家具行业培训教材——木材学

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1、東莞家具行業協會培訓中心專用教材 - 1 - 木木 材材 学学 一、树木之特征 植物大可分为木本植物及非木本植物，一般将木本植物称为树木，我们所使用之木材，即为木本植物之 产物，其特征如下： 维管束组织系由木质部及韧皮部所构成。 一般其木质部已木质化一般我们所使用之木材， 即为树木中之 木质部。木材为无数长形小细胞，藉其自身之胶合剂，木质素，互相结合面成。此等细胞组成一运输管 系统， 输送化学物以供树木营养之需。 细胞壁则使树木具有巨大强度， 足以支持其本身重量及抵抗外力。 木材表面及边缘所显现之各种纹理，即由细胞所成。 1、树木之种类 乔木(tree)：主干通常单一，分枝位置高，具一定高度之

2、树冠。 灌木(shrub)：通常无主干，植株离地低处(一般可以距地面 1.3m 作为界线)即行分枝，以致由侧枝形成 小干丛立(deliquescent)，且无固定树冠者，称之为灌木。 木质藤本(woody liana)：植物本身不能直立，必须利用其茎蔓、卷须或吸根等，藉由旋卷、攀绕其它 支持物方能上升者，称之为藤本(liana)。若根、茎已木质化者，则称之为木质藤本。 2、树木之外观 如下图，树木由根部(root)、树干(stem, trunk)与树冠(crown)等三部份组成。 根部生长于树干下之土层中，吸收树体 成长所需之水分、溶解性矿物质及氮气， 经由边材向上疏导至各部位；另外，根 部亦

3、可防止水土流失，并支持树木。 树木的主要部分： 树冠为树木上方枝叶着生之部位。植物 之叶中存有叶绿体，叶绿体可撷取光能， 将空气中之二氧化碳与根部所吸收之水， 转化为葡萄糖，经由韧皮部(phloem)之 内树皮(inner bark)向下传送到树木各 部供成长之所需。 若有剩余，则会再转化为淀粉而储藏起来。树干为树冠以下、地面以上之部位，呈通直弯曲状，用以支 持树冠之重量，此部份为木材之主要来源。 3、树木之生长 一般在温带地区之树木，由于生长季节差异分明，因此生长发育的周期为一年，所以树干在横断面上可 以看到以髓心为中心的同心圆状环轮，称为年轮(annual ring)。但是热带地区由于没有

4、明显的生长季 区分，所以在横段面上不易看到同心圆状年轮，即使可见，严格说来，应该称为生长轮。 二、木材的构造 木材为木本植物，可分为针叶树材与阔叶树材，依树种之构成要素不同而有很大的差别，针叶树大部分 属软材，木材纹理不明显。阔叶树大部份属硬材，有较美丽的纹理，广泛使用在家具上。 1、针叶树：其外观特征是由管胞、纵向薄壁细胞、木质线组织及树脂沟等要素所构成，这些构成要素 以管胞为主，占 90%以上。这些细胞要素在不同切面会表现不同的形态，针叶树管胞为闭端，故又称无 孔材，且树材构成因构成要素较单调，所以材质较阔叶树材均匀（如：松木、杉木、桧木、柏木） 。 2、阔叶树：它是由管胞、木纤维、纵向薄

5、壁细胞及木质线组织所构成，各构成要素在三个切面亦会表 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 東莞家具行業協會培訓中心專用教材 - 2 - 现也相当大的差异，阔叶树之最重特征是在导管，此种细之末端因有穿孔，所以阔叶树材又称有孔材， 依导管在横切面之分布状态，可将阔叶树材分为：樱桃木、橡木、胡桃木、榉木、桐木、枫木、花梨木、 桃花心木、橡胶木、桦木、水曲柳等等。 A、 木理：在木材表面出现的生长轮，或构成细胞的排列状态， B、 木肌：在木材表面所出现细胞之大小或材质性加以相对表示，它是以精、粗、均齐、不均齐等表 现，它会受管胞或导管的直径、年轮宽、早材及晚材之比例与密

