《《木材的物理性質(zhì)》PPT課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《木材的物理性質(zhì)》PPT課件.ppt（105頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

第6章 木材的物理性質(zhì),主要介紹木材密度、木材的含水狀態(tài)、木材中水分的吸濕與解吸、木材的干縮濕脹、木材的電學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。,目 錄,6.1 木材密度 6.2 木材和水分 6.3 木材的電學(xué)性質(zhì) 6.4 木材的熱學(xué)性質(zhì) 6.5 木材的聲學(xué)性質(zhì) 6.6 木材的光學(xué)性質(zhì),6.1 木材密度 6.1.1 木材密度的種類(lèi) 6.1.2 木材比重的測(cè)定 6.1.3 細(xì)胞壁密度、實(shí)質(zhì)密度和空隙度 6.1.4 木材密度的影響因素,6.1.1 木材密度的種類(lèi),木材是由木材實(shí)質(zhì)、水分及空氣組成的多孔性材料，對(duì)應(yīng)著木材的不同水分狀態(tài)，木材密度可以分為生材密度、氣干密度、絕干密度和基本密度。它們的定義如下： 最常用:氣干密度和基本密度。在運(yùn)輸和建筑上，一般采用生材密度。而在比較不同樹(shù)種的材性時(shí)，則使用基本密度。,,,,,6.1.2 木材比重的測(cè)定,測(cè)定比重必須知道一定含水率時(shí)木材的體積以及木材的絕干重量。 在大多數(shù)情況下，絕干重量的測(cè)定與用絕干稱(chēng)重法測(cè)定含水率中所用的方法一致。 由于在干燥過(guò)程中抽提物可能和水蒸氣一起蒸發(fā)，所以有時(shí)采用蒸餾法來(lái)得到絕干重量。 木材的體積的測(cè)定可以采用以下方法： （1）對(duì)于形狀規(guī)則的試材，直接測(cè)量試材的三邊尺寸，計(jì)算出體積； （2）對(duì)于形狀不規(guī)則的試材，可以用排水法測(cè)量體積。 （3）快速測(cè)定法。,（三）排水法 此法尤為適合測(cè)定不規(guī)則試樣的體積。當(dāng)測(cè)定氣干材或全干材體積時(shí)，需在試樣入水前涂上石蠟薄層，防止試樣吸水而影響精度。 （四）快速測(cè)定發(fā)法 首先，在燒杯中加入適量液體，將金屬針浸入液體中，記錄天平的讀數(shù)。 然后用金屬針尖固定試材，將試材浸入液體中，再記錄平衡時(shí)天平的讀數(shù)。 兩次天平的讀數(shù)之差除以已知液體的密度，就可以得到試材的體積。,6.1.3 細(xì)胞壁密度、實(shí)質(zhì)密度和空隙度,木材的絕干細(xì)胞壁的密度可以通過(guò)比重計(jì)或體積置換法來(lái)測(cè)量。置換介質(zhì)種類(lèi)的不同，測(cè)得的細(xì)胞壁密度的值也有差異。,以水作為置換介質(zhì)得到的細(xì)胞壁密度大于以甲苯和氦作為置換介質(zhì)得到的值。 這是由兩個(gè)方面的原因引起的： （1）水屬于極性膨脹性介質(zhì)，水分子可以進(jìn)入細(xì)胞壁中更小的孔隙中； （2）與液態(tài)水相比，吸著水的表觀體積減小。,木材的實(shí)質(zhì)密度即指木材細(xì)胞壁物質(zhì)的密度。木材的空隙度可以用下式計(jì)算求得： 式中，P為木材空隙度（%），?0為木材的絕干密度（g/cm3）， ?0w為木材的實(shí)質(zhì)密度（g/cm3）。 如果式中用木材的細(xì)胞壁密度代替，則得到的孔隙度中不包括非膨脹性溶劑所不能進(jìn)入的細(xì)胞壁中的微小孔隙。,,,6.1.4 木材密度的影響因素,除了含水率以外，影響木材密度的因素還包括樹(shù)種、抽提物含量、立地條件和樹(shù)齡等。在同一棵樹(shù)上，不同部位的木材密度也有較大的差異。 6.1.4.1 樹(shù)種 6.1.4.2 抽提物含量 在不同的木材中，抽提物含量的范圍從絕干重的3%至30%不等，因此對(duì)木材的密度有很大的影響。通常，在測(cè)定密度之前可以先用水和有機(jī)溶劑（如苯和乙醇等）對(duì)木材進(jìn)行抽提處理，經(jīng)過(guò)抽提處理后木材的密度更為均一。,6.1.4.3 立地條件 樹(shù)木的立地條件，包括氣候、地理位置等對(duì)木材密度也有很大影響。,,6.1.4.4 樹(shù)齡 從幼齡期直至成熟期，木材的密度有隨著樹(shù)齡的增高呈增大趨勢(shì)，。,6.2 木材和水分 6.2.1 木材中水分的存在狀態(tài) 6.2.2 木材的含水率及測(cè)定 6.2.3 木材的水分吸著（adsorption） 和解吸（desorption） 6.2.4 木材中水分的移動(dòng) 6.2.5 木材的干縮濕脹,,6.2.1 木材中水分的存在狀態(tài),木材中存在的水分，可以分為自由水和結(jié)合水（或吸著水）兩類(lèi)。 自由水 存在于木材的細(xì)胞腔中，與液態(tài)水的性質(zhì)接近。 結(jié)合水 存在于細(xì)胞壁中，與細(xì)胞壁無(wú)定形區(qū)（由纖維素非 結(jié)晶區(qū)、半纖維素和木素組成）中的羥基形成氫鍵 結(jié)合。