木材科学与工程概论课件

木材科学与工程概论

2010.3.

绪论1木材工业在国民经济中的地位和作用中国已成为全球木制品生产大国木材工业是常青产业、富民产业

绪论1木材工业在国民经济中的地位和作用在世界公认的四大原材料中（钢铁、水泥、塑料、木材），木材是唯一可再生对环境友好的生物质材料。与其他矿物材料相比，木材加工耗能最低、对环境污染小，可自然降解和回收利用，树木生长过程中还具有固碳作用。在21世纪人类生存和发展所面临的资源、能源、环境等一系列重大问题中，木材工业具有不可替代的作用。木材加工行业尽管是传统产业，但其产品与人民生活密不可分，经济越发达，人们对天然木质材料产品需求越迫切，从这一意义上讲，木材加工业是常青产业。木材加工业是劳动密集型行业，劳动力容纳量大，对当前我国所处社会转型期显得尤为重要，所以木材工业也是富民产业。绪论我国森林资源消费结构森林年均消耗量：3.2-3.3亿米商品材：1.5-1.6亿米³生产商品原木：9200万米³

农民自用材：约0.8亿米³

薪材：约0.9亿米³

森林年生长量：约4.7亿米³

自然枯损、火灾损失等：约0.6亿米³

实际生长量：约4.1亿米³

理论上有资源结余：0.8-0.9亿米³

实际4.1亿生长量中，成过熟林生长量仅1.1亿米³，占26%，尚有一部分在天然禁伐地区，其余为中、幼林、疏林，故用材林资源赤字十分严重。绪论木材生产与贸易2008年木材产量

原木7357.32万米³锯材2840.95万米³

木材历年进口情况

1950-195930万米³

1960-19695.14万米³

1970-19794.64万米³

1980-19891.33亿米³

1990-19941.14亿米³

1995-19992.26亿米³

20021.116亿米³

20031.231亿米³

绪论制材与干燥锯材

2001731万米³

2002851万米³

20072829万米³

20082840万米³

干燥

80年代约400万米³

90年代约800万米³

2000年以后约1300万米³

绪论人造板年产量、产值变化1970年24万米³10余亿元1980年91万米³40亿元1995年1700万米³200多亿元2000年2000万米³300多亿元2005年6400万米³1200亿元2007年8800万米³1500亿元绪论家具生产年产值变化

195715.8亿元19667.59亿元197913亿元1985

29亿元1995466亿元20001200亿元20053400亿元20075400亿元20086480亿元绪论木门窗木包装工程木构件竹材产品木工与人造板机械绪论3.木材工业发展趋势中国城镇化建设对木材工业的拉动木材工业实行战略升级，做大做强解决资源制约问题科技创新，提升行业竞争力循环利用木材，倡导绿色生产与消费绪论中国城镇化建设对木材工业的拉动城镇化率1978年17.9%1995年29.0%1996年30.5%2008年45.7%城镇居民人数与住宅建设

1980年1.9亿人,人均不足5平方米2005年5.4亿人,人均超过26平米2020年要超8.5亿人，人均超35平米绪论木材工业战略升级，做大做强

中国如何从木材工业大国走向木材工业强国。木材行业上市公司代表了中国木业未来发展方向。.（吉林森工、大亚、宜华、德华、圣象、永安林业、德尔）

外资的进入，预示国内市场将进入全球化竞争。（欧洲克诺斯班在中国中密度和强化地板生产线、控股上海板机厂;美国阿姆斯壮与大自然合资建地板厂;IFC入股广西丰林人造板;美国凯雷基金入股上海安信地板…)

中国木材工业需产业升级，走品牌集中化、产权多元化、规模大型化、经理职业化中国特色之路。绪论全世界木材贸易量（2000）工业材原木：1.2亿米³

锯材（含枕木）：1.05亿米³

木质人造板：0.38亿米³

纸浆、废纸：0.46亿吨纸、纸板：0.72亿吨中国进口量（2003）0.25亿米³占总量1/5550万米³占总量1/200.24亿吨占总量1/5绪论科技创新，提升行业竞争力木质环境材料与制品研发功能性木基复合材料研发木制品先进制造技术节能技术，低碳经济，环境友好

