木材物理性质.

《木材物理性质.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《木材物理性质.（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第6 6章章 木材的物理性质木材的物理性质 主要介绍木材密度、木材的 含水状态、木材中水分的吸湿 与解吸、木材的干缩湿胀、木 材的电学性质、热学性质、声 学性质和光学性质。 目目 录录 6.1 木材密度 6.2 木材和水分 6.3 木材的电学性质 6.4 木材的热学性质 6.5 木材的声学性质 6.6 木材的光学性质 6.1 木材密度 6.1.1 木材密度的种类 6.1.2 木材比重的测定 6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度 6.1.4 木材密度的影响因素 6.1.1 木材密度的种类 木材是由木材细胞壁实质物质、水分及空气组成的多 孔性材料，对应着木材的不同水分状态，木材密度可以分 为

2、生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定 义如下： 最常用:气干密度和基本密度。在运输和建筑 上，一般采用生材密度。而在比较不同树种的材 性时，则使用基本密度。 6.1.2 木材比重的测定 n测定比重必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝 干重量。 n在大多数情况下，绝干重量的测定与用绝干称重法测定含 水率中所用的方法一致。 n由于在干燥过程中抽提物可能和水蒸气一起蒸发，所以有 时采用蒸馏法来得到绝干重量。 n木材的体积的测定可以采用以下方法： （1）对于形状规则的试材，直接测量试材的三边尺寸，计算 出体积； （2）对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积。 （3）快速测定法。

3、（三）排水法 此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定气干材或全干材体 积时，需在试样入水前涂上石蜡薄层，防止试样吸水而影响精度。 （四）快速测定发法 n首先，在烧杯中加入适量液体，将金属针浸入液体中，记录天平的读 数。 n然后用金属针尖固定试材，将试材浸入液体中，再记录平衡时天平的 读数。 n两次天平的读数之差除以已知液体的密度，就可以得到试材的体积。 天平 试材 烧杯 金属针 支架 天平读数 图6-1 用排水法测量木材的体积 量筒 液面 试材 图6-2 快速测定法测 量木材体积 6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度 木材的绝干细胞壁的密度可以通过比重计或体 积置换法来测量。置换介质种类

4、的不同，测得的细 胞壁密度的值也有差异。 以水作为置换介质得到的细胞壁密度大于以 甲苯和氦作为置换介质得到的值。 这是由两个方面的原因引起的： （1）水属于极性膨胀性介质，水分子可以进入细 胞壁中更小的孔隙中； （2）与液态水相比，吸着水的表观体积减小。 木材的实质密度即指木材细胞壁物质的密度。木材的 空隙度可以用下式计算求得： 式中，P为木材空隙度（%），0为木材的绝干密度（ g/cm3）， 0w为木材的实质密度（g/cm3）。 如果式中用木材的细胞壁密度代替，则得到的孔隙度 中不包括非膨胀性溶剂所不能进入的细胞壁中的微小孔隙 。 6.1.4 木材密度的影响因素 除了含水率以外，影响木材密度

5、的因素还包括树 种、抽提物含量、立地条件和树龄等。在同一棵树 上，不同部位的木材密度也有较大的差异。 6.1.4.1 树种 6.1.4.2 抽提物含量 在不同的木材中，抽提物含量的范围从绝干重的 3%至30%不等，因此对木材的密度有很大的影响。 通常，在测定密度之前可以先用水和有机溶剂（如 苯和乙醇等）对木材进行抽提处理，经过抽提处理 后木材的密度更为均一。 6.1.4.3 立地条件 树木的立地条件，包括气候、地理位 置等对木材密度也有很大影响。 6.1.4.4 树龄 从幼龄期直至 成熟期，木材的密度有随着 树龄的增高呈增大趋势，。 6.2 木材和水分 6.2.1 木材中水分的存在状态 6.2

