木材兩大物理特性——含水率及密度
木材中的水分,可分為三類:自由水、吸著水和化學(xué)水。
自由水是指存在于細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中的水分,又稱毛細(xì)管水;吸著水是指存在于細(xì)胞壁微纖絲間的水分,又稱附著水、吸著水或束縛水;化合水是指存在于木材化學(xué)成分中的水分。
自由水和吸著水為木材中的主要水分。自由水與木材密度、燃燒、干燥、滲透有密切關(guān)系;吸著水影響著木材性質(zhì);化合水與木材性質(zhì)關(guān)系不大。
通常用木材含水率來描述木材中的水分變化。
木材含水率是木材所含水分與木材重量之比。木材含水率分為纖維飽和點(含水率)、生材含水率、濕材含水率、平衡含水率、窯干含水率、絕干材含水率等。其中纖維飽和點、生材含水率和平衡含水率比較重要。
1.1纖維飽和點(含水率)
木材細(xì)胞壁含水率(吸著水)在飽和狀態(tài),而細(xì)胞腔無自由水時的含水率,稱纖維飽和點或纖維飽和度。纖維飽和點因樹種不同而異,一般為23%-31%,通常以30%為各樹種纖維飽和點的平均值。青楊木材的纖維飽和點為23%。
纖維飽和點的變化是木材性質(zhì)變化的轉(zhuǎn)折點。在纖維飽和點以上,木材強(qiáng)度性質(zhì)不變;在此點以下,木材強(qiáng)度因含水率的減低而增加,反之,因含水率的增加而減少,直至到達(dá)纖維飽和點為止。同樣,木材含水率在纖維飽和點以上時,木材沒有收縮、膨脹的變化;待到含水率降低到纖維飽和點以下時,木材伴隨含水率的減少而收縮,等到減少至零,收縮達(dá)到比較大;反之,隨含水率的增加膨脹,直至達(dá)到纖維飽和點含水率為止。
1.2生材含水率
生材系剛伐倒的樹木,其含水率指剛伐倒的木材含水率。生材含水率對于木材的運(yùn)輸和貯存具有一定意義。生材中的水分,主要是自由水和吸著水,其含水率隨季節(jié)而變化,但各樹種無一定規(guī)律。一般在冬季和樹液流動的春季較多,可達(dá)全樹重量的80%-100%以上。
1.3平衡含水率
長期貯藏在大氣中的木材稱氣干材。當(dāng)空氣中水蒸氣壓大于木材表面水蒸汽壓時,木材自外界吸收水;反之,木材中的水分向外散失。若空氣中的水蒸氣壓與木材表面水蒸氣壓相同,木材既不吸收水分,也不散失水分。這時木材所具有的含水率,稱平衡含水率。木材平衡含水率隨周圍空氣的狀態(tài)而變化。如果木材實際含水率小于平衡含水率,木材則呈現(xiàn)吸濕作用;反之,木材就會呈現(xiàn)蒸發(fā)作用。
2.木材密度
密度是某一物體單位體積的質(zhì)量,通常以g/cm3或kg/m3表示。木材系多孔性物質(zhì),其外形體積由細(xì)胞壁物質(zhì)及孔隙(細(xì)胞腔、胞間隙、紋孔等)構(gòu)成,因而密度有木材密度和木材細(xì)胞物質(zhì)密度之分。前者為木材單位體積(包括孔隙)的質(zhì)量;后者為細(xì)胞壁物質(zhì)(不包括孔隙)單位體積的質(zhì)量。
木材密度是木材性質(zhì)的一項重要指標(biāo),具有很重要的實用意義,根據(jù)它估計木材的實際重量,推斷木材的工藝性質(zhì)和木材的干縮、膨脹、硬度、強(qiáng)度等木材物理力學(xué)性質(zhì)。
木材密度,以基本密度和氣干密度兩種為比較常用。
2.1基本密度
基本密度因絕干材重量和生材(或浸漬材)體積較為穩(wěn)定,測定的結(jié)果準(zhǔn)確,故適合作木材性質(zhì)比較之用。在木材干燥、防腐工業(yè)中,亦具有實用性。
2.2氣干密度
氣干密度,是氣干材重量與氣干材體積之比,通常以含水率在8%-20%時的木材密度為氣干密度。我國和國際上其他國家一樣,規(guī)定含水率12%為我國的氣干密度。木材氣干密度為中國進(jìn)行木材性質(zhì)比較和生產(chǎn)使用的基本依據(jù)。
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