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第七章木材材质变异和木材缺陷概述(2)

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第七章木材材质变异与木材缺陷概述 木材缺陷概述 章 木材缺陷 木材缺陷概述木材
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第七章第七章 木材变异性与木材缺陷木材变异性与木材缺陷 本章重点与难点: 重点:①木材材质变异性、幼龄材与 成熟材、速生材材性。②木材缺陷的种 类、名称、形成原因及其对材质的影响 。③结合各专业介绍如何减少材质变异 及预防木材缺陷产生的途经与措施。 难点:①木材材质变异的产生原因及 其影响因素。 ②木材主要缺陷形成及 其对材质影响的机理。 1 1 本章主要内容: 7.1 木材材性变异概况 7.2 幼龄材与成熟材 7.3 生长速度对材性的影响 7.4 木材缺陷概述 7.5 木材主要缺陷名称、检量方法及 对材质的影响 2 2 7.1 木材材性变异概况 ⑴细胞尺寸的变异 : 针叶材管胞和 阔叶材木纤维长度 ,早材部分最小, 并向晚材部分增长 达到最大。 7.1.1单株树木内木材性质的变异 1.一个生长轮内的材性变异 3 3 1.一个生长轮内的材性变异 导管分子长度的变化有 两种形式: ①环孔材的导管分子长 度:从早材到晚材变 化曲线近似抛物线。 导管分子直径较早材 小得多 ②散孔材的导管分子长 度:从早材到晚材略 有增加,变化不大。 4 4 1.一个生长轮内的材性变异 (2) 木材密度的变异: 密度在生长轮内的变化趋势与木材细 胞长度的变化相似,早材开始处木材密 度最小;向着晚材方向,木材密度逐渐 增加,至晚材末端密度最大。 (3)木材力学性质的变异: 木材力学性质与木材密度和细胞长度 具有相似的变化模式。从早材起到横过 生长轮而增加,到早、晚材过渡区急剧 上升,晚材处最大。 5 5 2. 树干半径方向的材性变异 (1)细胞长度的径 向变异:从随心 向外侧移动,管 胞长度呈急剧增 长的趋势。下图 为:不同树龄马 占相思木纤维长 度变异曲线。 6 6 2. 树干半径方向的材性变异 (2)细胞直径的径向 变异:针叶树材 管胞直径从髓到 树皮逐步增加, 但阔叶树材木纤 维直径则变小。 下图为:不同树 龄马占相思木纤 维直径变异曲线 。 7 7 2. 树干半径方向的材性变异 ⑶细胞双壁厚的径 向变异:针叶树 材管胞直径从髓 到树皮逐步有所 增加。但阔叶树 材木纤维双壁厚 则变化不大。下 图为:不同树龄 马占相思木纤维 直径变异曲线。 8 8 2. 树干半径方向的材性变异 (4)细胞长宽比 的径向变异: 管胞的长宽比 的径向变异模 式与管胞长度 相似。下图为 :不同树龄马 占相思木纤维 长宽比的变异 曲线。 9 9 2. 树干半径方向的材性变异 (5)细胞壁腔 比的径向变异 :管胞壁腔比 的径向变异模 式与管胞双壁 厚相似。下图 为:不同树龄 马占相思木纤 维壁腔比的变 异曲线。 1010 2. 树干半径方向的材性变异 (6)纤丝角径向变 异:细胞壁纤丝 角的是从髓心向 树皮开始逐渐减 小,到达一定年 轮后,趋于稳定 。下图为:10年 生马占相思木纤 维纤丝角的径向 变异曲线。 1111 2. 树干半径方向的材性变异 (5)木材密度的变异:木材密度的径向变 异有三种模式:第一,密度平均值从髓 心到树皮增加,呈连续直线或曲线的变 化。第二,密度平均值从髓心向外逐步 降低,然后又升高,直到树皮为止,靠 树皮木材密度比髓心的密度高或低。