木材应该必须要懂的基础知识

    【木材基本知识 】

    第一节树木的组成

    树木是由树根、树干、树冠三部分组成的

    1．树根，树 根是树木的比较下部，即地下部分，占立木材积5%~25%，其作用是：

    （1）从土壤中吸收水分和矿物质，沿树干由下向上运送到树枝和树叶，借助于光和叶绿素 进行光合作用，制成有机营养物质后，再沿树干韧皮部向下运到树干根部。

    （2）贮藏由树干韧皮部下降的备用营养物质。

    （3）稳定树干，把树木固定在土地上， 保持树木的稳定生长。另外，树根在利用上多作薪材，随着经济的发展、科学进步，树根也成为艺术之品的好材料—根雕，也有的树根如松树伐根，可提取松节油和 松香等。

    2．树干，树干是构成树木的比较主要部分，即树木的木材部分，占立木材积的50%~90%，其作用是：

    （1）树干和树根结成一体，支撑树冠。

    （2）从树根向上输送水分和 矿物质，再从树冠向下经韧皮部运送有机营养物质。

    （3）贮藏营养物质，供树木生长和繁殖使用。另外，树木形成的木质部以树干为比较多，木材主要来自树干，具有重要的使用价值。

    3．树冠，树 冠是树枝和树叶的总称，位于树木的比较上部分，占立木材积的5%～25%，其作用是：

    （1）树叶用从空气中摄取来的二氧化碳和经树根从土壤中吸取来的水分和 矿物质，在阳光的辐射下、借助于叶绿素进行光合作用，经光合作用制成营养物质，供树木生长需要。

    （2）树枝可以上下输送、贮藏水分和营养物质，并且支持树 叶。另外，树枝除可作小径木外，一般多为薪材，但随着剩余物利用手段的增加，树枝也可用作削片、造纸、纤维板、刨花板的原料；树叶可作饲料，也可从中提取 化学药品等。

    树干的组成

    从树干的横切面观察，树干是由树皮、形成层、木质部、髓组成的。

    1．树皮。树皮是树干的比较外层，即形成层以外的一切组织均称为树皮。树皮通常分为外皮、周皮和内皮。外皮和内皮中间有一层薄皮，称为周皮（肉眼看不见）。周皮以外称为 外皮，又称死皮，通常颜色较深，起着保护树木不受外界因子影响及削弱机械损伤的作用；周皮以内称为内皮，即韧皮部，是生活的组织，在树木生长过程中具有向 下输送营养物质的作用。

    （1）树皮组成：外皮、周皮和内皮。

    （2）树皮作用：防止树木水分蒸发，输送叶子制造的养分并能贮藏养分，是树木的保护层。另外，不同树种的树皮有着不同的作用。例如桦木树皮可炼桦皮焦油，用于医药和制革；厚 朴、苦木、杜仲等树种的树皮是贵重的药材等。同时，由于树皮的外部形态、厚薄、颜色、质地、剥落情况、气味、滋味等各有所不同，因此，树皮是现场识别木材 主要的依据之一。

    2．形成层，形成层是位于韧皮部和木质部之间的一层狭窄且具有分生能力的细胞层。形成层中具有分生能力的母细胞，不断地分生子细胞。母细胞向外分生韧皮部，形成树皮；向 内分生木质部，构成木材，因而它是产生木材的源泉。（1）形成层的组成，形成层细胞是由原始细胞组成的，原始细胞又可分为纺锤形原始细胞和射线形原始细 胞。（2）形成层的作用，形成层具有分裂细胞的作用，即具有分生作用。

    3．木质部，木质部位于形成层和髓心的中间，是树干中比较具有经济价值的部分，也是比较主要的木材部分。（1）木质部的组成，根据细胞组成的来源，木质部可分为初生木质部和 次生木质部。初生木质部起源于顶端分生组织，分量极小，它围绕在髓心的周围；次生木质部是由形成层分生而来的。木质部的绝大部分是次生木质部，也可以说， 树干的次生木质部是比较有利用价值的。（2）木质部的作用，从地下吸收水分和矿物质，输导和贮存养分，是形成木材的源泉。