,生材：細(xì)胞腔和細(xì)胞壁中都含有水分，其中自由水的水分量隨著季節(jié)變化，而結(jié)合水的量基本保持不變。 纖維飽和點(diǎn) 假設(shè)把生材放在相對(duì)濕度為100%的環(huán)境中，細(xì)胞腔中的自由水慢慢蒸發(fā)，當(dāng)細(xì)胞腔中沒(méi)有自由水，而細(xì)胞壁中結(jié)合水的量處于飽和狀態(tài)，這時(shí)含水率稱(chēng)為纖維飽和點(diǎn)。 氣干狀態(tài) 當(dāng)把生材放在大氣環(huán)境中自然干燥，最終達(dá)到的水分平衡態(tài)稱(chēng)為氣干狀態(tài)。氣干狀態(tài)的木材的細(xì)胞腔中不含自由水，細(xì)胞壁中含有的結(jié)合水的量與大氣環(huán)境處于平衡狀態(tài)。 絕干狀態(tài) 當(dāng)木材的細(xì)胞腔和細(xì)胞壁中的水分被完全除去時(shí)木材的狀態(tài)稱(chēng)為絕干狀態(tài)。,6.2.2 木材的含水率及測(cè)定,木材或木制品中的水分含量通常用含水率來(lái)表示。根據(jù)基準(zhǔn)的不同分為絕對(duì)含水率和相對(duì)含水率兩種。 絕對(duì)含水率（簡(jiǎn)稱(chēng)含水率）即水分重量占木材絕干重量的百分率,一般木材工業(yè)中采用。 相對(duì)含水率 是水分重量占含水試材的重量的百分率，在造紙和紙漿工業(yè)中比較常用。,,,和 分別是試材的絕對(duì)含水率和相對(duì)含水率（%）；m是含水試材的質(zhì)量(g); m0是試材的絕干質(zhì)量(g)。,,,水分儀,以上介紹的都是直接測(cè)定法，其缺點(diǎn)是破壞試材、操作時(shí)間長(zhǎng)。除此之外，還可以根據(jù)含水率與物理量之間的關(guān)系進(jìn)行間接測(cè)量。 電阻式水分儀 交流介電式水分儀,電阻式水分儀,最常用的水分儀是電阻式水分儀。 它的工作原理是測(cè)定試材的電阻，再通過(guò)電阻與含水率之間的定量關(guān)系將電阻值轉(zhuǎn)換為含水率值。 電阻式水分儀的測(cè)試含水率范圍一般為6~30%。在纖維飽和點(diǎn)以上的含水率范圍內(nèi)，電阻隨著含水率的變化很小，儀器的敏感性下降。,交流介電式水分儀,交流介電式水分儀： 其工作原理是測(cè)定一定頻率下木材的介電常數(shù)或介電損耗正切角，通過(guò)介電常數(shù)或介電損耗正切角與含水率之間的關(guān)系得到含水率值。,,6.2.3 木材的水分吸著和解吸,平衡含水率 由于木材具有吸放濕特性，當(dāng)外界的溫濕度條件發(fā)生變化時(shí)，木材能相應(yīng)地從外界吸收水分或向外界釋放水分，從而與外界達(dá)到一個(gè)新的水分平衡體系。木材在平衡狀態(tài)時(shí)的含水率稱(chēng)為該溫濕度條件下的平衡含水率。 吸收 是一種表面現(xiàn)象，比如液態(tài)水進(jìn)入木材的細(xì)胞腔，成為木材中的自由水的過(guò)程。 木材吸著水分的過(guò)程 是水分子以氣態(tài)進(jìn)入細(xì)胞壁，與細(xì)胞壁主成分上的吸著點(diǎn)產(chǎn)生氫鍵結(jié)合的過(guò)程。,吸著滯后現(xiàn)象 在相同的溫濕度條件下，由吸著過(guò)程達(dá)到的木材的平衡含水率低于由解吸過(guò)程達(dá)到的平衡含水率，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為吸著滯后現(xiàn)象。,滯后率 吸著達(dá)到的平衡含水率與解吸達(dá)到的平衡含水率之間的比值稱(chēng)為滯后率，通常用A/D表示。滯后率受樹(shù)種、溫度等因素的影響。在常溫、相對(duì)濕度范圍10~90%的條件下滯后率在0.8左右。隨著溫度的升高，滯后率逐漸下降。,6.2.4 木材中水分的移動(dòng),針葉樹(shù)材中水分移動(dòng) 針葉樹(shù)材中水分或其它流體的路徑：,管胞內(nèi)腔和具緣紋孔對(duì)組成的毛細(xì)管體系， 沿著纖維方向上的垂直樹(shù)脂道， 射線方向上的射線管胞的內(nèi)腔和水平樹(shù)脂道,闊葉樹(shù)材中水分 移動(dòng),闊葉樹(shù)材中水分或其它流體的移動(dòng)路徑： 導(dǎo)管、管胞、導(dǎo)管狀管胞 闊葉樹(shù)材的導(dǎo)管上具有穿孔，所以在纖維方向上水分可以通過(guò)穿孔從一個(gè)導(dǎo)管進(jìn)入縱向鄰接的另一個(gè)導(dǎo)管。,,6.2.5 木材的干縮濕脹,木材干縮濕脹的各向異性,木材干縮濕脹現(xiàn)象及成因,木材干縮性與濕脹性的測(cè)定,（1）木材干縮濕脹現(xiàn)象,干縮或濕脹 木材干縮濕脹是指木材在絕干狀態(tài)至纖維飽和點(diǎn)的含水率區(qū)域內(nèi)，水分的解吸或吸著會(huì)使木材細(xì)胞壁產(chǎn)生干縮或濕脹的現(xiàn)象。,,木材的干縮率和濕脹率可以用尺寸（體積）變化與原尺寸（體積）的百分率表示：,,,（2）木材干縮濕脹的成因,木材具有干縮性和濕脹性的原因： 木材在失水或吸濕時(shí)，木材內(nèi)所含水分向外蒸發(fā)，或干木材由空氣中吸收水分，使細(xì)胞壁內(nèi)非結(jié)晶區(qū)的相鄰纖絲間、微纖絲間和微晶間水層變薄（或消失）而靠攏或變厚而伸展，從而導(dǎo)致細(xì)胞壁乃至整個(gè)木材尺寸和體積發(fā)生變化。