木材科学与工程概论

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n2007全国GDP总量24万亿元2007年可统计木材工业产值1.04万亿元，约占全国GDP总量4%以上家具5400亿元人造板8800万米³约1500亿元木地板3.61亿米2约500亿元建筑装修约1万亿元其中木质装修约3000亿元家具、人造板、木地板产量均排全球第一位绪论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2.木材工业发展概况木材生产与贸易制材与干燥人造板家具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³1960-19695.14万米³1970-19794.64万米³1980-19891.33亿米³1990-19941.14亿米³1995-19992.26亿米³20021.116亿米³20031.231亿米³绪论制材与干燥锯材2001731万米³2002851万米³20072829万米³20082840万米³干燥80年代约400万米³90年代约800万米³2000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2007年人造板产量统计总产量8838.58万米³胶合板3561.56万米³刨花板829.07万米³纤维板2729.84万米³其中中密度纤维板2498.64万米³其他1718.09万米³其中细木工板1324万米³绪论家具生产年产值变化195715.8亿元19667.59亿元197913亿元198529亿元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解决资源制约问题1999-2003第六次森林资源普查森林面积1.75亿公顷占世界总量4%全球第5位人均0.132公顷世界人均量1/4全球130位森林蓄积量101.3亿米³全球第5位人均8.6米³世界人均量1/8全球135位人工林面积0.53亿公顷全球第1位森林覆盖率18.21%东部34.27%中部27.12%西部12.54%其中西北五省区占国土面积32%，森林覆盖率5.86%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1/5550万米³占总量1/200.24亿吨占总量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）先进的生产线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%第一章木材学知识木质原材料与产品整体木材（实木）圆材：原条圆木锯材：针叶材锯材阔叶材锯材人造板（木质复合材料）刨花板（木质刨花板，水泥刨花板）胶合板（各种胶合板，细木工板，空芯板，木塑复合板）纤维板（硬质纤维板，中密度纤维板MDF，软质纤维板）贴面板（装饰板）纸浆、纸制品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.木材构造木材细胞木材细胞壁纹孔螺纹加厚木材细胞壁主要成分纤维素半纤维素木质素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