木材物理性质

1、 主要介绍木材密度、木材的主要介绍木材密度、木材的含水状态、木材中水分的吸湿含水状态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干缩湿胀、木与解吸、木材的干缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声材的电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。学性质和光学性质。 6. .1 木材密度木材密度 6. .2 木材和水分木材和水分 6. .3 木材的电学性质木材的电学性质 6. .4 木材的热学性质木材的热学性质 6. .5 木材的声学性质木材的声学性质 6. .6 木材的光学性质木材的光学性质 6. .1 木材密度木材密度6.1.1 6.1.1 木材密度的种类木材密度的种类 6.1.2 6.1.2 木材比重的测定木材

2、比重的测定 6.1.3 6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度细胞壁密度、实质密度和空隙度6.1.4 6.1.4 木材密度的影响因素木材密度的影响因素 6.1.1 木材密度的种类木材密度的种类 木材是由木材细胞壁实质物质、水分及空气组成的多木材是由木材细胞壁实质物质、水分及空气组成的多孔性材料，对应着木材的不同水分状态，木材密度可以分孔性材料，对应着木材的不同水分状态，木材密度可以分为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。它们的定义如下：义如下： 最常用最常用:气干密度和基本密度。在运输和建筑气干密度和基本密度。在运输和建筑上，一般采用生材

3、密度。而在比较不同树种的材上，一般采用生材密度。而在比较不同树种的材性时，则使用基本密度。性时，则使用基本密度。生材体积生材重量生材密度 气干材体积气干材重量气干密度 绝干材体积绝干材重量绝干密度 生材体积绝干材重量基本密度 6.1.2 木材比重的测定木材比重的测定n测定比重必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝测定比重必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝干重量。干重量。n在大多数情况下，绝干重量的测定与用绝干称重法测定含在大多数情况下，绝干重量的测定与用绝干称重法测定含水率中所用的方法一致。水率中所用的方法一致。n由于在干燥过程中抽提物可能和水蒸气一起蒸发，所以有由于在干燥过程中抽

4、提物可能和水蒸气一起蒸发，所以有时采用蒸馏法来得到绝干重量。时采用蒸馏法来得到绝干重量。n木材的体积的测定可以采用以下方法：木材的体积的测定可以采用以下方法：（1）对于形状规则的试材，直接测量试材的三边尺寸，计算）对于形状规则的试材，直接测量试材的三边尺寸，计算出体积；出体积；（2）对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积。）对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积。（3）快速测定法。）快速测定法。（三）排水法（三）排水法 此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定气干材或全干材体此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定气干材或全干材体积时，需在试样入水前涂上石蜡薄层，防止试样吸水而影响精度

5、。积时，需在试样入水前涂上石蜡薄层，防止试样吸水而影响精度。（四）快速测定发法（四）快速测定发法n首先，在烧杯中加入适量液体，将金属针浸入液体中，记录天平的读首先，在烧杯中加入适量液体，将金属针浸入液体中，记录天平的读数。数。n然后用金属针尖固定试材，将试材浸入液体中，再记录平衡时天平的然后用金属针尖固定试材，将试材浸入液体中，再记录平衡时天平的读数。读数。n两次天平的读数之差除以已知液体的密度，就可以得到试材的体积。两次天平的读数之差除以已知液体的密度，就可以得到试材的体积。天平试材烧杯金属针支架天平读数图图6-1 6-1 用排水法测量木材的体积用排水法测量木材的体积量筒液面试材图图6-2

6、6-2 快速测定法快速测定法测量木材体积测量木材体积6.1.3 细胞壁密度、实质密度和空隙度细胞壁密度、实质密度和空隙度 木材的绝干细胞壁的密度可以通过比重计或体木材的绝干细胞壁的密度可以通过比重计或体积置换法来测量。置换介质种类的不同，测得的细积置换法来测量。置换介质种类的不同，测得的细胞壁密度的值也有差异。胞壁密度的值也有差异。 以水作为置换介质得到的细胞壁密度大于以以水作为置换介质得到的细胞壁密度大于以甲苯和氦作为置换介质得到的值。甲苯和氦作为置换介质得到的值。 这是由两个方面的原因引起的：这是由两个方面的原因引起的： （1）水属于极性膨胀性介质，水分子可以进入细）水属于极性膨胀性介质，

7、水分子可以进入细胞壁中更小的孔隙中；胞壁中更小的孔隙中； （2）与液态水相比，吸着水的表观体积减小。）与液态水相比，吸着水的表观体积减小。 木材的实质密度即指木材细胞壁物质的密度。木材的木材的实质密度即指木材细胞壁物质的密度。木材的空隙度可以用下式计算求得：空隙度可以用下式计算求得： 式中，式中，P为木材空隙度（为木材空隙度（%），）， 0为木材的绝干密度为木材的绝干密度（g/cm3），）， 0w为木材的实质密度为木材的实质密度（g/cm3）。）。 如果式中如果式中用木材的细胞壁密度代替，则得到的孔隙度用木材的细胞壁密度代替，则得到的孔隙度中不包括非膨胀性溶剂所不能进入的细胞壁中的微小孔隙。中

8、不包括非膨胀性溶剂所不能进入的细胞壁中的微小孔隙。%100)1 (%)00WP6.1.4 木材密度的影响因素木材密度的影响因素 除了除了含水率含水率以外，影响木材密度的因素还包括以外，影响木材密度的因素还包括树种树种、抽提物含量抽提物含量、立地条件立地条件和和树龄树龄等。在同一棵等。在同一棵树上，树上，不同部位不同部位的木材密度也有较大的差异。的木材密度也有较大的差异。 6.1.4.1 6.1.4.1 树种树种 6.1.4.2 抽提物含量抽提物含量 在不同的木材中，抽提物含量的范围从绝干重的在不同的木材中，抽提物含量的范围从绝干重的3%至至30%不等，因此对木材的密度有很大的影响。不等，因此对