第 三,靠髓心的木材密度平均值高于近树 皮的木材密度平均值,向外呈直线或曲 线下降。 1212 2. 树干半径方向的材性变异 (6)化学成分:从髓心到树皮,纤维素含量增 大的方式类似管胞长度。而木质素、半纤维 素含量从髓心到树皮一般下降 。 1313 2. 树干半径方向的材性变异 (7)力学强度:由髓心向外,木材力学强度逐 渐增大,至第12—13轮后木材强度增加明 显变缓,之后相对稳定和波动,这种规律 对木材顺纹抗压、抗弯强度、抗拉强度和 抗弯弹性模量等力学性状特别明显。 1414 3. 沿树干方向木材材性变异 (1)心材率和 生长轮宽度 纵向变异: 由树干 基部向上, 心材率和生 长轮宽度随 树干高度升 高而减少。 1515 3. 沿树干方向木材材性变异 (2)木材密度:针叶树主 干下方较外围部分木 材密度最大。自树皮 向内及由树干基部向 上,密度递减,树干 中心部分密度最小, 树干外部基底木材密 度最大,树冠及其较 低的树干中央,具有 较高的密度值,这是 因为树节较多所致. 1616 3. 沿树干方向木材材性变异 (3)干缩性质与力学性能:木材冲击韧性 、硬度、顺纹抗拉强度、抗弯强度、抗 弯弹性模量及顺纹抗压强度等指标,随 着树干高度的增加而有所减小,干缩系 数随着高度的增加逐渐增大。原因是树 干上方近树冠区的梢头部位,幼龄材比 例高,所以木材力学强度就低,而干缩 率会升高。 1717 7.1.2 树木株间材性材质的变异 1.遗传因子 引起的变异:林木立地条件 相同时,引起株间变异的原因便是遗传 差异造成的。 2.地理分布与气候引起的变异:马尾松木 材密度 和管胞长度在种源间、试验点 间有显著或极显著差异,并有极显著的 种源地点效应,来自不同地区种源的木 材密度,具有从西南往东北增大的地理 变异趋势。 1818 3. 立地条件对木材材性的影变异:表 现在立地指数大的林分,树木生长 率和木材纤维宽度大,但纤维长度 、纤维长宽比、木材基本密度、顺 纹抗压强度和抗弯弹性模量小。立 地指数相差两级的年轮宽度、纤维 宽度、纤维长度和微纤维丝角的差 异显著或非常显著。 1919 7.2 幼龄材与成熟材 1 幼龄材与成熟材的概念:幼龄 材是在树干的髓心周围呈近于 圆柱状的木材,是树木生长发 育早期形成层原始细胞还没有 完全成熟时形成的木材。这种 圆柱体从树干基部一直延伸到 梢部,因此梢部木材主要是由 幼龄材构成,而同一树木基部 木材则包含有更多的具有较高 比重值的成熟材。 2020 2. 幼龄材与成熟材材性的差异 (1)细胞形态:幼龄材管胞或纤维较短,胞壁 比较薄,胞腔大,S2层纤丝角较大 。 (2)木材物理力学性质:幼龄材的纵向收缩远 大于成熟材,板材干燥时不稳定。生长轮 宽,晚材率低,木材密度低。 (3)木材化学性质:幼龄材纤维素含量低,半 纤维素和木素含量较高、纤维素的结晶度 低;其冷水抽提物、热水抽提物、1% NaOH抽提物、单宁、树脂成分含量高 2121 7.3 长速度对材性的影响 1.针叶树生长速度对木材材性的影响 : 一般来说,针叶树材成熟材阶段, 年轮内晚材宽度相对来说比较固定,生 长速度快,年轮增宽的主要早材部分增 加,如果晚材宽度没按比例增加,晚材 率降低,木材密度减小,材质会有所降 低。如晚材按比例增加,晚材率不变, 强度变化很小。 2222 2.阔叶树生长速度对木材材性的影响: 阔叶树种生长与材性的关系非常复杂, 其模式与针叶树的常规结论正好相反。生 长快的树木与生长慢的树木相比,比重更 高,尤其某些环孔材树种,如榉属和栎属 等。环孔树种中,早材部分比较固定,生 长快了增加的是晚材部分,增加了晚材率 ,提高了木材密度,木材强度增大。 