导图社区 第六章木材的物理性质
这是一个关于第六章木材的物理性质的思维导图，主要内容有木材密度和比重、木材和水分、木材的电学性质、木材的热学性质等。
这是一个关于木材学绪论的思维导图，主要内容有概况、木材资源材料的一些优缺点、木质资源材料学产生的背景及客观基础等。
这是一个关于第一章树木的生长与木材的形成的思维导图，主要内容有植物分类和木材名称、树木的生长与木材的形成、树干的构造、幼龄材等。
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木材的物理性质
木材密度和比重
定义
密度(density)：单位体积的物体的质量，有量纲，木材学中常用克/立方厘米(g/cm3 )或千克/ 立方米( kg/m3 )
比重(specific gravity)：是物质的密度与4ºC 的水分的密度的比值。在4ºC时，水分的密度为 1 g/cm3或1000 kg/m3，所以在此条件下木材的密度与比重在数值上相等，且无量纲
木材密度和比重的种类
生材密度（在运输和建筑上采用）
木材在生材状态时的重量与体积的比值称为生材密度
气干密度（最常用）
木材大气条件下干燥，达到气干状态时的重量与体积之比
绝干密度
木材在人工条件下进行干燥至绝干状态时测得的重量与绝干体积的比值
基本密度（最常用、比较不同树种材性）
木材在绝干状态下的重量与生材体积的比值
木材比重
木材的绝干重量与一定含水率状态下的木材的体积之比与4℃时水的密度的比值
木材密度和比重的测定
直接测量法
排水法
快速测定法
细胞壁密度、实质密度和空隙度
木材的细胞壁密度
置换介质种类的不同，测得的细胞壁密度的值也有差异
木材的实质密度
木材的实质密度为1.5-1.56g/cm2 ，实质比重为 1.50-1.56
木材的空隙度
公式为：绝干材的空隙度(%)＝(1－木材的绝干密度/木材的实质密度)×100%
木材密度的影响因素
树种
不同树种的木材其密度有很大差异
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3%至30%不等，因此对木材的密度有很大的影响
立地条件
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
树龄
从幼龄期直至成熟期，木材的密度有随着树龄的增高呈增大趋势，成熟后密度稳定甚至有时会下降
在树干上的部位
高度和半径方向都有一定的规律
木材和水分
木材中水分的存在状态
化学水
存在于化学成分中，与组成木材的化学成分呈牢固的化学结合。数量很少，可忽略
吸着水
由吸附水和微毛细管水两部分组成。吸附水存在于结晶区表面和无定形区内的水分，约为24%，呈物理化学结合；微毛细管水存在于组成细胞壁的微纤丝、纤丝之间所构成的微毛细管系统里，依靠液体表面张力与木材呈物理结合，约占4%
自由水
存在于木材的细胞腔和细胞间隙组成的大毛细管内，也木材呈物理结合，约为60- 250%
木材的含水率的定义和含水率状态
木材含水率的定义
绝对含水率（简称含水率）
即水分重量占木材绝干重量的百分率,一般木材工业中采用
相对含水率
是水分重量占含水试材的重量的百分率，在造纸和纸浆工业中比较常用
木材的含水率状态
饱水状态
木材达到最大的水分容量的状态，即木材的细胞腔和细胞壁中都充满水分的状态
生材状态
新伐倒的木材称为生材，此时的含水率叫生材含水率
纤维饱和点
木材的细胞腔中充满水，而细胞壁中不存在自由水的临界状态。它是木材性质的转折点。通常木材的纤维饱和点取30%
气干状态
当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达到的水分平衡状态。约为12%
窑干状态
木材在干燥窑中最终达到的水分平衡状态
绝干状态
木材的细胞腔和细胞壁中水分被完全除去时木材的状态
木材含水率的测定方法
绝干称重法
试样尺寸20×20×20mm，首先测量试样的重量，试样放入103+2℃的烘箱中，当试样恒重，再次测量试样的重量，按公式计算含水率
蒸馏法
电表式水分仪
红外线水分仪
木材的水分吸着和解吸
木材平衡含水率
当外界的温湿度条件发生变化时，木材能相应的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
平衡含水率受到温度和相对湿度的影响：温度越高，平衡含水率越低；相对湿度越高，平衡含水率越高
木材的水分吸着（或解吸）等温线
木材的水分吸着滞后现象
在相同的温湿度条件下，由水分吸着过程达到的木材平衡含水率低于解吸过程达到的平衡含水率，这种现象称为水分吸着滞后
滞后率：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 A/D表示。滞后率受树种、温度等因素的影响
木材中水分的移动
木材中水分的移动路径
针叶树材中水分或其它流体的路径