绪论循环利用木材，倡导绿色生产与消费坚持开发与节约并重、节约优先的方针，按照减量化、再利用、资源化原则，大力推进节能节材，加强资源综合利用，全面推行清洁生产，完善再生资源回收利用体系，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的节约型增长方式。重视城市木材废料和废纸回收利用问题。绪论4.木工概论主要讲授内容木材学制材学木材干燥学木质复合材料制造学木制品生产绪论人类对森林资源的认识与演变

农业社会工业社会20世纪80年代

林业生态建设；林业产业建设北休、南用、东扩、西进苏北模式：杨树华南模式：桉树 现代化的木材工业企业（大亚木业厂区图）德国蒂芬巴赫连续压机第一章木材学知识

木材产品主要应用领域（2003）总量28310万米³100%建筑、装修6300万米³22%家具3150万米³11%造纸9050万米³32%农业及农村6000万米³22%其他3810万米³13%1.木材构造木材宏观特征木材三切面：横切面，弦切面，径切面边材和心材:显心材，边材，隐心材年轮（生长轮）早材和晚材（春材、秋材）有孔材-阔叶材（散孔材，环孔材，半环孔材）无孔材-针叶材树脂道，树胶道木射线（细，中等，宽）轴向薄壁组织红松(Pinuskoraiensis)欧洲水青木(Fagussylvatica)1.木材构造细胞壁超微结构

葡萄糖基—纤维素大分子—基本纤丝—微纤丝—细胞壁结晶区，非结晶区初生壁：P层--厚度大于1%次生壁：S1层—10%-22%S2层—70%-90%S3层—2%-3%1.木材构造木材显微结构针叶材显微组成（简单）厚壁组织管胞大约占90%木射线管胞薄壁组织轴向薄壁组织树脂道木射线薄壁组织大约占7%阔叶材显微组成（复杂）厚壁组织导管大约占20%阔叶管胞木纤维大约占50%薄壁组织轴向薄壁组织树胶道木射线薄壁组织大约占17%2.木材性质木材物理特性木材密度生材密度气干密度全干密度基本密度树种差异（0.12-1.2）树干部位差异2.木材性质木材物理特性

木材中水分自由水吸附水化合水

木材含水率纤维饱和点木材吸湿性

木材干缩与湿胀2.木材性质木材物理特性木材热学性质

热传递热扩散热分解2.木材性质木材物理特性木材电学性质直流电性质高频介电性质2.木材性质木材环境学特性

木材视觉特性

木材颜色木材光泽木材结构（粗糙、细致光滑…）木材花纹（纹理、髓斑和节子组成的图案和变化）2.木材性质木材环境学特性

木材触觉特性木材表面冷暖感木材表面粗糙感木材表面软硬感

木材气味重量2.木材性质木材环境学特性

木材调湿特性身体舒适湿度55%-60%木材调湿能力

木材声学性质反射（音乐厅声学板）吸收（软质吸音板）2.木材性质木材力学性质按材料力学性质分强度、硬度、刚性、韧性按荷载形式分静力荷载冲击荷载振动荷载长期荷载按作用力方式分拉伸、压缩、剪切、弯曲、扭转按作用力方向分顺纹横纹（径向、弦向）按材料力学性质分抗劈力握钉力弯曲能力耐磨性2.木材性质木材的各向异性木材弹性模量木材的糯变木材的松驰木材的塑性

3.木材主要缺陷与改性木材木材生长缺陷斜纹节子（活节、死节）树木生长应力（夹锯、劈裂）应力木（应压木、应拉木）脆性（三人木）树脂缺陷夹皮

2.3木材主要缺陷与改性木材干燥缺陷开裂（表裂、端裂、内裂）开裂节和节子松动翘曲（瓦翘、弓翘、顺弯、扭曲）表面硬化皱缩轮裂机械加工缺陷凹凸纹理粗松纹理毛状纹理撕裂纹理DryingDefects板材皱缩