而阔叶散孔材,每个年轮内形成的导管 数与年轮的宽度紧密相关,生长快慢对木 材比重的直接影响不大。 2323 7.4 木材缺陷 Brown(1949)认为:木材缺陷是降低木材商品 价值的非正常和不规则部分。它们能减低 木材强度,影响加工和装饰质量或外观。 Panshin(1980)认为:木材缺陷指的是,对木 材适合某一特殊用途的质量缺损或偏离。 我国木材标准GB/T15787-2006《原木检验术 语》的定义是:凡呈现在原木上能降低质 量、影响使用的各种缺点,称为木材缺陷 。 7.4.1 木材缺陷概念 2424 7.4.2 木材缺陷分类 1.按GB/T155-2006《原木缺陷》规定分 :节子、裂纹、干形缺陷、木材结构缺 陷、由真菌造成的缺陷、伤害共分六大 类。 2.按GB/T4823-1995《锯材缺陷》规定分 :节子、变色、腐朽、蛀孔、裂纹、木 材构造缺陷、损伤、加工缺陷、变形共 分九大类。 2525 7.4.3 木材缺陷成形原因 1 生理原因:即树木在生 长过程中产生的缺陷, 此类缺陷只可适量控制 ,不可完全避免,如节 子、树干形状缺陷、木 材构造缺陷等 2626 7.4.3 木材缺陷成形原因 2 病理原因:在生长 过程中或伐倒后受到 生物因子如菌类、虫 类等危害而形成的缺 陷,是后天性的,保 护措施适当则可减缓 甚至避免发生,如变 色、腐朽、虫眼、裂 纹、伤疤等。 2727 7.4.3 木材缺陷成形原因 3.人为原因: 由生产、加 工技术不良或经 营管理不善而造 成的缺陷,这类 缺陷也是后天性 的,可减轻或避 免,如机械损伤 、加工缺陷等。 2828 7.5 木材的主要缺陷 木材主要缺陷包括: 节子、腐朽、虫眼、 裂纹、弯曲、偏枯、 外夹皮。 2929 7.5.1 节子 1.定义:埋在 树干内部的活枝条或枯死枝 条的基部称为节子。 3030 2.节子的种类: (1)活节: 节子与周围木材紧密连生,质地坚硬,构造正 常。 3131 2.节子的种类: (2)死节:节子与周围木材大部分或全部脱 离,在板材中有时脱落形成空洞的节子。 3232 2.节子的种类: (3)漏节:节子本身腐朽并已深入树干内 部的腐朽。 3333 3.节子对材质及加工利用的影响 : (1)节子破坏了木 材结构的均匀性 及完整性,使木 材某些强度如顺 纹抗拉、抗弯强 度降低,不利于 木材的有效利用 。 3434 3.节子对材质及加工利用的影响 : (2)活节与死的健 全节给加工造成困 难,如使木材纹理 紊乱,增大刀具的 切削阻力,制浆造 纸时节子难熬煮, 减慢纤维的分离过 程,混脏木浆,影 响纸张颜色等。 3535 4.节子尺寸检量: 原木中节子是检量与纵轴相平行的两条节周切 线之间的距离,量至mm。条状节和掌状节检量节 子横向的最大宽度(即垂直于节子纵向的最大宽度 )。 3636 5.节径率计算: 最大节子尺寸与检尺径(或所在材面检 尺宽)相比,以百分率计。 3737 6.节子个数统计: 可在规定范围内查定,或按节子最多1m 中的个数统计。 3838 7.5.2 腐朽 1 . 概念 : 木材受木腐菌侵 蚀后,不但颜色发 生改变,而且其物 理、力学性质也发 生改变,最后木材 结构变得松软、易 碎,呈筛孔状或粉 末状等形态,这种 现象称为腐朽。 3939 2. 腐朽对材质的影响 腐朽严重地影响木材的物理、力学性 质,使木材重量减轻,吸水性增大,强 度和硬度降低。通常在褐腐后期,木材 的强度基本丧失。 4040 3. 腐朽的检量 (1)边材腐朽 的检量: 通过腐朽部 位按径向量得 的边腐最大厚 度与检尺径相 比,以百分率 计;量至mm。 4141 3. 