木材及木质复合包装材料ppt课件.ppt

第五章木材及木质复合包装材料 木制包装指以木材制品和人造木材板材 如胶合板 纤维板 制成的包装的统称 木制容器主要有 木箱 木桶 木匣 木夹板 纤维板箱 胶合板箱以及木制托盘等 木制包装一般适用于大型的或较笨重的机械 五金交电 自行车 以及怕压 怕甩的仪器 仪表等商品的外包装 1 胶合板 胶合板箱 2 刨花板托盘 木匣 3 OSB板箱 4 包装木材 天然木材 人造木材 针叶木材 红松 落叶松 白松 马尾松等 阔叶木材 杨木 桦木等 纤维板 纤维板 木丝板 刨花板等 胶合板 三夹板 五夹板等 木材的优点 质轻 强度高 有一定的弹性 能承受冲击和震动作用 容易加工 具有很高的耐久性且价格低廉木材的缺点 各向异性 易受环境温度 湿度的影响而变形 开裂 翘曲和降低强度 易于腐朽 易燃 易被白蚁蛀蚀等 不过这些缺点 经过适当的处理可以消除或减轻 包装木材的分类 木材包装的优缺点 5 第一节木材的构造及性能 一 木材的构造横切面 垂直于树轴的剖面 在横切面上可以看到树皮 形成层 木质部 年轮 导管 脂道 髓心 髓线 心材 边材等 纵切面 与树轴平行的剖面 径切面 通过树轴的纵切面 弦切面 不通过树轴的纵切面 图3 2 1木材的宏观构造1 横切面 2 径切面 3 弦切面 4 树皮 5 木质部 6 年轮 7 髓线 8 髓心 6 木材的构造 树皮 树干最外的一层 由外皮软木组织 或称栓皮 和内皮组成新生层 位于树皮内皮和木质的交界之间 形成一层极薄的粘膜 木质部 新生层多年生长积累的结果 一年中树木生长快慢是不均匀的 春季树木生长最旺盛 多生成薄壁宽腔的导水细胞 因而木质松软 颜色浅淡 称为春材 又名早材 随着季节的变迁 树木生成逐渐减慢 细胞逐渐增生厚壁窄腔的支撑细胞 其木质坚硬 颜色较深 称为夏材 又名晚材 由于冬季树木停止生长 因此在树干横切面上 可以看出各年生长的木质分界线 称为年轮 年轮在径切面上与树轴成有角度的带形条纹 在弦切面边缘上 条纹与径切面上近似 中间部分呈现近于椭圆的套环形状 年轮中晚材越多 木质越坚硬 常用横切面上沿半径向一定长度中 所含夏材宽度的总和 占一定长度的百分率即夏材率 来衡量木材质量 7 木材的构造 髓心和髓线髓心 在木质的中心 是最初生成的木质 各种树木髓心的大小一般差异较小 其直径约在3 5mm之间 由髓心长出 成辐射状并与树轴垂直 输送和储存养分 并穿过各层的径向管道 称为髓线或木射线 韧皮部分的髓线称为韧皮射线 各种树木的髓线宽细不同 针叶树的非常细小 目力不易辨别 阔叶树的髓线较多 其中某些树种如麻栎 青罔栎等的髓线则宽大易见 髓心和髓线大多是薄壁细胞组成 是木质的弱点 其质松软 强度低而脆弱 不耐腐蚀 在干燥和使用过程中最易沿此开裂 心材和边材靠近髓心的木质是由年老或已死的细胞组成的 已无活力 材质变硬 原有孔隙也多为树脂和单宁填充 从而色深 耐腐且有较高的强度 称为心材 木质的边缘部分由年轻或新生的细胞组成 具有旺盛的活力 含有较多的水分 淀粉和油类等物质 色浅易腐 强度也低 称为边材 心材质量虽佳 由于靠近髓心 木节较多 不便于弯曲 边材质软 节少 便于弯曲 8 二 木材的物理性质 木材的使用质量 主要决定于它的物理 力学 化学和工艺等性质 