GIRAFFECN 内部 资料 木材相关基础知识 wood lore 1 GIRAFFECN 内部 资料 木材的性质 树木是最初的生产者, 由于他们利用天然的资源来让自己生长.树木的每个 部分都是利用从泥土和空气中吸收来的养料构造出来的，这也是它能 再生的秘密所在。 当你去了解木材时，你会发现它的特性和用途是会令人无限着迷的。 你越了解木材就越想了解更多。 2 GIRAFFECN 内部 资料 树木如何工作 树根 树木稳定在泥土中 吸收水份，矿物质和氧气 树干 静态的 水份和养分的传输 产生新细胞 树冠 光合作用 遮蔽作用 3 GIRAFFECN 内部 资料 树干 A. 树表皮: 阻止来自外界的侵害 帮助隔离潮湿的雨水（自内部不断地更新） 并在干燥时 防止水分的流失。 隔热保温 阻隔昆虫的侵害 B. 树内皮, 或称为 “韧皮层”: 养分由韧皮层内部的管道被传输到树木的各个部位。韧 皮层只存活很短的时间便死亡变成栓皮而成为保护性表 皮的一部分。 C. 形成细胞层: 树干的生长部分。 它在由韧皮层传出的激素及由树叶带 来的养分作用下每年产生新的树皮和木质。 4 GIRAFFECN 内部 资料 树干 D. 边材 : 水分在树木的传输管道中由下部被输送到树叶。边材是新生 木质。随着新的边材年环的产生，内部细胞失去生命力而变 成树心。 E. 树心 : 树木的中心部分是树的主要支撑。尽管已经死亡，但是它在 外层组织仍然完好的情况下不会腐烂或者失去韧力。一种中 空的复合物和针状纤维素纤维由一种称为木质素的化学胶水 结合起来，在很多方面上它和钢铁一样坚固。一块长12横截 面为12的树心垂直放置时可以支撑20吨的重量。 5 GIRAFFECN 内部 资料 树木的生长 每年树木的顶端都会增高,，尽管新的木 质会随着树干的长度而增加的，但是 早前生长的年轮不会出现在树干的顶 部。年轮的数目随着树干往下依照每 年的树高生长量而增加。年轮的生长 形态是由在不同的生长季节产生的木 质的结构变化决定的。每个季节一开 始生成的细胞都比较大，所以早期木 质看上去 没有每个季节末的晚生木质 密度大。 6 GIRAFFECN 内部 资料 生长轮 在北温带切开任何树干的表面都可 以 发现树木是由一系列同心圆组成 的。这些圆圈我们称为年轮或者生 长轮，温带的树木通常都是 每年生 长一个年轮。事实上年轮是沿着树 干垂直延生的一系列同心圆筒。如 果我们去数一段木材两端的年轮， 会发现靠下端的年轮数要比靠上端 的多。 7 GIRAFFECN 内部 资料 生长轮 不是所有的树木都产生明显的年轮，也不是所有树木的年轮都是每 年一轮的。有些树木木质结构的周期性变化如次轻微以至于其年轮很 不明显。在严重干旱的条件下每年生的年轮可能不产生。另一方面， 在持续的良好生长条件下，如在热带，树木可能会一年生长数个年轮 。 8 GIRAFFECN 内部 资料 针叶树阔叶树 阔叶树并不总是有比针叶树硬的木质（香脂树是最软的木 材，但是它仍然是阔叶树） 针叶树有针状叶且大部分是常 青的 （如：云杉，松树）。一 些种类的针叶树在秋天会掉落 他们的针状叶（如：落叶松， 花旗松） 阔叶树有叶片且也可能是常青 的（如：桉树） 并在秋天落叶 （如：水曲柳，枫树） 9 GIRAFFECN 内部 资料 针叶木阔叶木 针叶木内部供应传输水的细胞（管 胞）也为树干提供力学支持 阔叶木内部一些分工已经进化出来 ，一些细胞专门进行水分运输（气 孔或导管） 而其他的提供力学支持 Cross section 20 xCross section 20 x 因此阔叶树通常也被称为多孔木材，而针叶树被称为无孔木材 10 GIRAFFECN 内部 资料 木材的微观结构 针叶木: 大部分细胞是纵向的但也有 部分细胞是横向的。下图中的大孔 被称为树脂道（rc）. 图中所示的多 数细胞称作“纵向管胞”。 阔叶木: 存在更多的细胞类型。 