6、度差，木质线组织之大小等的左 右，木肌精、均质的树种如红豆杉、扁柏、黄杨木等。而木肌粗，不均质的树种，如红松、落叶 松等。 三、细胞构造 木材含有无数细胞或导管，水分经过此等细胞流动至树叶及枝条。此类细胞甚为狭小，但相当长。在边 材中生活细胞中有一种称为原形质之液体， 为生命之基础。 心材则不含原形质。 心材对树木生长无作用， 实际上已死亡。 导管孔为细胞之横断面。木材锯割时，细胞之空隙曝露于外，形成木材表面之小洞孔。木材空洞结构及 细胞壁二者，使木材具有异常巨大强度及非凡之性质轫性。 1、木材细胞与细胞壁 细胞核是细胞生命的来源， 叶绿体则可行光合作用而产生碳化化合物， 碳水化合物则是形成木

7、材细胞壁 的主要组成份来源-纤维素与半纤维素；内质网是储藏养分的一个空腔，表面附着核糖体，核糖体则会 生成蛋白质； 当蛋白质与碳水化合物经过高尔基体后则会转变为果胶质， 果胶质是细胞与细胞之间主要 的连间质，也是初生细胞壁的主要成分。 当这些质体完成分泌即形成细胞壁之后，这个细胞也就逐渐死亡，因此，我们使用的木材中，大部分都 是死 细胞。管胞为厚壁细胞，在横切 面上约成方形。依排列方向可分 为纵向管胞横向之木质线管胞 。 图中 X 面(横切面)明显之小孔均 为纵向管胞。 2、横向管胞：木材中的横向薄壁 细胞，除了横向的输送外，也是储藏淀粉或醣类的细胞。 周边细胞：包围在树脂沟周围的周边细胞，能

8、分泌树脂。 四、木材的化学组成份概述 若依组成木材的化学元素而言，则木材主要由碳(C)、氢(H)、氧(O)三元素构成，其中，碳约占了 50%， 若依照化学组成份言之，则木材组成份包括了纤维素(cellulose)、半纤维素(hemicellulose)、木质素 (lignin)、萃取成分(extractives)及灰份(ash)(如图)。以分子量来区别，纤维素、半纤维素及木质素 是属于高分子量的物质，这三种成分木材是细胞壁的主要组成份，约占了细胞壁组成 95%以上。低分子 量的物质则包括了萃取成分以及灰份。 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 東莞家具行業協會培

9、訓中心專用教材 - 3 - 五、木材比重 木材的比重为木材的一个重要指标， 直接关系到木材的物理力学等性质和木材的加工利用。 由于木材是 多孔性物质，一般含有水分，因此，与其它材料相比，木材比重或木材密度具有特殊性，根据木材状态 的不同，有生材密度、气干材密度、绝干材密度和基本密度之分。木材比重密度越高则材质越硬。 六、力学性质 木材抵抗外部机械力作用的能力称为木材的力学性质，包括弹性、粘弹性、硬度、韧性、各类强度等。 1、木材的力学性质受很多因素的影响，重要的如：木材比重、木材构造、含水率、时间、温度、纹理 方向、木材缺陷等。由于木材力学性质与木材单位体积中的实质含量有关，因此木材力学性质与

10、木材比 重有着极为密切的关系，两者间往往呈指数关系或直线关系；木材的构造，如木材的晚材率与年轮宽度 (与木材比重有关)、 木射线的宽窄与含量、 木材的细胞组成、 木材细胞的胞壁厚度与壁层的纤丝角等等， 都影响木材的力学性质；木材细胞壁中的吸附水，其存在使木材细胞壁主成分分子之间的距离增大，从 而使细胞壁主成分分子链之间的作用力减小，从而影响木材的力学性质。 木材的强度随着吸附水的增加而下降，在纤维饱和点时，强度达到最低值，以后随着自由水含量的不断 增加，强度值基本保持稳定；时间对木材力学性质有影响，是因为木材是一种粘弹性材料，在荷载作用 下其变形与时间有关系，强度值随著作用时间的延长而减小，存

11、在持久强度；温度也影响木材的力学性 质，正温度时，特别是温度在 100以上，甚至 200以上时，将显着降低木材的力学性质，尤其当时 间较长时；负温度下，对于冰冻的湿木材，除冲击韧性有所降低外，其它各种强度均较正温度时有所增 加，特别是木材的抗剪强度和抗劈力。 2、应力(stress)，是材料在外力作用下，单位面积上所产生的内力；应变(strain)是单位长度上所产 生的变形。 3、木材的弹性(elasticity)是木材在卸除发生变形的荷载后，回复原来的形状、尺寸或位置的能力； 而塑性(plasticity)是物体在外力作用下， 当应变增长的速度大于应力增长的速度， 应力和应变不再成 比例时，