    4.髓，髓 位于树干的中心部位（往往是偏心的），被木质部包围，髓（是一种薄壁组织）和第一年生的初生木质部一起构成髓心。髓心的形状、大小、颜色、构造等因树种的 不同而不同，是识别木材的依据之一。（1）髓心的形状，多数树种的髓心在横切面上呈圆形或椭圆形，如马尾松、榆木，色木等。但也有特殊形状的，如星状的栎 木、枫香、菱形的大叶、黄杨、五角形的白杨等。（2）髓心的颜色，大多数树种的髓心呈褐色或淡褐色，但也有特殊颜色的，如泡桐的髓心是白色的。（3）髓心 的大小， 针叶树种的髓心一般都很小，约3～5mm，并且相差不大；阔叶树种髓心有大有小，大的髓心可达到数厘米。（4）髓心的构造，髓心的构造因树种而异，片状的 如核桃楸，中空的如泡桐，充满柔软薄壁组织的如梧桐。另外，髓心组织较松软、强度低、易开裂，因此，对质量要求较高的材种有影响，但对于一般的材种影响不 大。

    第二节 木材构造

    木材三个切面

    树木是生物体，是由无数个形状各异、大小不同、排列方式不同的细胞组成，这些细胞呈立体状态存在于木材组织中，因此为了正确地了解木材的构造，必须从三个切面来进行观察。这三个切面分别是横切面、径切面、弦切面。其中，横切面是木材的比较重要切面。

    （1）横切面，与树干主轴相垂直的切面称为横切面。除年轮之外，木材纹理的特征都暴露在这个切面上，横切面是识别木材比较重要的切面，这个切面硬度大、耐磨损，可做铺路木块。

    （2）径切面，与树干主轴相平行，并且通过髓心的切面称为径切面。此切面板材收缩小，不易翘曲，适合做木尺和乐器共鸣板等。

    （3）弦切面，与 树干主轴相平行，不通过髓心且与年轮相切的切面称弦切面。它是一个年轮的切线，又是另一个年轮的弦线。在不同的切面上可以观察到木材的不同结构。如横切面 上可以观察到木射线的宽度和长度以及木材细胞间的相互联系；径切面上可以观察到年轮呈条状，相互平行，而与木射线相互垂直；弦切面上可以观察到年轮呈 “V”字形。

    木材构造特征

    这里所说的木材构造特征是指木材宏观构造或粗视构造，既可以用肉眼或放大镜观察到的特征。

    （1）心材、边材

    从横切面观察，在髓心周围，颜色较深，含水量少的部分，称为心材；靠近树皮部分，颜色较浅，含水量多的部分，称为边材。

    （2）生长轮、年轮、早材、晚材

    树木在一个生长周期内所形成的一层木质环轮，称为生长轮。对于温带、寒带地区的树木，每年生长轮只出现一次，因而生长轮又称年轮；对于热带地区的树木，每年生长轮可出现几次，因此一般不叫年轮，只称生长轮。

    生长季节早期形成的木材称为早材，其特点：细胞分裂速度快，体积大，胞壁薄，材质较松软，材色浅；生长季节晚期形成的木材称为晚材，其特点：细胞分裂速度慢，分裂能力减弱，胞壁厚，材质致密、坚硬，材色深。

    （3）木射线

    木射线是木材中唯一成辐射状、横向排列的组织，在树木的生长过程中，起横向输送和贮藏养分的作用。同时，宽木射线的木材是制作家具的好材料。另外，木射线是由薄壁细胞组成的，是木材中较脆弱而强度较低的部分，尤其在进行木材干燥时易沿木射线发生开裂，降低了其使用价值。

    （4）管孔、胞间道

    管孔是识别针、阔树种的重要依据。针叶树种无管孔，又称无孔材；阔叶树种有管孔，又称有孔材。导管在横切面上呈孔穴状，称为管孔，管孔分布、组合和排列等是识别阔叶树种的主要特征之一。

