木材材质变异与木材缺陷概述.ppt
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1、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:本章重点与难点:重点:重点:木材材质变异性、幼龄材与木材材质变异性、幼龄材与成熟材、速生材材性。成熟材、速生材材性。木材缺陷的种木材缺陷的种类、名称、形成原因及其对材质的影响。类、名称、形成原因及其对材质的影响。结合各专业介绍如何减少材质变异及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。预防木材缺陷产生的途经与措施。难点:难点:木材材质变异的产生原因及木材材质变异的产生原因及其影响因素。其影响因素。木材主要缺陷形成及其木材主要缺陷形成及其对材质影响的机理。对材质影响的机理。1 1本章主要内容:本章主要内容:
2、7.1 7.1 木材材性变异概况木材材性变异概况 7.2 7.2 幼龄材与成熟材幼龄材与成熟材 7.3 7.3 生长速度对材性的影响生长速度对材性的影响 7.4 7.4 木材缺陷概述木材缺陷概述 7.5 7.5 木材主要缺陷名称、检量方法及对木材主要缺陷名称、检量方法及对材质的影响材质的影响2 27.1 7.1 木材材性变异概况木材材性变异概况细胞尺寸的变异:细胞尺寸的变异:针叶材管胞和阔针叶材管胞和阔叶材木纤维长度,叶材木纤维长度,早材部分最小,并早材部分最小,并向晚材部分增长达向晚材部分增长达到最大。到最大。7.1.17.1.1单株树木内木材性质的变异单株树木内木材性质的变异1.一个生长轮
3、内的材性变异一个生长轮内的材性变异3 31.一个生长轮内的材性变异一个生长轮内的材性变异导管分子长度的变化有两导管分子长度的变化有两种形式:种形式:环孔材的导管分子长度:环孔材的导管分子长度:从早材到晚材变化曲线从早材到晚材变化曲线近似抛物线。导管分子近似抛物线。导管分子直径较早材小得多直径较早材小得多 散孔材的导管分子长度:散孔材的导管分子长度:从早材到晚材略有增加,从早材到晚材略有增加,变化不大。变化不大。4 41.一个生长轮内的材性变异一个生长轮内的材性变异(2)(2)木材密度的变异:木材密度的变异:密度在生长轮内的变化趋势与木材细胞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
4、开始处木材密度最长度的变化相似,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,小;向着晚材方向,木材密度逐渐增加,至晚材末端密度最大。至晚材末端密度最大。(3)(3)木材力学性质的变异: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,轮而增加,到早、晚材过渡区急剧上升,晚材处最大。晚材处最大。5 52.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异(1)(1)细胞长度的径细胞长度的径向变异:从随心向变异:从随心向外侧移动,管向外侧移动,
5、管胞长度呈急剧增胞长度呈急剧增长的趋势。下图长的趋势。下图为:不同树龄马为:不同树龄马占相思木纤维长占相思木纤维长度变异曲线。度变异曲线。6 62.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异(2)(2)细胞直径的径向细胞直径的径向变异:针叶树材管变异:针叶树材管胞直径从髓到树皮胞直径从髓到树皮逐步增加,但阔叶逐步增加,但阔叶树材木纤维直径则树材木纤维直径则变小。下图为:不变小。下图为:不同树龄马占相思木同树龄马占相思木纤维直径变异曲线。纤维直径变异曲线。7 72.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异细胞双壁厚的径向细胞双壁厚的径向变异:针叶树材管变异:针叶树材管胞直径从髓到树
6、皮胞直径从髓到树皮逐步有所增加。逐步有所增加。但但阔叶树材木纤维阔叶树材木纤维双双壁厚壁厚则变化不大。则变化不大。下图为:不同树龄下图为:不同树龄马占相思木纤维直马占相思木纤维直径变异曲线。径变异曲线。8 82.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异(4)细胞长宽比的细胞长宽比的径向变异:管胞径向变异:管胞的长宽比的径向的长宽比的径向变异模式与管胞变异模式与管胞长度相似。下图长度相似。下图为:不同树龄马为:不同树龄马占相思木纤维长占相思木纤维长宽比的变异曲线。宽比的变异曲线。9 92.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异(5)5)细胞壁腔比细胞壁腔比的径向变异:的径向变异
