木材的基本知識(shí)

木材相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)woodlore1木材的性質(zhì)樹(shù)木是最初的生產(chǎn)者,由于他們利用天然的資源來(lái)讓自己生長(zhǎng).樹(shù)木的每個(gè)部分都是利用從泥土和空氣中吸收來(lái)的養(yǎng)料構(gòu)造出來(lái)的，這也是它能再生的秘密所在。當(dāng)你去了解木材時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的特性和用途是會(huì)令人無(wú)限著迷的。你越了解木材就越想了解更多。2樹(shù)木如何工作樹(shù)根樹(shù)木穩(wěn)定在泥土中吸收水份，礦物質(zhì)和氧氣樹(shù)干靜態(tài)的水份和養(yǎng)分的傳輸產(chǎn)生新細(xì)胞樹(shù)冠光合作用遮蔽作用3樹(shù)干A.樹(shù)表皮:阻止來(lái)自外界的侵害幫助隔離潮濕的雨水（自內(nèi)部不斷地更新）

并在干燥時(shí)防止水分的流失。隔熱保溫阻隔昆蟲(chóng)的侵害B.樹(shù)內(nèi)皮,或稱為“韌皮層”:養(yǎng)分由韌皮層內(nèi)部的管道被傳輸?shù)綐?shù)木的各個(gè)部位。韌皮層只存活很短的時(shí)間便死亡變成栓皮而成為保護(hù)性表皮的一部分。C.形成細(xì)胞層:樹(shù)干的生長(zhǎng)部分。它在由韌皮層傳出的激素及由樹(shù)葉帶來(lái)的養(yǎng)分作用下每年產(chǎn)生新的樹(shù)皮和木質(zhì)。4樹(shù)干D.邊材:水分在樹(shù)木的傳輸管道中由下部被輸送到樹(shù)葉。邊材是新生木質(zhì)。隨著新的邊材年環(huán)的產(chǎn)生，內(nèi)部細(xì)胞失去生命力而變成樹(shù)心。E.樹(shù)心:樹(shù)木的中心部分是樹(shù)的主要支撐。盡管已經(jīng)死亡，但是它在外層組織仍然完好的情況下不會(huì)腐爛或者失去韌力。一種中空的復(fù)合物和針狀纖維素纖維由一種稱為木質(zhì)素的化學(xué)膠水結(jié)合起來(lái)，在很多方面上它和鋼鐵一樣堅(jiān)固。一塊長(zhǎng)12橫截面為1／2的樹(shù)心垂直放置時(shí)可以支撐20噸的重量。5樹(shù)木的生長(zhǎng)每年樹(shù)木的頂端都會(huì)增高,，盡管新的木質(zhì)會(huì)隨著樹(shù)干的長(zhǎng)度而增加的，但是早前生長(zhǎng)的年輪不會(huì)出現(xiàn)在樹(shù)干的頂部。年輪的數(shù)目隨著樹(shù)干往下依照每年的樹(shù)高生長(zhǎng)量而增加。年輪的生長(zhǎng)形態(tài)是由在不同的生長(zhǎng)季節(jié)產(chǎn)生的木質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化決定的。每個(gè)季節(jié)一開(kāi)始生成的細(xì)胞都比較大，所以早期木質(zhì)看上去沒(méi)有每個(gè)季節(jié)末的晚生木質(zhì)密度大。6生長(zhǎng)輪在北溫帶切開(kāi)任何樹(shù)干的表面都可以發(fā)現(xiàn)樹(shù)木是由一系列同心圓組成的。這些圓圈我們稱為年輪或者生長(zhǎng)輪，溫帶的樹(shù)木通常都是每年生長(zhǎng)一個(gè)年輪。事實(shí)上年輪是沿著樹(shù)干垂直延生的一系列同心圓筒。如果我們?nèi)?shù)一段木材兩端的年輪，會(huì)發(fā)現(xiàn)靠下端的年輪數(shù)要比靠上端的多。7生長(zhǎng)輪不是所有的樹(shù)木都產(chǎn)生明顯的年輪，也不是所有樹(shù)木的年輪都是每年一輪的。有些樹(shù)木木質(zhì)結(jié)構(gòu)的周期性變化如次輕微以至于其年輪很不明顯。在嚴(yán)重干旱的條件下每年生的年輪可能不產(chǎn)生。另一方面，在持續(xù)的良好生長(zhǎng)條件下，如在熱帶，樹(shù)木可能會(huì)一年生長(zhǎng)數(shù)個(gè)年輪。8針葉樹(shù)－闊葉樹(shù)闊葉樹(shù)并不總是有比針葉樹(shù)硬的木質(zhì)（香脂樹(shù)是最軟的木材，但是它仍然是闊葉樹(shù)）針葉樹(shù)有針狀葉且大部分是常青的