大 孔是管束，小孔是纤维。木块顶部 导管之间的线是射线细胞束被称为 多粒射线。 红杉和枫桦的电子显微照片 11 GIRAFFECN 内部 资料 木材的密度生长方向 环孔材的木材密度是由髓心向树皮方 向逐步降低的，靠近髓心部分比接近 树皮部分高20% 散孔材的木材密度由髓心向树皮方向 增大的，其培大数值可达15%-20% 老针叶树材的密度，是髓心向外首先 培大，到一定年龄阶段达到最大值中 ，然后开始降低 12 GIRAFFECN 内部 资料 木材的微观结构 这个图表显示了一些针叶树和阔叶树的细胞类型 。 纵向管胞在针叶树木质体积中占总量的百分之九 十多。他们大约长35毫米，直径3050微米 。这些长细胞（纤维）是构成书写纸和牛皮纸的 主要细胞类型。 b) 阔叶树导管是春材而: c) 代表阔叶树纤维，然而 d)是夏材 e) 是阔叶树管胞。 阔叶树纤维和针叶树管胞相似 ，但是要短得多。 纤维大概12毫米长，直径 大约为2030微米。柯达的彩色相纸就主要是 用枫树和山毛榉纤维做成的。卫生纸，餐巾纸和 面巾纸主要由白桦纤维制成。 13 GIRAFFECN 内部 资料 木材的微观结构 具缘纹孔对管胞木质部射线 树脂道 针叶木 图为松树的近照。大部分 细胞如长直的管子般垂直分 布，这些就是管胞。这些中 间有孔的圆圈 （见右边的 样品）是具缘纹孔对。这些 纹孔是矿物质流通并进入邻 近细胞的通道。 样品上部 的块状孔是管胞的截面图。 木质部射线和管胞是垂直的 。 14 GIRAFFECN 内部 资料 木材的微观结构 在红杉中春材和夏材之间的转变非常分 明。这称之为突变。 在香杉春材和夏材间的转变区域显示为 渐变，和白云杉相似。 光学显微镜中放大一百倍 春材形成于生长周期的初期，它具有相对较薄的细胞壁和较大的孔径。而夏材形 成于生长周期的末期，它具有相对较厚的细胞壁和较小的孔。 15 GIRAFFECN 内部 资料 下图中的南方长叶松春材的颜色浅而夏 材为较深的褐色。有大孔的树脂道。为 突变。 兰伯氏松 有大的树脂道。样品中的年轮 主要是春材和较窄的夏材带。为渐变。 Cross section 20 xCross section 20 x 木材的微观结构 16 GIRAFFECN 内部 资料 木材的微观结构 Earlywood vessels Latewood vessels 阔叶木 右图中显示的是红橡木的横截面 显微照片（ 20x ）。春材区域中 最大直径的孔是导管分子的横截 面。在夏材中的导管分子很小且 有时候聚合在一起。由于导管分 子独特的大小和排列，年轮非常 的清晰和独特。这种类型的阔叶 木被称作环孔木材。 17 GIRAFFECN 内部 资料 白桦树也是环孔木材很好的例子。 大的导管都处于春材区域， 而小的导管都处于夏材区域。 大的春材导管里的甲基纤维素。 其它的阔叶木中 （胡桃木），导管的大 小 随着生长早期到生长晚期逐渐变化： 半环孔木材。 木材的微观结构 latewoodearlywood 18 GIRAFFECN 内部 资料 有一些阔叶木的导管大小在一个生长周 期内不会变化很多 （糖枫）。 这些大 的圆圈就是导管。这种导管大小比较平 均的木材叫做分散多孔木材。 另一种分散多孔材料是 山桦。 显微照 片中的导管分子是孤立的 （单独的导管 ）或者聚集成多个双导管。 木材的微观结构 19 GIRAFFECN 内部 资料 白桦是一种窄射线中有独 特宽射线的阔叶树。要注 意大直径的春材导管和小 直径的夏材导管一起形成 了火焰群状的射线平行线 。（20x） 岑树的横截面上可以看见 若干射线，但他们要比橡 树的窄很多。夏材导管通 常被一些由轴向薄壁组织 细胞所聚集成的细的白色 区域所围绕。（20x） 白桦也是一种有细射线的 分散多孔阔叶木。（20x ） 木材的微观结构 20 GIRAFFECN 内部 资料 木材的方向 板材是被切割成很多不同形状的实木。 