《木材学》考研核心考点归纳.docx
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《木材学》考研核心考点归纳
【计算题】
1、干缩率、干缩系数、差异干缩
有一块标准的马尾松湿材,已知弦向尺寸为20cm,径向尺寸为15cm,现欲将其干燥到含水率为6%,弦向和径向尺寸分别变为10cm和12cm,试分别计算弦向、径向干缩系数和差异干缩。
弦向干缩率:
[(20-10)/20]×100%=50%
径向干缩率:
[(15-12)/15]×100%=20%
弦向干缩系数:
50%/(30%-6%)=2.08
径向干缩系数:
20%/(30%-6%)=0.83
差异干缩:
50%/20%=2.5
2、各种密度、孔隙度P=(1-ρ/1.5)、含水率
某种木材的绝干密度为0.51g/cm3,其孔隙度为(d)
a.30%b.40%c.50%d.60%e.70%
纤维饱和点时的含水率,在200C时为30%,在1200C时为(b)
a.增加b.减小c.不变
【树种识别】
【画图题】
【问答题】
◇什么是木材的pH值和缓冲容量?
有些树种木材的心材呈碱性,在采用脲醛胶进行胶合板生产时胶合质量不佳,其原因何在?
答:
木材的PH值一般泛指木材中水溶性物质的酸性和碱性程度,是定量反应木材水溶液中氢离子溶度大小的指标,通常以木粉的抽提物的pH值表征。
它不仅是木材的重要物化性质之一,也是木材加工利用的一个重要指标。
在化学上,在一些由弱酸及其弱酸盐,或弱碱及其弱碱盐组成的混合溶液中,加入一定量的酸或碱液时,溶液的pH值变化很小,即能在一定程度上对外来的酸和碱具有缓冲能力,这种溶液叫座缓冲溶液。
木材的水抽提液是具有缓冲能力缓冲溶液,即木材具有缓冲容量。
因为脲醛胶的固化原理是,在加入氯化铵或硫酸铵作为固化剂的弱酸条件下,尿素与甲醛反应。
若树种的心材呈弱碱性,则会影响脲醛胶的固化,从而使得生产的胶合质量不佳。
◇木材具有各向异性的原因是什么?
试从木材的干缩、渗透及力学强度三个方面说明木材的各向异性。
答:
木材是天然生长的生物材料,由于组织构造的因素决定了木材的各向异性(anisotropy)
木材干缩方面的各向异性主要表现在纵向和横向,弦向和径向之间的差异。
木材纵向、横向干缩湿胀差异的原因:
是由木材的构造特点造成的,绝大多数细胞都是纵向排列;而细胞主要取决于次生壁中层(S2)微纤丝的排列方向。
因此原因有二:
(1)细胞壁微纤丝是由平行排列的大分子链所组成的,大分子链长度方向可移动的距离是大分子链横向之间的0.2%~0.05%,纤丝间距离的变化主要表现在横向。
(2)S2微纤丝的排列与细胞主轴成10˚-30˚几乎相平行,干缩湿胀时表现在纵向的量:
asinα;表现在横向的量:
acosα。
sinα﹤﹤cosα
木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因:
(1)木射线对径向收缩的抑制
(2)早晚材差异的影响(3)径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响(4)径壁、弦壁纹孔数量的影响
木材渗透方面的各向异性
◇比较纤维素和半纤维素的异同。
答题要点:
相同点:
同为碳水化合物(高聚糖),糖基间均由主价键苷键连接。
(1分+1分)
不同点:
纤维素单一糖基,半纤维素多种(二或二和以上)糖基;
(1)
纤维素长链形,半纤维素枝链形;
(1)
聚合度纤维素高,半纤维素低;
(1)
纤维素具晶区和非晶区,半纤维素为无定形区;
(1)
纤维素吸湿、润胀性小,化学稳定性较好,半纤维素相反;
(1)
纤维素在胞壁中骨架物质作用,半纤维素在胞壁中粘结物质作用;
(1)
【名词解释】
心材:
在靠近髓心周围与边材之间(通常颜色较深)的木质部,在立木时已不具有生理功能的。
边材:
在木质部中,靠近树皮(通常颜色较浅)的外环部分,含水率高,立木时具生理功能的木材称边材,担负着由下往上输送水分和养分