9、木材的密度有很大的影响。通常，在测定密度之前可以先用水和有机溶剂（如通常，在测定密度之前可以先用水和有机溶剂（如苯和乙醇等）对木材进行抽提处理，经过抽提处理苯和乙醇等）对木材进行抽提处理，经过抽提处理后木材的密度更为均一。后木材的密度更为均一。 6.1.4.3 立地条件立地条件 树木的立地条件，包括气候、地理位树木的立地条件，包括气候、地理位置等对木材密度也有很大影响。置等对木材密度也有很大影响。6.1.4.4 树龄树龄 从幼龄期直至从幼龄期直至成熟期，木材的密度有随着成熟期，木材的密度有随着树龄的增高呈增大趋势，。树龄的增高呈增大趋势，。6. .2 木材和水分木材和水分6.2.1 6.2.1

10、 木材中水分的存在状态木材中水分的存在状态6.2.2 6.2.2 木材的含水率及测定木材的含水率及测定 6.2.3 6.2.3 木材的水分吸着（木材的水分吸着（adsorptionadsorption） 和解吸（和解吸（desorptiondesorption） 6.2.4 6.2.4 木材中水分的移动木材中水分的移动6.2.5 6.2.5 木材的干缩湿胀木材的干缩湿胀6.2.1 木材中水分的存在状态木材中水分的存在状态 木材中存在的水分，可以分为木材中存在的水分，可以分为自由水自由水和和结合水结合水（或吸（或吸着水）两类。着水）两类。 自由水自由水 存在于木材的细胞腔中，与液态水的性质接近。

11、存在于木材的细胞腔中，与液态水的性质接近。 结合水结合水 存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非存在于细胞壁中，与细胞壁无定形区（由纤维素非 结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键 结合。结合。 生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中自由水自由水的水的水分量随着季节变化，而分量随着季节变化，而结合水结合水的量基本保持不变。的量基本保持不变。纤维饱和点纤维饱和点 假设把生材放在相对湿度为假设把生材放在相对湿度为100%的环境的环境中，细胞腔中的自由水慢慢蒸发，当细胞腔中没有自由中，细胞腔中的自由水慢慢蒸

12、发，当细胞腔中没有自由水，而细胞壁中结合水的量处于饱和状态，这时含水率水，而细胞壁中结合水的量处于饱和状态，这时含水率称为纤维饱和点。称为纤维饱和点。气干状态气干状态 当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达到的水分平衡态称为气干状态。气干状态的木材的细胞到的水分平衡态称为气干状态。气干状态的木材的细胞腔中不含自由水，细胞壁中含有的结合水的量与大气环腔中不含自由水，细胞壁中含有的结合水的量与大气环境处于平衡状态。境处于平衡状态。绝干状态绝干状态 当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除去时木材的状态称为绝干状态。去时木材的

13、状态称为绝干状态。 6.2.2 木材的含水率及测定木材的含水率及测定 木材或木制品中的水分含量通常用木材或木制品中的水分含量通常用含水率含水率来表示。根据来表示。根据基准的不同分为基准的不同分为绝对含水率绝对含水率和和相对含水率相对含水率两种。两种。 绝对含水率绝对含水率（简称含水率）即水分重量占（简称含水率）即水分重量占木材绝干重量木材绝干重量的的百分率百分率, ,一般木材工业中采用。一般木材工业中采用。 相对含水率相对含水率 是水分重量占是水分重量占含水试材含水试材的重量的百分率，在的重量的百分率，在造纸和纸浆工业中比较常用。造纸和纸浆工业中比较常用。 %100(%)00mmmMC%100

14、(%)0mmmCM 和和 分别是试材的绝对含水率和相对含水率（分别是试材的绝对含水率和相对含水率（%）；）；m m是含水试材的质量是含水试材的质量(g); m0是试材的绝干质量是试材的绝干质量(g)。 MCCM 水分仪水分仪 以上介绍的都是直接测定法，其缺点是破坏试材、操作以上介绍的都是直接测定法，其缺点是破坏试材、操作时间长。除此之外，还可以根据含水率与物理量之间的关系时间长。除此之外，还可以根据含水率与物理量之间的关系进行间接测量。进行间接测量。 电阻式水分仪电阻式水分仪 交流介电式水分仪交流介电式水分仪 电阻式水分仪电阻式水分仪 最常用的水分仪是最常用的水分仪是电阻式水分仪电阻式水分仪。

15、 它的工作原理是测定试材的电阻，再通过电阻它的工作原理是测定试材的电阻，再通过电阻与含水率之间的定量关系将电阻值转换为含水率值。与含水率之间的定量关系将电阻值转换为含水率值。 电阻式水分仪的测试含水率范围一般为电阻式水分仪的测试含水率范围一般为630%。在纤维饱和在纤维饱和点以上的含水率范围内，电阻随着含水点以上的含水率范围内，电阻随着含水率的变化很小，仪器的敏感性下降。率的变化很小，仪器的敏感性下降。交流介电式水分仪交流介电式水分仪 交流介电式水分仪：交流介电式水分仪： 其工作原理是测定一定频率下木材的介电常数其工作原理是测定一定频率下木材的介电常数或介电损耗正切角，通过介电常数或介电损耗正

