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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、木材的主要介绍木材密度、木材的含水状态、木材中水分的吸湿含水状态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干缩湿胀、木与解吸、木材的干缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声材的电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。学性质和光学性质。 目目 录录6. .1 木材密度木材密度 6. .2 木材和水分木材和水分 6. .3 木材的电学性质木材的电学性质 6. .4 木材的热学性质木材的热学性质 6. .5 木材的声学性质木材的声学性质 6. .6 木材的光学性质木材的光学性质 6. .1 木材密度木材密度6.1.1 6.1.1 木材密度的种类木材
2、密度的种类 6.1.2 6.1.2 木材比重的测定木材比重的测定 6.1.3 6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度细胞壁密度、实质密度和空隙度6.1.4 6.1.4 木材密度的影响因素木材密度的影响因素 6.1.1 木材密度的种类木材密度的种类 木木材材是是由由木木材材实实质质、水水分分及及空空气气组组成成的的多多孔孔性性材材料料，对对应应着着木木材材的的不不同同水水分分状状态态，木木材材密密度度可可以以分分为为生生材材密密度度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定义如下：气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定义如下： 最最常常用用:气气干干密密度度和和基基本本密密度度。在在运运输输和和
3、建建筑筑上上，一一般般采采用用生生材材密密度度。而而在在比比较较不不同同树树种种的的材材性时，则使用基本密度。性时，则使用基本密度。6.1.2 木材比重的测定木材比重的测定测测定定比比重重必必须须知知道道一一定定含含水水率率时时木木材材的的体体积积以以及及木木材材的的绝绝干重量。干重量。在在大大多多数数情情况况下下，绝绝干干重重量量的的测测定定与与用用绝绝干干称称重重法法测测定定含含水率中所用的方法一致。水率中所用的方法一致。由由于于在在干干燥燥过过程程中中抽抽提提物物可可能能和和水水蒸蒸气气一一起起蒸蒸发发，所所以以有有时采用蒸馏法来得到绝干重量。时采用蒸馏法来得到绝干重量。木材的体积的测定
4、可以采用以下方法：木材的体积的测定可以采用以下方法：（1）对对于于形形状状规规则则的的试试材材，直直接接测测量量试试材材的的三三边边尺尺寸寸，计计算算出体积；出体积；（2）对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积。）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。）快速测定法。（三）排水法（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。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（四）快速测定发法首首先先，在在烧
5、烧杯杯中中加加入入适适量量液液体体，将将金金属属针针浸浸入入液液体体中中，记记录录天天平平的的读读数。数。然然后后用用金金属属针针尖尖固固定定试试材材，将将试试材材浸浸入入液液体体中中，再再记记录录平平衡衡时时天天平平的的读数。读数。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。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图6-1 6-1 用排水法测量木材的体积用排水法测量木材的体积量筒液面试材图图6-2 6-2 快速测定法测快速测定法测量木材体积量木材体积6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度细胞壁密度、实质密度和空隙度 木木材
6、材的的绝绝干干细细胞胞壁壁的的密密度度可可以以通通过过比比重重计计或或体体积积置置换换法法来来测测量量。置置换换介介质质种种类类的的不不同同，测测得得的的细细胞壁密度的值也有差异。胞壁密度的值也有差异。 以以水水作作为为置置换换介介质质得得到到的的细细胞胞壁壁密密度度大大于于以以甲苯和氦作为置换介质得到的值。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：这是由两个方面的原因引起的： （1）水水属属于于极极性性膨膨胀胀性性介介质质，水水分分子子可可以以进进入入细细胞壁中更小的孔隙中；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。）与液态水相比，吸着水的表观体积减小
7、。 木木材材的的实实质质密密度度即即指指木木材材细细胞胞壁壁物物质质的的密密度度。木木材材的的空隙度可以用下式计算求得：空隙度可以用下式计算求得： 式式中中，P为为木木材材空空隙隙度度（%）， 0为为木木材材的的绝绝干干密密度度（g/cm3），）， 0w为木材的实质密度为木材的实质密度（g/cm3）。）。 如如果果式式中中用用木木材材的的细细胞胞壁壁密密度度代代替替，则则得得到到的的孔孔隙隙度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。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木材密度的影响因素 除了除了含水率含水率以外，影响木材密度的因素还包
8、括以外，影响木材密度的因素还包括树树种种、抽提物含量抽提物含量、立地条件立地条件和和树龄树龄等。在同一棵树等。在同一棵树上，上，不同部位不同部位的木材密度也有较大的差异。的木材密度也有较大的差异。 6.1.4.1 6.1.4.1 树种树种 6.1.4.2 抽提物含量抽提物含量 在在不不同同的的木木材材中中，抽抽提提物物含含量量的的范范围围从从绝绝干干重重的的3%至至30%不不等等，因因此此对对木木材材的的密密度度有有很很大大的的影影响响。通通常常，在在测测定定密密度度之之前前可可以以先先用用水水和和有有机机溶溶剂剂（如如苯苯和和乙乙醇醇等等）对对木木材材进进行行抽抽提提处处理理，经经过过抽抽提