,6.2.5 木材的干縮濕脹,木材干縮濕脹的各向異性,木材干縮濕脹現(xiàn)象及成因,木材干縮性與濕脹性的測(cè)定,（1）木材干縮濕脹的各向異性,干縮率差異:軸向干縮率一般為0.1～0.3%; 徑向干縮率和弦向干縮率的范圍為3～6%和6～12%。 三個(gè)方向上的干縮率以軸向干縮率最小，這個(gè)特征保證了木材或木制品作為建筑材料的可能性。,（2）木材干縮濕脹的各向異性的原因,① 木材軸向、橫向干縮濕脹差異的原因 木材干縮濕脹的各向異性:由木材的構(gòu)造特點(diǎn)造成的; 主要取決于次生壁中層(S2)微纖絲的排列方向。 次生壁中層(S2)微纖絲的排列方向幾乎是與細(xì)胞主軸相平行的，而微纖絲是由平行排列的大分子鏈所組成的基本纖絲構(gòu)成的。,② 木材徑向、弦向干縮濕脹差異的原因,a．木射線對(duì)徑向收縮的抑制 b．早晚材差異的影響 c．徑向壁和弦向壁中的木質(zhì)素含量差別的影響 d．徑壁、弦壁紋孔數(shù)量的影響,6.2.5 木材的干縮濕脹,木材干縮濕脹的各向異性,木材干縮濕脹現(xiàn)象及成因,木材干縮性與濕脹性的測(cè)定,木材干縮性與濕脹性的測(cè)定 （1）試樣 試樣的尺寸為20mm20mm20mm，具體測(cè)量時(shí)精確到0.01mm，其各向應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)的縱、徑或弦向。試樣的重量稱(chēng)量精確到0.001g。 （2）木材干縮率的測(cè)定 ① 原理 含水率低于纖維飽和點(diǎn)的濕木材，其尺寸和體積隨含水率的降低而縮小。從濕木材到氣干或全干時(shí)尺寸及體積的變化；與原濕材尺寸及體積之比，以表示木材氣干或全干時(shí)的線干縮性及體積干縮性。,② 木材線干縮率的計(jì)算 試樣從濕材至全干、氣干時(shí)，徑向和弦向的全干縮率、氣干干縮率，準(zhǔn)確至0.1%。 Bmax、Bw—試樣徑向或弦向全干干縮率、氣干干縮率，％； Lmax—試樣含水率高于纖維飽和點(diǎn)(即濕材)時(shí)的徑向或弦向尺寸，mm； L0、Lw—試樣全干、氣干時(shí)徑向或弦向的尺寸，mm。,,,（3）木材濕脹率的測(cè)定,① 原理 干木材吸濕或吸水后，其尺寸和體積隨含水率的增高而膨脹。木材全干時(shí)的尺寸或體積與吸濕至大氣相對(duì)濕度平衡或吸水至飽和時(shí)的尺寸或體積之比，表示木材的濕脹性。 ② 木材濕脹率的計(jì)算 木材的濕脹率可分為線濕脹率與體積濕脹率。木材的濕脹是與干縮相反的過(guò)程。,6.3 木材的電學(xué)性質(zhì) 6.3.1 木材的導(dǎo)電性 6.3.2 木材的介電性 6.3.3 木材的壓電效應(yīng)和界面的動(dòng)電性質(zhì),6.3.1 木材的導(dǎo)電性,6.3.1.1 電阻率與電導(dǎo)率,6.3.1.2 木材的電導(dǎo)原理,6.3.1.3 影響木材直流電導(dǎo)率的因素,電阻 在一個(gè)固體的兩端施加電壓的電場(chǎng)，固體中通過(guò)的電流為，那么該固體的電阻為 電阻率 是指單位截面積及單位長(zhǎng)度上均勻?qū)Ь€的電阻值，是物體的固有屬性，電阻率越大則材料導(dǎo)電能力越弱。電阻率： A為導(dǎo)體的截面積（ ），l是電場(chǎng)間導(dǎo)體的長(zhǎng)度（ ）。 電導(dǎo)率 是電阻率的倒數(shù)，電導(dǎo)率越大，則說(shuō)明材料導(dǎo)電能力越強(qiáng)。,,,,,,按照電阻率或電導(dǎo)率的大小，所有材料可以劃分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體 和 絕緣體（介電體）。 導(dǎo)體 導(dǎo)體是導(dǎo)電能力強(qiáng)的材料，電阻率范圍一般在10-8～10-5，如金屬等； 絕緣體 絕緣體的導(dǎo)電能力差，一般電阻率高于108的材料可以稱(chēng)為絕緣體，如陶瓷、橡膠、塑料等； 半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的稱(chēng)為半導(dǎo)體。,6.3.1 木材的導(dǎo)電性,6.3.1.1 電阻率與電導(dǎo)率,6.3.1.2 木材的電導(dǎo)原理,6.3.1.3 影響木材直流電導(dǎo)率的因素,6.3.1.2 木材的電導(dǎo)原理 木材導(dǎo)電性弱的主要原因:木材的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成中不含有導(dǎo)電性良好的自由電子。 木材具有微弱的導(dǎo)電性原因: 木材的極化現(xiàn)象:木材中存在的離子可分為兩類(lèi)。,6.3.1 木材的導(dǎo)電性,6.3.1.1 電阻率與電導(dǎo)率,6.3.1.2 木材的電導(dǎo)原理,6.3.1.3 影響木材直流電導(dǎo)率的因素,6.3.1.3 影響木材直流電導(dǎo)率的因素 （1）含水率 對(duì)電導(dǎo)的活化能E是決定電導(dǎo)的主要因子，E是由離解能量U和遷移能S兩者來(lái)決定的。