7、:管胞壁腔比的管胞壁腔比的径向变异模式径向变异模式与管胞双壁厚与管胞双壁厚相似。下图为:相似。下图为:不同树龄马占不同树龄马占相思木纤维壁相思木纤维壁腔比的变异曲腔比的变异曲线。线。10102.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异(6)(6)纤丝角径向变异:纤丝角径向变异:细胞壁纤丝角的细胞壁纤丝角的是从髓心向树皮是从髓心向树皮开始逐渐减小,开始逐渐减小,到达一定年轮后,到达一定年轮后,趋于稳定。下图趋于稳定。下图为:为:1010年生马占年生马占相思木纤维纤丝相思木纤维纤丝角的径向变异曲角的径向变异曲线。线。11112.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异 (5)(5)
8、木材密度的变异:木材密度的径向变异木材密度的变异: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。均值,向外呈直线或曲线下降。12122.2.树干半径方向的材性变异树干半
9、径方向的材性变异(6)(6)化学成分:从髓心到树皮,纤维素含量增化学成分: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素含量从髓心到树皮一般下降 。13132.2.树干半径方向的材性变异树干半径方向的材性变异(7)(7)力学强度:由髓心向外,木材力学强度逐力学强度:由髓心向外,木材力学强度逐渐增大,至第渐增大,至第12121313轮后木材强度增加明显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、抗拉强度和抗弯弹材顺纹抗压、抗弯强度、抗拉强度
10、和抗弯弹性模量等力学性状特别明显。性模量等力学性状特别明显。14143.3.沿树干方向木材材性变异沿树干方向木材材性变异(1)(1)心材率和心材率和生长轮宽度生长轮宽度纵向变异:纵向变异:由树干基由树干基部向上,心部向上,心材率和生长材率和生长轮宽度随树轮宽度随树干高度升高干高度升高而减少。而减少。15153.3.沿树干方向木材材性变异沿树干方向木材材性变异(2)2)木材密度:针叶树主木材密度:针叶树主干下方较外围部分木材干下方较外围部分木材密度最大。自树皮向内密度最大。自树皮向内及由树干基部向上,密及由树干基部向上,密度递减,树干中心部分度递减,树干中心部分密度最小,树干外部基密度最小,树干
11、外部基底木材密度最大,树冠底木材密度最大,树冠及其较低的树干中央,及其较低的树干中央,具有较高的密度值,这具有较高的密度值,这是因为树节较多所致是因为树节较多所致.16163.3.沿树干方向木材材性变异沿树干方向木材材性变异(3)(3)干缩性质与力学性能:木材冲击韧性、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度的增加逐渐增大。原因是树干上方近树冠区的梢
12、头部位,幼龄材比例高,所以木冠区的梢头部位,幼龄材比例高,所以木材力学强度就低,而干缩率会升高。材力学强度就低,而干缩率会升高。17177.1.2 树木株间材性材质的变异树木株间材性材质的变异1.1.遗传因子遗传因子 引起的变异:林木立地条件相引起的变异:林木立地条件相同时,引起株间变异的原因便是遗传差同时,引起株间变异的原因便是遗传差异造成的。异造成的。2.2.地理分布与气候引起的变异:马尾松木地理分布与气候引起的变异:马尾松木材密度材密度 和管胞长度在种源间、试验点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
13、木种源地点效应,来自不同地区种源的木材密度材密度,具有从西南往东北增大的地理具有从西南往东北增大的地理变异趋势。变异趋势。18183.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。19197.2 幼龄材与成熟材幼龄材与成熟材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
14、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。20202.2.幼龄材与成熟材材性的差异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、1NaOH抽提物、单宁、树脂成分含量高 21217.3 长速度对材性的影响长速度对材性的影响1.1.针叶树生长速度对木材材性的影响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
15、阶段,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,低。如晚材按比例增加,晚材率不变,强度变化很小。强度变化很小。22222.2.阔叶树生长速度对木材材性的影响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。生长快模式与针
16、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。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。重的直接影响不大。23237.4 7.4 木材缺陷木材缺陷B
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