    （1）管孔的类型从分布上分为:

    环孔材是指在一个年轮内，早材管孔明显比晚材管孔大，沿着年轮成环状排列。

    散孔材是指在一个年轮内，早、晚材管孔的大小没有明显的区别，呈均匀或比较均匀的分布。

    半散（环）孔材是指在一个年轮内，管孔的排列介于散孔材和环孔材之间，也就是说，早材管孔稍大，略呈环状排列，从早材到晚材的管孔逐渐变小，界限不明显。

    辐射孔材是指早、晚材管孔大小没有明显差别，它的排列是沿半径方向呈辐射状，穿过一个年轮至数个年轮。

    切线孔材是指在一个年轮内、全部管孔呈数列弦链状。

    （2）管孔的类型从组合上分为:

    单孔是指一个管孔完全被其它分子所环绕，单独分布在年轮中。

    复孔是指两个或两个以上的管孔沿径向紧密相连，除两端的管孔仍呈圆形外，中间连接处的管孔呈扁平

    管孔团是指管孔不规则地聚合在一起。

    管孔链是指数个管孔径向排列在一起，每个管孔仍保持原来的形状。

    （3）管孔的类型从排列上分为:

    星散状是指大多数管孔是单独的，呈均匀或比较均匀分布，如水曲柳、荷木。

    榆木状是指管孔几个一团连续成波浪形或倾斜状的弦向排列，略与年轮平行并呈切线状，如榆木。

    火焰状是指早材管孔较大，管孔的排列好像火焰一样，而晚材管孔较小，形似径列火舌，如板栗。

    “《”字形状是指在斜列中，管孔比较有规则的排列，呈“《”字形，如黄连木.

    木材的非构造性特征

    （1）材色

    （2）气味与滋味

    （3）结构

    （4）纹理

    （5）光泽

    （6）重量和硬度

    第三节 树种的识别

    木材树种识别是通过木材的内、外部特征来识别树种的一种适用技术。它是木材检验的基础和不可缺少的重要环节，在木材生产、流通和使用过程中起着非常重要作用。

    1．树种

    树种是木材根据树木分类学上的分类法而分的种别，即树木种类，如红松、落叶松、樟子松、水曲柳、杨木、榆木等。也可以说，树种是指树木作为生物物种的名称。

    2．商品材树种

    木材作为商品生产、加工、流通、使用时的木材名称，叫商品材名称。它是木材价格分类的主要依据之一，又是木材作为商品流通的统称。

    商品材名称本身反映了木材归类及命名两个方面内容。把众多树种的木材归并为数目较少类，以“类”代“种”，即能满足木材的合理利用，又能照顾到生产上的方便易行。

    商品材名称的命名可借用“树种”名称，但这个“树种”应是商品材树种。因此，木材标准中的树种系商品材树种。商品材树种是依据木材外貌特征相仿、构造和材性相似的原则归类的

    3．商品材树种命名原则

    （1）以树木分类的属为基础归类。

    （2）以材质为主的归类原则。

    （3）以树木分类的树种名称为商品材名称。

    （4）采用生产单位习惯名称为商品材名称。

    （5）同科不同属的少数树种归类原则。

    树种识别方法

    1．通过树皮，材表进行识别。

    2．通过木材构造和非构造特征进行识别。

    3．通过木材识别检索表、木材标本、科学鉴定进行识别。

    树种识别工具

    一把锋利的小铲子和十倍放大镜。

    树种识别要点

    1．针叶树种

    针叶材属于裸子植物亚门，树皮的外皮多为鳞片状，内皮较薄。木材几乎全为管胞组成，无导管，心边材区别明显或不明显。生长轮中早晚材区别明显，早材色浅，晚材色深，木材多轻软，部分木材具有树脂道和特殊气味。纹理直，结构细的占多数。材表多平滑。

