家具材料之-樹木的生長與木材的形成

第1章樹木的生長與木材的形成本章簡要介紹木材的命名，著重介紹樹木的生長、木材的形成及樹干的構造，并對幼齡材的形成機理、幼齡材的性質與識別進行了論述。第1章樹木的生長與木材的形成1.1植物分類和木材名稱1.2樹木的生長與木材的形成1.3樹干的構造1.4幼齡材1.1植物分類和木材名稱

一、植物分類(plantclassification)根據樹木的花、果、葉的主要形態(tài)特征，樹木的分類常采用恩格勒（Engler）的自然分類法。劃分的單位由高至低排列的順序為：界、門(division)、綱(class)、目(order)、科(family)、屬(genus)、種(species)其中，最常使用的和最基本的是科、屬、種三級。

多媒體課件植物分類界——植物界Plantae門——種子植物門Spermatophyta亞門——被子植物亞門Angiospermae綱——雙子葉植物綱Dicotyledones目——豆目Leguminosae科——蝶形花科Papilionaceae屬——刺槐屬Robinia種——刺槐R..pseudoacaciaL

二、木材名稱樹木的名稱分學名和俗名兩種。學名是根據《國際植物命名法規(guī)》利用拉丁文對樹種進行命名的，即拉丁學名，其組成為：屬名+種名+定名人。其中，屬名第一個字母大寫，其它字母小寫；種名字母均小寫；定名人通常用省略詞第一個字母大寫。

二、木材名稱例如：學名PinuskaraiensisSieb.EtZuce俗名：紅松、果松、海松、朝鮮松另外，當一樹種已知其屬名，而種名不確定時，可記作：屬名+sp.俗名是由于各地的習俗不同，一種木材在某地叫這樣的名字，而在另一地方則又叫別的名字，例如上面所舉紅松的例子。

多媒體課件三、商品材樹木的特征及其在分類上的位置1.商品材樹木的特征（1）商品材樹木必須是多年生的；（2）必須具有直立的多年生主莖；（3）在生長過程中能不斷生成新木質部和樹皮層，使主莖直徑逐漸增大。2.商品材樹種在分類上的位置一般所說的木材，是指針葉材(softwood)和闊葉材(hardwood)，即裸子植物亞門中的大部分植物（即針葉材）和被子植物亞門內雙子葉植物綱的一小部分木本植物（即闊葉材）所生成的木材。

多媒體課件四、商品材和我國商品材的分類

廣義的木材含義是指木質材料，即包括未經加工的各種原條、原木，也包括經初加工的半成材和成材。它們都有一定的尺寸和規(guī)格要求，主要用于建筑、家具、車輛、橋梁或木材加工等各個方面。（一）商品材樹種的分類規(guī)則如前所述，即用拉丁學名或俗名表述。（二）材種分類材種是木材產品的類別，是依照木材不同用途、形狀和尺寸而區(qū)分，與木材樹種是兩個概念。根據國標（GB），木材材種依據不同的分類標準可分為：1.根據木材外形，分為圓材(roundtimber)（如原條、原木），鋸材(sawtimber)（如板材、方材、枕木），人造板(panel)（如刨花板、膠合板等）等材種。2.根據木材尺寸：如鋸材依據斷面尺寸大小而分為薄板、中板和厚板。3.根據木材用途及不同使用方式分類

多媒體課件1.2樹木的生長與木材的形成

樹木的生長是指樹木在同化外界物質的過程中，通過細胞分裂和擴大，使樹木的體積和重量產生不可逆的增加。樹木是多年生植物，可以生活幾十年至幾千年。樹木的一生要經歷幼年期、青年期、成年期，直至衰老死亡。而木材產自高大的針葉樹和闊葉樹等喬木的主干。要了解主干是怎樣生成的，首先有必要了解樹木的生長過程。1.2.1樹木的組成部分

