木材物理复习资料

木材密度:某一含水率的木材质量/某一含水率的木材体积木材比重:（木材绝干质量/任意含水率的木材体积）/4oC水的密度2.比重和密度的区别与联系密度有单位，比重是无量纲；绝干密度和绝干比重、基本密度和基本比重在数值上相等；随着木材中水分的增加，密度增大，比重减小；基本密度是木材密度的最小值，绝干比重是木材比重的最大值。材中水分存在的状态1.绝干状态（Oven-driedcondition）木材在103±2oC条件下，干燥至质量不变的无水状态2.气干状态（Air-driedcondition）木材的含水量与大气相对湿度相平衡的状态，其含水率称为气干含水率3.纤维饱和点（Fibersaturationpoint）当细胞壁内完全被水分所饱和，而细胞腔或细胞间隙等空隙中不存在液态水分的状态，其含水率称为纤维饱和点（F.S.P），对于所有木材约为25%-35%，平均值为28%（或30%）。木材的纤维饱和点含水率随树种不同、木材构造与化学组成的改变而变化。纤维饱和点的测定方法纤维饱和点是木材性质变化的转折点。木材含水率在纤维饱和点以上变化时，木材的形状、力学强度等性质都几乎不受影响。相反，当木材含水率在纤维饱和点以下变化时，上述木材性质就会因含水率的增减产生显著而有规律的变化。4.生材状态（Greencondition）细胞壁内被水分饱和，细胞腔等空隙部分会有部分液态水分存在的立木，或刚采伐后的生材状态，其含水率称为生材含水率5.饱水状态（Watersaturationcondition）木材内部完全被水分所饱和时的状态，此时的含水率称为最大含水率木材所能保持的最大水分限度是由绝干密度决定的。木材中水分的种类1.化学水（Chemical-bondedwater）又称构造水，2.自由水（Freewater）自由水存在于木材的大毛细管系统中，即存在于细胞腔和细胞间隙中的水分自由水与木材性质的关系自由水的变化会使木材的质量增减，对于热或电性质有一定程度的影响，但对于其它性质没有影响。3.吸着水（Adsorbedwater）由吸附水（boundwater）和毛细管凝结水（Capillarycondensedwater）两部分组成。吸附水是指被吸附在微晶表面和无定形区域内纤维素分子游离羟基（-OH）上的水分吸附水含量的影响因素吸附水数量取决于木材内表面的大小和游离羟基的多少。不同树种木材内表面大小和游离羟基数量相近，因此吸附水含量基本上是相同的，平均约为24%。吸附水与木材化学组分呈物理化学（范德华力与氢键力）的结合.吸附水的分类单分子层吸着水。又称为化学吸着水多分子层吸着水（Polymolecularlyabsorbedwater）。在单分子层吸着水的表面，通过范德华力或氢键结合将水分子形成多分子吸着水毛细管凝结水在相对湿度较高条件下，凝结在木材毛细管系统中的水分吸着水与木材性质的关系吸着水数量的变化对木材性质的影响很大，如木材的力学性质、尺寸胀缩、导电性等都随吸着水的增减而发生改变。影响吸着水含量的因素木材中吸着水含量在树种间差别较小，对于不同树种来说，一般在23%-30%范围内，平均约为30%。吸着水不易从木材中逸出，只有当自由水蒸发殆尽，且木材中水蒸汽压力大于周围空气中水蒸汽压力时，才可由木材中蒸发在一定相对湿度下，温度与平衡含水率的关系曲线。当相对湿度一定而温度不同时，木材的平衡含水率随着温度的升高而减小。原因：温度升高，水分子的动能增加，分子间相互作用减弱，使得脱离木材界面向空气中蒸发的水分子增多。平衡含水率1.基本概念将生材、绝干材或任意含水率的木材放置在某温湿度的大气环境中时，木材根据大气的水蒸汽压（相对湿度），重复着进行吸湿、解吸现象，当木材的吸湿速率与解吸速率达到平衡时的木材含水率，称为该相对湿度的平衡含水率（Equilibriummoisturecontent，简称E.M.C）。木材平衡含水率的高低，因树种不同而有差异，但差异不大，在生产上并不考虑。它除与树种有关外，主要取决于空气的温度和湿度。平衡含水率的意义使人们认识到，木材在制成木制品前，必须干燥到与所在地区空气温、湿度相适应的木材平衡含水率。