16、或介电损耗正切角，通过介电常数或介电损耗正切角与含水率之间的关系得到含水率值。切角与含水率之间的关系得到含水率值。6.2.3 木材的水分吸着和解吸木材的水分吸着和解吸 平衡含水率平衡含水率 由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿度条件发生变化时，木材能相应地从外界吸收水分或向外界度条件发生变化时，木材能相应地从外界吸收水分或向外界释放水分，从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在释放水分，从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。 吸收吸收 是一种表面现象，比

17、如液态水进入木材的细胞腔，是一种表面现象，比如液态水进入木材的细胞腔，成为木材中的自由水的过程。成为木材中的自由水的过程。 木材吸着水分的过程木材吸着水分的过程 是水分子以气态进入细胞壁，与是水分子以气态进入细胞壁，与细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程。细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程。 吸着滞后现象吸着滞后现象 在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个现象称为吸着滞后现象。现象称为吸着滞后现象。 图图6-9 6-9 木材的水分吸着滞后现象木

18、材的水分吸着滞后现象含含水水率率EMC解吸解吸EMC吸着吸着时间时间 滞后率滞后率 吸着达到的平衡含水率与解吸达到的平衡含吸着达到的平衡含水率与解吸达到的平衡含水率之间的比值称为滞后率，通常用水率之间的比值称为滞后率，通常用A/D表示。滞后表示。滞后率受树种、温度等因素的影响。在常温、相对湿度范率受树种、温度等因素的影响。在常温、相对湿度范围围1090%的条件下滞后率在的条件下滞后率在0.8左右。随着温度的升左右。随着温度的升高，滞后率逐渐下降。高，滞后率逐渐下降。 6.2.4 木材中水分的移动木材中水分的移动针叶树材中水分针叶树材中水分移动移动 针叶树材中水分或其它流体的路径：针叶树材中水分

19、或其它流体的路径：n 管胞内腔和具缘纹孔对组成的毛细管体系，管胞内腔和具缘纹孔对组成的毛细管体系，n 沿着纤维方向上的垂直树脂道，沿着纤维方向上的垂直树脂道，n 射线方向上的射线管胞的内腔和水平树脂道射线方向上的射线管胞的内腔和水平树脂道阔叶树材中水分阔叶树材中水分 移动移动 阔叶树材中水分或其它流体的移动路径：阔叶树材中水分或其它流体的移动路径： 导管、管胞、导管状管胞导管、管胞、导管状管胞阔叶树材的导管上具有穿孔，所以在纤维方向上阔叶树材的导管上具有穿孔，所以在纤维方向上水分可以通过穿孔从一个导管进入纵向邻接的另水分可以通过穿孔从一个导管进入纵向邻接的另一个导管。一个导管。6.2.5 木材

20、的干缩湿胀木材的干缩湿胀木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀现象及成因木材干缩湿胀现象及成因木材干缩性与湿胀性的测定木材干缩性与湿胀性的测定 （1）木材干缩湿胀现象）木材干缩湿胀现象 干缩或湿胀干缩或湿胀 木材干缩湿胀是指木材在绝干状态至木材干缩湿胀是指木材在绝干状态至纤维饱和点的含水率区域内，水分的解吸或吸着会纤维饱和点的含水率区域内，水分的解吸或吸着会使木材细胞壁产生干缩或湿胀的现象。使木材细胞壁产生干缩或湿胀的现象。 n木材的干缩率和湿胀率可以用尺寸（体积）变化与原尺木材的干缩率和湿胀率可以用尺寸（体积）变化与原尺寸（体积）的百分率表示：寸（体积）的百分率表示： %1

21、00%原尺寸（体积）原尺寸（体积）湿胀后尺寸（体积）湿胀率（%100%原尺寸（体积）干缩后尺寸（体积）原尺寸（体积）干缩率（2）木材干缩湿胀的成因）木材干缩湿胀的成因 木材具有干缩性和湿胀性的原因：木材具有干缩性和湿胀性的原因： 木材在失水或吸湿时，木材内所含水分向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，使细胞外蒸发，或干木材由空气中吸收水分，使细胞壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和微晶壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和微晶间水层变薄（或消失）而靠拢或变厚而伸展，间水层变薄（或消失）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从而导致细胞壁乃至

22、整个木材尺寸和体积发生变化。变化。 6.2.5 木材的干缩湿胀木材的干缩湿胀木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀现象及成因木材干缩湿胀现象及成因木材干缩性与湿胀性的测定木材干缩性与湿胀性的测定 （1）木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀的各向异性 干缩率差异干缩率差异: :轴向干缩率一般为轴向干缩率一般为0.10.3%; ; 径向干缩率和弦向干缩率的范围为径向干缩率和弦向干缩率的范围为36%和和612%。三个方向上的干缩率以轴向干缩率最小，三个方向上的干缩率以轴向干缩率最小，这个特征保证了木材或木制品作为建筑材这个特征保证了木材或木制品作为建筑材料的可能性。料的可能性。（2）

23、木材干缩湿胀的各向异性的原因）木材干缩湿胀的各向异性的原因 木材轴向、横向干缩湿胀差异的原因木材轴向、横向干缩湿胀差异的原因n 木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀的各向异性:由木材的构造特点造由木材的构造特点造成的成的; 主要取决于次生壁中层主要取决于次生壁中层(S2)微纤丝的排列方微纤丝的排列方向。向。n 次生壁中层次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向几乎是与细微纤丝的排列方向几乎是与细胞主轴相平行的，而微纤丝是由平行排列的大分子胞主轴相平行的，而微纤丝是由平行排列的大分子链所组成的基本纤丝构成的。链所组成的基本纤丝构成的。 木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因 a