    （1）红松（松科．松属）

    （2）兴安落叶松（松科．落叶松属）

    （3）樟子松（松科．松属）

    （4）马尾松（松科．松属）

    （5）云杉（松科．云杉属）

    （6）冷杉（松科．冷杉属）

    （7）铁杉（松科．铁杉属）

    （8）杉木（杉科．杉木属）

    2．阔叶树种

    阔叶树属被子植物亚门双子叶植物纲，种类繁多，区别于针叶树的比较大特征为具有管孔，木射线有宽、有细、薄壁组织丰富，部分树种具有树胶道及气味，木材构造较针叶树复杂。

    （1）椴木（椴木科．椴木属）

    （2）杨木（杨柳科．杨属）

    （3）桦木（桦木科．桦木属）

    （4）柞木（壳斗科．栎属）

    （5）水曲柳（木犀科、白蜡属）

    （6）黄波萝（云香科、黄蘖属）

    （7）榉木（榆科、榉树属）

    （8）樟木（樟科、樟属）

    树种识别步骤

    树种识别要多实践，认真总结，积累经验，切忌不懂装懂。识别树种时，需要备有一把锐利的小铲刀、一个10倍的扩大镜，以便观察木材构造时用。识别的步骤如下：

    观察是否有导管，分开针、阔叶。有导管的是阔叶树；无导管的是针叶树。

    如果确定是阔叶树，再观察管孔在横切面上的分布状况和排列形状等特征，一步一步分解观察直至树种名称。

    如果确定是针叶树，再观察是否有树脂道。有树脂道是松树、落叶松、云杉、黄杉、银杉、油杉等属；无树脂道是冷杉、铁杉、杉木、柏木等属。然后再按属一步一步观察下去直至树种。

    总之，在观察木材特征时，一定要把握那些比较稳定的特征，分清主次，把稳定性比较大的特征列在前面，从主要到次要按木材识别检索表一一核对直到树种名称。

    第四节 木材性质

    木材化学性质

    木材的化学性质是指通过化学分解才能了解到的性质，主要包括木材的化学组成、木材主要化学成分的特性等。木材的化学成分十分复杂，概括起来有两类。

    1.有机物（1）纤维素,（2）半纤维素,（3）木质素,（4）侵填体;2.无机物 ,无机物在木材中表现为灰分。木材燃烧时，即产生灰分。灰分的化学成分为碳酸钾、碳酸钠、碳酸钙、磷、无机盐等。