,（2）溫度 金屬：電阻率隨著溫度升高而增大； 木材：電阻率則隨溫度的升高而變小；,,（3）紋理方向 木材橫紋理方向（垂直于纖維方向）的電阻率較順紋理方向的電阻率大。 針葉樹(shù)材橫紋理方向的電阻率約是順紋理方向電阻率的2.3～4.5倍； 闊葉樹(shù)材通常達(dá)到2.5～8.0倍。,（4）密度、樹(shù)種和試材部位 密度--木材密度大，電阻率大；電導(dǎo)率小。 樹(shù)種--電阻率產(chǎn)生差異。其差異大于密度因素影響的差異。 試材部位--木材中不同部位的電阻率也存在差異。,,6.3.2 木材的介電性,交流電－－方向和強(qiáng)度按某一頻率周期性變化的電流稱(chēng)為交流電。交流電按其頻率的高低，大致可分為低頻(含工頻)、射頻(又稱(chēng)高頻)。 木材的交流電性質(zhì)－－是泛指木材在各種頻率的交流電場(chǎng)作用下所呈現(xiàn)的各種特性，主要包括木材的介電性質(zhì)參數(shù)（介電系數(shù)、損耗角正切、介質(zhì)損耗因數(shù)等）和交流電阻率（或電導(dǎo)率）的變化規(guī)律及影響因素。,6.3.2.1 低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng),6.3.2.2 射頻下木材的極化和介電性,6.3.2.3 木材的介電系數(shù),6.3.2.4 木材的介電損耗,6.3.2.5 木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用,6.3.2.1 低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng) 在交流電的低頻區(qū)域，木材的電學(xué)性質(zhì)與直流電呈現(xiàn)同樣特性。 例如，在絕干狀態(tài)下木材電阻極高，隨著含水率的增加電阻顯著減小，這種變化到纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)又趨于平緩。,6.3.2.1 低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng),6.3.2.2 射頻下木材的極化和介電性,6.3.2.3 木材的介電系數(shù),6.3.2.4 木材的介電損耗,6.3.2.5 木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用,6.3.2.2 射頻下木材的極化和介電性 射頻--是頻率很高的電磁波，又稱(chēng)高頻，其頻率范圍大約從0.2MHz直至幾百甚至幾千兆赫。 介電性－是指物質(zhì)受到電場(chǎng)作用時(shí)，構(gòu)成物質(zhì)的帶電粒子只能產(chǎn)生微觀上的位移而不能進(jìn)行宏觀上的遷移的性質(zhì)。 介電體－表現(xiàn)出介電性的物質(zhì)。,6.3.2.1 低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng),6.3.2.2 射頻下木材的極化和介電性,6.3.2.3 木材的介電系數(shù),6.3.2.4 木材的介電損耗,6.3.2.5 木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用,6.3.2.3 木材的介電系數(shù) （1）介電系數(shù) 表征木材在交流電場(chǎng)作用下介質(zhì)的極化強(qiáng)度和介電體存儲(chǔ)電荷能力的物理參數(shù)。 定義：木材介質(zhì)電容器的電容量與同體積尺寸、同幾何形狀的真空電容器的電容量之比值。通常取為介質(zhì)電容C與空氣電容C0之比。 介電系數(shù)值越小，電絕緣性越好。 水的介電系數(shù)為81，硬質(zhì)陶瓷的介電系數(shù)為5.73，云母的介電系數(shù)為7.1~7.7。絕干木材的介電系數(shù)約為2，濕材的介電系數(shù)大于干材； 木材橫紋理方向的介電系數(shù)小于順紋理方向。如絕干櫟木的順紋介電系數(shù)為3.64，橫紋介電系數(shù)為2.46。,,（2）影響木材介電系數(shù)的因素,主要包括木材含水率、密度、頻率、樹(shù)種、紋理方向、電場(chǎng)方向等。 ① 含水率的影響 在溫度和頻率不變的條件下，木材的介電系數(shù)隨含水率u的增加而增大。 ② 密度的影響 木材的介電系數(shù)隨密度的增加而增大。 ③ 頻率的影響 在相同含水率、溫度條件下，木材介電系數(shù)隨頻率的增加而逐漸減小。 ④ 紋理方向 木材介電系數(shù)具有各向異性。 順紋方向的介電系數(shù)比橫紋方向的介電系數(shù)大30%～60%，隨著含水率的升高，這種差異對(duì)針葉樹(shù)材來(lái)說(shuō)有越來(lái)越大的趨勢(shì)。