这样才可避免因受使用地区温、湿度的影响而发生木材含水率变化，也就不会引起木材尺寸或形状的变化，进而保证了木制品的质量。2.吸着等温线（Sorptionisotherm）在一定温度条件下，相对湿度与平衡含水率的关系曲线。当温度一定而相对湿度不同时，木材的平衡含水率随着空气相对湿度的升高而增大。在一定相对湿度下，温度与平衡含水率的关系曲线。当相对湿度一定而温度不同时，木材的平衡含水率随着温度的升高而减小。原因：温度升高，水分子的动能增加，分子间相互作用减弱，使得脱离木材界面向空气中蒸发的水分子增多。吸湿滞后的原因吸湿的木材必定是经过干燥，在这一过程中，木材的微毛细管系统内的空隙已有一部分被透进来的空气所占据，这就妨碍了木材对水分的吸收。木材在解吸干燥后，内部的羟基会借氢键直接连接，并能相互饱和，当发生吸湿时，许多羟基仍处于相互饱和的状态，因此减少了对水分子的吸着。木材的塑性。吸湿产生的内部应力引起了不可逆的变形。纤维素的内部表面会随着吸湿、解吸的发生而出现或消减，由于纤维素高分子的惰性，内部表面的出现和消减是不可逆的，即使在同一蒸汽压下，吸湿与解吸时内部表面也会不同。解吸时，毛细管凝结水会减少，但此时水分退去的毛细管内壁仍保持着湿润状态，因此毛细管内壁对于水分子的接触角较小；吸湿时，干燥的毛细管内壁对于水分子的接触角会变大。因此在同一半径的毛细管内，凝结水凹液面的曲率半径在解吸时比吸湿时小。与此相对应的相对蒸汽压在解吸时会变低。木材吸湿是因为木材中存在亲水性基团，尤其是-OH基与水分子的结合，因此，如果能用疏水性的基团置换木材中的-OH基，木材的吸湿性会降低，达到提高尺寸稳定性的目的。木材吸湿性的影响因素树种不同树种具有不同的吸湿性，这是由于木材的化学成分和内表面的大小以及游离羟基的多少不同。温度当空气相对湿度一定而温度不同时，木材的吸湿率随着温度的上升而减小。因为温度升高，水分子的动能增加，分子间相互作用力减弱，脱离木材界面向空气中蒸发的水分子就增多。一般而言，温度每减少1oC时，木材的吸湿率增加0.071%。相对湿度当空气温度一定而相对湿度不同时，木材的吸湿率随着湿度的升高而增大木材吸湿性的测定仪器设备法化学溶液法饱和盐溶液法和硫酸溶液法木材的干缩（shrinkage）/湿胀（swelling）现象在绝干状态和纤维饱和点的含水率范围内，由于水分进出木材细胞壁的非结晶领域，引起非结晶领域微纤丝间水层变厚而膨胀或变薄而收缩，导致细胞壁尺寸变化，从而最终造成木材整体尺寸变化的现象。木材的干缩/湿胀具有各向异性的特点木材的干缩湿胀是根据纹理方向的不同而不同。顺纹干缩程度最小，横纹方向上其弦向干缩约为径向的2倍。木材稳定性以及改性方法物理1.在锯解时尽量做到尺寸变化小；2.根据使用条件进行润湿处理；3.纤维方向交叉层综合平衡：4.覆面处理5.填充细胞腔6.细胞壁增容化学1.减少亲水基团——热处理2.置换亲水基团——醚化、酯化3.聚合物的接枝a.加成反应——环氧树脂处理b.自由基反应——用乙烯基单体制造木塑复合材4.交联反应——γ射线照射、甲醛处理（物理）防水处理，防湿处理，（化学）酚醛树脂处理，聚乙二醇处理，热处理，乙酰化处理木材的比热容凡使某物质平均温度升高1K所需要的热量称为该物质的热容（heatcapacity）。可用q表示，q=Q/△T，Q为所需的热量，△T为温差，单位为J/K。某物质单位质量的热容称为比热容木材的比热容在木材干燥、浸渍、蒸馏破坏、木材加热分解、人造板热压等技术上是一个重要参量。木材的比热容一般受温度和含水率的影响，与树种、密度及在树干中的部位无关。木材的传热方式传热方式可分为传导、对流和辐射3种。木材的热移动以传导为主。热导率（coefficientofthermalconductivity）基本概念：热导率，又称导热系数，表示木材在单位厚度上，热量传导相对面的温差为1K时，单位时间内通过单位面积上所传递的热量。木材热导率，热扩散系率的影响因素热传导率受木材密度、纹理方向、抽提物的种类与数量、缺陷、含水率等多种因素的影响。