6、.2 木材的含水率及测定 6.2.3 木材的水分吸着（adsorption） 和解吸（desorption） 6.2.4 木材中水分的移动 6.2.5 木材的干缩湿胀 6.2.1 木材中水分的存在状态 木材中存在的水分，可以分为自由水和结合水（或吸 着水）两类。 自由水 存在于木材的细胞腔中，与液态水的性质接近。 结合水 存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非 结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键 结合 。 生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中自由水的水 分量随着季节变化，而结合水的量基本保持不变。 纤维饱和点 假设把生材放在相对湿度为100%的环境 中，细胞腔中的自由水慢慢蒸

7、发，当细胞腔中没有自由 水，而细胞壁中结合水的量处于饱和状态，这时含水率 称为纤维饱和点。 气干状态 当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达 到的水分平衡态称为气干状态。气干状态的木材的细胞 腔中不含自由水，细胞壁中含有的结合水的量与大气环 境处于平衡状态。 绝干状态 当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除 去时木材的状态称为绝干状态。 6.2.2 木材的含水率及测定 木材或木制品中的水分含量通常用含水率来表示。根据 基准的不同分为绝对含水率和相对含水率两种。 绝对含水率（简称含水率）即水分重量占木材绝干重量的 百分率,一般木材工业中采用。 相对含水率 是水分重量占含水试材的重量的百分率，在

8、造纸和纸浆工业中比较常用。 和 分别是试材的绝对含水率和相对含水率（%）；m 是含水试材的质量(g); m0是试材的绝干质量(g)。 水分仪 以上介绍的都是直接测定法，其缺点是破坏试材、操作 时间长。除此之外，还可以根据含水率与物理量之间的关系 进行间接测量。 电阻式水分仪 交流介电式水分仪 电阻式水分仪 最常用的水分仪是电阻式水分仪。 它的工作原理是测定试材的电阻，再通过电阻 与含水率之间的定量关系将电阻值转换为含水率值 。 电阻式水分仪的测试含水率范围一般为630% 。在纤维饱和点以上的含水率范围内，电阻随着含 水率的变化很小，仪器的敏感性下降。 交流介电式水分仪 交流介电式水分仪： 其工

9、作原理是测定一定频率下木材的介电常数 或介电损耗正切角，通过介电常数或介电损耗正 切角与含水率之间的关系得到含水率值。 6.2.3 木材的水分吸着和解吸 平衡含水率 由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿 度条件发生变化时，木材能相应地从外界吸收水分或向外界 释放水分，从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在 平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。 吸收 是一种表面现象，比如液态水进入木材的细胞腔，成 为木材中的自由水的过程。 木材吸着水分的过程 是水分子以气态进入细胞壁，与 细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程。 吸着滞后现象 在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到 的木材的平

10、衡含水率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。 图6-9 木材的水分吸着滞后现象 含 水 率 EMC解吸 EMC吸着 时间 滞后率 吸着达到的平衡含水率与解吸达到的平衡含 水率之间的比值称为滞后率，通常用A/D表示。滞后 率受树种、温度等因素的影响。在常温、相对湿度范 围1090%的条件下滞后率在0.8左右。随着温度的升 高，滞后率逐渐下降。 6.2.4 木材中水分的移动 针叶树材中水分移动 针叶树材中水分或其它流体的路径： 管胞内腔和具缘纹孔对组成的毛细管体系， 沿着纤维方向上的垂直树脂道， 射线方向上的射线管胞的内腔和水平树脂道 阔叶树材中水分 移动 阔叶树材中水分或

11、其它流体的移动路径： 导管、管胞、导管状管胞 n阔叶树材的导管上具有穿孔，所以在纤维方向上 水分可以通过穿孔从一个导管进入纵向邻接的另 一个导管。 6.2.5 木材的干缩湿胀 木材干缩湿胀的各向异性 木材干缩湿胀现象及成因 木材干缩性与湿胀性的测定 （1）木材干缩湿胀现象 干缩或湿胀 木材干缩湿胀是指木材在绝干状态至 纤维饱和点的含水率区域内，水分的解吸或吸着会 使木材细胞壁产生干缩或湿胀的现象。 木材的干缩率和湿胀率可以用尺寸（体积）变化与原尺寸（ 体积）的百分率表示： （2）木材干缩湿胀的成因 木材具有干缩性和湿胀性的原因： 木材在失水或吸湿时，木材内所含水分向 外蒸发，或干木材由空气中吸