,6.3.2.1 低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng),6.3.2.2 射頻下木材的極化和介電性,6.3.2.3 木材的介電系數(shù),6.3.2.4 木材的介電損耗,6.3.2.5 木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用,6.3.2.4 木材的介電損耗 木材處于交流電場(chǎng)中，由于偶極子運(yùn)動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦阻力等相互間的作用，使介質(zhì)偶極矩取向滯后于外施電場(chǎng)的變化，宏觀表現(xiàn)為通過(guò)介質(zhì)的總電流I在相位上滯后于極化電流Ic，這樣每一周期中有一部分電能被介質(zhì)吸收發(fā)熱，這種現(xiàn)象稱(chēng)為介質(zhì)損耗。 （1）損耗角正切和功率因數(shù) 損耗角正切tg?：介質(zhì)在交流電場(chǎng)中每周期內(nèi)熱消耗的能量與充放電所用能量之比，在數(shù)值上等于熱耗電流IR與充放電電流IC之比。,功率因數(shù)：每周期之內(nèi)有功功率（熱消耗功率）與視在功率（等于外施電壓與總電流的乘積）之比，在數(shù)值上等于熱耗電流與總電流之比。,,（2）介質(zhì)損耗因數(shù)（也稱(chēng)介電損耗率） 等于介電系數(shù)與損耗角正切的乘積。,（3）影響木材介質(zhì)損耗的主要因素 ① 含水率的影響 在相同頻率下，木材損耗角正切與含水率u的關(guān)系為：在纖維飽和點(diǎn)以下，隨u的增加而明顯增大，但是在纖維飽和點(diǎn)以上，這種變化趨于平緩。 ② 頻率的影響 木材的介質(zhì)損耗與頻率的關(guān)系十分復(fù)雜。 ③ 密度的影響 介質(zhì)損耗因數(shù)與密度ρ有著明顯的正相關(guān)關(guān)系，隨ρ的增加線性地增大。 ④ 紋理方向的影響 木材的損耗角正切和介質(zhì)損耗因數(shù)：,6.3.2.1 低頻交流電作用下木材的電熱效應(yīng),6.3.2.2 射頻下木材的極化和介電性,6.3.2.3 木材的介電系數(shù),6.3.2.4 木材的介電損耗,6.3.2.5 木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用,6.3.2.5 木材的介電性在木材工業(yè)中的應(yīng)用 (1)交流介電式水分儀 通過(guò)測(cè)定木材的介電參數(shù)并將其轉(zhuǎn)化成含水率的方法可以測(cè)定木材的含水率。 (2)木材及木制品的高頻熱固化膠合工藝 木材在低含水率狀態(tài)下屬于極性介電體，所以當(dāng)把熱固性的濕膠黏劑施于木材表面時(shí)，由于兩者的介電性不同，可以達(dá)到選擇性加熱的目的。,(3) 高頻干燥技術(shù) 高頻干燥機(jī)理：是利用濕木材中的水分子在高頻電場(chǎng)中的極化來(lái)加快干燥進(jìn)程。,微波干燥機(jī)理；利用分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)部加熱，而且比高頻更接近水分子的介電吸收頻率，有利于木材內(nèi)水分溫度的提高和排出。 應(yīng)用方面： 刨花板、纖維板、木塑復(fù)合材（WPC）的加熱聚合、木材的彎曲成型加工技術(shù)、纖維板的定向鋪裝、木材解凍、防腐和殺蟲(chóng)處理等方面得以應(yīng)用。,,6.3.3 木材的壓電效應(yīng)和界面的動(dòng)電性質(zhì),6.3.3.1 壓電效應(yīng),6.3.3.2 界面的動(dòng)電性質(zhì),6.3.3.1 壓電效應(yīng) 具有晶體結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)在壓力或機(jī)械振動(dòng)等作用下的應(yīng)變也能引起電荷定向集聚（極化）從而產(chǎn)生電場(chǎng)，這種由力學(xué)變形而引起的介質(zhì)極化稱(chēng)為壓電效應(yīng)。,6.3.3.2 界面的動(dòng)電性質(zhì) 在纖維素和木材中，其高分子內(nèi)具有活性的羥基，當(dāng)木材的微細(xì)粉末分散于水中時(shí)，因?yàn)檫x擇性地吸著羥基離子，所以粒子相對(duì)于水帶有了負(fù)電荷，這種現(xiàn)象稱(chēng)為界面動(dòng)電性，此時(shí)界面上產(chǎn)生的電位就是ζ-電位。,6.4木材的熱學(xué)性質(zhì) 用比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)等熱物理參數(shù)來(lái)綜合表征的。這些熱物理參數(shù)，在木材加工的熱處理（如原木的解凍、木段的蒸煮、木材干燥、人造板板坯的加熱預(yù)處理等）中，是重要的工藝參數(shù)；在建筑部門(mén)進(jìn)行隔熱、保溫設(shè)計(jì)時(shí)，是不可缺少的數(shù)據(jù)指標(biāo)。,6.4.1 木材的比熱和熱容量 6.4.2 木材的導(dǎo)熱系數(shù) 6.4.3 木材的導(dǎo)溫系數(shù) 6.4.4 木材的蓄熱系數(shù) 6.4.5 木材的熱膨脹與熱收縮 6.4.6 熱對(duì)木材性質(zhì)的影響 6.4.7 木材熱物理參數(shù)的測(cè)量,6.4.1 木材的比熱和熱容量 熱容量: 熱容量系數(shù): θ1 、θ0 為溫度 比熱:為單位量的某種物質(zhì)溫度變化1℃所吸收或放出的熱量。,,,6.4.2 木材的導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)表征物體傳遞熱量的能力。 