3.木材主要缺陷与改性木材木材变色木材霉变木材腐朽木材虫害湿心材幼龄材

3.木材主要缺陷与改性木材防腐木材阻燃木材木材尺寸稳定处理木塑复合材（WPC）木材染色炭化木压缩木金属木木材陶瓷纳米木材第二章制材学制材学是一门研究原木特性，原木与锯材贮存、保管，制材设备使用，原木锯解工艺，锯材分选与检验，锯材深加工和剩余物利用及制材企业设计的理论和技术的课程。制材学任务:提高原木出材率、锯材质量、劳动生产率，改善劳动环境，增加产品附加值、经济效益最大化，提升企业现代化水平。第二章制材学制材是木材机械加工工业中最基本和出现最早的工业部门，制材工业同时也是世界木材工业中最大的部门之一。世界工业材年采伐量16.82亿立方米，约50%用于生产制材。约有20万个制材厂。锯材产量4.2亿立方米.2008年，中国原木（工业材）年产量7357万立方米，锯材2840万立方米。大、中型制材企业约2000多个。第二章制材学制材工业发展2000多年前鲁班发明手锯。公元前600年埃及金字塔壁画中青铜手锯。1780年前后欧洲出现水力框锯、圆锯制材厂。1880年英国发明第一台带锯机。20世纪上半叶制材企业机械化流水作业，大型化。20世纪下半叶制材工业现代化技术应用（光电技术，CT扫描检测，应力分等，计算机制材等等）。近30年受到木材资源制约，全球锯材产量增长很小，制材工业发展减缓。产品向深加工发展。第二章制材学1.制材生产的原料与产品原条造材原条原木造材方法与原则原木长度原木直径量材优先原则（特殊、优质、长材，尖削度，见弯取直，缺陷集中）第二章制材学1.制材生产的原料与产品原木按树种分针叶材原木（建筑、车船等）阔叶材原木（家具、文体、装修等）按使用方式分直接用原木（支柱、支架等）单板用原木（镟切、刨切等）锯切用原木第二章制材学1.制材生产的原料与产品锯切用原木

树种和用途（针叶材、阔叶材国家标准）

尺寸和公差（检尺长、检尺径、进级、长级公差）

材质等级（国家标准）

原木检验和等级评定（等级缺陷限度，国家标准）

原木断面形状，原木尖削度，原木弯曲

活节、死节、漏节，心材腐朽，边材腐朽，虫眼，纵裂，外夹皮，弯曲，扭转纹，外伤，偏枯等第二章制材学1.制材生产的原料与产品制材生产的产品

锯材分类

树种，用途，厚度（薄、中、厚），锯材断面位置（髓心板、半心板、边板），加工特征（整边板、毛边板、缺棱板），年轮与材面角度（玹切、径切）锯材产品名称（主产品，副产品，连产品，小规格材）制材生产副产品（工艺木片，木地板，木制品，胶合木，树皮，锯屑，薪炭材）第二章制材学1.制材生产的原料与产品原木与锯材的贮存保管原木贮存保管贮木场水存法、湿存法、干存法锯材贮存保管板院场地规划与技术要求第二章制材学2.原木锯解工艺与设备制材设备主要工艺设备锯机类型带锯机，圆锯机，排锯机，联锯，削片制材联合机等锯机附属设备跑车，原木上车装置，翻木装置，接板、分板、传送装置等

其他工艺设备原木分类、材积自动检测机械，剥皮机械，金属探测仪，选、堆材机械等第二章制材学2.原木锯解工艺与设备原木锯解工艺与设备出材率质量系数价格率下锯法单锯法、群锯法四面、三面和毛板下锯法第二章制材学2.原木锯解工艺与设备原木锯解工艺与设备下锯图

毛板下锯法下锯图三面下锯法下锯图四面下锯法下锯图设计下锯图的原则

主产出材率，价格率，锯材产品合理搭配，综合考虑原木的树种、材长、径级、缺陷及其形状等因素，合理分配各锯机的工作量、均衡生产。第二章制材学2.原木锯解工艺与设备原木锯解工艺与设备最大出材率计算

圆柱形、椭圆形、原木边部板皮锯解下锯法根据板皮厚度先锯中、薄毛边板，再合理裁边、截头缺陷原木下锯法节子原木，腐朽原木，裂纹原木，弯曲原木，偏心原木，尖削度过大原木，髓心原木，虫害原木下锯法特种锯材下锯法