    木材物理性质

    木材物理性质，是指不改变木材的化学成分，也不破坏其完整性，就能了解到的性质。

    1.含水率

    （1）自由水。

    （2）附着水。

    自由水和附着水的化学组成完全相同，只是在材细胞中存在的部位不同，附着水是影响木材的主要因素。

    （3）含水率（含水量）,木材中含水量的计算是以含水率（或含水量）来衡量的。木材中水分的含量，称为含水率（或含水量）。含水率分为绝对含水率（W）相对含水率（W0）

    绝对含水率（W）=（含水木材重量—绝干材重量）/绝干材重量×100%

    相对含水率（W0）=（含水木材重量—绝干材重量）/含水木材重量×100%

    绝对含水率多在工程上应用；相对含水率多在科学实验上应用。绝对含水率通常称为含水率,与相对含水率可以相互转换。

    W= 100 W0/ （100—W0 ）

    W0= 100W /（100+W）

    （4）木材按含水率分类

    湿材是指长期浸在水中的木材，其含水率高于生材。

    生材是指刚采伐的木材，其含水率70%～140%。

    气干材是指在空气中天然干燥的木材，其含水率取决于空气湿度，含水率在12%～18%之间，平均为15%。

    窑干材是指将木材放在干燥窑中干燥到气干材以下的程度，其含水率为4%～12%。

    绝干材也称全干材，是指放入烘箱在100～1050C下烘至含水率为零的木材。

    （5）木材纤维饱和点

    定义

    当自由水完全蒸发掉而细胞壁中的附着水正处于饱和状态时， 其含水率在25%~35%之间，平均为30%。

    意义

    纤维饱和点的重要意义，不仅在于其含水率的大小，而主要在于它是木材强度、胀缩、导电性等材性变化的转折点。

    2.吸湿性

    干木材从空气中吸收水蒸气的性能，称为吸湿；湿木材向空气中蒸发水蒸气的性能，称为解吸。这两种现象合起来称为木材的吸湿性。

    木材放在空气中，当木材的湿度比空气的湿度大时，木材中水分蒸发到空气中。相反，当木材的湿度比空气湿度小时，木材吸收空气中的水分。一般情况下，木材蒸发 出去的水分比吸收的要多，随着木材的干燥、蒸发速度减慢，比较后达到即不从空气中吸收水分、也不散失水分的状态，也就是木材湿度等于空气湿度，这时的木材的 含水率称为平衡含水率。

    3.吸水性

    木材浸在水中时吸收水分的能力，称为吸水性。

    吸水程度主要取决于木材在水中停留的时间，同时又因树种、孔隙度、容量等不同而不同。例如容重大的木材比容重小的木材吸水慢而少，心材比边材的吸水性能差。了解木材的吸水性，有助于木材的防腐和运输等。

    4.透水性

    木材的透水性，又称导水性，是指木材一面与水接触，另一面与空气接触，让水在流体静压力或其它压力下通过木材的能力。

    木材透水性的大小取决于树种，切面方向，是心材还是边材以及含水率等因素。

    5.干缩与湿胀

    当木材的含水率在纤维饱和点以下时，才能谈到木材的干缩和湿胀。木材从纤维饱和点起，继续干燥，附着水蒸发，木材收缩，直到绝干材为止，这一过程称为干缩。 木材从绝干状态起，吸湿或吸水，木材膨胀，直到纤维饱和点为止，这一过程称为湿胀。因此木材的胀缩性是指木材的含水率在纤维饱和点以下时，随水分的增加或 减少，而改变其尺寸大小的性能。

    6.密度

    木材密度=试件绝干材质量/ 试件饱和水分体积

    木材密度的大小取决于木材空隙度的大小和细胞壁的厚薄。木材空隙度小，细胞壁厚，组织致密，木材密度值就大；木材空隙度大，细胞壁薄，组织松疏，木材密度值就小。在生产上还可用密度值的大小来估计木材的强度。也有人把木材密度称为木材容重。

    7.木材导热性

    木材的导热性能是用热导率表示的。热导率，即在单位时间内通过木材单位面积和单位长度，在木材两面间引起10C温度差异所需要的热量。

    8.导电性

    木材的导电性很小，绝干材几乎是不导电的。

    9.传声性

    木材具有传声性能。因为木材中有许多空隙，成为空气的跑道，空气可以传播声音。

    木材另一较重要性质是共振性，这是因为木材是由管状细胞组成的。木材的共振性因其密度、弹性、结构均匀度等的差异而不同。年轮均匀、材质致密、纹理通直的木材，其共振性好，如云杉就是乐器的良好材料。

    木材的力学性质的几个术语

    极限强度是指木材从受力至破坏所能承受的比较大外力。

    硬度是指木材抵抗其它固体压入的能力。

    弹性是指木材受力后恢复变形的能力。

    刚性是指木材抵抗变形或保持原有形状的能力。

    塑性是指木材受力后不能恢复其原状而成永久变形的能力。

    韧性是指木材发生比较大变形而不破坏的能力。

    工艺性是指木材抵抗劈、钉、磨的能力。

    木材品质系数是指木材抵抗静曲和顺纹压力的极限强度的高低，也就是木材的极限强度与容积重之比

    影响木材力学性质的因素

    影响木材力学性质的因素很多，主要因素是木材缺陷、密度、含水率、生长条件等。一般情况下，密度大，强度也大。但由于各种树种的木材构造和内含物等不同，密度相同的木材其强度可能也有差别。