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第一到三节知识点1木材加工行业属于国民经济的第二产业,为第一和第三产业提供产品和服务2基本概念:软材\硬材;生长轮,年轮;生长轮(growthring)：通过形成层的活动，树木在一个生长周期所产生的次生木质部，在橫切面上呈现一个围绕着髓心的完整轮状结构，称为生长轮或生长层。年轮(annualgrowthring)：如果在温带和寒带，树木的生长周期在一年中只有一度，形成层在一年中向内只生长一层木材，那么此时的生长轮也叫年轮。心材\边材;散孔材,环孔材;原木和板方材木材的生长包括:高生长和粗生长弦切板/径切板;早材\晚材;心材树种：木材横切面上中心部位木材和外围部位木材材色有差异,水分含量有差异，中心部位水分含量少的树种。边材树种：木材横切面上中心部位木材和外围部位木材材色无差异，水分含量也无差异的树种。熟材树种：木材横切面上中心部位木材和外围部位木材材色无差异，但水分含量有差异，中心部位水分含量少的树种。早材(earlywood)：温带和寒带的树木，通常生长季节早期所形成的木材或热带树木在雨季形成的木材，由于环境温度高，水分足，细胞分裂快，所形成的细胞腔大壁薄，材质较松软，材色浅，称为早材；晚材(latewood)：温带和寒带的树木，通常生长季节晚期所形成的木材或热带树木在旱季形成的木材，由于树木的营养物质流动缓慢，形成层细胞的活动逐渐减弱，细胞分裂慢，所形成的细胞腔小壁厚，材质较致密，材色深，称为晚材。第4节木材的物理性质目录4.1木材密度4.2木材的含水率4.3木材的电学性质4.4木材的热学性质4.5木材的声学性质4.6木材的光学性质4.1木材密度4.1.1木材密度的种类4.1.2细胞壁密度4.1.3木材密度的影响因素4.1.1木材密度的种类木材是由木材实质、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。世界上最轻(轻木)和最重的木材(蛇纹木)4.1.2细胞壁密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。置换介质种类的不同，测得的细胞壁密度的值也有差异。表4-1使用不同置换介质得到的木材细胞壁密度及比体积4.1.4木材密度的影响因素除了含水率以外，影响木材密度的因素还包括树种、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。4.1.4.1树种不同树种的木材其密度也有很大差异。这主要是由于不同树种的木材的空隙度不同而引起的。空隙度越大，木材的密度越小。4.1.4.2抽提物含量木材中通常含有多种抽提物，其中包括松烯、树脂、多酚类（如单宁、糖类、油脂类）、以及无机化合物（如硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐）。这些物质是在次生壁成熟期以及心材形成期沉积在细胞壁中的，因此心材中抽提物的含量高于边材，因而心材的密度通常比边材的密度大。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。针叶树材与阔叶树材针叶树材树种:相同树种的木材比重沿着树干半径方向的变化属于同一类型。针叶树材木材比重沿着树干半径方向的不同变化类型与管胞直径的变化、细胞壁厚度的变化及晚材率的变化有关。阔叶树材树种:变化要比针叶树材树种复杂。环孔材：木材比重的变化主要受晚材率的影响；散孔材：木材比重的变化依赖于导管和纤维细胞壁的体积比的变化。4.2木材和水分4.2.1木材中水分的存在状态4.2.2木材的含水率及测定4.2.3木材的水分吸着（adsorption）和解吸（desorption）4.2.4木材中水分的移动4.2.5木材的干缩湿胀4.2.1木材中水分的存在状态指标:含水率%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。只要细胞腔中含有水分，说明细胞壁中的水分处于饱和状态。纤维饱和点是一个临界状态，因为一般自由水的量对木材的物理性质（除重量以外）的影响不大，而结合水含量的多少则对木材的各项物理力学性质都有极大的影响。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。4.2.2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，在造纸和纸浆工业中比较常用。4.2.5木材的尺寸稳定性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。在木材的干缩湿胀过程中，尺寸的变化主要是体现在木材的细胞壁上，而木材细胞腔的尺寸是几乎保持不变的，这是由木材细胞壁次生壁上三个壁层的微纤丝取向所决定的。木材干缩湿胀的各向异性干缩率差异:轴向干缩率一般为0.1～0.3%;径向干缩率和弦向干缩率的范围为3～6%和6～12%。弦切材,半弦半径材,及径切材中径切材的尺寸稳定性最好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。横向干缩率的数值较大，若处理不当，则会造成木材或木制品的开裂和变形。在幼龄材和应力木中轴向干缩率可能会较大。4.3木材的电学性质木材的电学性质泛指木材在直流电场和交变电场作用下所呈现的材料特性，包括木材在直流电场中的导电性、在交流电场中的介电性、以及由外力作用引起的压电效应、热电效应等。4.3.1木材的导电性4.3.2木材的介电性4.3.3木材的压电效应和界面的动电性质4.3.1木材的导电性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）。