管胞内腔和具缘纹孔对组成的毛细管体系
沿着纤维方向上的垂直树脂道，射线方向上的射线管胞的内腔和水平树脂道
纹孔的闭塞对水分移动的阻力很大
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
阔叶树材的导管上具有穿孔，所以在纵向上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
导管内侵填体丰富以及其它树胶等物质对水分的移动阻力很大
不同含水率状态下木材中水分的移动
纤维饱和点以上水分移动
细胞腔中的自由水以液态的毛细管凝结水和饱和水蒸汽的状态存在
外界的加压或加热引起的蒸汽压或压力梯度，通过毛细管使木材内的水分向外部移动
纤维饱和点以下水分移动
细胞壁中存在于微毛细管中的毛细胞凝结水和木材细胞壁无定形区中的水分吸着点形成氢键结合的水分子
由于含水率梯度，毛细管中的毛细管凝结水从细胞壁内部向外移动，然后在细胞腔表面蒸发；吸着点上的水分子也会跃迁的形式从细胞壁内部向外移动
木材的干缩湿涨
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩湿胀现象
木材在绝干状态至纤维饱和点含水率范围内，水分的解吸与吸着会使木材细胞壁产生干缩或湿胀的现象
木材的干缩率和湿胀率可以用尺寸（体积）变化量占原尺寸（体积）的百分率表示：
木材干缩湿胀的成因
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，从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生变化
木材干缩湿胀的各项异性
木材干缩湿胀的各项异性表现
顺纹干缩：0.1%-0.3%
径向干缩：3%-6%
弦向干缩6%-12%
木材干缩湿胀的各项异性的原因
木材干缩湿胀的各向异性: 由木材的构造特点造成的; 主要取决于次生壁中层(S2 )微纤丝的排列方向
次生壁中层(S2 )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链所组成的基本纤丝构成的。当干缩湿胀时，水分子难以打开分子链进入分子链内部，或难以从分子链中逃脱，而分子链之间水分很容易进入或逃脱，所以分子链的长度没有变化，分子链之间的距离减小，所以纵向干缩湿胀大于横向
木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因
木射线对径向收缩的抑制
径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响
早晚材差异的影响
径壁、弦壁纹孔数量的影响
木材的干缩湿胀对木材加工和使用的影响
木材干燥过程中木材内产生应力，使木材容易产生开裂和变形
木材的各种变形
木材干缩性与湿胀性的测定
木材的电学性质
木材的导电性
电阻率与电导率
电阻率ρ ：单位截面积及单位长度的均匀导线的电阻值。单位为Ω. m
电导率σ ：电阻率的倒数，单位s/m。电导率越大，说明材料导电性越好
木材的电导原理
木材内的自由离子，微量的离子在电场作用下会定向移动产生电流
影响木材直流电导率的因素
含水率
含水率越高导电率越大，纤维饱和点以上增大幅度变小
温度
电阻率则随温度的升高而变小
纹理方向
木材横纹理方向（垂直于纤维方向）的电阻率较顺纹理方向的电阻率大
密度、树种和试材部位
通常木材密度增大，电阻率减小，电导率增大。心材的电阻率小于边材
木材的介电性
低频交流电作用下木材的电热效应
随含水率的增加，电阻率下降，在纤维饱和点以上趋于平缓
射频下木材的极化和介电性
在射频下木材表现出介电性
介电性：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上的迁移的性质。表现出介电性的物质称为介电体
木材在低含水率下属介电体，高含水率表现为导电体
木材的介电系数
介电系数ε
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
介电系数：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C与空气电容C0之比
绝干木材的介电系数约为2，湿材的介电系数大于干材
木材横纹理方向的介电系数小于顺纹理方向
影响木材介电系数的因素
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的增加而增大
密度的影响
木材的介电系数随密度的增加而增大
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减小
木材介电系数具有各向异性，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势