早材:
在一个生长轮内,靠近髓心一侧,是树木生长季节早期形成的部分,材色较浅,组织松软又称为春材
晚材:
在一个生长轮内,靠近树皮一侧,是树木生长季节后期形成的部分,材色较深,组织紧密,材质坚硬,又称为秋材
管孔:
阔叶材各类纵向细胞中有一种直径较大,专门承担输导作用的组织叫导管;导管在横断面上的孔穴状称管孔。
纹孔:
指木材细胞壁加厚产生次生壁时,初生壁上未被增厚的部分,即次生壁上的凹陷。
在立木中,纹孔是相邻细胞间的水分和养分的通道。
穿孔:
两个导管分子纵向相连时,其端壁相通的孔隙称为穿孔
井字区:
径切面上射线薄壁细胞与轴向管胞相交的平面,又称交叉场。
交叉场纹孔可分为五种类型:
窗格状,松木型,云杉型,杉木型,柏木型。
螺纹加厚:
在细胞次生壁内表面上,由微纤丝局部聚集而形成的屋脊状凸起,呈螺旋状环绕着细胞内壁
螺纹裂隙:
在应压木中,有些管胞壁上具有一种贯穿胞壁的螺纹裂隙,称为螺纹裂隙
螺纹裂隙与螺纹加厚的区别在于螺纹加厚见于正常材,螺纹裂隙见于应压木;螺纹加厚与轴线的夹角大于45°,螺纹裂隙与轴线的夹角小于45°;螺纹加厚限于内内壁,为加厚,螺纹裂隙延至复合胞间层。
结晶区:
在大分子链排列最致密的地方,分子链规则平行排列,定向良好,反映出一些晶体的特征,所以被称为纤维素的结晶区。
无定形区:
当纤维素分子链排列的致密程度减小、分子链间形成较大的间隙时,分子链与分子链彼此之间的结合力下降,纤维素分子链间排列的平行度下降,此类纤维素大分子链排列特征被称为纤维素非结晶区
氢键:
当氢原子以主价健与电负性很强的氧原子结合后再以付价键与另一电负性很强的原子相结合所形成的键。
树脂道——由薄壁的分泌细胞环绕而成的孔道,是具有分泌树脂功能的一种组织,为针叶树材构造特征之一。
胞间道——指由分泌细胞围绕而成的长形细胞间隙(特殊孔道)。
树脂道——贮藏树脂的胞间道。
存在于部分针叶树材中。
(红松)
树胶道——贮藏树胶的胞间道。
存在于部分阔叶树材中
导管——由一连串的轴向细胞形成无一定长度的管状组织,构成导管的单个细胞称为导管分子。
导管是由管胞演化而成的一种进化组织,专司输导作用。
木射线—位于形成层以内的木质部上,呈带状并沿径向延长的薄壁细胞壁集合体。
同形射线射线组织全部由横卧细胞组成的射线
同形单列射线组织全为单列射线或偶见二列射线,且全由横卧细胞组成。
如杨属、苦木、丝棉木、海南锥
同形单列及多列射线组织由单列和多列射线,全由横卧细胞组成
异形射线射线组织全部或部分由方形或直立细胞组成
异形单列射线组织全为单列或偶尔出现成对者,由横卧与直立或方形细胞所组成
异形多列射线组织全为二列以上,偶见单列,由横卧与直立或方形细胞组成
异形Ⅰ型由单列和多列射线组成。
单列射线由直立和方形细胞构成;多列射线弦面观察其单列尾部较多列部分要长,单列尾部由直立细胞构成,多列部分有横卧细胞构成
异型Ⅱ型由单列和多列射线组成。
与异形Ⅰ型区别为多列射线的单列尾部较多列部分要短
异形Ⅲ型由单列和多列射线组成。
单列射线全为横卧细胞或直立与横卧细胞混合组成。
多列射线的单列尾部通常为一个方形细胞,一个以上者也应为方形细胞;多列部分由横列细胞所组成。
同胞射线:
在针叶材中木射线由射线薄壁细胞组成
异胞射线:
在针叶材中木射线由射线薄壁细胞和射线管胞组成
散孔材(diffuse-porouswood):
指一个年轮内早晚材管孔的大小没有显著区别,分布也均匀。
如槭木、杨木、椴木、桦木、柳木。
环孔材(ring-porouswood):
指木材中早材管孔明显比晚材管孔大,沿年轮呈环状排列,有一至多列。
如水曲柳、刺槐、黄波罗、榆木、柞木。
半环孔材(semi-ringporouswood,半散孔材):
指在一个生长轮内,管孔的排列介于环孔材与散孔材之间,早材管孔较大,略成环状排列,早材管孔到晚材管孔渐变,界限不很明显。
如核桃、核桃楸。
为什么木质部比树皮多得多?