径向材下锯法，炫向材下锯法第二章制材学2.原木锯解工艺与设备提高出材率的工艺措施

实行产品专业化生产改进加工工艺和方法（合理的工艺流程、合理的下锯图、合理的下锯方法、合理留钝棱、合理截断、板皮合理锯割）加强修锯技术，减小锯路宽度提高锯机精度，减小误差第三章木材干燥学1.绪论木材干燥的作用与意义

预防木材腐朽变质和虫害

防止木材的变形和开裂

提高木材的力学强度，改善木材的物理性能

减轻木材的重量

第三章木材干燥学1.绪论木材干燥方法大气干燥

普通气干强制气干

窑干

低温窑干常规窑干高温窑干除湿（热泵）干燥

真空干燥

连续真空间歇真空

太阳能干燥

高频、微波干燥常规窑干与微波联合干燥

热压（压板）干燥

太阳能干燥组合干燥第三章木材干燥学1.绪论木材干燥技术进展

锯材人工干燥量通常占锯材总量

西方发达国家60%-70%,美国90年代达83%中国20%左右

与我国全球家具、木地板、人造板第一生产大国身份极不相符。我国的木材干燥工业任重而道远。第三章木材干燥学

1.绪论木材干燥技术进展木材产品加工精度要求不断提高。（三层实木复合地板面板尺寸误差<0.1mm）

木材产品要求实行含水率精准控制。（实木地板含水率片检）古典家具、工艺品收藏市场变大，对木材材质稳定提出高要求。（木材尺寸稳定化处理、碳化处理）第三章木材干燥学1.绪论木材干燥技术进展

传统木材干燥行业需要用现代科学技术来改造和拓展

智能化，集成化，精准干燥，绿色干燥

重视进口木材材性和干燥技术研究

高效优质，节能减排，又好又快。人工林木材的功能改良、修饰

材料重组：MDF;胶合板材；LVL；科技木（人造仿真锯材）

密实化处理：表层密实化处理；浸渍处理（物理充填）；压缩木

干燥与改性一体化技术：脱脂干燥处理；热压干燥第三章木材干燥学2.木材干燥基本原理木材含水率绝对含水率,相对含水率自由水吸附水纤维饱和点木材平衡含水率木材吸湿滞后干缩与湿胀木材干缩系数

第三章木材干燥学2.木材干燥基本原理木材中水分迁移表面水分蒸发内部水分移动1/1000含水率梯度木材干燥应力含水率应力残余应力应力与应变第三章木材干燥学

3.木材干燥工艺

木材干燥原则木材干燥基准时间基准含水率基准波动基准干燥梯度基准3.木材干燥工艺干燥前预处理中间处理终了处理调湿处理第三章木材干燥学第三章木材干燥学3.木材干燥工艺木材干燥质量要求含水率均匀性应力偏差可见缺陷表裂,端裂,内裂瓦弯,弓弯,顺弯,翘曲皱縮，变色木材加工全过程含水率管控干材仓库片检养生处理二次干燥木材中不同位置木材的不同变形第三章木材干燥学

4.木材窑干设备木材窑干设备类型

自然循环干燥窑强制循环干燥窑周期式干燥窑连续式干燥窑砖混结构干燥窑金属装配式干燥窑上部风机式侧向风机式端部风机式喷气式1.风机2.加热器3.测试孔4.称重装置5.操纵柄6.进气道7.挡风板8.排气道9.排气道10.电机11.喷蒸管12.挡风板侧风机型干燥窑端风机型干燥窑1.大门2.通风机3.进、排气道4.操纵柄5.疏水器6.长轴7.加热器8.测试口9.喷蒸管第三章木材干燥学4.木材窑干设备干燥窑壳体

需满足密闭、保温与防腐蚀的特殊要求木材窑干设备主要组成 供热系统，调湿系统，通风系统，检测与自控系统。第三章木材干燥学5.现代木材干燥技术木材真空干燥

原理

压力差作用、低沸点蒸发

真空干燥方式

连续式、间歇式

真空干燥加热方式

对流加热、高频加热、热板（接触）加热

第三章木材干燥学5.现代木材干燥技术木材真空干燥

优点：干燥速度快，干燥质量好。

缺点：设备容量较小，真空系统复杂。

真空干燥法适用范围

透气性好的木材