第六章 木材的密度和水分.ppt

第六章木材的密度和水分,第一节木材密度,一木材密度的概念和种类（一）木材密度的概念（二）木材密度的种类1生材密度=生材重量/生材体积2气干材密度=气干材重量/气干材体积3绝干材密度=绝干材重量/绝干材体积4基本密度=绝干材重量/生材体积,二木材密度的测定方法（一）直接测定法：这种方法主要测基本密度和绝干材密度。（二）排水法：用水的浮力求得试样的体积。（三）水银测容器法（四）快速测定法,三木材的实质密度与空隙度（一）木材的实质密度是指构成木材细胞壁物质的密度。各树种木材的实质密度近于相同，为1.501.56g/cm3。（二）木材的空隙度1体积空隙度：指木材在绝干状态时其空隙体积占总体积的百分率。2表面空隙度：指横切面上空隙面积占总面积的百分率。,四影响木材密度大小的因素1树种2抽提物含量3木材在树干上的部位4木材含水率,第二节木材和水分,一木材的含水量木材的含水量对木材的加工利用有很大的影响，在生产和使用上常根据木材的含水量来区分木材：1生材：即树木刚伐倒时的木材，其含水量随季节而不同。2湿材：长期贮存于水中的木材，其含水率高于生材。3气干材：长期存放在大气中的木材，其平衡含水率与周围环境的温度和相对湿度有关，在1218之间。,一木材的含水量4窑干材：在干燥窑内，以控制的温度与相对湿度进行适当干燥后的木材，其含水率低于气干材，一般在4%12%之间。5绝干材：又称全干材或炉干材，是指把木材放在温度为100105的烘箱内干燥到质量不变为止时的木材。此时含水率理论上为0%，所以呈绝干材。,二木材中的水分（一）木材中水分的存在状态木材中的水分，按其与木材结合和存在位置可以分为三种：1自由水：存在于大毛细管系统中（细胞腔和细胞间隙）与木材呈物理结合的水分，可自由蒸发出去。2吸着水：存在于微毛细管系统中（细胞壁微纤丝的非结晶区与结晶区的表面）的水分，不可自由蒸发。3化学水：存在于木材化学成分中，与木材化学成分牢固结合，数量很少，可忽略。,（二）纤维饱和点含水率及其实际意义当木材内的自由水蒸发殆尽而吸着水仍处于饱和状态时的含水率称纤维饱和点含水率。它是一种特定的含水状态，约为23%32%，通常以30%作为各树种的平均值。,（三）木材的含水率及其测定方法1木材含水率：指木材中水分重量占木材重量的百分率，又分为；绝对含水率：水分重量占绝干材重量的百分率；相对含水率：水分重量占含水木材重量的百分率。,（三）木材的含水率及其测定方法2木材含水率的测定方法A烘干法（炉干法）：结果较准确，但测定过程需时间较长，费时费力，而且烘干时挥发性物质可同时挥发掉，造成误差，所以该法不适于测定挥发性物质含量太多的木材的含水率。B电测法（仪表法）：该法简便迅速，不破坏样木，不需制作含水率测定试样，尤其适用于生产现场使用。C蒸馏法：适用于测定含树脂较多或经油浸注处理后的木材含水率。,三木材的吸湿性（一）木材的吸湿性的概念木材的吸湿性是指木材从空气中吸收和蒸发水分的性质。木材的吸湿和解吸统称为木材的吸湿性。吸湿：当空气中的蒸汽压力大于木材表面的蒸汽压力时，木材自外吸收水分，这种现象叫吸湿。解吸：当空气中的蒸汽压力小于木材表面的蒸汽压力时，木材向外蒸发水分，这种现象叫解吸。注：吸湿性不等于吸水性，吸湿性吸收的水分存在于木材的细胞壁，而吸水性吸收的水分还包括自由水。,三木材的吸湿性（二）木材的吸湿机理1木材细胞壁中极性基团（主要为羟基并通过氢键）的吸附，这是木材的主要吸湿机理。2细胞壁微毛细管系统在周围环境的相对湿度很高时吸附水蒸汽形成凝结水。