24、 a木射线对径向收缩的抑制木射线对径向收缩的抑制 b b早晚材差异的影响早晚材差异的影响 c c径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响 d d径壁、弦壁纹孔数量的影响径壁、弦壁纹孔数量的影响 6.2.5 木材的干缩湿胀木材的干缩湿胀木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀的各向异性木材干缩湿胀现象及成因木材干缩湿胀现象及成因木材干缩性与湿胀性的测定木材干缩性与湿胀性的测定 木材干缩性与湿胀性的测定木材干缩性与湿胀性的测定 （1 1）试样）试样 试样的尺寸为试样的尺寸为20mm20mm20mm20mm20mm20mm，具体测量时精确到，具体测量时精确到0.01mm

25、0.01mm，其各向应为标准的纵、径或弦向。试样的重量称量精确到其各向应为标准的纵、径或弦向。试样的重量称量精确到0.001g0.001g。 （2）木材干缩率的测定）木材干缩率的测定 原理原理 含水率低于纤维饱和点的湿木材，其尺寸和体积随含含水率低于纤维饱和点的湿木材，其尺寸和体积随含水率的降低而缩小。从湿木材到气干或全干时尺寸及体水率的降低而缩小。从湿木材到气干或全干时尺寸及体积的变化；与原湿材尺寸及体积之比，以表示木材气干积的变化；与原湿材尺寸及体积之比，以表示木材气干或全干时的线干缩性及体积干缩性。或全干时的线干缩性及体积干缩性。 木材线干缩率的计算木材线干缩率的计算 试样从湿材至全干、

26、气干时，径向和弦向的全干缩率、试样从湿材至全干、气干时，径向和弦向的全干缩率、气干干缩率，准确至气干干缩率，准确至0.1%。 Bmax、Bw试样径向或弦向全干干缩率、气干干缩率，；试样径向或弦向全干干缩率、气干干缩率，； Lmax试样含水率高于纤维饱和点试样含水率高于纤维饱和点(即湿材即湿材)时的径向或弦向时的径向或弦向尺寸，尺寸，mm； L0、Lw试样全干、气干时径向或弦向的尺寸，试样全干、气干时径向或弦向的尺寸，mm。100max0maxmaxlll100maxmaxlllWW（3 3）木材湿胀率的测定）木材湿胀率的测定 原理原理 干木材吸湿或吸水后，其尺寸和体积随含干木材吸湿或吸水后，其

27、尺寸和体积随含水率的增高而膨胀。木材全干时的尺寸或体水率的增高而膨胀。木材全干时的尺寸或体积与吸湿至大气相对湿度平衡或吸水至饱和积与吸湿至大气相对湿度平衡或吸水至饱和时的尺寸或体积之比，表示木材的湿胀性。时的尺寸或体积之比，表示木材的湿胀性。 木材湿胀率的计算木材湿胀率的计算 木材的湿胀率可分为线湿胀率与体积湿胀木材的湿胀率可分为线湿胀率与体积湿胀率。木材的湿胀是与干缩相反的过程。率。木材的湿胀是与干缩相反的过程。 6. .3 木材的电学性质木材的电学性质 6.3.1 6.3.1 木材的导电性木材的导电性 6.3.2 6.3.2 木材的介电性木材的介电性 6.3.3 6.3.3 木材的压电效应

28、和界面的动电木材的压电效应和界面的动电性质性质6.3.1 木材的导电性木材的导电性6.3.1.1 电阻率与电导率电阻率与电导率 6.3.1.2 木材的电导原理木材的电导原理 6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素影响木材直流电导率的因素 电阻电阻 在一个固体的两端施加电压的电场，固体中通过的电在一个固体的两端施加电压的电场，固体中通过的电流为，那么该固体的电阻为流为，那么该固体的电阻为电阻率电阻率 是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值，是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值，是物体的固有属性，电阻率越大则材料导电能力越弱。是物体的固有属性，电阻率越大则材料导电能力越弱。电阻率：电阻

29、率： A为导体的截面积（为导体的截面积（ ），），l是电场间导体的长度（是电场间导体的长度（ ）。）。电导率电导率 是电阻率的倒数，电导率越大，则说明材料导电能是电阻率的倒数，电导率越大，则说明材料导电能力越强。力越强。)( IUR)(mlAIUlAR2mm按照电阻率或电导率的大小，所有材料可以划分按照电阻率或电导率的大小，所有材料可以划分为为导体导体、半导体半导体 和和 绝缘体绝缘体（介电体）。（介电体）。导体导体 导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在1010-8-81010-5-5，如金属等；，如金属等；绝缘体绝缘体 绝缘体的导电能力差，一般电阻

30、率高于绝缘体的导电能力差，一般电阻率高于108108的的材料可以称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等；材料可以称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等；半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。6.3.1 木材的导电性木材的导电性6.3.1.1 电阻率与电导率电阻率与电导率 6.3.1.2 木材的电导原理木材的电导原理 6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素影响木材直流电导率的因素 6.3.1.2 木材的电导原理木材的电导原理 木材导电性弱的主要原因木材导电性弱的主要原因: 木材的化学结构组成中不含有导电性良好的木材的化学结构组成中不含有导电性良好

