《南京林业大学 木材学 07木材物理性质.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南京林业大学 木材学 07木材物理性质.ppt（99页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第七章 木材物理性质,第七章 木材物理性质,木材中的水分,木材的密度,木材的胀缩性,第七章 木材物理性质,木材中的水分,其他物理性质,立木中有水分,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,外皮,内皮,髓心,心材,边材,树液,木材中有水分,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,新伐材,木材中有水分,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,干,湿,木材的干、湿,木材的含水率,定性描述,定量表示,木材含水率：木材中水分的重量（质量）和木材的重量（质量）之百分比,一、木材含水量,表示,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,木材的含水率,木材的重量,100%,木材中水的重量,绝对含水率,相对含水率,
2、干木材的重量,100%,木材中水的重量,含水木材的重量,100%,木材中水的重量,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,一、木材含水量,测定,重量法,电测法,蒸馏法,微波法,常规方法,滴定法,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,测定,重量法,仪器设备,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,测定,重量法, 试 样：202020mm, 初 重：Gm, 烘 干：60-80 2-4h,1032 6-8h,每隔2h称重Gn,Gn Gn-1,Gn,0.3%, 全干重：G0,恒重, 计 算：,Mj,G0,100%,Gm G0,100%,测定步骤,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,测定,电测法,
3、木 材含水率,直流电阻,介电系数,损耗角正切,直流电阻式,交流介电式,原理,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,木材电学性能,测定,电测法,方法,木材含水率测定仪,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,测定,电测法,特点,测定范围受限 （部位浅 含水率7-23%）,精度较低,简便快速,环境温度,树种,木材变异性,影响因素,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,二、水分存在状态,毛细管系统,木材是一种多孔性材料,毛细管系统,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,毛细管系统,毛细管系统,大毛细管系统,微毛细管系统,d 0.2m,d 0.2m,细胞腔,细胞间隙,纹孔腔,微纤丝、基本纤丝间隙
4、,木素内部孔隙,纹孔膜小孔,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,毛细管系统,毛细管张力,毛细管内的水均受毛细管张力的束缚,毛细管直径,成反比,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,毛细管系统,毛细管张力,大毛细管系统,微毛细管系统,毛细管内的水均受毛细管张力的束缚,毛细管直径,成反比,对毛细管内水的束缚力小,对毛细管内水的束缚力大,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三种水,自由水,吸着水,化合水,大毛细管系统,微毛细管系统,与木材化学成分呈化学结合的水,（忽略不计）,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三、木材中水分的增减,吸水,吸湿,解吸,干燥,CH7 木材物理性质,1 木材
5、中的水分,吸水,木材吸收液态水（木材浸入水中）,任何含水率下均可吸水,饱水,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三、木材中水分的增减,自由水,吸着水,大毛细管吸水,润湿细胞壁,干燥,木材中任何水分的排除,自由水,吸着水,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三、木材中水分的增减,大毛细管中的水先蒸发,然后蒸发微毛细管中的水,吸湿,木材吸收空气中的水分,-OH以氢键结合水分子,水分子以范德华力吸附水,微毛细管凝结水,三种方式,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三、木材中水分的增减,表面束缚水,被吸束缚水,凝结水,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,表面束缚水,胞壁物质的自由羟基（