以含水率的影响最显著。热处理对木材性质的影响（物理）在一定温度下进行木材热处理时，开始可看到非晶纤维素中部分结晶化，使木材吸湿性降低，各种力学性质提高。（化学）但继续热处理，会造成纤维素的非晶化和各类化学成分的分解，进而使木材力学性质降低。电学性质电阻率和电导率都不再与试样的尺寸有关，而只决定于材料的性质，它们互为倒数，都可用来表征材料的导电性。材料的导电性是一个跨越很宽范围的性质。工程上习惯将材料根据导电性粗略地划分为超导体、导体、半导体和绝缘体。影响木材电导率的因素木材的电导率不仅受木材构造、含水率、密度、温度和纤维方向的影响，而且受电压和通电时间等电场条件的影响。.木材直流电性质与交流电性质的比较在交流电低频区域，木材交流电性质与直流电性质呈现相同特性：在全干状态电阻极高，可用作绝缘材料；电导率随含水率的增加显著增大，当达到纤维饱和点以上时，电导率的变化率很小。在交流电高频区域（一般以15KHz作为区别高频区域和低频区域的界限），木材表现出介电性，即材料在受到电场作用时，其内部的带电粒子只产生微观上的位移而不能进行宏观上迁移的性质。木材的介电常数介电常数ε是反映木材在交流电场下介质极化强度和介质储存电荷能力的物理参数，它是以木材为介质所得电容量C和在相同条件下以真空为介质所得电容量C0的比值。木材介电常数的影响因素木材的介电常数受含水率、密度、纹理方向、电场频率等多种因素的影响。介电损耗现象电介质在交变电场中，由于消耗一部分电能，使介质本身发热，这种现象就是介电损耗电场频率对介电损耗的影响：低——高——maxMin——max——min(运动滞后）木材的传声特性木材传声特性的主要指标为声速v。木材是各向异性材料，木材传声特性具有明显的方向性和规律性。木材顺纹方向声音传播速度v‖明显大于横纹方向v┻。木材的声阻抗比空气约高出104的数量级，入射的声能可大部分反射回来。木材是利用声反射造成最佳音质的室内材料。在要求声学质量的大厅，音乐厅和录音室等处所，其内壁大都用木材和木质材料装饰以改善室内的音响条件。大厅中，声学条件可应用声学板来增强，如北京音乐厅，不仅内壁采用木材，并在大厅后方还悬吊一些木板，即声学板。蠕变：在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。瞬时弹性变形:与加荷速度相适应的变形，它服从于虎克定律；黏弹性变形:加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形；塑性变形:最后残留的永久变形。差异：黏弹性变形是纤维素分子链的卷曲或伸展造成的，变形是可逆的，但较弹性变形它具有时间滞后性。塑性变形是纤维素分子链因荷载而彼此滑动，变形是不可逆转的。蠕变曲线OA-----加载后的瞬间弹性变形AB-----蠕变过程，（t0→t1）t↗→ε↗BC1----卸载后的瞬间弹性回复，BC1==OAC1D----蠕变回复过程，t↗→ε缓慢回复故蠕变AB包括两个组分：弹性的组分C1C2——初次蠕变（弹性后效变形）剩余永久变形C2C3=DE——二次蠕变（塑性变形）木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。9.3.1.3蠕变规律（1）对木材施载产生瞬时变形后，变形有一随时间推移而增大的蠕变过程；（2）卸载后有一瞬时弹性恢复变形，在数值上等于施载时的瞬时变形；（3）卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复，在此过程中的是可恢复蠕变部分；（4）在完成上述蠕变恢复后，变形不再回复，而残留的变形为永久变形，即蠕变的不可恢复部分；（5）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可恢复蠕变变形值之和。松弛:在恒定应变条件下应力随时间的延长而逐渐减少的现象。松弛与蠕变的区别在于：在蠕变中，应力是常数，应变是随时间变化的可变量；而在松弛中，应变是常数，应力是随时间变化的可变量。木材破