31、的自由电子。自由电子。 木材具有微弱的导电性原因木材具有微弱的导电性原因: 在在木材含量很少的灰分（杂质物质）中含有木材含量很少的灰分（杂质物质）中含有极少量的金属离子，这些微量的离子在电场极少量的金属离子，这些微量的离子在电场作用下会定向移动。作用下会定向移动。n木材的极化现象木材的极化现象:木材中存在的离子可分为两木材中存在的离子可分为两类类。6.3.1 木材的导电性木材的导电性6.3.1.1 电阻率与电导率电阻率与电导率 6.3.1.2 木材的电导原理木材的电导原理 6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素影响木材直流电导率的因素 6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素影响木材直流电导

32、率的因素 （1）含水率）含水率 对电导的活化能对电导的活化能E是决定电导的主要因子，是决定电导的主要因子，E是由离解能量是由离解能量U和迁移能和迁移能S两者来决定的。两者来决定的。 （2）温度）温度 金属：电阻率随着温度升高而增大；金属：电阻率随着温度升高而增大； 木材：电阻率则随温度的升高而变小；木材：电阻率则随温度的升高而变小； （3）纹理方向）纹理方向 木材横纹理方向（垂直于纤维方向）的电阻率较顺纹木材横纹理方向（垂直于纤维方向）的电阻率较顺纹理方向的电阻率大。理方向的电阻率大。 针叶树材横纹理方向的电阻率约是顺纹理方向电阻率针叶树材横纹理方向的电阻率约是顺纹理方向电阻率的的2.34.5

33、倍；倍； 阔叶树材通常达到阔叶树材通常达到2.58.0倍。倍。 （4）密度、树种和试材部位）密度、树种和试材部位 密度密度一般来说，木材密度大，电阻率大；电导率一般来说，木材密度大，电阻率大；电导率小。小。(但影响效果不明显，甚至对于某些个别树种有相反情况但影响效果不明显，甚至对于某些个别树种有相反情况)树种树种-电阻率产生差异。其差异大于密度因素影响电阻率产生差异。其差异大于密度因素影响的差异。的差异。（原因：从木材导电机理来分析）（原因：从木材导电机理来分析）试材部位试材部位-木材中不同部位的电阻率也存在差异。木材中不同部位的电阻率也存在差异。 6.3.2 木材的介电性木材的介电性 交流电

34、交流电方向和强度按某一频率周期性变化的电流称方向和强度按某一频率周期性变化的电流称为交流电。交流电按其频率的高低，大致可分为低频为交流电。交流电按其频率的高低，大致可分为低频(含含工频工频)、射频、射频(又称高频又称高频)。 木材的交流电性质木材的交流电性质是泛指木材在各种频率的交流电是泛指木材在各种频率的交流电场作用下所呈现的各种特性，主要包括木材的介电性质场作用下所呈现的各种特性，主要包括木材的介电性质参数（介电系数、损耗角正切、介质损耗因数等）和交参数（介电系数、损耗角正切、介质损耗因数等）和交流电阻率（或电导率）的变化规律及影响因素。流电阻率（或电导率）的变化规律及影响因素。6.3.2

35、.1 低频交流电作用下木材的电热效应低频交流电作用下木材的电热效应 6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性射频下木材的极化和介电性 6.3.2.3 木材的介电系数木材的介电系数6.3.2.4 木材的介电损耗木材的介电损耗 6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用木材的介电性在木材工业中的应用n6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应低频交流电作用下木材的电热效应n在交流电的低频区域，木材的电学性质与直流电情况下呈在交流电的低频区域，木材的电学性质与直流电情况下呈现同样特性。现同样特性。 例如，在绝干状态下木材电阻极高，随着含水率的增加电例如，在绝干状态下木材电阻极高，随着含水率的

36、增加电阻显著减小，这种变化到纤维饱和点以上时又趋于平缓。阻显著减小，这种变化到纤维饱和点以上时又趋于平缓。6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应低频交流电作用下木材的电热效应 6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性射频下木材的极化和介电性 6.3.2.3 木材的介电系数木材的介电系数6.3.2.4 木材的介电损耗木材的介电损耗 6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用木材的介电性在木材工业中的应用 6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性射频下木材的极化和介电性n射频射频-是频率很高的电磁波，又称高频，其频率范是频率很高的电磁波，又称高频，其频率范围大约从围大约从0.2MHz直

37、至几百甚至几千兆赫。直至几百甚至几千兆赫。n介电性介电性是指物质受到电场作用时，构成物质的是指物质受到电场作用时，构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质。上的迁移的性质。n介电体介电体表现出介电性的物质。表现出介电性的物质。 6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应低频交流电作用下木材的电热效应 6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性射频下木材的极化和介电性 6.3.2.3 木材的介电系数木材的介电系数6.3.2.4 木材的介电损耗木材的介电损耗 6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用木材的介电性在木材工业中

38、的应用 6.3.2.3 木材的介电系数木材的介电系数（1 1）介电系数）介电系数 表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介电体存表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介电体存储电荷能力的物理参数。储电荷能力的物理参数。 定义：木材介质电容器的电容量与同体积尺寸、同几何定义：木材介质电容器的电容量与同体积尺寸、同几何形状的真空电容器的电容量之比值。通常取为介质电容形状的真空电容器的电容量之比值。通常取为介质电容C C与与空气电容空气电容C C0 0之比。之比。 介电系数值越小，电绝缘性越好。介电系数值越小，电绝缘性越好。 水的介电系数为水的介电系数为81，硬质陶瓷的介电系数为，硬质陶瓷的介电

