第七章木材材质变异与木材缺陷概述.ppt

1 第七章木材变异性与木材缺陷 本章重点与难点 重点 木材材质变异性 幼龄材与成熟材 速生材材性 木材缺陷的种类 名称 形成原因及其对材质的影响 结合各专业介绍如何减少材质变异及预防木材缺陷产生的途经与措施 难点 木材材质变异的产生原因及其影响因素 木材主要缺陷形成及其对材质影响的机理 2 本章主要内容 7 1木材材性变异概况7 2幼龄材与成熟材7 3生长速度对材性的影响7 4木材缺陷概述7 5木材主要缺陷名称 检量方法及对材质的影响 3 7 1木材材性变异概况 细胞尺寸的变异 针叶材管胞和阔叶材木纤维长度 早材部分最小 并向晚材部分增长达到最大 7 1 1单株树木内木材性质的变异 1 一个生长轮内的材性变异 4 1 一个生长轮内的材性变异 导管分子长度的变化有两种形式 环孔材的导管分子长度 从早材到晚材变化曲线近似抛物线 导管分子直径较早材小得多 散孔材的导管分子长度 从早材到晚材略有增加 变化不大 5 1 一个生长轮内的材性变异 2 木材密度的变异 密度在生长轮内的变化趋势与木材细胞长度的变化相似 早材开始处木材密度最小 向着晚材方向 木材密度逐渐增加 至晚材末端密度最大 3 木材力学性质的变异 木材力学性质与木材密度和细胞长度具有相似的变化模式 从早材起到横过生长轮而增加 到早 晚材过渡区急剧上升 晚材处最大 6 2 树干半径方向的材性变异 1 细胞长度的径向变异 从随心向外侧移动 管胞长度呈急剧增长的趋势 下图为 不同树龄马占相思木纤维长度变异曲线 7 2 树干半径方向的材性变异 2 细胞直径的径向变异 针叶树材管胞直径从髓到树皮逐步增加 但阔叶树材木纤维直径则变小 下图为 不同树龄马占相思木纤维直径变异曲线 8 2 树干半径方向的材性变异 细胞双壁厚的径向变异 针叶树材管胞直径从髓到树皮逐步有所增加 但阔叶树材木纤维双壁厚则变化不大 下图为 不同树龄马占相思木纤维直径变异曲线 9 2 树干半径方向的材性变异 4 细胞长宽比的径向变异 管胞的长宽比的径向变异模式与管胞长度相似 下图为 不同树龄马占相思木纤维长宽比的变异曲线 10 2 树干半径方向的材性变异 5 细胞壁腔比的径向变异 管胞壁腔比的径向变异模式与管胞双壁厚相似 下图为 不同树龄马占相思木纤维壁腔比的变异曲线 11 2 树干半径方向的材性变异 6 纤丝角径向变异 细胞壁纤丝角的是从髓心向树皮开始逐渐减小 到达一定年轮后 趋于稳定 下图为 10年生马占相思木纤维纤丝角的径向变异曲线 12 2 树干半径方向的材性变异 5 木材密度的变异 木材密度的径向变异有三种模式 第一 密度平均值从髓心到树皮增加 呈连续直线或曲线的变化 第二 密度平均值从髓心向外逐步降低 然后又升高 直到树皮为止 靠树皮木材密度比髓心的密度高或低 第三 靠髓心的木材密度平均值高于近树皮的木材密度平均值 向外呈直线或曲线下降 13 2 树干半径方向的材性变异 6 化学成分 从髓心到树皮 纤维素含量增大的方式类似管胞长度 而木质素 半纤维素含量从髓心到树皮一般下降 14 2 树干半径方向的材性变异 7 力学强度 由髓心向外 木材力学强度逐渐增大 至第12 13轮后木材强度增加明显变缓 之后相对稳定和波动 这种规律对木材顺纹抗压 抗弯强度 抗拉强度和抗弯弹性模量等力学性状特别明显 15 3 沿树干方向木材材性变异 1 心材率和生长轮宽度纵向变异 由树干基部向上 心材率和生长轮宽度随树干高度升高而减少 16 3 沿树干方向木材材性变异 2 木材密度 针叶树主干下方较外围部分木材密度最大 自树皮向内及由树干基部向上 密度递减 树干中心部分密度最小 树干外部基底木材密度最大 树冠及其较低的树干中央 具有较高的密度值 这是因为树节较多所致 17 3 沿树干方向木材材性变异 3 干缩性质与力学性能 木材冲击韧性 硬度 顺纹抗拉强度 抗弯强度 抗弯弹性模量及顺纹抗压强度等指标 随着树干高度的增加而有所减小 干缩系数随着高度的增加逐渐增大 