樹木是有生命的有機體，是由種子（或萌條、插條）萌發(fā)，經過幼苗期、長成枝葉繁茂，根系發(fā)達的高大喬木?？v觀全樹，它是由樹冠、樹干和樹根三大部分組成（圖1-1）。（一）樹根(root)：樹木的地下部分，占5~25%體積。功能：吸收水分和礦物質，將樹木固定于土壤。（二）樹冠(tree-crown)：樹木的最上部分，由樹枝、樹葉組成。占5~25%體積。功能；將樹根吸收的水分和礦物質等養(yǎng)分和葉吸收的二氧化碳，通過光合作用制成碳水化合物。（三）樹干(trunk)：樹木地面以上的主莖部分，是樹木的主體，占樹木體積的50~90%。它一方面將樹根吸收的養(yǎng)分由邊材運送到樹葉，另一方面把葉子制造的養(yǎng)料沿韌皮部輸送到樹木的各個部分，并與樹根共同支撐整個樹木。圖1-1樹木的組成部分1.2.2樹木的生長樹木的生長:高生長（頂端生長，初生長）直徑生長（次生長）的共同作用結果。

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樹木的生長是高生長和直徑生長的共同結果。

高生長（頂端生長）(elongationoftreestem)：是根和莖主軸生長點的分生活動，即頂端分生組織或原分生組織的分生活動的結果。分生作用:細胞數量增加（細胞體積不變）高生長

直徑生長（次生長）(secondarygrowth)：形成層（即側生分生組織）細胞向平周方向分裂的結果。形成層原始細胞向內形成次生木質部，向外韌皮部，于是樹木的直徑不斷增大。（闊葉樹）

1.3樹干的構造（由樹皮、形成層、木質部和髓組成）1.樹皮指包裹在樹木的干、枝、根次生木質部圓柱體外側的全部組織。樹皮的外部形態(tài)及其裂隙的類型（可作為原木識別的特征之一）：（1）平滑：樹皮表面光滑，如天目紫莖、梧桐等。（2）瘤狀突起或針刺狀皮刺：樹皮表面有許多高低不等的瘤狀突起，如石櫟、皂英、刺楸等。（3）縱裂1）深縱裂：樹皮表面沿樹干縱向呈較深裂隙，如樟木。2）淺縱裂：樹皮表面沿樹干縱向呈較淺的開裂，如紫椴。3）縱橫裂：既有縱向又有橫向的開裂，呈不規(guī)則方塊形，如泡桐。（4）橫裂：樹皮表面呈橫向的開裂，如光皮樺、山櫻桃。

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2.形成層(cambium)

木材是通過形成層的細胞(cell)分裂、新生木質部細胞的成熟、成熟木質部細胞的蓄積等三個過程形成的，即木材的直接起源是形成層。形成層是一個連續(xù)的鞘狀層，包圍在整個樹干、樹枝、樹根的次生木質部周圍，屬分生組織。它向外弦向分裂產生次生韌皮部(secondaryphloem)，向內分裂產生次生木質部(secondaryxylem)。形成層原始細胞分為：1）射線原始細胞-分生出木射線和韌皮射線;2）紡錘形原始細胞-分生出導管、管胞、木纖維等。

多媒體課件3木質部(xylem)木質部位于形成層和髓之間，為樹干的主要部分，是木材加工的主要利用對象，也是木材科學的研究對象。木質部分為：初生木質部(primaryxylem)和次生木質部(secondaryxylem)。

4髓（髓心）(pith)位于樹干軸心，為木質部所包圍的柔軟的薄壁組織。通常直徑很小，有時受外界影響而偏心。它不屬于木質部，利用上無價值。髓的組織松軟，強度低，易開裂。橫切面形狀多助于木材識別。1.4幼齡材