39、系数为5.73，云母的介，云母的介电系数为电系数为7.17.7。绝干木材的介电系数约为。绝干木材的介电系数约为2，湿材的介电，湿材的介电系数大于干材；系数大于干材； 木材横纹理方向的介电系数小于顺纹理方向。如绝干栎木的木材横纹理方向的介电系数小于顺纹理方向。如绝干栎木的顺纹介电系数为顺纹介电系数为3.64，横纹介电系数为，横纹介电系数为2.46。0CC（2）影响木材介电系数的因素）影响木材介电系数的因素 主要包括主要包括木材含水率木材含水率、密度密度、频率频率、树种树种、纹理方向纹理方向、电场方向电场方向等。等。 含水率的影响含水率的影响 在温度和频率不变的条件下，木材的介电系数随含水率在温度

40、和频率不变的条件下，木材的介电系数随含水率u的增加而增大。的增加而增大。 密度的影响密度的影响 木材的介电系数随密度的增加而增大。木材的介电系数随密度的增加而增大。 频率的影响频率的影响 在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率的增加而逐渐在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率的增加而逐渐减小。减小。 纹理方向纹理方向 木材介电系数具有各向异性。木材介电系数具有各向异性。 顺纹方向的介电系数比横纹方向的介电系数大顺纹方向的介电系数比横纹方向的介电系数大30%60%，随着，随着含水率的升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势。含水率的升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势。

41、6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应低频交流电作用下木材的电热效应 6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性射频下木材的极化和介电性 6.3.2.3 木材的介电系数木材的介电系数6.3.2.4 木材的介电损耗木材的介电损耗 6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用木材的介电性在木材工业中的应用 6.3.2.4 木材的介电损耗木材的介电损耗 木材处于交流电场中，由于偶极子运动时的木材处于交流电场中，由于偶极子运动时的内摩擦阻力等相互间的作用，使介质偶极矩取向内摩擦阻力等相互间的作用，使介质偶极矩取向滞后于外施电场的变化，宏观表现为通过介质的滞后于外施电场的变化，宏观表现为通过介质

42、的总电流总电流I在相位上滞后于极化电流在相位上滞后于极化电流Ic，这样每一周，这样每一周期中有一部分电能被介质吸收发热，这种现象称期中有一部分电能被介质吸收发热，这种现象称为为介质损耗介质损耗。 （1）损耗角正切和功率因数）损耗角正切和功率因数 损耗角正切损耗角正切tg ：介质在交流电场中每周期内热介质在交流电场中每周期内热消耗的能量与充放电所用能量之比，在数值上等消耗的能量与充放电所用能量之比，在数值上等于热耗电流于热耗电流IR与充放电电流与充放电电流IC之比。之比。功率因数功率因数：每周期之内有功功率（热消耗功率）与视：每周期之内有功功率（热消耗功率）与视在功率（等于外施电压与总电流的乘积

43、）之比，在数在功率（等于外施电压与总电流的乘积）之比，在数值上等于热耗电流与总电流之比。值上等于热耗电流与总电流之比。 （2）介质损耗因数介质损耗因数（也称介电损耗率）（也称介电损耗率） 等于介电系数与损等于介电系数与损耗角正切的乘积。耗角正切的乘积。 （3）影响木材介质损耗的主要因素）影响木材介质损耗的主要因素 含水率含水率的影响的影响 在相同频率下，木材损耗角正切与含水率在相同频率下，木材损耗角正切与含水率u的关系为：的关系为：在纤维饱和点以下，随在纤维饱和点以下，随u的增加而明显增大，但是在纤维饱和点以的增加而明显增大，但是在纤维饱和点以上，这种变化趋于平缓。上，这种变化趋于平缓。 频率

44、频率的影响的影响 木材的介质损耗与频率的关系十分复杂。木材的介质损耗与频率的关系十分复杂。 密度密度的影响的影响 介质损耗因数与密度介质损耗因数与密度有着明显的正相关关系，随有着明显的正相关关系，随的增加线性地增大。的增加线性地增大。 纹理方向纹理方向的影响的影响 木材的损耗角正切和介质损耗因数：木材的损耗角正切和介质损耗因数： 6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应低频交流电作用下木材的电热效应 6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性射频下木材的极化和介电性 6.3.2.3 木材的介电系数木材的介电系数6.3.2.4 木材的介电损耗木材的介电损耗 6.3.2.5 木材的介电性在木材

45、工业中的应用木材的介电性在木材工业中的应用 6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用木材的介电性在木材工业中的应用 (1)交流介电式水分仪交流介电式水分仪 通过测定木材的介电参数并将其转化成含水率的方法可通过测定木材的介电参数并将其转化成含水率的方法可以测定木材的含水率。以测定木材的含水率。 (2)木材及木制品的高频热固化胶合工艺木材及木制品的高频热固化胶合工艺 木材在低含水率状态下属于极性介电体，所以当把热固性木材在低含水率状态下属于极性介电体，所以当把热固性的湿胶黏剂施于木材表面时，由于两者的介电性不同，可以的湿胶黏剂施于木材表面时，由于两者的介电性不同，可以达到选择性加热的目的。达

46、到选择性加热的目的。 (3) 高频干燥技术高频干燥技术 高频干燥机理高频干燥机理：是利用湿木材中的水分子在高频：是利用湿木材中的水分子在高频电场中的极化来加快干燥进程。电场中的极化来加快干燥进程。 微波干燥机理微波干燥机理；利用分子运动的内部加热，而且比高频；利用分子运动的内部加热，而且比高频更接近水分子的介电吸收频率，有利于木材内水分温度的更接近水分子的介电吸收频率，有利于木材内水分温度的提高和排出。提高和排出。 应用方面：应用方面： 刨花板、纤维板、木塑复合材（刨花板、纤维板、木塑复合材（WPC）的加热聚合、）的加热聚合、木材的弯曲成型加工技术、纤维板的定向铺装、木材解冻、木材的弯曲成型加