12、收水分，使细胞 壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和微晶 间水层变薄（或消失）而靠拢或变厚而伸展， 从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生 变化。 6.2.5 木材的干缩湿胀 木材干缩湿胀的各向异性 木材干缩湿胀现象及成因 木材干缩性与湿胀性的测定 （1）木材干缩湿胀的各向异性 干缩率差异:轴向干缩率一般为0.10.3%; 径向干缩率和弦向干缩率的范围为36% 和612%。 n三个方向上的干缩率以轴向干缩率最小，这 个特征保证了木材或木制品作为建筑材料的 可能性。 （2）木材干缩湿胀的各向异性的原因 木材轴向、横向干缩湿胀差异的原因 n 木材干缩湿胀的各向异性:由木材的构造特点造 成的; 主

13、要取决于次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向 。 n 次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向几乎是与细 胞主轴相平行的，而微纤丝是由平行排列的大分子 链所组成的基本纤丝构成的。 n 木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因 a木射线对径向收缩的抑制 b早晚材差异的影响 c径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响 d径壁、弦壁纹孔数量的影响 6.2.5 木材的干缩湿胀 木材干缩湿胀的各向异性 木材干缩湿胀现象及成因 木材干缩性与湿胀性的测定 木材干缩性与湿胀性的测定 （1）试样 试样的尺寸为20mm20mm20mm，具体测量时精确到0.01mm，其各 向应为标准的纵、径或弦向。试样的重量称量精确到0.001g。

14、 （2）木材干缩率的测定 原理 含水率低于纤维饱和点的湿木材，其尺寸和体积随含 水率的降低而缩小。从湿木材到气干或全干时尺寸及体 积的变化；与原湿材尺寸及体积之比，以表示木材气干 或全干时的线干缩性及体积干缩性。 木材线干缩率的计算 试样从湿材至全干、气干时，径向和弦向的全干缩率 、气干干缩率，准确至0.1%。 Bmax、Bw试样径向或弦向全干干缩率、气干干缩率， ； Lmax试样含水率高于纤维饱和点(即湿材)时的径向或弦向 尺寸，mm； L0、Lw试样全干、气干时径向或弦向的尺寸，mm。 （3）木材湿胀率的测定 原理 干木材吸湿或吸水后，其尺寸和体积随含 水率的增高而膨胀。木材全干时的尺寸或

15、体积 与吸湿至大气相对湿度平衡或吸水至饱和时的 尺寸或体积之比，表示木材的湿胀性。 木材湿胀率的计算 木材的湿胀率可分为线湿胀率与体积湿胀 率。木材的湿胀是与干缩相反的过程。 6.3 木材的电学性质 6.3.1 木材的导电性 6.3.2 木材的介电性 6.3.3 木材的压电效应和界面的动电 性质 6.3.1 木材的导电性 6.3.1.1 电阻率与电导率 6.3.1.2 木材的电导原理 6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素 电阻 在一个固体的两端施加电压的电场，固体中通过的电 流为，那么该固体的电阻为 电阻率 是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值， 是物体的固有属性，电阻率越大则材料导

16、电能力越弱。电 阻率： A为导体的截面积（ ），l是电场间导体的长度（ ）。 电导率 是电阻率的倒数，电导率越大，则说明材料导电能 力越强。 按照电阻率或电导率的大小，所有材料可以划分 为导体、半导体 和 绝缘体（介电体）。 导体 导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在 10-810-5，如金属等； 绝缘体 绝缘体的导电能力差，一般电阻率高于108的材 料可以称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等； 半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体 。 6.3.1 木材的导电性 6.3.1.1 电阻率与电导率 6.3.1.2 木材的电导原理 6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素 6.3.1.2 木材的电导原理 木材导电性弱的主要原因: 木材的化学结构组成中不含有导电性良好的自 由电子。 木材具有微弱的导电性原因: 在木材含量很少的灰分（杂质物质）中含有 极少量的金属离子，这些微量的离子在电场作 用下会定