12、外力卸除后木材将产生残余变形，此即塑性变形，木材具有的这种性质，称为木材的塑性。 4 木材的强度是木材抵抗外部机械力破坏的能力，包括拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、抗剪强度等。 5、木材的硬度是木材抵抗其它刚性物体压入的能力。 6、木材的刚性是抵抗外部机械力造成木材尺寸或形状变化的能力。 7、韧性是木材吸收能量和抵抗反复冲击荷载，或抵抗超过比例极限的瞬间应力的能力。 木材的应力松弛(stress relaxation)指在恒定温度和形变保持不变的情况下，木材内部的应力随时间 PDF 文件使用 “pdfFactory Pro“ 试用版本创建 東莞家具行業協會培訓中心專用教材 - 4 - 延长而逐

13、渐衰减的现象，其原因也是因为木材具有粘弹性。 木材的蠕变和松弛受木材含水率、环境温度、环境湿度变化等因素的影响，温度越高，含水率越高，木 材的蠕变和松弛现象就越明显。 但在实际使用时，必须考虑各种影响因素，在计算和实际使用中要大 适当的折扣，折扣后所得的强度值为木材的允许应力。允许应力就是指木件在使用或荷载条件下，能长 期安全地承受的最大应力。 七、年轮 年轮可以说是树木年龄的记录，它能够帮助我们推算树木的年纪，只是我们都应该明白，树木并不知道 一年究竟是多久的时间，它们之所以会每年长出一“圈圈来，完全是一种对季节变化的敏感反应。从春 天到夏天，气温高，雨量足，树木的生长旺盛，所分裂出来的细胞

14、，不但体积大，颜色浅，同时硬度也 比较小。年轮常用以表示树木每年之生长。然而木材之年轮并不全然显明易见。在热带及寒带，生长季 节与非生长季节之间并无显明之区分， 故若干热带树种之木材， 并无显示每年生长之物征。 且温带树种， 亦有年轮不甚显明者。 如果树木生长在四季不分明的热带地区，就会因为那儿整年气温都差不多，细胞生长的情况始终如一， 而无法形成明显的年轮。著名的柳安树、橡胶树等，就是没有年轮的树木。 八、春材与秋材 年轮由春材与秋材构成。于生长季节之早期长成者为春材或称早材，生长季节后期长成者为秋材或晚 材。一般面言，春材有较大细胞腔及较薄细胞壁。到了秋天，温度逐渐降低，叶片老化或枯黄，植

15、物 的生长自然变得缓慢，于是分裂出来的细胞，体积小，颜色深，硬度也比较大。当时节进入冬天以后， 温度更低了，长出来的细胞，体积就更小，颜色更深，硬度也更硬了。树木由于季节的不同，因而细 胞生长的情形也不一，每一年当中，由春天到冬天所长出来的细胞跟第二年所长的，会有明显的界线， 而且四季当中所增添的新细胞，正好形成一个环状的纹路，年轮就是这样造成的。 九、边材与心材 1、边材：为新近生长靠近树木形成层部份之木材，边材，颜色浅淡之树木生活部份，边材自根部输送 树液至树叶及储藏食物以供树木生长。 2、心材：由无生机细胞构成，亦即由过去为边材之有生机细胞老化而成。心材颜色常较边材为浓。大 多数木材曝露

16、于空气中，因细胞壁内物质与氧化合而渐呈浓深色，此种作用称为氧化。 3、髓位(髓心)：于树木之中心，亦具有生机。另一种自树木中心向外辐射之组织称为髓线，此种组织 亦为食物之输送道。因比重系根据木材中实有物质之量，故为木材强度与硬度适当之标示。一般言之， 比重愈大， 木材愈强。 但也有些树种如云杉(spruce)、 铁杉(hemlock)或白杨木(poplar)赤杨等(alder)， 其边心材之颜色难以区别。 十、木材的缺陷 是指凡呈现在木材上能降低木材质量，影响其使用的各种缺点。 针叶树材和阔叶树材的缺陷，都可以 分为十类，它们是节子、变色、腐朽、虫害、 裂纹、树干形状缺陷、木材构造缺陷、伤疤(损伤)、木 材加工缺陷和变形。 1、节子：包含在树干或主枝木材中的枝条部分，在木材上十分常见。 按照不同的分