原因是树干上方近树冠区的梢头部位 幼龄材比例高 所以木材力学强度就低 而干缩率会升高 18 7 1 2树木株间材性材质的变异 1 遗传因子引起的变异 林木立地条件相同时 引起株间变异的原因便是遗传差异造成的 2 地理分布与气候引起的变异 马尾松木材密度和管胞长度在种源间 试验点间有显著或极显著差异 并有极显著的种源地点效应 来自不同地区种源的木材密度 具有从西南往东北增大的地理变异趋势 19 3 立地条件对木材材性的影变异 表现在立地指数大的林分 树木生长率和木材纤维宽度大 但纤维长度 纤维长宽比 木材基本密度 顺纹抗压强度和抗弯弹性模量小 立地指数相差两级的年轮宽度 纤维宽度 纤维长度和微纤维丝角的差异显著或非常显著 20 7 2幼龄材与成熟材 1幼龄材与成熟材的概念 幼龄材是在树干的髓心周围呈近于圆柱状的木材 是树木生长发育早期形成层原始细胞还没有完全成熟时形成的木材 这种圆柱体从树干基部一直延伸到梢部 因此梢部木材主要是由幼龄材构成 而同一树木基部木材则包含有更多的具有较高比重值的成熟材 21 2 幼龄材与成熟材材性的差异 1 细胞形态 幼龄材管胞或纤维较短 胞壁比较薄 胞腔大 S2层纤丝角较大 2 木材物理力学性质 幼龄材的纵向收缩远大于成熟材 板材干燥时不稳定 生长轮宽 晚材率低 木材密度低 3 木材化学性质 幼龄材纤维素含量低 半纤维素和木素含量较高 纤维素的结晶度低 其冷水抽提物 热水抽提物 1 NaOH抽提物 单宁 树脂成分含量高 22 7 3长速度对材性的影响 1 针叶树生长速度对木材材性的影响 一般来说 针叶树材成熟材阶段 年轮内晚材宽度相对来说比较固定 生长速度快 年轮增宽的主要早材部分增加 如果晚材宽度没按比例增加 晚材率降低 木材密度减小 材质会有所降低 如晚材按比例增加 晚材率不变 强度变化很小 23 2 阔叶树生长速度对木材材性的影响 阔叶树种生长与材性的关系非常复杂 其模式与针叶树的常规结论正好相反 生长快的树木与生长慢的树木相比 比重更高 尤其某些环孔材树种 如榉属和栎属等 环孔树种中 早材部分比较固定 生长快了增加的是晚材部分 增加了晚材率 提高了木材密度 木材强度增大 而阔叶散孔材 每个年轮内形成的导管数与年轮的宽度紧密相关 生长快慢对木材比重的直接影响不大 24 7 4木材缺陷 Brown 1949 认为 木材缺陷是降低木材商品价值的非正常和不规则部分 它们能减低木材强度 影响加工和装饰质量或外观 Panshin 1980 认为 木材缺陷指的是 对木材适合某一特殊用途的质量缺损或偏离 我国木材标准GB T15787 2006 原木检验术语 的定义是 凡呈现在原木上能降低质量 影响使用的各种缺点 称为木材缺陷 7 4 1木材缺陷概念 25 7 4 2木材缺陷分类 1 按GB T155 2006 原木缺陷 规定分 节子 裂纹 干形缺陷 木材结构缺陷 由真菌造成的缺陷 伤害共分六大类 2 按GB T4823 1995 锯材缺陷 规定分 节子 变色 腐朽 蛀孔 裂纹 木材构造缺陷 损伤 加工缺陷 变形共分九大类 26 7 4 3木材缺陷成形原因 1生理原因 即树木在生长过程中产生的缺陷 此类缺陷只可适量控制 不可完全避免 如节子 树干形状缺陷 木材构造缺陷等 27 7 4 3木材缺陷成形原因 2病理原因 在生长过程中或伐倒后受到生物因子如菌类 虫类等危害而形成的缺陷 是后天性的 保护措施适当则可减缓甚至避免发生 如变色 腐朽 虫眼 裂纹 伤疤等 28 7 4 3木材缺陷成形原因 3 人为原因 由生产 加工技术不良或经营管理不善而造成的缺陷 这类缺陷也是后天性的 可减轻或避免 如机械损伤 加工缺陷等 29 7 5木材的主要缺陷 木材主要缺陷包括 节子 腐朽 虫眼 裂纹 弯曲 偏枯 外夹皮 30 7 5 1节子 1 定义 埋在树干内部的活枝条或枯死枝条的基部称为节子 31 2 节子的种类 1 活节 节子与周围木材紧密连生 质地坚硬 构造正常 32 