樹木在個體的生長、發(fā)育過程中，經歷了幼齡-成熟-老齡各個階段，最后形成木材。幼齡材是次生人工林快速生長樹株中嚴重影響木材品質的部分。研究幼齡材，可進一步提高對木材的綜合利用率。關于幼齡材，有兩種錯誤的認識：（1）把幼齡材只看成是小樹的木材。誤認為，在成熟樹干中就談不上存在幼齡材。（2）把樹株生長最初年份形成的木材看作是幼齡材，誤認為幼齡材為高度一定的圓錐形，只限于成熟樹干下方中心部位。由于這些錯誤認識，就低估了幼齡材對木材品質的影響；也可以說，對這種影響沒有足夠認識。1.4.1幼齡材形成的機理

1.4.1.1木材在生成中的差別

成熟樹干靠近樹梢區(qū)域的生長較其它部分旺盛；而一株幼樹，它的全體均生長旺盛。可以把這種生長旺盛比喻為幼童狀態(tài)。它為了正常發(fā)育需要有營養(yǎng)物質平衡，在達不到這種平衡時，發(fā)育就受到威脅、壓抑。這種狀況下生成的木材也就與成熟材不同，常被視為品質較差者。樹干的中心是髓，它的周圍環(huán)繞著一薄層初生木質部，這兩部分都是樹莖在這一高度時的第一年中形成，它們的組織均與以后形成層產生的次生木質部不同。還要認識的一個要點是，在樹莖長到任何一個高度上的前5～25年間產生的次生木質部這段幼齡期后的次生木質部有不同，前者即為這一高度上的幼齡材。這就從理論上說明了幼齡材在樹干內不為圓錐形而近于圓柱狀；它不限存在于樹干基部，而是自基部延伸至樹梢。1.4.1.2木材生成后的變化

樹株早年生長形成的木材，初始薄壁細胞還保持生機，以后這部分木材發(fā)展為心材。在這一轉變的前后，占木材體積大部分的厚壁組織無改變。以后整個木材更無變化。那種只把小樹的木材看成是幼齡材，認為隨樹齡的增加幼齡材就會生成為成熟材，以及成熟樹干的全部木材均為成熟材等看法均是錯誤的。1.4.1.3成熟樹干主莖的兩部分

根據木材結構和性質上的主要差異，樹干的主莖可以區(qū)分為兩個區(qū)域。幼齡材是環(huán)繞髓心的周圍呈圓柱狀。它的形成是活性樹冠區(qū)域的頂端分生組織長期對形成層的木材分生影響的結果。在生長的樹木中，當樹冠進一步向上移，頂端分生組織對下面某一高度形成層區(qū)域的影響就減小，成熟材也就開始形成。1.4.2幼齡材的概念

幼齡材又稱未成熟材。它位于髓心附近，幼齡材圍繞髓呈柱體，是受頂端分生組織活動影響的形成層區(qū)域所產生的次生木質部。這個定義可用來解釋為什么幼齡材和成熟材之間在木材性質上呈平緩過渡。幼齡材在樹干的外部就不大可能形成，因處于一定位置的形成層在連續(xù)使樹干直徑加大的同時，也就逐漸遠離頂端分生組織，并且受它的影響也在減弱。應該把幼齡材和成熟材看作同一株樹上兩個有明顯不同的部分。成熟材具有那些被認為是這個樹種的正常特性，而幼齡材在結構特征和物理性質方面次于同一樹株的成熟材。這就進一步明確了“幼齡”兩字不是對樹株而言，而是針對樹干某一高度的中心部分。因它的生成在這一高度樹莖斷面上屬“早”，故名幼齡材。1.4.3幼齡材的性質

幼齡材的質量次于成熟材。1.4.3.1木材結構方面根據以往的研究表明幼齡材與成熟材在木材結構方面有很大的差異:纖維長度幼齡材細胞比成熟材短。針葉樹成熟材細胞是幼齡材細胞長度的3～4倍。闊葉樹成熟材纖維長度常為鄰近髓心處纖維的2倍。纖維的尺寸纖維的徑、弦向直徑是幼齡材小于成熟材。纖維的徑、弦向壁厚是幼齡材小于成熟材。纖維的長寬比，腔徑比都是幼齡材小于成熟材。壁腔比為絕大多數木材是幼齡材略大于成熟材。螺旋紋理把幼齡材和成熟材進行對比，幼齡材中出現(xiàn)螺旋紋理的傾向較大。次生壁中層的微纖絲角度由于幼齡材有較短和較薄壁的管胞和纖維，因此，具有較大的微纖絲角，具特征性。1.4.3.2木材物理力學性質方面