9、提处处理理后后木材的密度更为均一。木材的密度更为均一。 6.1.4.3 立立地地条条件件 树树木木的的立立地地条条件件，包包括括气气候候、地地理理位位置等对木材密度也有很大影响。置等对木材密度也有很大影响。6.1.4.4 树龄树龄 从幼龄期直至从幼龄期直至成熟期，木材的密度有随着成熟期，木材的密度有随着树龄的增高呈增大趋势，。树龄的增高呈增大趋势，。6. .2 木材和水分木材和水分6.2.1 6.2.1 木材中水分的存在状态木材中水分的存在状态6.2.2 6.2.2 木材的含水率及测定木材的含水率及测定 6.2.3 6.2.3 木材的水分吸着（木材的水分吸着（adsorptionadsorpt
10、ion） 和解吸（和解吸（desorptiondesorption） 6.2.4 6.2.4 木材中水分的移动木材中水分的移动6.2.5 6.2.5 木材的干缩湿胀木材的干缩湿胀6.2.1 木材中水分的存在状态木材中水分的存在状态 木木材材中中存存在在的的水水分分，可可以以分分为为自自由由水水和和结结合合水水（或或吸吸着水）两类。着水）两类。 自由水自由水 存在于木材的细胞腔中，与液态水的性质接近。存在于木材的细胞腔中，与液态水的性质接近。 结合水结合水 存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非存在于细胞壁中，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晶区
11、、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键 结合。结合。 生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中自由水自由水的水的水分量随着季节变化，而分量随着季节变化，而结合水结合水的量基本保持不变。的量基本保持不变。纤维饱和点纤维饱和点 假设把生材放在相对湿度为假设把生材放在相对湿度为100%的环境的环境中，细胞腔中的自由水慢慢蒸发，当细胞腔中没有自由中，细胞腔中的自由水慢慢蒸发，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。称为纤维饱和点。气干状态气干状态 当把生材放在大气环境中自然干燥
12、，最终达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。境处于平衡状态。绝干状态绝干状态 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。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的含水率及测定 木材或木制品中的水分含量通常用木材或木制品中的水分含量通常用含水率含水率来表示。根据来表示。根据基准的不同分为基准的不同分为绝对
13、含水率绝对含水率和和相对含水率相对含水率两种。两种。 绝对含水率绝对含水率（简称含水率）即水分重量占（简称含水率）即水分重量占木材绝干重量木材绝干重量的的百分率百分率, ,一般木材工业中采用。一般木材工业中采用。 相对含水率相对含水率 是水分重量占是水分重量占含水试材含水试材的重量的百分率，在的重量的百分率，在造纸和纸浆工业中比较常用。造纸和纸浆工业中比较常用。 和和 分别是试材的绝对含水率和相对含水率（分别是试材的绝对含水率和相对含水率（%）；）；m m是含水试材的质量是含水试材的质量(g); m0是试材的绝干质量是试材的绝干质量(g)。 水分仪水分仪 以上介绍的都是直接测定法，其缺点是破坏
14、试材、操作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。进行间接测量。 电阻式水分仪电阻式水分仪 交流介电式水分仪交流介电式水分仪 电阻式水分仪电阻式水分仪 最常用的水分仪是最常用的水分仪是电阻式水分仪电阻式水分仪。 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。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电阻式水分仪的测试含水率范围一般为630%。在纤维饱和
15、在纤维饱和点以上的含水率范围内，电阻随着含水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。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 交流介电式水分仪：交流介电式水分仪： 其其工工作作原原理理是是测测定定一一定定频频率率下下木木材材的的介介电电常常数数或或介介电电损损耗耗正正切切角角，通通过过介介电电常常数数或或介介电电损损耗耗正正切角与含水率之间的关系得到含水率值。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木材的水分吸着和解吸 平衡含水率平衡含水率 由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿度条
16、件发生变化时，木材能相应地从外界吸收水分或向外界度条件发生变化时，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。平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。 吸吸收收 是是一一种种表表面面现现象象，比比如如液液态态水水进进入入木木材材的的细细胞胞腔腔，成成为木材中的自由水的过程。为木材中的自由水的过程。 木木材材吸吸着着水水分分的的过过程程 是是水水分分子子以以气气态态进进入入细细胞胞壁壁，与与细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程。细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程。 吸着滞后现象吸着滞后现象 在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个的木材的平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。现象称为吸着滞后现象。 图图6-9 6-9 木材的水分吸着滞后现象木材的水分吸着滞后现象含含水水率率EMC解吸解吸EMC吸着吸着时间时间 滞