47、工技术、纤维板的定向铺装、木材解冻、防腐和杀虫处理等方面得以应用。防腐和杀虫处理等方面得以应用。 6.3.3 木材的压电效应和界面的动电性质木材的压电效应和界面的动电性质6.3.3.1 压电效应压电效应 6.3.3.2 界面的动电性质界面的动电性质 6.3.3.1 压电效应压电效应 具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等作用下的应变也能引起电荷定向集聚（极化）从作用下的应变也能引起电荷定向集聚（极化）从而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化称为压电效应称为压电效应。 6.3.3.2 界面的动电性质界面的动电性质

48、 在纤维素和木材中，其高分子内具有活性的在纤维素和木材中，其高分子内具有活性的羟基，当木材的微细粉末分散于水中时，因为选羟基，当木材的微细粉末分散于水中时，因为选择性地吸着羟基离子，所以粒子相对于水带有了择性地吸着羟基离子，所以粒子相对于水带有了负电荷，负电荷，这种现象称为界面动电性这种现象称为界面动电性，此时界面上，此时界面上产生的电位产生的电位就是就是-电位电位。 6.4木材的热学性质木材的热学性质 用用比热、导热系数、导温系数比热、导热系数、导温系数等热物理参数等热物理参数来综合表征的。这些热物理参数，在木材加工的来综合表征的。这些热物理参数，在木材加工的热处理（如原木的解冻、木段的蒸煮

49、、木材干燥、热处理（如原木的解冻、木段的蒸煮、木材干燥、人造板板坯的加热预处理等）中，是重要的工艺人造板板坯的加热预处理等）中，是重要的工艺参数；在建筑部门进行隔热、保温设计时，是不参数；在建筑部门进行隔热、保温设计时，是不可缺少的数据指标。可缺少的数据指标。6.4.1 木材的比热和热容量木材的比热和热容量6.4.2 木材的导热系数木材的导热系数6.4.3 木材的导温系数木材的导温系数6.4.4 木材的蓄热系数木材的蓄热系数6.4.5 木材的热膨胀与热收缩木材的热膨胀与热收缩6.4.6 热对木材性质的影响热对木材性质的影响6.4.7 木材热物理参数的测量木材热物理参数的测量6.4.1 木材的比

50、热和热容量木材的比热和热容量n热容量热容量:n热容量系数热容量系数:n n n 1 、0 为温度为温度n比热比热:为单位量的某种物质温度变化为单位量的某种物质温度变化1所吸收或所吸收或放出的热量。放出的热量。)(/01mQmQC)(01mCQ6.4.2 木材的导热系数木材的导热系数n导热系数表征物体传递热量的能力。导热系数表征物体传递热量的能力。n导热系数（导热系数（ ）：以在物体两个平行的相对面之：以在物体两个平行的相对面之间的距离为单位，温度差恒定为间的距离为单位，温度差恒定为1时，单位时时，单位时间内通过单位面积的热量。间内通过单位面积的热量。n 单位为单位为W/(mK)。n传导的热量传

51、导的热量Q：n nA为垂直于热流方向的面积为垂直于热流方向的面积(m2)；t为时间为时间(h)；1和和2分别为低温面和高温面的温度分别为低温面和高温面的温度()；d为两面为两面间的距离。间的距离。dtAQ)(12)(12tAdQn影响木材导热系数的主要因子：影响木材导热系数的主要因子：n(1)木材密度的影响木材密度的影响 n木材导热系数随着木材密度的木材导热系数随着木材密度的增加大致成比例地增加。增加大致成比例地增加。在室温、气干含水率条件下木材密度对导热系在室温、气干含水率条件下木材密度对导热系数的影响数的影响（自刘一星，（自刘一星，19941994）热流方向为弦向；热流方向为弦向；热流方向

52、为径向热流方向为径向n (2)含水率的影响含水率的影响 n随着木材含水率的增加，木材的导热系数增大。随着木材含水率的增加，木材的导热系数增大。n(3)温度的影响温度的影响 n导热系数随温度的升高而增大。导热系数随温度的升高而增大。n (4)热流方向的影响热流方向的影响 n同树种木材顺纹方向的导热系数明显大于横纹方向的导热系数。同树种木材顺纹方向的导热系数明显大于横纹方向的导热系数。 径向导热系数大于弦向，平均约相差径向导热系数大于弦向，平均约相差12.7%。 6.4.3 木材的导温系数木材的导温系数n导温系数又称热扩散率（导温系数又称热扩散率（ ）。）。n是表征材料是表征材料(如木材如木材)在

53、冷却或加热的非稳定状态过程中，在冷却或加热的非稳定状态过程中，各点温度迅速趋于一致的能力各点温度迅速趋于一致的能力(即各点达到同一温度的即各点达到同一温度的速度速度)。n 导温系数导温系数(m2/s)；n导热系数导热系数W/(mK)；nC 比热比热kJ/(kgK)；n密度密度(kg/m3)；nC 体积热容量体积热容量kJ/(m3K)。 )/(2smC 木材的导温系数的影响因子木材的导温系数的影响因子：密度、含水率、温度和热流方向：密度、含水率、温度和热流方向 （1）木材密度的影响）木材密度的影响 （2）含水率的影响）含水率的影响 （3）温度的影响）温度的影响 n温度对导温系数的影响幅度较小；在