密度與成熟材相比，幼齡材的密度低。晚材百分率幼齡材晚材細胞數量相對較少，年輪中占比例較多細胞的壁薄。干縮性幼齡材細胞壁S2層微纖絲傾角大，造成它的縱向收縮大，而橫向收縮則有相應的減小。因此影響固體木材的尺寸穩(wěn)定性以及與正常材的并用。幼齡材嚴重降低鋸材質量，主要由于干燥時的翹曲、縱向收縮大，不適合鋸制小尺寸鋸材。含水率從幼齡材到成熟材變化很大。大多數針葉材在株內從基部向上隨高度增加，含水率也增加，因為有較大的幼齡林比例。幼齡材里有較高的應壓木比例，其具有短的管胞，生產中容易破裂；由于有較高的木質素，很難漂白。力學性質一般，幼齡材的強度降低約15%～30%，也有的比正常成熟材在同一強度上降低50%。由于纖絲角度大，順紋抗拉強度明顯降低。1.4.3.3木材化學性質方面

針葉樹幼齡材與成熟材通常化學性質差異很大，有較高比率的木質素和高聚糖，較低的纖維素和半乳甘露聚糖。這些對木材最終產品的質量、紙漿產量和生產效率有很大影響。幼齡材單位體積的漿產量比成熟材低5%~15%。由幼齡材和成熟材制造出紙的質量有明顯的差異。幼齡材材性的總體特征劣于成熟材，具體表現(xiàn)為：幼齡材的纖維（管胞或木纖維）長度均小于相應的成熟材，樹干的螺旋紋理傾角（針葉樹材的管胞傾角）和細胞壁微纖絲傾角均大于成熟材，因此幼齡材剛性小、強度低，受外力后易撓曲，不適于作承重構件；而成熟材的強度和剛性均穩(wěn)定，能充分抵抗外力的影響，幼齡材干縮系數大，木制品尺寸不穩(wěn)定，易產生翹曲變形。因此幼齡材在一些用途方面要受到限制。1.4.4識別、界定幼齡材

1.4.4.1識別幼齡材

幼齡生長期的終止，在一些木材樹種是陡變。一些樹種，特別是針葉樹材，在至成熟條件之間有一過渡期，成熟材和幼齡材間無明顯的界限。最初生成的年輪，密度最低，纖維最短，纖維角最大。而后自樹心向外密度增加，纖維增長。對大多數性質，在開始的幾個年輪變化率較大，以后逐漸相似于成熟材的性質。這種木材結構和性質的逐漸變化，使得在樹干橫截面上難于判別何處幼齡材結束和成熟材開始。幼齡材區(qū)界:得注意尚有一些復雜情況，如細胞長度可在其它性質（如細胞厚度）之前到達成熟。目前研究的共同結論是，幼齡材持續(xù)期在樹種間有很大變化，一般為5～20年，即短者約5年，而長者可達20年，主要取決于樹種。一些研究者們認為，在幼齡木形成期間，通過生長刺激（如施肥、灌溉或造林措施）將會延長幼齡木的時限。應注意，定義幼齡材的主要依據是木材的細胞結構和木材性質。人工林樹木中的幼齡材是與髓附近的快速生長有關，但在所有樹木中的寬生長輪并非必定與幼齡材有關。例如，幼莖生長在不利的競爭條件下時近髓處有窄生長輪，而一旦生長條件改善，就會形成寬生長輪。1.4.4.2界定幼齡材