2 节子的种类 2 死节 节子与周围木材大部分或全部脱离 在板材中有时脱落形成空洞的节子 33 2 节子的种类 3 漏节 节子本身腐朽并已深入树干内部的腐朽 34 3 节子对材质及加工利用的影响 1 节子破坏了木材结构的均匀性及完整性 使木材某些强度如顺纹抗拉 抗弯强度降低 不利于木材的有效利用 35 3 节子对材质及加工利用的影响 2 活节与死的健全节给加工造成困难 如使木材纹理紊乱 增大刀具的切削阻力 制浆造纸时节子难熬煮 减慢纤维的分离过程 混脏木浆 影响纸张颜色等 36 4 节子尺寸检量 原木中节子是检量与纵轴相平行的两条节周切线之间的距离 量至mm 条状节和掌状节检量节子横向的最大宽度 即垂直于节子纵向的最大宽度 37 5 节径率计算 最大节子尺寸与检尺径 或所在材面检尺宽 相比 以百分率计 38 6 节子个数统计 可在规定范围内查定 或按节子最多1m中的个数统计 39 7 5 2腐朽 1 概念 木材受木腐菌侵蚀后 不但颜色发生改变 而且其物理 力学性质也发生改变 最后木材结构变得松软 易碎 呈筛孔状或粉末状等形态 这种现象称为腐朽 40 2 腐朽对材质的影响 腐朽严重地影响木材的物理 力学性质 使木材重量减轻 吸水性增大 强度和硬度降低 通常在褐腐后期 木材的强度基本丧失 41 3 腐朽的检量 1 边材腐朽的检量 通过腐朽部位按径向量得的边腐最大厚度与检尺径相比 以百分率计 量至mm 42 3 腐朽的检量 2 心材腐朽的检量 以腐朽直径 如不规则 可取其平均直径或调整成圆形 与检尺径相比 或腐朽面积与检尺径断面面积相比 以百分率计 43 7 5 4蛀孔 1 概念 昆虫或海生钻孔动物蛀蚀木材形成的孔道叫蛀孔 44 2蛀孔对材质的影响 深度自10mm以上的大虫眼和深而密集的小虫眼以及蜂窝状的孔洞 破坏了木材的完整性 并使木材强度和耐久性降低 是引起木材变色和腐朽的主要通道 45 4 虫眼的检量 检量虫孔的最小直径和垂直深度 均以毫米计 深度足10mm以上 最小直径自3mm以上 深度大虫眼 的虫眼 按检尺长范围内虫眼最多1m中的个数或全材长中的个数计算 46 5 蜂窝状孔洞的检量 深度自10mm以上的蜂窝状孔洞 按是否允许存在或按腐朽计算 47 7 5 4裂纹 1 定义 木材纤维与纤维之间分离所形成的裂隙 叫开裂或裂纹 48 2 裂纹对材质的影响 裂纹 尤其是贯通裂纹破坏了木材的完整性 降低了木材的强度 影响木材的利用和装饰价值 49 3 裂纹的检量 1 纵裂的检量检量整根纵裂长度与检尺长相比 2 轮裂的检量检量断面最大一处的轮裂 其中 弧裂按裂圆的弦或拱高加以检量 环裂按裂圆的直径或半径加以检量 以厘米计或占检尺径的百分比计算 3 炸裂的检量按纵裂评等后 再予以降等处理 50 7 5 5树干形状缺陷 1 定义 树木在生长过程中受到环境条件的影响 使树干出现不正常或不规则的形状称为树干形状缺陷 这类缺陷主要有弯曲 尖削 大兜 凹兜和树瘤等 51 2 弯曲对材质的影响 弯曲降低了木材的强度 影响木材的出材率 尤其是多向弯曲 无论是对木材强度还是对木材出材率的影响 较单向弯曲都要大 52 3 弯曲的检量 检量最大弯曲拱高与内曲水平长相比 或与检尺径相比以百分率计 53 7 5 6木材构造缺陷 1 定义 凡是树干由于不正常构造所形成的各种缺陷 称为木材构造缺陷 主要包括扭转纹 应压木 应拉木 髓心 双心 树脂囊 伪心材 内含边材等 54 7 5 7伤疤 1 定义 伤疤也称损伤 是指受机械 火烧 鸟害和兽害等所形成的伤痕 主要包括机械损伤 烧伤 鸟害和兽害 夹皮 偏枯 树包 风折木和树脂漏等 55 2 伤疤的种类 机械损伤是指在采脂或采伐 造材 运输等过程中 木材因各种工具或机械所造成的损伤 56 2 伤疤的种类 夹皮 树木受伤后继续生长 树皮将受伤部分全部或局部包人树干中所形成的 分外夹皮和内夹皮 57 2 伤疤的种类 偏枯 树木在生长过程中 因树干局部受伤 引起表层木质枯死裸露的现象