54、正温度温度对导温系数的影响幅度较小；在正温度(0100)下，下，绝干木材的导温系数随温度的上升而略有降低。绝干木材的导温系数随温度的上升而略有降低。（4）热流方向的影响）热流方向的影响 n热流方向对木材导温系数的影响与它对导热系数的影响方热流方向对木材导温系数的影响与它对导热系数的影响方式相同。式相同。6.4.4 木材的蓄热系数木材的蓄热系数 蓄热系数（蓄热系数（ S ），是表征在周期性外施热作用），是表征在周期性外施热作用下，材料储蓄热量的能力的热物理参数。下，材料储蓄热量的能力的热物理参数。 kJ/(m2hK) TCS2 6.4.5 木材的热膨胀与热收缩木材的热膨胀与热收缩 热膨胀热膨胀：

55、固体的尺寸随温度升高而增大的现象。：固体的尺寸随温度升高而增大的现象。 线热膨胀系数线热膨胀系数和体积热膨胀系数和体积热膨胀系数： n木材的热膨胀系数很小，一般可忽略其热膨胀效应。但是，木材的热膨胀系数很小，一般可忽略其热膨胀效应。但是，当木材内部有温度梯度时，会因热膨胀产生内部应力可能当木材内部有温度梯度时，会因热膨胀产生内部应力可能造成木材的变形。造成木材的变形。6.4.6 热对木材性质的影响热对木材性质的影响n木材在受热条件下，吸湿性降低（由于吸湿性较强的多木材在受热条件下，吸湿性降低（由于吸湿性较强的多糖类的热分解所致），弹性模量提高；如继续延长热处糖类的热分解所致），弹性模量提高；如

56、继续延长热处理时间，就会造成木材化学成分的热分解，导致木材力理时间，就会造成木材化学成分的热分解，导致木材力学性质降低。学性质降低。n长期蒸煮处理可导致木材弹性模量减小、各种力学强度长期蒸煮处理可导致木材弹性模量减小、各种力学强度下降，尤其是对冲击韧性的影响显著，其主要原因是长下降，尤其是对冲击韧性的影响显著，其主要原因是长期蒸煮过程中半纤维素的过度降解和脱出。期蒸煮过程中半纤维素的过度降解和脱出。n适当温度、时间条件下的水煮或汽蒸处理，可以起到释适当温度、时间条件下的水煮或汽蒸处理，可以起到释放内部应力、降低吸湿性、固定木材变形的作用。放内部应力、降低吸湿性、固定木材变形的作用。6. .5

57、木材的声学性质木材的声学性质 木材的声学性质，包括木材的振动特性、传声特性、空间声学性质(吸收、反射、透射)、乐器声学性能品质等与声波有关的固体材料特性。 6. .5 木材的声学性质木材的声学性质6.5.1 木材的振动特性木材的振动特性6.5.2 木材的传声特性木材的传声特性6.5.3 木材声学性能品质评价简述木材声学性能品质评价简述6.5.4 木材的声传播、声共振与木材的声传播、声共振与 材质无损检测材质无损检测6.5.1 木材的振动特性木材的振动特性 共振共振是指物质在强度相同而周期变化的外力作用是指物质在强度相同而周期变化的外力作用下，能够在特定的频率下振幅急剧增大并得到最下，能够在特定

58、的频率下振幅急剧增大并得到最大振幅的现象。大振幅的现象。 共振现象对应的频率称为共振现象对应的频率称为共振频率或固有频率共振频率或固有频率。阻尼自由振动：阻尼自由振动：6.5.1 木材的振动特性木材的振动特性6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率木材的三种基本振动方式与共振频率 6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减木材的声辐射性能和内摩擦衰减 6.5.1.3 木材的声阻抗木材的声阻抗(特性阻抗特性阻抗) 6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率木材的三种基本振动方式与共振频率 振动方式：纵向振动、横向振振动方式：纵向振动、横向振 动动(弯曲振动弯曲振动)和扭转振动。和

59、扭转振动。 (1)纵向振动纵向振动 纵向振动是振动单元纵向振动是振动单元(质点质点)的位移方向与由此位移产的位移方向与由此位移产生的介质内应力方向相平行的振动。生的介质内应力方向相平行的振动。 长度方向的声速长度方向的声速v： 基本共振频率基本共振频率fr： 木棒长度为木棒长度为L，密度为，密度为，弹性横量为，弹性横量为EEv ELLvfr212n(2)横向振动横向振动 n 横向振动：横向振动：振动元素位移方向和引起的应力方向互相垂直振动元素位移方向和引起的应力方向互相垂直的运动。（木结构和乐器上使用）的运动。（木结构和乐器上使用）n横向振动包括弯曲运动。横向振动包括弯曲运动。n木棒横向振动的

60、共振频率的影响因素：木棒横向振动的共振频率的影响因素：n 木材试样的几何形状、尺寸和声速，振动运动受到抑木材试样的几何形状、尺寸和声速，振动运动受到抑制的方式有关。制的方式有关。n(3)扭转振动扭转振动 n 扭转振动：扭转振动：振动元素的位移方向围绕试件长轴进行回转，振动元素的位移方向围绕试件长轴进行回转，如此往复周期性扭转的振动。如此往复周期性扭转的振动。n试件基本共振频率试件基本共振频率fr取决于该外加质量的惯性矩取决于该外加质量的惯性矩I、试件、试件的尺寸和刚性模量的尺寸和刚性模量Gn式中：式中：r为圆截面试件的半径；为圆截面试件的半径；L为试件的长度。为试件的长度。LIGrfr826.