（如：云杉，松樹(shù)）。一些種類的針葉樹(shù)在秋天會(huì)掉落他們的針狀葉（如：落葉松，花旗松）闊葉樹(shù)有葉片且也可能是常青的（如：桉樹(shù)）并在秋天落葉（如：水曲柳，楓樹(shù)）9針葉木－闊葉木針葉木內(nèi)部供應(yīng)傳輸水的細(xì)胞（管胞）也為樹(shù)干提供力學(xué)支持闊葉木內(nèi)部一些分工已經(jīng)進(jìn)化出來(lái)，一些細(xì)胞專門進(jìn)行水分運(yùn)輸（氣孔或?qū)Ч埽┒渌奶峁┝W(xué)支持Crosssection20xCrosssection20x因此闊葉樹(shù)通常也被稱為多孔木材，而針葉樹(shù)被稱為無(wú)孔木材10木材的微觀結(jié)構(gòu)針葉木:大部分細(xì)胞是縱向的但也有部分細(xì)胞是橫向的。下圖中的大孔被稱為樹(shù)脂道（rc）.圖中所示的多數(shù)細(xì)胞稱作“縱向管胞”。闊葉木:存在更多的細(xì)胞類型。大孔是管束，小孔是纖維。木塊頂部導(dǎo)管之間的線是射線細(xì)胞束被稱為多粒射線。紅杉和楓樺的電子顯微照片11木材的密度生長(zhǎng)方向環(huán)孔材的木材密度是由髓心向樹(shù)皮方向逐步降低的，靠近髓心部分比接近樹(shù)皮部分高20%散孔材的木材密度由髓心向樹(shù)皮方向增大的，其培大數(shù)值可達(dá)15%-20%老針葉樹(shù)材的密度，是髓心向外首先培大，到一定年齡階段達(dá)到最大值中，然后開(kāi)始降低12木材的微觀結(jié)構(gòu)這個(gè)圖表顯示了一些針葉樹(shù)和闊葉樹(shù)的細(xì)胞類型?？v向管胞在針葉樹(shù)木質(zhì)體積中占總量的百分之九十多。他們大約長(zhǎng)3－5毫米，直徑30－50微米。這些長(zhǎng)細(xì)胞（纖維）是構(gòu)成書(shū)寫紙和牛皮紙的主要細(xì)胞類型。b)闊葉樹(shù)導(dǎo)管是春材而:c)代表闊葉樹(shù)纖維，然而d)是夏材e)是闊葉樹(shù)管胞。闊葉樹(shù)纖維和針葉樹(shù)管胞相似，但是要短得多。

纖維大概1－2毫米長(zhǎng)，直徑大約為20－30微米。柯達(dá)的彩色相紙就主要是用楓樹(shù)和山毛櫸纖維做成的。衛(wèi)生紙，餐巾紙和面巾紙主要由白樺纖維制成。13木材的微觀結(jié)構(gòu)具緣紋孔對(duì)管胞木質(zhì)部射線樹(shù)脂道針葉木

圖為松樹(shù)的近照。大部分細(xì)胞如長(zhǎng)直的管子般垂直分布，這些就是管胞。這些中間有孔的圓圈

（見(jiàn)右邊的樣品）是具緣紋孔對(duì)。這些紋孔是礦物質(zhì)流通并進(jìn)入鄰近細(xì)胞的通道。樣品上部的塊狀孔是管胞的截面圖。木質(zhì)部射線和管胞是垂直的。14木材的微觀結(jié)構(gòu)在紅杉中春材和夏材之間的轉(zhuǎn)變非常分明。這稱之為突變。在香杉春材和夏材間的轉(zhuǎn)變區(qū)域顯示為漸變，和白云杉相似。光學(xué)顯微鏡中放大一百倍春材形成于生長(zhǎng)周期的初期，它具有相對(duì)較薄的細(xì)胞壁和較大的孔徑。而夏材形成于生長(zhǎng)周期的末期，它具有相對(duì)較厚的細(xì)胞壁和較小的孔。15下圖中的南方長(zhǎng)葉松春材的顏色淺而夏材為較深的褐色。有大孔的樹(shù)脂道。為突變。蘭伯氏松有大的樹(shù)脂道。樣品中的年輪主要是春材和較窄的夏材帶。為漸變。Crosssection20xCrosssection20x木材的微觀結(jié)構(gòu)16木材的微觀結(jié)構(gòu)EarlywoodvesselsLatewoodvessels闊葉木