,三木材的吸湿性（三）木材的含水率与环境条件的关系1平衡含水率:指木材的吸湿速度与解吸速度达到平衡时的木材含水率。它与空气的温、湿度有很大关系，椐此可以绘制出木材的平衡含水率图表。2吸湿滞后：指在一定的大气条件下，吸湿的平衡含水率比解吸时低的现象。,三木材的吸湿性（四）降低木材吸湿性的方法木材的吸湿性会使木材的物理力学性质随含水率的变化而变化，并使木材发生体积的收缩和膨胀。以下是木材含水率在纤维饱和点上、下变化时引起的木材一系列性质上的变化。,降低木材吸湿性的方法有：1用涂料或油漆涂饰木材表面2用不溶于水的物质处理木材，如石蜡、沥青、橡胶溶液、酚醛树脂等。3用各种化学物质浸渍，生成使细胞壁不透水的物质。,木材含水率变化对木材性质的影响含水率范围W木W纤W木W纤比较项目W木增加W木减少W木增加W木减少1体积变化不膨胀不干缩膨胀增加，干缩增加，W木=W纤W木=0时达最大值时达最大值2力学性质几乎无几乎无强度降低强度增加，变化变化W木=W纤但韧性和抗劈时最低力变化不明显3导电性缓慢增加缓慢减小急剧增加急剧减小,四木材的干缩和湿胀（一）干缩和湿胀的原因和种类1原因：因为木材在失水或吸湿时，木材内所含水分向外蒸发或干木材由空气中吸收水分，使细胞壁内纤丝间、微纤丝间、微晶间水层变薄而靠拢或变厚而伸展，从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生变化。2种类：木材的干缩有线干缩与体积干缩之分，线干缩又有顺纹干缩和横纹干缩之分，横纹干缩又分为弦向干缩与径向干缩。,（二）木材干缩和湿胀的各向异性1概念：木材的干缩和湿胀在不同方向上的差异称为木材干缩和湿胀的各向异性。2种类及大小：一般顺纹方向的干缩很小，而横纹干缩较大，横纹干缩中弦向的干缩又大于径向的干缩，约为2:1。3造成顺纹和横纹干缩差异的原因主要在于细胞壁S2层的厚度和微纤丝的排列方向。4造成横切面径、弦向收缩差异的原因有：,（二）木材干缩和湿胀的各向异性4造成横切面径、弦向收缩差异的原因（1）木射线对径向收缩的抑制。（2）晚材收缩量对弦向收缩的促进。（3）细胞壁径面纹孔数量对径向收缩的影响。（4）构成木材各种细胞的干缩比较悬殊。,（三）木材干缩性的测定1试验设备：测微尺（0.01mm）、天平（0.001g）、烘箱、干燥器及称量瓶2试样：湿材制作，尺寸202020mm3试验步骤4干缩率计算，包括线干缩率和体积干缩率。5干缩系数干缩系数=干缩率/造成此干缩率的试样含水率。,（四）干缩应力及干燥缺陷1干燥过程中的两种梯度含水率梯度：由于木材各处含水率不同而引起的水层梯度。温度梯度：木材各处温度不同造成的梯度差异。2干缩应力：指单位体积的木材在受到外力作用时木材自身产生的抵抗外力而保持平衡的力。木材在干燥过程中，由于干缩应力的存在可能会造成木材某一部位开裂。3翘曲变形,横弯(边弯),(瓦状反翘),(弓状反翘),(扭转反翘),四木材中水分的移动（一）水分在木材内移动的通道有三个：相互连通的细胞腔、细胞间隙、纹孔膜上的小孔。（二）木材内水分移动的动力（机理）有三种：毛细管作用、液体或蒸汽的不同压力、不均衡的水层或气体厚度的影响。木材中水分的移动可分为含水率在纤维饱和点以下和以上两种情况来讨论：,1含水率低于纤维饱和点时，水分以液体或蒸汽状态沿三个途径移动：（1）以液体状态沿微纤丝之间的毛细管移动；（2）以蒸汽状态沿细胞腔与纹孔所构成的毛细管移动；（3）以蒸汽和液体不断交替的状态沿彼此相邻的微纤丝之间的毛细管与细胞腔移动。2含水率高于纤维饱和点时，只有液体状态的自由水沿着细胞腔和纹孔移动，这种情况引起水分移动的动