木材资源及利用

第二章木材资源及利用绪论第一节树木的组成第二节木材构造第三节树种识别第四节木材性质第五节木材防护第六节木材利用绪论1.木材的定义2.木材学的研究内容3.木材科学发展史4.木材科学研究的前景展望木材资源及其利用★广义木材学(IAWS)：木质化天然材料及其制品的生物学、化学和物理性质，以及生产、加工工艺的科学依据。★狭义木材学：木材科学是研究木质原材料的学科，它的范围包括木材结构、性质(化学、物理、力学)、缺陷和性质改良理论等内容。它不仅是木材加工、人造板、家具、木材流通贸易、木材改性等专业方向的重要基础课，而且也是一门覆盖面极广，具有林业特色的重要专业基础课。1.木材学的定义木材化学木材物理学组织构造学材性遗传学2.木材学的研究内容——生物木材学木材干燥学人造板制造学木材保护学木材材性改良学木制品工艺学环境木材学工艺木材学研究内容3.木材科学发展史（1）国外发展历史木材学研究开展于20世纪初,最先开始于英国和德国,之后才在美国、俄罗斯、澳大利亚、印度等国相继开展起来，主要有以下阶段：★1906年美国Tiemann在《水分对木材强度和硬度的影响》一文中提出纤维饱和点的概念。这是木材性质研究的重要发现。★1924年英国牛津大学出版Jone《木材结构和识别》，他为木材的科学识别提供了理论依据．★1936年德国木材学家Kollmann发表了《木材工艺学》一书。1951年出版了经过全面修订并有较大充实的《木材工艺学和木材材料学》。★1934年美国Brown和Panshin合著《美国商用木材识别》，这也是木材识别的早期专著，对各国同类研究工作有推动作用。★1948年Brown、Panshin和Forsaith合著《木材工艺学教科书》第一卷——美国商用木材的结构、识别、缺陷和利用，1952年出版《木材工艺学教科书》第二卷——美国商用木材物理、力学和化学性质。它们对木材的结构、性质给出了全面的阐述，时至今日尚不失其重要的参考价值。★1989年Zobel的英文专著Woodvariation,ItsCauseandControl在林学界引起了广泛的重视。（2）国内发展历史我国木材学的研究历史不长，国内木材科学的发展主要分为以下几个阶段；★我国木材学创始人唐耀自1931年就专心于中国木材的研究，1936年12月由商务印书馆出版发行了唐耀写的《中国木材学》，这是我国第一部木材学专著．★七十年代到九十年代全国著名的木材学专家有成俊卿、陈桂升、梁世镇、汪明荃、柯病凡、葛明峪、李源哲、申宗圻、张景良、刘松龄、刘仲禄、谢福慧、何天相等。这些学者及其研究成果对我国木材科学及加工生产的发展起到了重要的促进作用。★1985年，中国林业出版社出版发行了成俊卿教授主编的《木材学》和《中国木材志》；鲍甫成著作了《中国主要人工林树种木材性质》等；李坚编著的《生物木材学》和《木材科学》等这些著作内容新颖，展示了当前木材科学研究的前沿。4.木材科学研究的前景展望随着木材科技的发展，今后木材科学的研究应主要集中在工业人工林方面：１.工业人工林木材材性培育学研究；２.工业人工林木材解剖学研究；３.工业人工林木材材性遗传学研究；４.工业人工林木材物理、力学、化学研究；５.工业人工林木材性质功能改良学基础研究.６.工业人工林木质复合材料学基础研究.第一节树木的组成第二节木材构造第三节树种识别第四节木材性质第五节木材防护第六节木材利用木材资源及利用树木是由树根、树干、树冠三部分组成的。第一节树木组成1．树根树根是树木的地下部分，占立木材积5%-25%，其作用是：（1）从土壤中吸收水分和矿物质，沿树干由下向上运送到树枝和树叶，借助于光和叶绿素进行光合作用，制成有机营养物质后，再沿树干韧皮部向下运到树干根部。（2）贮藏由树干韧皮部下降的备用营养物质。（3）稳定树干，把树木固定在土地上，保持树木的稳定生长。另外，树根在利用上多作薪材，随着经济的发展、科学进步，树根也成为艺术之品的好材料—根雕，也有的树根如松树伐根，可提取松节油和松香等。2．树冠树冠是树枝和树叶的总称，位于树木的最上部分，占立木材积的5%～25%，其作用是：（1）树叶用从空气中摄取来的二氧化碳和经树根从土壤中吸取来的水分和矿物质，在阳光的辐射下、借助于叶绿素进行光合作用，经光合作用制成营养物质，供树木生长需要。