6、-OH）具有很强的吸湿能力,吸附力强：主要为氢键力,吸附水分的量：一分子层厚，0-6%,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,被吸束缚水,表面束缚水吸引空气中的水分子,吸附力：主要为分子间引力,吸附水分的量：多分子层水膜，6-15%,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,凝结水,微毛细管的凝结作用,毛细管张力（微毛细管水表面的饱和蒸汽分压,凝结水的量：一般为15-30%的范围,空气相对湿度,小于空气中的饱和蒸汽分压凝结）,微毛细管的直径,空气的相对湿度,关于空气湿度,绝对湿度,单位容积空气中水蒸气的重量,饱和空气,绝对湿度达到最大,空气潮湿的程度主要取决于,距离饱和的远近,相对湿度,CH7
7、 木材物理性质,1 木材中的水分,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三、木材中水分的增减,表面束缚水,被吸束缚水,凝结水,吸湿,吸着水,木材细胞壁在一定相对湿度下会吸湿； 细胞腔不能吸湿； 木材的吸湿只有在含水率低于 30%才有可能。,解吸,木材中吸着水的排除,吸湿,解吸,吸湿性,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,三、木材中水分的增减,四、纤维饱和点,概念,自由水蒸发,吸着水蒸发,当自由水全部蒸发，而吸着水仍处于饱和,纤维饱和点,此状态,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,含水率,23 33%,随树种、温度而异,30 %,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,四、纤维饱和点,
8、特性,木材各类性质的转折点,形体尺寸,0,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,四、纤维饱和点,特性,木材各类性质的转折点,木材强度,0,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,四、纤维饱和点,特性,木材各类性质的转折点,电导率,0,30,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,四、纤维饱和点,电阻率的倒数,7-23%,五、平衡含水率,概念,水分蒸发,最终,稳定含水率,吸收水分,最终,稳定含水率,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,五、平衡含水率,概念,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,木材长期置于大气中,相对恒定的含水率,平衡含水率,木材长期暴露在一定温度和相对湿度的空气中，最终
9、所达到的相对恒定的含水率平衡含水率,影响因素,空气温度,相对湿度,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,五、平衡含水率,空气温度,相对湿度,地域,季节,大小,地区,季节,北方,长江流域,南方,12%,15%,18%,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,五、平衡含水率,部分地区年平均平衡含水率 (%),CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,吸湿滞后,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,五、平衡含水率,木材,吸湿,解吸,平 衡含水率,吸湿平衡含水率M吸,解吸平衡含水率M解,M吸M解,吸湿滞后,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,五、平衡含水率,含水率,时间,M吸M解,吸湿滞后现象,
10、吸湿平衡含水率总是比解吸平衡含水率低,M,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,吸湿滞后的原因,经过干燥的木材,空气占据部分空隙,- OH 相互饱和,具有塑性 / 变定,吸湿滞后的差值,与木材尺寸成正比,细或薄的木料差值很小忽略不计,厚的成品材，差值平均达 2.5%,吸湿滞后,半纤维素分解,六、利用过程中的含水率,生材,湿材,气干材,窑干材,全干材,新伐材 M生=70-140%,长期浸于水中 M湿M生,长期于大气中 M气 -平衡含水率,人工干燥 4-12%,（绝干材） M0=0,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,七、木材中水分的移动,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,驱动力,含水
11、率梯度,水蒸气压力差,微毛细管张力差,以干燥为例,内,外,微纤丝,七、木材中水分的移动,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,移动形式,以干燥为例,大毛细管中液态水蒸发,微毛细管中液态水移动,大毛细管中水蒸气移动,微毛细管中液态水蒸发,七、木材中水分的移动,CH7 木材物理性质,1 木材中的水分,影响因素,以干燥为例,含水率梯度,（鼓风）,木材密度,树种,心、边材,方向,纵向 横向,径向 弦向,木材中的水分,木材的密度,木材的胀缩性,第七章 木材物理性质,其他物理性质,木材的密度,木材密度,木材容重,木材比重,=,G,V,(g/cm3),单位体积木材的质量,木材密度,一、概念,CH7 木材物