腐朽的检量 (2)心材腐朽的检 量: 以腐朽直径(如 不规则,可取其 平均直径或调整 成圆形)与检尺径 相比,或腐朽面 积与检尺径断面 面积相比,以百 分率计。 4242 7.5.4 蛀孔 1.概念 :昆虫或海生钻孔动物蛀蚀木材形 成的孔道叫蛀孔。 4343 2 蛀孔对材质的影响 深度自10mm以上的大虫眼和深而密集的 小虫眼以及蜂窝状的孔洞,破坏了木材的 完整性,并使木材强度和耐久性降低,是 引起木材变色和腐朽的主要通道。 4444 4. 虫眼的检量 检量虫孔的最 小直径和垂直深 度,均以毫米计 。深度足10mm以 上、最小直径自 3mm以上(深度大 虫眼)的虫眼,按 检尺长范围内虫 眼最多1m中的个 数或全材长中的 个数计算。 4545 5. 蜂窝状孔洞的检量 深度自 10mm以上 的蜂窝状 孔洞,按 是否允许 存在或按 腐朽计算 。 4646 7.5.4 裂纹 1.定义: 木材纤维与纤维之间分离所形成的裂 隙,叫开裂或裂纹。 4747 2. 裂纹对材质的影响 裂纹,尤其是贯通裂纹破坏了木材的完 整性,降低了木材的强度,影响木材的利 用和装饰价值。 4848 3. 裂纹的检量 (1)纵裂的检量 检量整根纵裂长度与检尺 长相比。 (2)轮裂的检量 检量断面最大一处的轮裂 。其中,弧裂按裂圆的弦或拱高加以检量 ,环裂按裂圆的直径或半径加以检量,以 厘米计或占检尺径的百分比计算。 (3)炸裂的检量 按纵裂评等后,再予以降 等处理。 4949 7.5.5 树干形状缺陷 1.定义: 树木在生长过程 中受到环境条件的影响 ,使树干出现不正常或 不规则的形状称为树干 形状缺陷,这类缺陷主 要有弯曲、尖削,大兜 、凹兜和树瘤等。 5050 2. 弯曲对材质的影响 弯曲降低了木材的强度,影响木材的出 材率。尤其是多向弯曲,无论是对木材强 度还是对木材出材率的影响,较单向弯曲 都要大。 5151 3. 弯曲的检量 检量最大弯曲拱高与内曲水平长相比 ,或与检尺径相比以百分率计。 5252 7.5.6 木材构造缺陷 1.定义:凡是树干由于 不正常构造所形成 的各种缺陷,称为 木材构造缺陷,主 要包括扭转纹、应 压木、应拉木、髓 心、双心、树脂囊 、伪心材、内含边 材等。 5353 7.5.7 伤疤 1.定义: 伤疤也称损伤, 是指受机械、火烧 、鸟害和兽害等所 形成的伤痕,主要 包括机械损伤、烧 伤、鸟害和兽害、 夹皮、偏枯、树包 、风折木和树脂漏 等。 5454 2. 伤疤的种类 ⑴机械损伤 是指在采脂 或采伐、造材 、运输等过程 中,木材因各 种工具或机械 所造成的损伤 。 5555 2. 伤疤的种类 ⑵夹皮 :树木受伤后继续生长,树皮将受伤 部分全部或局部包人树干中所形成的。分 外夹皮和内夹皮。 5656 2. 伤疤的种类 ⑶偏枯:树木在 生长过程中,因 树干局部受伤, 引起表层木质枯 死裸露的现象称 为偏枯。它的形 成原因与外夹皮 相似。 5757 3. 伤疤的检量 (1)机械损伤 的检量 按径 向检量其损 伤深度,以 厘米计或以 相应百分比 计。 5858 3. 伤疤的检量 (2)外夹皮的检量: 内夹皮一般不加限制 。原木外夹皮应检量夹皮全长与检尺长相 比以百分率计。以厘米计, 5959 3. 伤疤的检量 (3)偏枯的检量 : 检量其径向 深度,与检尺 径相比以百分 率计。 6060 7.5.8 加工缺陷 1.定义: 在锯解加工 过程中所造成 的木材表面损 伤称为木材加 工缺陷。最常 见为钝棱。 6161 2. 钝棱的检量 钝棱的检量是以宽材面上最严重的缺 角尺寸与检尺宽相比,以百分率表示。 6262 本章结束 6363
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