不同种类的木材的膨胀程度是多少?

最好提供一些具体数据。例如花梨木在温差10度时会膨胀多少等等。。。

  木材是植物的“产品”。乔木和灌木的祖先是羊齿科植物,这种植物的历史可追溯到泥盆纪。约在二亿五千万年前的二迭纪,这种原始羊齿科植物发展为针叶树,直到一亿年前的白垩纪才形成宽叶树。

  古代人们起初是不经加工就利用树木取得食物,以后,又把木棒和石头结合起来(石斧)以及把手杖和石头结合起来(矛),从而首次制造了工具。随着学会用火,木材在数千年内成为人类最重要的能源。因此,人类应用木材起始于获取能源。约在新石器向中石器时代过渡时期(约一万年前),人类学会了加工木材,人类学会用木材造船和修筑简单的住所以及制造各种家庭用具。直到最近三、四千年,木材作为原材料应用才发展到目前的状况。现在我们在技术和艺术活动中到处可见木材。

  木材虽密实,但仍是一种孔隙性有机材料。木材由其细胞构成,细胞壁内的空腔中充有多种不同物质。木材的原始形式,即未经加工的形式,称为原木。木材都是指砍伐后的、长度厚度和质量不同的树木。可见木材既是原料又是材料。木材主要产在经济林中,在一定程度上也来自森林之外(公路、通道)。大陆的三分之一有森林覆盖,当然其中有50%的面积不易通行。约有35%的森林面积未加利用,也就是说这种森林的生长无人工影响。世界森林面积只有11%左右属于经济林。人类付出力量经营经济林,以获得木材。木材砍伐分两个阶段,其中又要区别初期利用和最终利用。按森林建设和保障质量的要求,在种植了15~30年以后要进行初次砍伐。以后每隔5~10年重复进行(使森林变稀,初期利用)。到树木完全成熟(不同树种的成熟期介于80~140年之间)为止,整个森林面积上生产的全部木材有40%到60%已经砍伐进行初期利用,其中大部分为较细的木材品种,然后才将余留的树木伐掉(较粗的木材品种)。

  从物理上看,木材并不密实,含有大大小小的空腔,因此称之为孔隙体。细胞壁的空腔(毛细管)比细胞的空腔小得多。并在一定程度上充填有水或水汽混合物。木材的这种水分对其强度影响很大。木材的体积密度为300~900公斤每立方米,软木与硬木的界限约为550公斤每立方米,如不考虑空腔,即所谓“净密度”,对木纤维是1600公斤每立方米,对木质素是1400公斤每立方米,对所有树种,可用的平均值为1500公斤/米3。木材像任何孔隙物体一样,吸收空气中的水蒸汽,这就是说有吸湿性。随着空气的温度及湿度的不同,木材总是具有相应的湿度,也就是说,木材和环境空气间总是达到吸湿平衡状态。空气相对湿度为20%时,木材经过一段时间的适应后,湿度达到11%。木材吸水膨胀,反之则收缩。俗话说这是木材在“干活”。其轴向上的膨胀和收缩率大多降低0.5%,故可以忽略不计;而切向上的长度变化(松树为8%)几乎总是经向上的两倍,但膨胀和收缩只发生在湿度从0%到30%这个范围内,之后就达到所谓纤维饱和状态,停止了这个过程,水分继续增加而膨胀不会继续增加。木材的热延伸性意义不大。木材的磁性能也相当有利,因为用木材制作天线的塔架时,它几乎不影响天线的发射电磁场。木材的声学特性与其他材料有明显区别,因此在制作乐器方面优先得到采用。最典型的例子是声阻力和隔声能力比金属高十倍左右。木材也具有良好的弹性。如果木梁的负荷处于虎克定律范围而距离破断负荷足够远,那么在当负荷解除时,变形几乎完全消失,这是典型的弹性材料性质。当然,木材也像其他材料那样具有屈服现象,即在一定负荷下,变形与时间有关。

  木材的强度(在毛密度条件下测出)是突出的,然而,木材允许负荷仅为破断力的10%左右,所有强度特性与木材的水分相关,水分增加,强度下降。例如,水分为50%时,强度为初始值的50%以下。

  木材缺点中最甚者,是容易受到寄生的菌类及寄生虫的侵蚀,但可以用某些药剂和其它方法保护木材。

  木材的质量和品种的不同,每立方米的价格也不同,我们决不能忽视。森林除了有生产木材的功能以外,还有其它功能。它们对国家文化、环保、水土保护和人类休养的重要性是难以用数字表达的。

  目前,我们的地球上有24亿公亩的有用森林(全部森林面积为38亿公亩),可供利用的木材约有3000亿立方米,其中每年约采伐30亿立方米。到2000年,全世界每年的木材消耗量将从目前的28亿立方米左右增加到近50亿立方米。

  从世界范围来看,在天然原料的使用数量方面,木材仅次于煤和石油而居第三位,因而在整个原料经济中占有重要地位。木材同煤、石油及另外一些天然原料(金属矿、矿物)相比,有一个根本性的区别,就是它作为天然高分子聚合物能够不断生长,从而能持久地供人使用。由于气候、供水设施、国家文明及其它原因,地球上可居住地区的森林必须保持一定面积,因此木材生产将持久不断。但木材产量也不能任意提高,因为一棵树从幼树到可砍伐要生长80~140年,而人烟稀少或无人地区的砍伐在经济方面也有一定限度。

