；(1)木材的吸濕和

11、脫濕統(tǒng)稱為木材的吸濕。(1)吸收：當(dāng)空氣中的蒸汽壓力大于木材表面水分的蒸汽壓力時，木材從外部吸收水分，稱為吸收；(2)解吸：當(dāng)空氣中的蒸汽壓力小于木材表面水分的蒸汽壓力時，木材向外蒸發(fā)水分，稱為解吸；(3)吸濕性和吸水性：吸濕性(水存在于木材的細胞壁中)；吸水性(水也包括游離水)。2.木材的吸濕機理。(1)構(gòu)成木材細胞壁的纖維素和半纖維素等化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)中含有許多游離羥基，在一定的溫度和濕度條件下具有很強的吸濕能力。微晶表面通過分子間力和氫鍵力吸引空氣中的水蒸氣分子，形成多分子層吸收水分。(2)木材是一種毛細多孔膠體，具有大的毛細系統(tǒng)和微毛細系統(tǒng)，孔隙率高，內(nèi)表面大。當(dāng)木材細胞壁微毛細管中水表

12、面的飽和蒸氣壓小于周圍空氣中的飽和蒸氣壓時，在較小的微毛細管中開始形成凹彎月面，導(dǎo)致毛細凝聚和毛細冷凝水。隨著空氣相對濕度的增加，直徑較大的微毛細管中會發(fā)生水蒸氣凝結(jié)，直到空氣濕度達到100%時，所有的微毛細管中都充滿了毛細冷凝水，即達到纖維飽和點。3。吸收和吸附：(1)吸收：多孔固體在其粗糙的毛細管中由于表面張力而機械地吸收液體。如果將干物質(zhì)浸入水中，由于細胞的毛細作用，它會吸收水分并弄濕細胞壁。(2)吸附：細小的粉末狀物體、多孔材料或膨脹的凝膠物質(zhì)緊緊地吸收氣態(tài)液體或氣體。在大多數(shù)情況下，這種吸收只有一個分子厚度(單分子層)或多分子層。吸附總是伴隨著熱量的釋放。分為化學(xué)吸附或物理吸附。4.

13、平衡含水率(1)平衡含水率：當(dāng)木材在相對濕度和溫度一定的空氣中時，吸濕和失水的速度相等，即吸濕速度等于解吸速度，此時的含水率稱為木材的平衡含水率。(2)平衡含水率的影響因素，如環(huán)境的相對濕度和溫度、樹種、機械應(yīng)力、木材干燥歷史等。平衡是相對的，吸濕和解吸過程是絕對的。木材的平衡含水率受空氣溫度和濕度的影響：當(dāng)溫度不變且相對濕度不同時，木材的平衡含水率隨著空氣濕度的增加而增加；當(dāng)相對濕度不變且溫度不同時，木材的平衡含水率隨著溫度的升高而降低。等溫吸附：指木材在一定溫度下不同相對濕度下的平衡含水率，反映了一定溫度下平衡含水率與相對濕度的關(guān)系。是一條s形曲線。木材等溫吸附曲線，溫度對木材等溫吸濕曲線

14、的影響：6，吸附滯后現(xiàn)象，(1)吸附滯后現(xiàn)象：在一定的大氣條件下，吸濕過程中的平衡含水率總是低于解吸過程中的平衡含水率，這種現(xiàn)象稱為吸濕滯后現(xiàn)象。木材吸附滯后，木材吸附滯后的原因是什么？吸濕滯后的原因如下：(1)解吸干燥后，微毛細管系統(tǒng)中的空氣被占據(jù)，阻礙了木材對水分的吸收。(2)木材解吸干燥后，由于干燥收縮，在相鄰纖維素分子鏈中用于吸水的羥基之間形成氫鍵，使得大部分羥基相互飽和，吸水性降低。簡而言之，在被水飽和的木材中，被水吸收的羥基數(shù)量多于被解吸后的水吸收的羥基數(shù)量。(3)木材的可塑性。(1)現(xiàn)象：在纖維飽和點的絕對干燥狀態(tài)和水分含量范圍內(nèi)，水分進出木材細胞壁的非晶區(qū)而引起的非晶區(qū)的收縮或

15、膨脹，導(dǎo)致細胞壁尺寸的變化，最終導(dǎo)致木材整體尺寸的變化。圖6-10是木材膨脹的示意圖。木材的干燥收縮和膨脹發(fā)生在纖維飽和點以下。2.木材干燥收縮和膨脹的原因：(1)木材是一種具有粘彈性的多孔毛細膠體；(2)木材分子具有羥基等極性基團，可與水分子形成氫鍵，吸濕和脫附過程伴隨著能量的變化。(2)木材干燥收縮率的計算，1。木材干燥收縮的幾種類型：(1)線狀干燥收縮：平行紋理干燥收縮(0.1%-0.3%)交叉紋理干燥收縮：徑向干燥收縮(3%-6%)弦狀干燥收縮(6%) (2)體積干燥收縮：收縮系數(shù)(收縮系數(shù))可分為徑向收縮系數(shù)、弦狀收縮系數(shù)和體積收縮系數(shù)。干燥收縮系數(shù)可用于計算木材從濕木材或生木材干燥到纖維飽和點以下的任何含水率時的干燥收縮值，從而留出木材的干燥收縮余量。2.干燥收縮率的計算：(1)徑向和弦向總干燥收縮率最大值：=(Lmax 0)100/Lmax(2)徑向和