導(dǎo)熱系數(shù)（ λ ）：以在物體兩個(gè)平行的相對(duì)面之間的距離為單位，溫度差恒定為1℃時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量。 單位為W/(m﹒K)。 傳導(dǎo)的熱量Q： A為垂直于熱流方向的面積(m2)；t為時(shí)間(h)；θ1和θ2分別為低溫面和高溫面的溫度(℃)；d為兩面間的距離。,,,影響木材導(dǎo)熱系數(shù)的主要因子： (1)木材密度的影響 木材導(dǎo)熱系數(shù)隨著木材密度的增加大致成比例地增加。,在室溫、氣干含水率條件下木材密度對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響 （自劉一星，1994） ○——熱流方向?yàn)橄蚁?；——熱流方向?yàn)閺较?(2)含水率的影響 隨著木材含水率的增加，木材的導(dǎo)熱系數(shù)增大。 (3)溫度的影響 導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大。 (4)熱流方向的影響 同樹(shù)種木材順紋方向的導(dǎo)熱系數(shù)明顯大于橫紋方向的導(dǎo)熱系數(shù)。 徑向?qū)嵯禂?shù)大于弦向，平均約相差12.7%。,,6.4.3 木材的導(dǎo)溫系數(shù),導(dǎo)溫系數(shù)又稱(chēng)熱擴(kuò)散率（ α ）。 是表征材料(如木材)在冷卻或加熱的非穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程中，各點(diǎn)溫度迅速趨于一致的能力(即各點(diǎn)達(dá)到同一溫度的速度)。 α ——導(dǎo)溫系數(shù)(m2/s)； λ——導(dǎo)熱系數(shù)〔W/(m﹒K)〕； C ——比熱〔kJ/(kg﹒K)〕； ρ——密度(kg/m3)； C﹒ρ ——體積熱容量〔kJ/(m3﹒K)〕。,,木材的導(dǎo)溫系數(shù)的影響因子：密度、含水率、溫度和熱流方向 （1）木材密度的影響 （2）含水率的影響,（3）溫度的影響 溫度對(duì)導(dǎo)溫系數(shù)的影響幅度較??；在正溫度(0～100℃)下，絕干木材的導(dǎo)溫系數(shù)隨溫度的上升而略有降低。 （4）熱流方向的影響 熱流方向?qū)δ静膶?dǎo)溫系數(shù)的影響與它對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響方式相同。,,6.4.4 木材的蓄熱系數(shù),蓄熱系數(shù)（ S ），是表征在周期性外施熱作用下，材料儲(chǔ)蓄熱量的能力的熱物理參數(shù)。 kJ/(m2﹒h﹒K),,,,,,6.4.5 木材的熱膨脹與熱收縮,熱膨脹：固體的尺寸隨溫度升高而增大的現(xiàn)象。 線熱膨脹系數(shù)α和體積熱膨脹系數(shù)β： 木材的熱膨脹系數(shù)很小，一般可忽略其熱膨脹效應(yīng)。但是，當(dāng)木材內(nèi)部有溫度梯度時(shí)，會(huì)因熱膨脹產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力可能造成木材的變形。,6.4.6 熱對(duì)木材性質(zhì)的影響,木材在受熱條件下，吸濕性降低（由于吸濕性較強(qiáng)的多糖類(lèi)的熱分解所致），彈性模量提高；如繼續(xù)延長(zhǎng)熱處理時(shí)間，就會(huì)造成木材化學(xué)成分的熱分解，導(dǎo)致木材力學(xué)性質(zhì)降低。 長(zhǎng)期蒸煮處理可導(dǎo)致木材彈性模量減小、各種力學(xué)強(qiáng)度下降，尤其是對(duì)沖擊韌性的影響顯著，其主要原因是長(zhǎng)期蒸煮過(guò)程中半纖維素的過(guò)度降解和脫出。 適當(dāng)溫度、時(shí)間條件下的水煮或汽蒸處理，可以起到釋放內(nèi)部應(yīng)力、降低吸濕性、固定木材變形的作用。,6.5 木材的聲學(xué)性質(zhì),木材的聲學(xué)性質(zhì)，包括木材的振動(dòng)特性、傳聲特性、空間聲學(xué)性質(zhì)(吸收、反射、透射)、樂(lè)器聲學(xué)性能品質(zhì)等與聲波有關(guān)的固體材料特性。,6.5 木材的聲學(xué)性質(zhì) 6.5.1 木材的振動(dòng)特性 6.5.2 木材的傳聲特性 6.5.3 木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述 6.5.4 木材的聲傳播、聲共振與 材質(zhì)無(wú)損檢測(cè),6.5.1 木材的振動(dòng)特性 共振是指物質(zhì)在強(qiáng)度相同而周期變化的外力作用下，能夠在特定的頻率下振幅急劇增大并得到最大振幅的現(xiàn)象。 共振現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為共振頻率或固有頻率。 