關于幼齡材與成熟材的界定，渡道治人認為：不管樹木生長快慢，在樹干任何橫切面上未成熟的范圍總是與髓心距離有關，針葉樹大概在5~7cm的半徑范圍內。Pashin等則認為：幼齡期的長短，在各樹種之間變化很大，通常在5~20a間，且圍繞髓心呈圓柱體。Haygreen.J.G.等人認為，尤其是在針葉樹材中，成熟材和幼齡材間的過渡期，使得幼齡材與成熟材界限劃分變得困難。幼齡期生長的終止，有些樹種是陡變，如某些闊葉樹材，有些則是具有明顯的過渡期。從實驗分析結果可以看出，不同指標所界定的成熟期年齡不同。綜合不同研究所得結論，認為以反映木材最基本特征的幾種指標為界定幼齡材與成熟材的標準，即以管胞長度、微纖絲角、生長輪寬度、晚材率、壁率和基本密度等指標為標準。這不僅是因為它們測定方便，更主要的是每項指標從不同側面綜合反映出木材物理力學性能，而且它們之間有著緊密的聯(lián)系。1.4.5幼齡材的利用

幼齡材的利用，其主要作為纖維原料，一般認為幼齡材是低級的紙漿材料。其原因是它的木素和半纖維素含量比成熟材高，纖維素含量低，導致紙漿得率低，制出的紙張撕裂強度低。但爆裂強度和折疊強度高。測定爆裂強度的方法是，對紙面的小范圍區(qū)域施加逐漸增大的流體壓力，測出使紙面破裂所需力的大小。研究還發(fā)現(xiàn)，使用幼齡材木芯制出的紙具有較高的拉伸強度。很多研究表明，當幼齡材和成熟材分別在各自理想的條件下加工時，它們木漿的質量無差異。另外，將材質松軟、力學強度低的幼齡材用于細木工板或復層結構木質材料的芯層部，也不失為有效利用幼齡材的途徑之一。充分利用幼齡材的性質，設計新的處理工藝，可以改變其對木材品質的影響。這樣能夠實現(xiàn)木材科學加工和高效利用，使有限的木材資源得到充分、合理的利用。本章結束謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全閥基本知識如果壓力容器(設備/管線等)壓力超過設計壓力…1.盡可能避免超壓現(xiàn)象堵塞(BLOCKED)火災(FIRE)熱泄放(THERMALRELIEF)如何避免事故的發(fā)生?2.使用安全泄壓設施爆破片安全閥如何避免事故的發(fā)生?01安全閥的作用就是過壓保護!一切有過壓可能的設施都需要安全閥的保護!這里的壓力可以在200KG以上,也可以在1KG以下!設定壓力(setpressure)安全閥起跳壓力背壓(backpressure)安全閥出口壓力超壓(overpressure)表示安全閥開啟后至全開期間入口積聚的壓力.幾個壓力概念彈簧式先導式重力板式先導+重力板典型應用電站鍋爐典型應用長輸管線典型應用罐區(qū)安全閥的主要類型02不同類型安全閥的優(yōu)缺點結構簡單,可靠性高適用范圍廣價格經濟對介質不過分挑剔彈簧式安全閥的優(yōu)點預漏--由于閥座密封力隨介質壓力的升高而降低,所以會有預漏現(xiàn)象--在未達到安全閥設定點前,就有少量介質泄出.100%SEATINGFORCE75502505075100%SETPRESSURE彈簧式安全閥的缺點過大的入口壓力降會造成閥門的頻跳,縮短閥門使用壽命.ChatterDiscGuideDiscHolderNozzle彈簧式安全閥的缺點彈簧式安全閥的缺點=10090807060500102030405010%OVERPRESSURE%BUILT-UPBACKPRESSURE%RATEDCAPACITY普通產品平衡背壓能力差.