右圖中顯示的是紅橡木的橫截面顯微照片（20x）。春材區(qū)域中最大直徑的孔是導(dǎo)管分子的橫截面。在夏材中的導(dǎo)管分子很小且有時(shí)候聚合在一起。由于導(dǎo)管分子獨(dú)特的大小和排列，年輪非常的清晰和獨(dú)特。這種類型的闊葉木被稱作環(huán)孔木材。17白樺樹(shù)也是環(huán)孔木材很好的例子。大的導(dǎo)管都處于春材區(qū)域，

而小的導(dǎo)管都處于夏材區(qū)域。大的春材導(dǎo)管里的甲基纖維素。其它的闊葉木中（胡桃木），導(dǎo)管的大小隨著生長(zhǎng)早期到生長(zhǎng)晚期逐漸變化：

半環(huán)孔木材。木材的微觀結(jié)構(gòu)latewoodearlywood18有一些闊葉木的導(dǎo)管大小在一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)不會(huì)變化很多（糖楓）。這些大的圓圈就是導(dǎo)管。這種導(dǎo)管大小比較平均的木材叫做分散多孔木材。另一種分散多孔材料是山樺。

顯微照片中的導(dǎo)管分子是孤立的（單獨(dú)的導(dǎo)管）或者聚集成多個(gè)雙導(dǎo)管。木材的微觀結(jié)構(gòu)19白樺是一種窄射線中有獨(dú)特寬射線的闊葉樹(shù)。要注意大直徑的春材導(dǎo)管和小直徑的夏材導(dǎo)管一起形成了火焰群狀的射線平行線。（20x）岑樹(shù)的橫截面上可以看見(jiàn)若干射線，但他們要比橡樹(shù)的窄很多。夏材導(dǎo)管通常被一些由軸向薄壁組織細(xì)胞所聚集成的細(xì)的白色區(qū)域所圍繞。（20x）白樺也是一種有細(xì)射線的分散多孔闊葉木。（20x）木材的微觀結(jié)構(gòu)20木材的方向板材是被切割成很多不同形狀的實(shí)木。徑向的切向的lengthpith21各向異性指結(jié)構(gòu)和性狀隨不同的方向而變化。由于細(xì)胞形成的方式是tree-truck,木材有三種結(jié)構(gòu)方向－徑向的，

切向的，和軸向的。切向（橫）方向和年輪是平行的。徑向方向和木質(zhì)部射線是平行的。軸向（旋）方向和木質(zhì)細(xì)胞（筋絡(luò)）是平行的。T=切向R=徑向L=軸向RTL各向異性22RTL各向異性很多材料的機(jī)械性能在各個(gè)方向上是一樣的。這種材料被稱為具有等方向性。等方向性材料的例子有鋼材，混凝土和塑料。木材的機(jī)械性能隨著負(fù)載或強(qiáng)度采用的方向而變化。因此，木料被稱為各向異性材料。23吸濕性吸附是材料表面從空氣中吸收水分的過(guò)程。它不同于吸收，吸收是指由于和液體的物理接觸而將液體吸收的過(guò)程，如海綿。

木材是吸濕的。這就是為什么它的水份含量會(huì)隨著它周圍空氣中的水份環(huán)境而變化。木材能夠從空氣中吸收水分。這一點(diǎn)是很重要的，因?yàn)殡S著木材水份含量的變化它的尺寸（增大或縮?。?huì)發(fā)生變化，機(jī)械性能也隨之改變，且其它的物理性能也會(huì)受影響。因此：對(duì)木材產(chǎn)品進(jìn)行合理利用要求對(duì)它們相互的水份作用有充分的了解。24水份以液體形式通過(guò)木材或者蒸汽形式通過(guò)幾種通道。它們是：纖維和導(dǎo)管的細(xì)胞間隙射線細(xì)胞，紋孔室（顯微鏡的開(kāi)口在細(xì)胞壁面上）和它們的紋孔膜開(kāi)口細(xì)胞壁本身水份隨著筋絡(luò)向前移動(dòng)的速度比穿過(guò)筋絡(luò)快很多倍。木材和水份25木材和水份木材中所含的水份是以結(jié)合水或者游離水存在。游離水被包含于細(xì)胞空腔內(nèi)且不被外力所控制－它好比是水管中的水（液體水或者水蒸氣）結(jié)合水被細(xì)胞壁內(nèi)的物理／化學(xué)吸引力控制在細(xì)胞壁（水份仍然在細(xì)胞內(nèi)）H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O26游離水移動(dòng)通過(guò)細(xì)胞間隙和凹陷開(kāi)口

（顯微鏡的開(kāi)口在細(xì)胞壁面上）。在干燥過(guò)程中它隨著對(duì)木材底層的游離水產(chǎn)生拉力的毛細(xì)作用力而移動(dòng)。這和水份在燈心的活動(dòng)是相似的。