阻尼自由振動(dòng)：,6.5.1 木材的振動(dòng)特性,6.5.1.1 木材的三種基本振動(dòng)方式與共振頻率,6.5.1.2 木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減,6.5.1.3 木材的聲阻抗(特性阻抗),6.5.1.1 木材的三種基本振動(dòng)方式與共振頻率,振動(dòng)方式：縱向振動(dòng)、橫向振 動(dòng)(彎曲振動(dòng))和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。 (1)縱向振動(dòng) 縱向振動(dòng)是振動(dòng)單元(質(zhì)點(diǎn))的位移方向與由此位移產(chǎn)生的介質(zhì)內(nèi)應(yīng)力方向相平行的振動(dòng)。 長(zhǎng)度方向的聲速v： 基本共振頻率fr： 木棒長(zhǎng)度為L(zhǎng)，密度為ρ，彈性橫量為E,(2)橫向振動(dòng) 橫向振動(dòng)：振動(dòng)元素位移方向和引起的應(yīng)力方向互相垂直的運(yùn)動(dòng)。（木結(jié)構(gòu)和樂(lè)器上使用） 橫向振動(dòng)包括彎曲運(yùn)動(dòng)。 木棒橫向振動(dòng)的共振頻率的影響因素： 木材試樣的幾何形狀、尺寸和聲速，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)受到抑制的方式有關(guān)。,,(3)扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)：振動(dòng)元素的位移方向圍繞試件長(zhǎng)軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)，如此往復(fù)周期性扭轉(zhuǎn)的振動(dòng)。 試件基本共振頻率fr取決于該外加質(zhì)量的慣性矩I、試件的尺寸和剛性模量G 式中：r為圓截面試件的半徑；L為試件的長(zhǎng)度。,,6.5.1 木材的振動(dòng)特性,6.5.1.1 木材的三種基本振動(dòng)方式與共振頻率,6.5.1.2 木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減,6.5.1.3 木材的聲阻抗(特性阻抗),6.5.1.2 木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減,木材聲輻射品質(zhì)常數(shù)、木材的(內(nèi)摩擦)對(duì)數(shù)衰減率(或損耗角正切)和聲阻抗等聲學(xué)性質(zhì)參數(shù)。 聲輻射阻尼系數(shù)R：木材及其制品的聲幅射能力，即向周?chē)諝廨椛渎暪β实拇笮。c傳聲速度成正比，與密度ρ成反比。,6.5.1 木材的振動(dòng)特性,6.5.1.1 木材的三種基本振動(dòng)方式與共振頻率,6.5.1.2 木材的聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減,6.5.1.3 木材的聲阻抗(特性阻抗),6.5.1.3 木材的聲阻抗(特性阻抗),木材的聲阻抗ω：木材密度ρ與木材聲速v的乘積 木材具有較小的聲阻抗和非常高的聲輻射常數(shù)，它是一種在聲輻射方面具有優(yōu)良特性的材料。,,,6 . 5.2 木材的傳聲特性,木材傳聲特性的主要指標(biāo)為聲速v。 密度ρ為一定值，則順紋傳聲速度v∥與橫紋傳聲速v⊥之比，與它們各對(duì)應(yīng)方向上彈性橫量之間的關(guān)系：,,6.5.3 木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述,木材具有優(yōu)良的聲共振性和振動(dòng)頻譜特性——聲學(xué)性能品質(zhì)好 對(duì)共鳴板材料的聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)，可歸納為三個(gè)大的方面： ① 對(duì)振動(dòng)效率的評(píng)價(jià)； ② 有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)； ③ 對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。,6.5.3 木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述,6.5.3.1 對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià),6.5.3.2 有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià),6.5.3.3 對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改良,6.5.3.1 對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià),選用聲輻射品質(zhì)常數(shù)較高(R≥1200)、內(nèi)摩擦損耗小的木材。 評(píng)價(jià)(與振動(dòng)效率有關(guān)的)木材聲學(xué)性能品質(zhì)的物理量主要有： 聲輻射阻尼、比動(dòng)態(tài)彈性模量E/ρ、損耗角正切tgδ、聲阻抗以及tanδ/E等。