这些性质中起主要作用的是物理性质 尤其是它的吸湿性 几乎木材的所有性能 都受到木材含水量的影响 木材的主要物理性质有外观吸湿性和含水量变形重量 9 外观 颜色由颜色可以识别木材的树种和品种 一般木材的颜色 心材比边材深 夏材比春材深 所以木材的颜色在一定程度上可以反映木材的密度性 强度和耐久性 木材颜色不正常时 标志木材行将变质或已经变质 如含水量多的木材比干燥的木材颜色深 受菌类感染的木材常变颜色 以致出现红 褐 蓝等暗色的班点或条纹 其感染过久者则已霉烂 腐朽且有恶臭气味 久受大气作用的木材呈暗灰色 受过高温作用的木材多变成黑色 纹理针叶木材具有均匀而简单的纹理 阔叶树木材则随着树种而具特有的纹理 所以纹理是选用木材的条件和作为识别木材树种的方法之一 松 杉 水曲柳 麻栎等树种的弦切面和槭 山毛榉等树种的径切面 都有美观的纹理 最适于做精制的包装木箱 10 声音木材传声性很强 干燥的木材和沿木材的顺纹方向传声性更好 敲击木材时 如声音清晰 响亮的多是干燥而坚实的木材 木材含水量增加或木材密度减小 其声音都要减弱 腐朽的木材只能发出暗哑的声音 气味各树种所含化合物并非相同 从木材的气味可以区别其树种 新伐木材的气味最大 随木材干燥和储存时间长而减弱 当木材丧失改变了固有的气味时 即说明木材已经变质 如发出霉腐气味 则木材早已腐朽 11 吸湿性和含水量 吸湿性 木材自空气中吸收水分的能力 它随环境的温度 空气的相对温度而改变 当环境温度越低或温度越大 木材吸水能力越强 还水性 当环境温度升高或空气的相对湿度降低时 则木材能向空气中散发水分 这种性质称为木材的还水性 木材的吸湿和还水过程是木材内部水分与空气水分的平衡过程 当木材所含水分与周围空气的相对湿度达到平衡时木材既不吸水也不散失水分 木材中水分以化学结合水 自由水和吸附水三种状态存在化学结合水含量很少 一般不超过1 2 自由水存在木材细胞间隙和细胞腔中 是由细胞的毛细胞管作用吸入的 12 吸附水是由细胞的吸附作用而进入细胞壁的水分 木料的吸湿性 以木材中自由水和吸附水的总和来衡量 水分进入木材后 首先被细胞吸人细胞壁 其余的水分才积存在细胞腔和细胞间隙中 木材干燥时 首先失去自由水 然后才失去吸附水 新伐和潮湿的木材含有以上三种状态的水分 完全干燥的木材仅含化学结合水 木材中的水分含量根据不同情况用不同含水率表示相对含水率和绝对含水率 木材中的含水重量与当时湿木重量的百分比 绝对含水率 木材中的含水重量与木材绝对干燥后重量的百分比 13 饱和含水率 木材处于纤维饱和点时的相对含水率 称为饱和含水率 纤维饱和点 木材在干燥过程中 内部水分逐渐向外输送 当全部自由水业已散失 细胞壁中仍充满着吸附水时 为木材含水量的临界点 木材在纤维饱和点时 其机械强度最低 木材的饱和含水率随树种而略有差异 当环境温度20 时 一般为25 35 并随温度上升而降低 通常采用30 为其平均值 平衡含水率 由于木材具有吸湿性和还水性 在周围空气的蒸汽压与木材表面的蒸气压相等的条件下 木材中水分达到吸收和散发的动态平衡时 的含水率称为平衡含水率 使用中的木材平衡含水率都低于其纤维饱和点 14 变形 干缩与湿胀当木材的含水率低于纤维饱和点时 如水分 指吸附水 再有增减时 则细胞壁随之发生胀缩 