結(jié)合水以水蒸汽的形式通過(guò)空的細(xì)胞間隙和凹陷開(kāi)口以及直接通過(guò)細(xì)胞壁移動(dòng)。結(jié)合水活動(dòng)的基本原理和？由相對(duì)濕度，水份含量和溫差導(dǎo)致的水蒸汽壓力是不同的。木材和水份H2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O27木材和水份105°C烘干,214-221F/>24hours(=0%)平衡水分含量(EMC)=取決于RH木材失去或獲得結(jié)合水直到它的水份含量與周圍的大氣中的水份含量達(dá)到平衡。達(dá)到平衡點(diǎn)的水份含量被稱為平衡水分含量（EMC）纖維飽和點(diǎn)(=22-30%)游離水/新木材(>22%一直到100%)當(dāng)水份含量大于纖維飽和點(diǎn)時(shí)木材在尺寸上是穩(wěn)定的28木材的水份含量木材吸附的水分總量可以被表示為水份含量。水份含量是由木材的烘干重量按比率計(jì)算的：

%MC=木材重量

+水份（濕重）–干木材的重量

x100

烘干的木材重量?jī)H僅是烘干木材的重量，不含水（在221F下經(jīng)過(guò)》24小時(shí)直到木材不再含水份且重量不再發(fā)生變化的烘干木材）29收縮和膨脹當(dāng)木材含水量低于纖維飽和含水量時(shí)它就會(huì)吸收或失去水分。

當(dāng)水從細(xì)胞壁失去時(shí)它就會(huì)縮水，當(dāng)水從細(xì)胞壁獲得水分時(shí)它就會(huì)漲水。

這種縮、漲能導(dǎo)致木材扭曲、爆裂、工具柄松動(dòng)、條狀地板裂縫或功能出現(xiàn)問(wèn)題。因此當(dāng)認(rèn)識(shí)和考慮到木制品這些現(xiàn)象是很重要的。R1/2T1/1L1/10+H2O-H2O30收縮和膨脹木材的體積主要在切向方向隨著水份含量而變化。longitudinaltangentialradialSapwoodCore31收縮和膨脹木材縮水大部分在年輪方向（切線向的），一半橫過(guò)年輪（放射狀），僅有少量（1/10-1/100）沿著紋理（縱向的）。

放射和切向收縮的聯(lián)合影響能扭曲木材形狀，因?yàn)槭湛s的不同和年輪彎曲率的不同。32收縮和膨脹收縮后

原始類型 膨脹后枝節(jié)疤33印茄木板材 9%水份含量 13%水份含量長(zhǎng)度5,05,013寬度5,05,130所有的木材種類都有不同程度的收縮和膨脹性收縮和膨脹木材類型:水份含量 橡樹(shù)

山毛櫸平均體積改變量每1％的含水量0,25%0,32%34活動(dòng)性 中等 高 高 低 中等 高粘接難易木材特性 熱帶

橡樹(shù) 山毛櫸

楓樹(shù) 松樹(shù) 竹子 木材收縮和膨脹 低 高 中等 低 中等 中等木材特性所有的木材種類在活動(dòng)（彎曲）中都有不同的表現(xiàn)和不同的樹(shù)脂和油份含量，油份含量對(duì)粘接性有影響35木材的水份含量TableaccordingNWFAAssociationUSA36木地板的種類大部分流行的硬木種類37木地板種類大部分流行熱帶木材品種38木材計(jì)算以上圖表中的數(shù)據(jù)都來(lái)自于美國(guó)農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室。這些數(shù)據(jù)反映出不同種類木材的空間變化系數(shù)，以常規(guī)水份含量限度6－14％內(nèi)的切向收縮和膨脹來(lái)衡量。計(jì)算：乘以水份含量的變化系數(shù)，再乘以木板的寬度樣品：13cm(5英寸)紅橡木厚板：1）內(nèi)部溫度21°C(70F)，相對(duì)濕度%，木板的水份含量為7.7%2）如果相對(duì)濕度降到20%，木板的水份含量將為4.5%（差額3.2%）3.2%x0.00369x13cm(5英寸)=1.5mm(0.059英寸)13厘米的板將收縮1.5毫米（0.059英寸）。而3米（10英尺）的地板將會(huì)有3.5厘米（1.4英寸）的收縮3）如果濕度達(dá)到60%，木板的水份含量將達(dá)到12%（差額4.3%）4.3%x.00369x13cm(5英寸)=2mm(0.079英寸)13厘米（5英寸）的木板將膨脹2毫米（0.079英寸）。而3米（10英尺）的地板將達(dá)4.8厘米（1.9英寸）的膨脹39參考圖片:ForestProductsandWoodScienceJ.G.HaygreenandJ.L.Bowyer(c)1996byIowaStateUniversityPress,Ames,IABr