在普通產品基礎上加裝波紋管,使其平衡背壓的能力有所增強.能夠使閥芯內件與高溫/腐蝕性介質相隔離.平衡波紋管彈簧式安全閥的優(yōu)點優(yōu)異的閥座密封性能,閥座密封力隨介質操作壓力的升高而升高,可使系統(tǒng)在較高運行壓力下高效能地工作.ResilientSeatP1P1P2先導式安全閥的優(yōu)點平衡背壓能力優(yōu)秀有突開型/調節(jié)型兩種動作特性可遠傳取壓先導式安全閥的優(yōu)點對介質比較挑剃,不適用于較臟/較粘稠的介質,此類介質會堵塞引壓管及導閥內腔.成本較高.先導式安全閥的缺點重力板式產品的優(yōu)點目前低壓儲罐呼吸閥/緊急泄放閥的主力產品.結構簡單.價格經濟.重力板式產品的缺點不可現(xiàn)場調節(jié)設定值.閥座密封性差,并有較嚴重的預漏.受背壓影響大.需要很高的超壓以達到全開.不適用于深冷/粘稠工況.幾個常用規(guī)范ASMEsectionI-動力鍋爐(FiredVessel)ASMEsectionVIII-非受火容器(UnfiredVessel)API2000-低壓安全閥設計(LowpressurePRV)API520-火災工況計算與選型(FireSizing)API526-閥門尺寸(ValveDimension)API527-閥座密封(SeatTightness)介質狀態(tài)(氣/液/氣液雙相).氣態(tài)介質的分子量&Cp/Cv值.液態(tài)介質的比重/黏度.安全閥泄放量要求.設定壓力.背壓.泄放溫度安全閥不以連接尺寸作為選型報價依據!如何提供高質量的詢價?彈簧安全閥的結構彈簧安全閥起跳曲線彈簧安全閥結構彈簧安全閥結構導壓管活塞密封活塞導向不平衡移動副(活塞)導管導閥彈性閥座P1P1P2先導式安全閥結構先導式安全閥的工作原理頻跳安全閥的頻跳是一種閥門高頻反復開啟關閉的現(xiàn)象。安全閥頻跳時，一般來說密封面只打開其全啟高度的幾分只一或十幾分之一，然后迅速回座并再次起跳。頻跳時，閥瓣和噴嘴的密封面不斷高頻撞擊會造成密封面的嚴重損傷。如果頻跳現(xiàn)象進一步加劇還有可能造成閥體內部其他部分甚至系統(tǒng)的損傷。安全閥工作不正常的因素頻跳后果1、導向平面由于反復高頻磨擦造成表面劃傷或局部材料疲勞實效。2、密封面由于高頻碰撞造成損傷。3、由于高頻振顫造成彈簧實效。4、由頻跳所帶來的閥門及管道振顫可能會破壞焊接材料和系統(tǒng)上其他設備。5、由于安全閥在頻跳時無法達到需要的排放量，系統(tǒng)壓力有可能繼續(xù)升壓并超過最大允許工作壓力。安全閥工作不正常的因素A、系統(tǒng)壓力在通過閥門與系統(tǒng)之間的連接管時壓力下降超過3%。當閥門處于關閉狀態(tài)時，閥門入口處的壓力是相對穩(wěn)定的。閥門入口壓力與系統(tǒng)壓力相同。當系統(tǒng)壓力達到安全閥的起跳壓力時，閥門迅速打開并開始泄壓。但是由于閥門與系統(tǒng)之間的連接管設計不當，造成連接管內局部壓力下降過快超過3%，是閥門入口處壓力迅速下降到回座壓力而導致閥門關閉。因此安全閥開啟后沒有達到完全排放，系統(tǒng)壓力仍然很高，所以閥門會再次起跳并重復上述過程，既發(fā)生頻跳。導致頻跳的原因導致接管壓降高于3%的原因1、閥門與系統(tǒng)間的連接管內徑小于閥門入口管內徑。2、存在嚴重的渦流現(xiàn)象。3、連接管過長而且沒有作相應的補償（使用內徑較大的管道）。4、連接管過于復雜（拐彎過多甚至在該管上開口用作它途。在一般情況下安全閥