  谨慎而节约地使用材料的要求无疑也适用于木材,何况木材并不是取之不尽的。根据预测,木材必然发展为化学燃料。这种趋势可能会使木材这种“传统”的原材料到本世纪末在材料经济中的地位发生质的变化。

  附:
  一、 木材中的水分

  木材是一种吸湿性物质,它对于水,不论是气态还是液态,有一种亲和力。木材吸收水分或排除水分的能力决定于周围大气的变化。

  (一)木材中水分的存在状态

  木材中水分存在的状态不同,分为三种:一种呈游离状态存在于细胞腔和细胞间隙中,称为自由水(游离水)或毛细管水;一种呈吸附状态存在于细胞壁的微细纤维之间,称为吸着水(吸附水)或称胶体水;一种与细胞壁组成物质呈化学结合,称为化合水。前两种水量多,对材性影响大,是主要的。后一种水量极少,对材性无影响,仅在化学加工时才有用处。一般所论水分,仅对前两种水分而言。

  (二)木材含水量的计算

  木材中水分的含量叫做含水率或含水量,用木材中水分的重量与木材重量之比的百分率表示。

  含水率以全干木材的重量作为计算的基础,算出的数值叫绝对含水率,其计算式为:

  W0 =[ (G湿-G干)÷G干 ]×100%

  式中:G湿 湿木材重量,克

  G干 全干木材重量,克。

  含水率以湿木材的重量作为计算基础,算出的数值叫做相对含水率,其计算公式为:

  W=[(G湿—G干)÷G湿]×100%

  在生产实践中一般采用绝对含水率作为计算木材中水分含量的标准。因为绝干材重量固定,便于比较;而相对含水则因含水木材的原始重量随时在变更,不宜作比较之用。但若将木材作为燃料用时则采用相时含水率作为标准。因木材的发热量在很大程度上决定于相对含水率,发热量随着相对含水率的增大而下降。

  (三)木材的吸湿性

  木材中的水分不断地随其周空气的相对湿度及温度的变化而变化,当空气中蒸汽压力大于木材表面水分的蒸汽压力时,木材自外吸收水分,这种现象叫吸湿;反之,则木材中的水分向外蒸发,这种现象叫解吸。木材的这种性质称做吸湿性。

  木材长时间暴露在一定温与一定相对湿度的空气中,木材会达到相对恒定的含水率,称为平衡含水率。

  木材的吸湿性不但使木材的的物理、力学性质随着大气的状况变化而变化,并使木材发生收缩和膨胀。因此,如何减少木材的吸湿性是十分重要的。同时使用的木材应接近于平衡平衡含水率或低于平衡含水率。

  (四)木材的纤维饱和点

  当潮湿的木材蒸发水分时,首先蒸发自由水,当自由水蒸发完毕而吸着水尚在饱和状态时,称为纤维饱和点。这时的含水量称为饱和点含水量。

  纤维饱和点随树种与湿度而不同,当空气温度约为20°C与空气湿度为100%时,多种木材纤维饱和点含水量的平均值约为30%,其变异范围约在23~33%之间。

  纤维饱和点是所有木材材性变化的转折点。就木材强度来说,当木材含水量在纤维以上时,其强度为一恒量,不因含水量的多少而有增减。但如果木材任意干燥,当其含水减至纤维饱和点以下时,其强度则由含水率的减低而增加;反之,因含水率的增加而减小,二者成一定的反比关系。

  纤维饱和点和木材收缩、膨胀的关系:当木材含水量在纤维饱和点以上时,自由水的增减,木材没有胀缩的变化。含水量降到纤维饱和点以下时,木材随含水量的减少而收缩,等到含水量降到零,收缩达到最大;反之,木材随含水量的增另而膨胀,当含水量达到纤维饱和点时,这时纤维膨胀达到最大。纤维饱和点与木材导电性关系:含水量在纤维饱和点以下时因水的电阻比木材小,所以含水量减少,电阻加大,导电性减弱;含水量增高,电阻减少,导电性增强。

  (五)木材含不率的程度在其利用上的意义

  木材的含水率随各种状态而有不同,差异颇大,分述如下:

  1、 生材 新伐的木材称为生材。生材含水率均在纤维饱和点以上,一般为70~140%。生材含水率的多少,对木材材性影响很小。其所以有测定的必要,主要是应用在木材运输和木材干燥方面。如生材含水率极大,采伐后不给以适当的干燥时间,将使木材的运输费用增加。大木材干燥方面,也只有了解生材含水率,才便于掌握材干燥的时间和方法。

  2、 湿材 水运或湿存后的木材,称为湿材。由于长期浸泡在水中,其含水率较高,往往大天生材含水率。虽然湿材含水率较高,但由于一些水溶性的内含物渗出,反而利于干燥。

  3、 气干材 用自然干燥的方法,接近平衡含水率的木材,称为气干材,其含水率在15%左右。由于生材到气干材所需要的时间的长短,因树种、木段大小和气干条件等因素而不同,一般较大的木段需1~2年以上。

  4、 窑干材 把材放入干燥窑里,干燥到气干材以下的水分,含水率约在4~12%,称为窑干材(炉干材)。人工干燥的主要优点在于干燥后木材的吸湿性减低;并

  能避免天然干燥中的一些缺陷(变色、虫害等),因此人工干燥已在生产中得到广泛的应用。

  5、 全干材:在木材试验研究工作中,为测定木材的含水率,必须将木材干燥至全干状态,此时的木材称为全干材(绝干材)其含水率接近于0。在木材实际应用中,没有使用全干材的,所以它在生产上没有意义。
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