导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在10-8～10-5，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。绝干木材的电阻率为1014～1014，为绝缘体。随着含水率的升高，木材的电阻率急剧下降；当含水率到达纤维饱和点时，电阻率为103～104；室温下饱湿的木材的电阻率仅为102～103，已属于半绝缘体范围。木材含水率从绝干状态上升至饱湿状态的过程中，其电导率增大了约1011～1014倍。4.3.2.1低频交流电作用下木材的电热效应在交流电的低频区域，木材的电学性质与直流电呈现同样特性。例如，在绝干状态下木材电阻极高，随着含水率的增加电阻显著减小，这种变化到纤维饱和点以上时又趋于平缓。在低频交流电场中，利用木材在交流电作用下产生的焦耳热对木材进行低频加热时，电压过高有放电的危险，而干燥木材的电阻非常高，导致电流强度显著减小。要提高发热量，需要控制电压在一定限度内、木材具有较高的含水率。4.3.2.2射频下木材的极化和介电性射频--是频率很高的电磁波，又称高频，其频率范围大约从0.2MHz直至几百甚至几千兆赫。在木材工业中，高频电加热的频率在1～10MHz的范围；微波干燥的频率为915MHz或2.45GHz。在射频下木材表现出介电性。介电性－是指物质受到电场作用时，构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质。介电体－表现出介电性的物质。木材中的极化包括：电子极化、离子（原子）极化、偶极（取向）极化、界面（结构）极化和电解极化。电子极化是由于电子轨道在外电场的作用下发生相对于带正电荷的核的移动而引起的，它在加电场后的10-14～10-14秒内迅速产生。离子（原子）极化是由于分子中原子的弹性移动或者带有离子键的物质中正负离子的位置互换而引起的，它在加电场后10-13～10-12秒内产生。偶极（取向）极化是由于偶极分子或基团在外电场的作用下发生回转取向运动而产生的。取向极化产生的时间由于进行取向的分子或基团的不同而产生了一定的分布，因此木材介电弛豫时间的分布较广，通常平均弛豫时间为10-4～10-12秒。界面（结构）极化是由于介电体的各向异性而产生的，在湿木材中，水分和细胞壁实质的导电性有明显的差别，在外电场作用下产生偶极矩，界面极化在加电场后10-3～10-8秒内产生。电解极化是由于湿的材料中电离离子的移动产生了电解过程而引起的，它在加电场后大约10-4～10-2秒内产生。依极化产生的时间分为两类：瞬时极化（包括电子极化和离子极化）和弛豫极化（包括取向极化、界面极化和电解极化）。绝干木材属于极性介电体。随着含水率的上升，木材中离子的迁移率增大，因此高含水率的木材表现出明显的导电性，而介电性不明显。4.3.2.3木材的介电系数（1）介电系数表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介电体存储电荷能力的物理参数。定义：木材介质电容器的电容量与同体积尺寸、同几何形状的真空电容器的电容量之比值。通常取为介质电容C与空气电容C0之比。介电系数值越小，电绝缘性越好。水的介电系数为81，硬质陶瓷的介电系数为5.73，云母的介电系数为7.1~7.7。绝干木材的介电系数约为2，湿材的介电系数大于干材；木材横纹理方向的介电系数小于顺纹理方向。如绝干栎木的顺纹介电系数为3.44，横纹介电系数为2.44。（2）影响木材介电系数的因素主要包括木材含水率、密度频率、树种、纹理方向、电场方向等。木材的介电系数随密度的增加而增大。在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率的增加而逐渐减小。木材介电系数具有各向异性。顺纹方向的介电系数比横纹方向的介电系数大30%～40%，随着含水率的升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势。4.4木材的热学性质用比热、导热系数、导温系数等热物理参数来综合表征的。这些热物理参数，在木材加工的热处理（如原木的解冻、木段的蒸煮、木材干燥、人造板板坯的加热预处理等）中，是重要的工艺参数；在建筑部门进行隔热、保温设计时，是不可缺少的数据指标。4.4.1木材的比热和热容量4.4.2木材的导热系数4.4.3木材的导温系数4.4.4木材的蓄热系数4.4.5木材的热膨胀与热收缩4.4.4热对木材性质的影响4.4.7木材热物理参数的测量各种材料的导热系数4.5木材的声学性质木材的声学性质，包括木材的振动特性、传声特性、空间声学性质(吸收、反射、透射)、乐器声学性能品质等与声波有关的固体材料特性。4.6木材的光学性质4.6.1木材的颜色4.6.2木材的光泽4.6.3木材的光致发光现象(冷光现象)4.6.4木材的双折射4.7.1木材的颜色颜色三属性：明度、色调、饱和度明度表示人眼对物体的明暗度感觉；色调(色相)表示区分颜色类别、品种的感觉(如红、橙、黄、绿等)；饱和度表示颜色的纯洁程度和浓淡程度。常用木材颜色微黄：冷杉、云杉黄白：椴木、白娑罗双、黄桐黄色：黄檀微褐：银杏、落叶松、桦木、臭椿、黄娑罗双浅褐：柏木、桧柏、榆木褐色：刺槐、黄连木、梓木、桑树、柳桉浅红褐：马尾松、铁杉、水杉、杉木、银桦、木荷、柳木、紫薇红褐：红杉、红松、柳杉、香樟、水青冈、枣木、核桃木深红褐：铁力木、格木、香红木、缅茄木、红柳桉、桃花心木浅灰褐色：枫杨、泡桐灰褐：柳桉浅褐色：榉木、水曲柳褐色：檫木、黄婆罗、柚木、印茄深褐色：合欢、铁力木、交趾黄檀紫红褐色：红豆杉、红豆木深紫红色：紫檀、印度黄檀、印度玫