,6.5.3 木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述,6.5.3.1 對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià),6.5.3.2 有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià),6.5.3.3 對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改良,6.5.3.2 有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià),用振動(dòng)的頻譜特性評(píng)價(jià)： 云杉木材的頻譜特性，明顯優(yōu)于金屬材料，使用該材料制作的音板能在工作頻率范圍內(nèi)比較均勻地放大各種頻率的樂(lè)音。,6.5.3 木材聲學(xué)性能品質(zhì)評(píng)價(jià)簡(jiǎn)述,6.5.3.1 對(duì)振動(dòng)效率品質(zhì)的評(píng)價(jià),6.5.3.2 有關(guān)音色的振動(dòng)性能品質(zhì)評(píng)價(jià),6.5.3.3 對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改良,6.5.3.3 對(duì)發(fā)音效果穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)與改良,主要影響因子：抗吸濕能力和尺寸穩(wěn)定性。 采用甲醛化處理和水楊醇處理、水楊醇—甲醛化等方法處理木材能提高發(fā)音的穩(wěn)定性和聲學(xué)性能品質(zhì)。,,6.5.4 木材的聲傳播、聲共振與材質(zhì)無(wú)損檢測(cè),超聲波檢測(cè)原理： 木材中的縱波傳遞速度和彎曲振動(dòng)的共振頻率，均與木材的動(dòng)彈性模量具有明確的函數(shù)關(guān)系。通常采用脈沖式超聲波。 超聲傳播速度v與密度ρ及超聲彈性模量E之間的關(guān)系為v =（ Eu /ρ）1/2 。,振動(dòng)法(共振法)檢測(cè)： 基于木材共振頻率與彈性模量具有數(shù)學(xué)關(guān)系的原理進(jìn)行的。振動(dòng)測(cè)量得到的動(dòng)彈性模量E與抗彎強(qiáng)度的正相關(guān)。 沖擊應(yīng)力波檢測(cè)： 基于縱波(或表面波)振動(dòng)的原理進(jìn)行工作。 FFT分析無(wú)損檢測(cè)： 運(yùn)用了FFT(快速傅里葉變換)分析儀和電子計(jì)算機(jī)，拾取受敲擊后木材試件的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行瞬態(tài)頻譜分析，算出試件的彈性模量E和剛性模量G。,6.6 木材的光學(xué)性質(zhì) 6.6.1 木材的顏色 6.6.2 木材的光澤 6.6.3 木材的光致發(fā)光現(xiàn)象(冷光現(xiàn)象) 6.6.4 木材的雙折射,6.6.1 木材的顏色,顏色三屬性：明度、色調(diào)、飽和度 明度表示人眼對(duì)物體的明暗度感覺(jué)； 色調(diào)(色相)表示區(qū)分顏色類(lèi)別、品種的感覺(jué)(如紅、橙、黃、綠等)； 飽和度表示顏色的純潔程度和濃淡程度。,木材的光致變色：木材表面顏色在日光中的紫外線作用下隨時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生越來(lái)越明顯的變化。 大致可分為以下幾種： ① 色調(diào)變化：木材改變了其原有的顏色特點(diǎn)； ② 褪色：逐漸失去了木材原有的鮮艷色澤，色飽和度大為降低； ③ 表面暗化：表面顏色變?yōu)榘档纳钌?④ 非均勻變色：材表顯露出不均勻的色斑。 這些顏色變化影響了木制品和室內(nèi)裝飾材的質(zhì)量和耐久性。,,6.6.2 木材的光澤,木材的光澤，它來(lái)自木材表面對(duì)光的反射作用。 表面光澤度(%)：即反射光強(qiáng)度占入射強(qiáng)度的百分率來(lái)定量材料表面光澤的強(qiáng)弱程度。 橫切面沒(méi)有光澤； 弦切面稍現(xiàn)光澤； 徑切面具有較好的光澤（由于富有光澤性的木材線組織的反射作用）。 木材的表面光澤度具有各向異性。平行于紋理方向反射的光澤度大于垂直于紋理方向反射的光澤度。,6.6.3 木材的光致發(fā)光現(xiàn)象(冷光現(xiàn)象),光致發(fā)光現(xiàn)象：當(dāng)物質(zhì)受到外來(lái)光線的照射時(shí)，并非因溫度升高而發(fā)射可見(jiàn)光的現(xiàn)象。 木材的光致發(fā)光現(xiàn)象：木材的水抽提液或木材表面在紫外光輻射的作用下，能夠發(fā)出可見(jiàn)光。,,6.6.4 木材的雙折射,雙折射系指射入某些晶體的光線被分裂為兩束，沿不同方向折射的現(xiàn)象。 當(dāng)光線入射到細(xì)胞壁上時(shí)，在不同方向的折射率也不相同，從而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。,本章結(jié)束,