12、理性质,2 木材的密度,G 和V 随含水率M变化,=,G,V,(g/cm3),不同含水率状态下有不同的密度,一、概念,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,绝干密度,气干密度,基本密度,常用密度,qqq,V,绝干重量,绝干体积,q,Vq,气干重量,气干体积,js,Vs,生材体积,（教学科研）,一、概念,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,生产实际中多用, 木材利用中的通常状态,气干状态,不稳定的含水率状态,中国原规定为,12%,世界通用为,15%,一、概念,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,气干密度,人工调温调湿, 控制平衡含水率,某地区某季节实际平衡含水率往往不等于 12%,公式换算,
13、12 = q 1+0.01(1-Kv)(12-M), 重量和体积的修正,含水率12%时的密度,含水率M%时的密度,体积干缩系数,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,最小重量,Vs,最大体积,数值最小的密度,最稳定的重量,Vs,最稳定的体积,数值最稳定的密度,与含水率无关的密度,科学研究中多用,一、概念,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,测定木材密度将涉及的木材含水率状态,绝干状态,气干状态,生材状态,（测定G0、V0）,低温1032恒重,（测定Gq、Vq）,自然干燥或人工调温调湿平衡含水率,（测定VS）,试件浸水尺寸稳定或恒重(饱水),CH7 木材物理性质,2 木材的密度,二、测定,二、
14、测定,重量的称取 容易做到,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,体积测定 比较困难,试样形态规则,试样形态不规则,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,二、测定,体积量测法,试 样,尺寸 202020mm,标准三切面,试样形态规则,工 具,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,二、测定,排水法,试样体积：,V=|G2-G1| (cm3),CH7 木材物理性质,2 木材的密度,水银法,读数 V1,读数 V2,V1,V2,-,试样体积 =,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,快速测定法,试 样,要求形状规则，如长方体、圆柱体等,木材的密度必须小于1,计 算,=,lL,(g/cm3),CH7 木
15、材物理性质,2 木材的密度,三、实质密度,木材细胞壁物质的密度,s=1.50 g/m3,实质密度,表观密度,表观体积,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,空隙度,木材中空隙的体积与表观体积之比,四、木材密度的变异,树种,立地条件,部位,营林措施,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,四、木材密度的变异,树 种,愈疮木 1.30,巴塞木 0.1,蚬 木 1.13,巴西圣木,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,树 种,针叶材,阔叶材,无孔材,有孔材,硬 材,软 材,hardwood,softwood,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,四、木材密度的变异,生长条件,生长条件好,木材密度低,天
16、然林木材,人工林木材,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,四、木材密度的变异,部 位,树木中不同部位的木材，其密度有变异,成熟材,幼龄材,髓心,树皮,木材密度,CH7 木材物理性质,2 木材的密度,四、木材密度的变异,木材中的水分,木材的密度,木材的胀缩性,第七章 木材物理性质,其他物理性质,木材的胀缩性,一、概念,木材,含水率,含水率,干,收缩,干缩性,湿,膨胀,湿胀性,胀缩性,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,一、概念,注意,木材湿胀干缩不是在任何含水率下都会发生,木材胀缩性,热胀冷缩,湿胀干缩,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,二、影响因素,CH7 木材物理性质,3 木材的
17、胀缩性,壁腔比,晚材率,木材密度,树种,方向,三、干缩各向异性,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,纵向干缩,横向干缩,径向干缩,弦向干缩,木材各方向的胀缩性不同,概念,三、干缩各向异性,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,纵向干缩,横向干缩,机理,1.纤维素纵向吸水机率为横向的0.05-0.2%;,2.微纤丝主要为横向干缩;,3.细胞的纵向干缩远小于横向干缩;,4.木材的纵向干缩远小于横向干缩,三、干缩各向异性,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,径向干缩,弦向干缩,机理,1.木射线约束作用,木射线对木材径向干缩具有抑制作用,长度方向,木材的,长度方向干缩,木射线,宽度干缩,径向