木材的介电损耗
损耗角正切和功率因数
损耗角正切tg
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，在数值上等于热耗电流IR 与充放电电流IC 之比
功率因数
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）之比，在数值上等于热耗电流与总电流之比
介质损耗因数（也称介电损耗率） 等于介电系数与损耗角正切的乘积
影响木材介电损耗的主要因素
频率相同时，FSP以下， tanδ随含水率的增加而明显增大，在FSP以上，这种变化趋于平缓
频率
密度
密度增大，tanδ值有所增加，但不如含水率频率影响大
tanδ，顺纹测量值大于横纹测量值
木材的介电性在木材工业中的应用
交流介电式水分仪
电容式水分仪
能耗式水分仪
微波水分仪
木材及木制品的高频热固化胶合工艺
高频干燥技术
木材的压电效应和界面的动电性质
压电效应
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）从而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化
一般来说，压电常数与弹性模量成反比、与温度成正比，与含水率的升高绝对值成反比，与密度成正比，与各向异性成正比
界面的动电性质
木材的热学性质
木材的比热和热容量
比热（C）
单位量的某种物质温度变化1℃所吸收或放出的热量，单位KJ/(Kg•K) 或kcal /(Kg•℃)
热容量
使某物体的温度变化1℃所吸收或放出的热量。单位KJ/℃
木材的导热系数（λ）
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1℃时，单位时间内通过单位面积的热量，单位W/(m•k）
影响λ的因素
木材密度(或空隙度)：木材导热系数随着木材密度的增加大致成比例地增加
含水率：随着木材含水率的增加，木材的导热系数增大
温度：导热系数随温度的升高而增大
热流方向：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，径向导热系数大弦向
木材的导温系数
温系数又称热扩散率。它的物理意义是表征材料（如木材）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（即各点达到同一温度的速度）。导温系数越大，则各点达到同一温度的速度就越快。
木材密度
热流方向
木材的蓄热系数
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。蓄热系数越大，则材料在周期性热作用下表面温度的波动就越小，材料的热稳定性越好。蓄热系数通常用符号 S 来表示，其单位为 J /( m · h · K )。
木材的热膨胀与热收缩
固体的尺寸随温度升高而增大的现象。 木材的热膨胀系数很小，一般可忽略其热膨胀效应
热对木材性质的影响
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
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，其主要原因是长期蒸煮过程中半纤维素的过度降解和脱出
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
木材热物理参数的测量
木材的声学性质
木材的振动特性
木材的三种基本振动方式与共振频率
纵向振动
纵向振动是振动单元质点）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。运动中不包含介质的弯曲和扭转的波动成分，为纯纵波
横向振动
横向振动是振动元素位移方向和引起的应力方向互相垂直的运动。横向振动包括弯曲
扭转振动
扭转振动是振动元素的位移方向围绕是试件长轴进行回转，如此往复周期性扭转的振动
木材的生辐射性能和内摩擦衰减
木材的声阻抗（特性阻抗）
木材的传声特性
木材在三个主轴方向上的弹性模量和升速均具有差异，最明显的是顺风方向和横向方向（相当于镜像与形象的平均效果）的差异
木材声学性能品质评价简述
对振动效率品质的评价
有关音色的振动性能品质评价
对发音效果稳定性的评价与改良
木材的声传播、声共振与材质无损检测
木材的光学性质
木材的颜色
不同树种的木材对，光谱进行各不相同的选择性吸收，所以具有各种各样的色调
木材的光泽
表面光泽度：反射光强度占入射强度材料表面光泽的强弱程度
木材的光致发光现象（冷光现象）
有些树种的木材，其水抽体液或木材表面在紫外光辐射的作用下，能够发出可见光，这种现象称为木材的光致发光现象
木材的双折射
双折射系指射入某些晶体的光线被分裂为两束，沿不同的方向折射的现象，双折射的发生是由于结晶物质的各项异性所导致