径向的切向的 length pith 21 GIRAFFECN 内部 资料 各向异性指结构和性状随不同的方向而变化 。 由于细胞形成的方式是tree-truck, 木材有三种 结构方向径向的， 切向的， 和轴向的。 切向（横）方向和年轮是平行的。 径向方向和木质部射线是平行的。 轴向（旋）方向和木质细胞（筋络）是平 行的。 T = 切向 R = 徑向 L = 軸向 R T L 各向异性 22 GIRAFFECN 内部 资料 R T L 各向异性 很多材料的机械性能在各个方向 上是一样的。这种材料被称为具 有等方向性。等方向性材料的例 子有钢材，混凝土和塑料。木材 的机械性能随着负载或强度采用 的方向而变化。因此，木料被称 为各向异性材料。 23 GIRAFFECN 内部 资料 吸湿性 吸附是材料表面从空气中吸收水分的过程。它不同于吸收，吸收是指 由于和液体的物理接触而将液体吸收的过程，如海绵。 木材是吸湿的。这就是为什么它的水份含量会随着它周围空气中的 水 份环境而变化。木材能够从空气中吸收水分。这一点是很重要的，因 为随着木材水份含量的变化它的尺寸（增大或缩小）会发生变化，机 械性能也随之改变，且其它的物理性能也会受影响。 因此：对木材产品进行合理利用要求对它们相互的水份作用有充分的 了解。 24 GIRAFFECN 内部 资料 水份以液体形式通过木材或者蒸汽形式通过几种通道。 它们是： 纤维和导管的细胞间隙 射线细胞，纹孔室 （显微镜的开口在细胞壁面上）和它们的纹孔 膜开口 细胞壁本身 水份随着筋络向前移动的速度比穿过筋络快很多倍。 木材和水份 25 GIRAFFECN 内部 资料 木材和水份 木材中所含的水份是以结合水或者游离水存在。 游离水被包含于细胞空腔内且不被外力所控制 它好比是 水管中的水（液体水或者水蒸气） 结合水 被细胞壁内的物理化学吸引力控制在细胞壁（水 份仍然在细胞内） H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O 26 GIRAFFECN 内部 资料 游离水移动通过细胞间隙和凹陷开 口 （显微镜的开口在细胞壁面上） 。在干燥过程中它随着对木材底层 的游离水产生拉力的毛细作用力而 移动。这和水份在灯心的活动是相 似的。 结合水以水蒸汽的形式通过空的细 胞间隙和凹陷开口以及直接通过细 胞壁移动。结合水活动的基本原理 和？由相对湿度，水份含量和温差 导致的水蒸汽压力是不同的。 木材和水份 H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O H2 O 27 GIRAFFECN 内部 资料 木材和水份 105C烘干, 214-221 F / 24 hours (= 0%) 平衡水分含量 (EMC) = 取决于 RH 木材失去或获得结合水直到它的水份含量与周围的大气 中的水份含量达到平衡。达到平衡点的水份含量被称为 平衡水分含量（EMC） 纤维饱和点 (= 22-30%) 游离水 / 新木材 (22% 一直到 100%) 当水份含量大于纤维饱和点时木材在尺寸 上是稳定的 28 GIRAFFECN 内部 资料 木材的水份含量 木材吸附的水分总量 可以被表示为水份含量。水份含量是由木材的 烘干重量按比率计算的： % MC = 木材重量 + 水份（湿重） 干木材的重量 x 100 烘干的木材重量 仅仅是烘干木材的重量， 不含水（在221F下经过24小时直到木 材不再含水份且重量不再发生变化的烘干木材） 29 GIRAFFECN 内部 资料 收缩和膨胀 当木材含水量低于纤维饱和含水量时它就会吸收 或失去水分。 当水从细胞壁失去时它就会缩水，当水从细胞壁 获得水分时它就会涨水。 这种缩、涨能导致木材扭曲、爆裂、工具柄松动 、条状地板裂缝或功能出现问题。因此当认识 和考虑到木制品这些现象是很重要