（2）树枝可以上下输送、贮藏水分和营养物质，并且支持树叶。另外，树枝除可作小径木外，一般多为薪材，但随着剩余物利用手段的增加，树枝也可用作削片、造纸、纤维板、刨花板的原料；树叶可作饲料，也可从中提取化学药品等。3．树干树干是构成树木的最主要部分，即树木的木材部分，占立木材积的50%-90%，其作用是：（1）树干和树根结成一体，支撑树冠。（2）从树根向上输送水分和矿物质，再从树冠向下经韧皮部运送有机营养物质。（3）贮藏营养物质，供树木生长和繁殖使用。另外，树木形成的木质部以树干为最多，木材主要来自树干，具有重要的使用价值。从树干的横切面观察，树干是由树皮、形成层、木质部、髓组成的。树干的组成1．树皮树皮是树干的最外层，即形成层以外的一切组织均称为树皮。树皮通常分为外皮、周皮和内皮。外皮和内皮中间有一层薄皮，称为周皮（肉眼看不见）。周皮以外称为外皮，又称死皮，通常颜色较深，起着保护树木不受外界因子影响及削弱机械损伤的作用；周皮以内称为内皮，即韧皮部，是生活的组织，在树木生长过程中具有向下输送营养物质的作用。（1）树皮组成外皮、周皮和内皮。木材基本知识（2）树皮作用防止树木水分蒸发，输送叶子制造的养分并能贮藏养分，是树木的保护层。另外，不同树种的树皮有着不同的作用。例如桦木树皮可炼桦皮焦油，用于医药和制革；厚朴、苦木、杜仲等树种的树皮是贵重的药材等。同时，由于树皮的外部形态、厚薄、颜色、质地、剥落情况、气味、滋味等各有所不同，因此，树皮是现场识别木材主要的依据之一。形成层是位于韧皮部和木质部之间的一层狭窄且具有分生能力的细胞层。形成层中具有分生能力的母细胞，不断地分生子细胞。母细胞向外分生韧皮部，形成树皮；向内分生木质部，构成木材，因而它是产生木材的源泉。（1）形成层的组成形成层细胞是由原始细胞组成的，原始细胞又可分为纺锤形原始细胞和射线形原始细胞。（2）形成层的作用形成层具有分裂细胞的作用，即具有分生作用。2．形成层木质部位于形成层和髓心的中间，是树干中最具有经济价值的部分，也是最主要的木材部分。（1）木质部的组成根据细胞组成的来源，木质部可分为初生木质部和次生木质部。初生木质部起源于顶端分生组织，分量极小，它围绕在髓心的周围；次生木质部是由形成层分生而来的。木质部的绝大部分是次生木质部，也可以说，树干的次生木质部是最有利用价值的。（2）木质部的作用从地下吸收水分和矿物质，输导和贮存养分，是形成木材的源泉。3．木质部髓位于树干的中心部位（往往是偏心的），被木质部包围，髓（是一种薄壁组织）和第一年生的初生木质部一起构成髓心。髓心的形状、大小、颜色、构造等因树种的不同而不同，是识别木材的依据之一。（1）髓心的形状多数树种的髓心在横切面上呈圆形或椭圆形，如马尾松、榆木，色木等。但也有特殊形状的，如星状的栎木、枫香、菱形的大叶、黄杨、五角形的白杨等。4.髓（2）髓心的颜色大多数树种的髓心呈褐色或淡褐色，但也有特殊颜色的，如泡桐的髓心是白色的。（3）髓心的大小针叶树种的髓心一般都很小，约3～5mm，并且相差不大；阔叶树种髓心有大有小，大的髓心可达到数厘米。（4）髓心的构造髓心的构造因树种而异，片状的如核桃楸，中空的如泡桐，充满柔软薄壁组织的如梧桐。另外，髓心组织较松软、强度低、易开裂，因此，对质量要求较高的材种有影响，但对于一般的材种影响不大。1．树木的分生组织树木的分生组织可分为顶端分生组织和形成层分生组织。顶端分生组织分生的方向是向水分充足和光照强的方向分生，使树木沿轴线上下长成；形成层分生组织使树木沿弦线生成。树木生长树木的生长是高生长和直径生长共同作用的结果。树木的高生长是由顶端分生组织的分生活动来实现的。分生活动主要在于增加细胞数目，而不是加大细胞的体积；树木的直径生长是由形成层的分生组织来实现的。春季，顶端分生组织不断地进行分生活动，增加细胞的数目，同时，形成层的原始细胞得到水分和养分，开始发育，不断地进行分生活动，向内分生次生木质部，向外分生次生韧皮部，木质部永远多于韧皮部，次生木质部的增加，形成了木材。