18、,三、干缩各向异性,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,2.早材和晚材综合作用,早材干缩,晚材干缩,木材弦向干缩,细胞壁越厚,干缩量越,大,机理,早材细胞壁厚度,晚材, 早材 晚材,主要取决于,木材径向干缩,晚材,早材,加权平均,木材径向干缩,木材径向干缩,三、干缩各向异性,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,3.纹孔,机理,木材中的主要细胞,管胞 木纤维,细胞壁上纹孔数量,径面 弦面,径面 弦面,细胞干缩,径向 弦向,径向,四、干缩量的表示,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,纵向+,木材含水率M1 M2（M1M2）,尺寸A1A2,设,干缩率,Y12 =,A1-A2,A1,100
19、%,含水率30%0,体积YV,全干缩率,纵向YL,径向YR,弦向YT,径向+弦向,纵向+,0.1-0.37%,3-6%,6-12%,四、干缩量的表示,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,干缩系数,K12 =,Y12,M1-M2,差异干缩,D =,Y弦,Y径,K弦,K径,=,五、木材胀缩的后果,尺寸改变,湿胀干缩,干则缩,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,五、木材胀缩的后果,开 裂,干缩应力大于木材横纹抗拉强度,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,翘曲变形,干缩不均匀引起,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,五、木材胀缩的后果,含水率不均匀,翘曲变形,干缩不均匀引起,CH7 木
20、材物理性质,3 木材的胀缩性,五、木材胀缩的后果,含水率不均匀,干缩各向异性,表面涂饰,油漆,减少吸湿和解吸,高温干燥,干燥至平衡含水率以下,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,吸湿滞后现象,化学处理,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,乙酰化处理,醋酸 CH3COOH,醋酸酐 (CH3CO)2O,缩水,(CH3CO)2O,Wood-OH +,Wood-OCOCH3 + CH3COOH,封闭羟基,机械抑制,顺纹方向,胶合板,横纹方向,顺纹方向,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,用径切板,径切板,板材,宽面,窄面,弦切板,
21、宽面为径切面或近于径切面,宽面为弦切面或近于弦切面,径切板,弦切板,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,用径切板,径切板,弦切板,优于,尺寸稳定性何者更优 ？,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,用径切板,通常所锯解的板材多数为,弦切板,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,用径切板,径切板需特殊工艺锯解,出材率低,价格高,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,用径切板,弦切板,径切板,弦切板,锯成小条,重拼,胶合,径切板,CH7 木材物理性质,3 木材的胀缩性,六、提高尺寸稳定性,木材中的水分,木材的
22、密度,木材的胀缩性,第七章 木材物理性质,其他物理性质,其他物理性质,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,木材的电学性质,木材的声学性质,木材的热学性质,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,一、木材的比热,热容量,比 热,温度升高所需的热量,与相同质量水的热容量之比值,单位质量的物质在温度升高时所需的热量(4.18KJ/(KgK),CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,一、木材的比热,木材的比热的大小,绝干木材的比热,(杜拉普经验式),C0=1.112+0.00485t KJ/(kgK),仅与温度和含水率有关,CH7 木材物理性质,4
23、其他物理性质,木材的热学性质,一、木材的比热,湿木材的比热,Cm= KJ/(kgK),4.18M+100C0,M+100,比热的意义,材料的保温性能,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,二、木材的热导率 1. 概念,X,T1,T2,Q,T=T1-T2,时间t(s),面积A(m2),=,QX,ATt,W/(mK),(稳态热导率),CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,二、木材的热导率,2. 意义,材料的隔热保温性能,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,二、木材的热导率,3. 影响因素,木材的密度,木材含水率,温 度,热流方向,M,T,LRT,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,三、木材的热扩散率 1. 概念,(非稳态传热),a=,c,m2/s,木材中温度变化速度的指标,木材温度上升或下降快慢的指标,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,三、木材的热扩散率 1. 概念,(非稳态传热),a=,c,m2/s,木材中温度变化速度的指标,木材温度上升或下降快慢的指标,木材蒸煮,CH7 木材物理性质,4 其他物理性质,木材的热学性质,2. 影响因素,木材的密度,木材含水率,温 度,热流方向,-a稍有,M,c -a,T, c -a,a,