从而引起木材体积的胀缩 一般厚壁细胞比薄壁细胞胀缩量大 坚密而重的细胞比松软而轻的细胞胀缩量大 细胞的横向比纵向胀缩量大 木材的夏材比春材胀缩量大 横纹方向比纵纹方向胀缩量大 弦向比径向胀缩量大 一般木材弦向的胀缩量约介于6 12 径向的胀缩量介于3 6 纵向胀缩量很小 仅为0 1 由于木制品在使用中 主要散失所含的水分 以致引起制品的不均匀收缩使制品产生缺陷 所以经常用木材的干缩率来衡量其胀缩量 2 变形与翘曲由于木材在干燥过程中 各部分干燥速度不同 各方向的干缩率也不相同 因此木材在干燥过程中极易变形 15 当变形严重时 木材即产生内应力而发生翘曲 甚至开裂 木材的变形和翘曲受它原来的形状 厚薄 宽窄 年轮 纹理 部位 容重 树种以及干燥速度的影响 通常木材的变形均向髓心和湿面方向突出 并向垂直木纹的方向翘曲 以致木制品的接合处松驰或凸起 甚至发生裂纹和开裂 开裂当木材干燥不均匀时 在木材内部产生压应力 一旦超过木材横纹抗拉强度时 则引起木材的开裂 即使木材或较厚锯材的强度还能抵抗其内力时 暂时虽不致开裂 但在加工以后 由于其内应力的存在和产生的表面塑性变形 仍会引起锯材变形 翘曲或开裂 为了避免收缩产生的开裂 必须在干燥木材时 采用适当的措施 使木材均匀地干燥 在选用木材做木制品时 应尽可能采用胶合木 胶合板等代替木材 或采用容重轻 收缩性小的木材 16 重量 一般树种的木材比重变动不大 约介于1 3和1 7之间 通常采用平均值1 5 干燥木材的容重平均约500kg m3 所以木材孔隙率是很大的 木材的容重随树种 树龄 生长条件 部位 孔隙率 含水率而改变 通常小于1000kg m3 影响木材容重最主要的因素是含水率 通常以含水率为15 的容重作标准 作为标准容重 17 三 木材的力学性质 抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度硬度 弹性模量 18 抗压强度 根据受力方向与木纹的关系 可将木材的抗压强度分为顺纹和横纹抗压强度 横纹抗压强度又分为径向和弦向抗压强度 木材顺纹抗压强度极限大且较稳定 是木材使用的主要形式 常用木材顺纹抗压强度极限为30 70MPa 针叶树的顺纹抗压强度极限为横纹的10 15倍 阔叶树的顺纹抗压强度极限约为横纹的3 7倍 具有粗大髓线的树种 麻烁 青冈等 径向为弦向的1 5倍 其他树种并无显著区别 弦向抗压强度极限约为径向的1 5倍 19 抗拉强度 木材顺纹抗拉强度较抗压强度大2 3倍 通常可达100 500MPa 由于抗拉制品端部接合处受到拉力时 常先破坏于横纹受压或剪切 因而目前尚无法充分利用木材的顺纹抗拉强度 横纹抗拉强度极小 约为顺纹的1 4 1 2 所以木材通常不用作承担横纹受拉的制品 20 静力抗弯强度 木材具有优良的静力抗弯强度 一般木材的静力抗弯强度极限的50 11OMPa 约为顺纹抗压强度极限为1 5 2 0倍 当木质制品承受抗弯静力时 由于其抗拉强度极限大于抗压强度极限 制品的受压区域首先发生皱折 然后在拉力区折裂 21 冲击弯曲强度 木材是很好的抗冲击弯曲的材料 常用于制造要求承受横向冲击载荷的制品 凡是春材与夏材区别明显的树种 其径向冲击弯曲强度比弦向高 阔叶树中的散孔材 其两个方向的冲击弯曲强度无甚差别 