秋季，原始细胞停止发育，这时树木进入休眠状态，第二年春天又开始生长。如此年复一年，木材日益增多，幼苗长成了高大的乔木。2．树木的生长第二节木材构造1.木材的分类木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类，见表1。建筑中应用最多的是针叶树。2.木材的构造木材的构造是决定木材性质的主要因素。一般对木材的研究可以从宏观和微观两方面进行。表1树木的分类和特点种类特点用途树种针叶树树叶细长，成针状，多为常绿树；纹理顺直，木质较软，强度较高，表观密度小；耐腐蚀性较强，胀缩变形小是建筑工程中主要使用的树种，多用作承重构件、门窗等松树、杉树、柏树等阔叶树树叶宽大，叶脉呈网状，大多为落叶树；木质较硬，加工较难；表观密度大，胀缩变形大常用作内部装饰、次要的承重构件和胶合板等榆树、桦树、水曲柳等2.1宏观构造用肉眼或低倍放大镜所看到的木材组织称为宏观构造。树木是生物体，是由无数个形状各异、大小不同、排列方式不同的细胞组成，这些细胞呈立体状态存在于木材组织中，因此为了正确地了解木材的构造，必须从三个切面来进行观察。这三个切面分别是横切面、径切面、弦切面。如图1所示。其中，横切面是木材的最重要切面。横切面——径切面——弦切面——和树轴平行与年轮相切的切面。图1树干的3个切面1—树皮；2—木质部；3—年轮；4—髓线；5—髓心与树干主轴相垂直的切面称为横切面。除年轮之外，木材纹理的特征都暴露在这个切面上，横切面是识别木材最重要的切面，这个切面硬度大、耐磨损，可做铺路木块。（1）横切面与树干主轴相平行，并且通过髓心的切面称为径切面。此切面板材收缩小，不易翘曲，适合做木尺和乐器共鸣板等。（2）径切面与树干主轴相平行，不通过髓心且与年轮相切的切面称弦切面。它是一个年轮的切线，又是另一个年轮的弦线。在不同的切面上可以观察到木材的不同结构。如横切面上可以观察到木射线的宽度和长度以及木材细胞间的相互联系；径切面上可以观察到年轮呈条状，相互平行，而与木射线相互垂直；弦切面上可以观察到年轮呈“V”字形。（3）弦切面从横切面观察，木质部中，在髓心周围，颜色较深，含水量少的部分，称为心材；心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强。靠近树皮部分，颜色较浅，含水量多的部分，称为边材。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材。在宏观下，树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而木材主要使用木质部。1.边材、心材横切面上可以看到深浅相间的同心圆，称为年轮。为树木在一个生长周期内所形成的一层木质环轮，也称为生长轮。对于温带、寒带地区的树木，每年生长轮只出现一次；对于热带地区的树木，每年生长轮可出现几次，因此一般不叫年轮，只称生长轮。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材(早材)；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟缓，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为夏材(晚材)。每一年轮内就是树木一年的生长部分。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。2.年轮、春材、夏材早材、晚材特点早材为生长季节早期形成的木材称为，其特点：细胞分裂速度快，体积大，胞壁薄，材质较松软，材色浅；晚材为生长季节晚期形成的木材称，其特点：细胞分裂速度慢，分裂能力减弱，胞壁厚，材质致密、坚硬，材色深。第一年轮组成的初生木质部分称为髓心(树心)。从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为髓线。髓心材质松软，强度低，易腐朽开裂。髓线与周围细胞联结软弱，在干燥过程中，木材易沿髓线开裂。3.髓心、髓线木射线是木材中唯一成辐射状、横向