一般阔叶树的横向冲击弯曲强度比针叶树约大0 5 2 0倍 22 抗剪强度 木纹对木材的抗剪强度有极大的影响 顺纹抗剪强度受年轮方向影响不大 而具有粗大髓线的树木 则弦向的抗剪强度较径向的约大10 30 顺纹抗剪强度极限一般为4 15MPa 约为抗压强度极限的15 25 横纹抗弯破坏的剪切面多与木材纤维平行 其强度极限远较顺纹为高 一般为3 7倍 但在实际使用中 由于制品先被横纹受压所破坏 所以利用价值不大 横纹切断强度极限远远高于横纹抗剪强度极限 但实际上很难充分利用 23 硬度 弹性模量 木材的硬度也是随纹而不同 如针叶树横切面的硬度较纵切面硬度约大35 阔叶树约大25 一般树种径切面和弦切面的强度大致相同 但具有粗大髓线的树种其弦切面的硬度大5 10 木材的弹性模量较金属材料低 并与纹向有交 这是木制品容易变形的主要原因之一 木材的抗拉 抗压弹性横量 E 顺纹比横纹大7 30倍 抗剪弹性模量 G 约为E的1 10 1 3 一般树种的弹性横量E约介于1000 15000MPa之间 24 四 木材的工艺性能 握钉力 持钉力和裹钉力 木材握钉力是因木材纤维为了钉子所挤压或切断 使木材对钉子产生压力的结果 木材纤维的方向对握钉力有重要的作用 平行纤维方向的握钉力约小于垂直方面的25 弦向和径向的握钉力则相差不大 握钉力还随树种 容重和容水率而变 通常阔叶树比针叶树的握钉力大 紧密 干燥和容重较大的木材比较软 潮湿和容重小的握钉力高 木材握钉力还受钉子尺寸 种类的影响 木材对大钉的握钉力大于小钉 方钉大于圆钉 螺丝钉大于普通钉 25 抗劈裂性 衡量木材的抗劈裂性 通常是以木材顺纹方向单位长度能承担的最大静力劈裂载荷为依据 木材的抗劈裂性 对握钉力有较大的影响 还对木材砍劈加工带来困难 一般针叶树的抗劈裂性较阔叶树小 针叶树弦向的抗劈裂性比径向小 阔叶树则由于髓线比较发达 则径向比弦向小 尤其是具有粗大髓线的木材这种差别更明显 26 弯曲能力 木材的弯曲能力是制造弯曲和弧形木质制品的主要依据 木材弯曲能力主要决定于木材的塑性 以阔叶树的环孔材塑性最好 如栎 柳 榆 水曲柳 山毛榉等树种的弯曲能力最高 散孔材次之 针叶树最差 如红松 白松的弯曲能力最差 在同一树种中 树龄小的弯曲能力比老树好 具有木节 斜纹 裂纹和腐朽的木材都没有好的弯曲能力 27 第二节人造板材 胶合板 由原来旋切成薄木片 经选切 干燥 涂胶后 按木材纹理纵横交错重叠 通过热压机加压而成 层数均系奇数 有三层 五层 七层乃至更多的层次 胶合板各层按木纹方向相互垂直 使各层的收缩与强度可相互弥补 避免了木材的顺纹和横纹方向的差异影响 使胶合板不会发生翘曲与开裂等变化 包装轻工 化工类商品的胶合板 多用酚醛树脂或脲醛树脂作粘合剂 具有耐久性 耐热和抗菌等性能 包装食品的胶合板 多用谷胶和血胶作粘合剂 具有无臭 无味等特性 28 纤维板板面宽平 不易裂缝 不易腐朽虫蛀 有一定的抗压 抗弯曲强度和耐水性能 但抗冲击强度不如木板与胶合板 适宜于作包装木箱挡板和纤维板桶等 纤维板有硬质与软质两种 包装纤维板为硬质纤维板 分一 二 三等 软质纤维板结构疏松 具有保温 隔热 吸音等性能 一般作包装防震衬板等用 纤维板的原料有木质和非木质之分 前者是指木材加工后的下