1、形成层分生出的次生韧皮部细胞不再分裂了,而次生木质部细胞还能在分裂两次,因此木质部细胞比韧皮部细胞多
2、树皮受压迫,薄壁细胞变小
3、树皮经常脱落
【木材构造】
——三切面的分辨(微观)弦切面:
能看到木射线的端头;径切面:
井字状
——木材宏观构造特征
1、生长轮明显度
针叶材几乎所有树种都是明显的;阔叶材明显、不明显都有
2、早晚材转变度
针叶材常用急变缓变来描述,急变的不多(硬松类),其他都是缓变或略急变;阔叶材通常不用急缓变来描述,而是用环孔、散孔材描述,环孔材即为急变,散孔材是缓变
3、树脂道
针叶材只有松科的六个属(松属、银杉属、落叶松属、黄山属、云杉属、油杉属)有树脂道,其中油杉属没有横向树脂道,其他属都是轴向与径向树脂道同时存在的。
4、心边材
心材的颜色深,边材的颜色浅。
心材的颜色是由内含物决定的,边材的颜色是由木素决定的
5、管孔——导管分子
针叶材是无孔材;阔叶是有孔材
6、木射线
A所有树种都有木射线
B针叶材所有木射线都是极细的,阔叶材从极细到宽的都有;所有木材都有极细木射线,所以只能说某种木材具有宽的射线,而不能说它的木射线就是宽的。
7、轴向薄壁细胞
两大类
(1)离管型
(2)傍管型
8小类:
(1)星散状、切线状、带状、轮界线
(2)环管状、翼状、聚翼状、带状
8、材色(同4心边材)
9结构(细胞的大小)
结构用“均匀粗细”来描述,实际上表示的是细胞的小。
对于针叶材,早晚材急变的结构粗,缓变的结构细;对于阔叶材,环孔材结构粗。
心材树种:
木材横切面上中心和外围材色有差异;(红松、落叶松、柏木、黄波罗、核桃(楸)、水曲柳、紫檀)
边材树种:
木材横切面上中心和外围材色无差异,水分也无差异(桦木、白杨、椴木);
熟材树种:
木材横切面上中心和外围材色无差异,但水分有差异,中心部分水分少。
——关于细胞壁
1、壁层结构
(1)胞间层(I层)主要成分:
果胶物质,木素,几乎没有纤维素
(2)P层(初生壁)厚度:
0.1-0.2μm,有少量纤维素
(3)复合胞间层:
P+I+P1,占总厚度的2.1-8.9%,主要成分:
木素,少量纤维素和半纤维素,微纤丝是无规则、松散的网状结构,与细胞轴向接近90度
(4)次生壁(S):
分3层(因纤丝排列方向,纤维素和半纤维素的比例不一样)总体是纵向2,外面用横向包起来。
S1层:
占厚度的10%-22%,厚度约为0.5μm,木素占40%,纤维素占30%,半纤维素占30%,纤维排列:
有规则的网状结构,与轴的角度50-70度(横向排列)
S2层:
占总壁厚的70-90%,厚度约为5-10μm,纤维素占50%,半纤维素占32%,木素18%,微纤丝角10-30度(几乎与轴平行,纵向排列)
s3层:
占总壁厚的2-8%,纤维素占50%,半纤维素35%,木素占15%(与S2层差异不大)纤维素排列60-90度(横向排列)
2、丝状结构
40根纤维素大分子——基本纤丝——微纤丝——粗纤丝(小纤维)——薄层——壁层
3、细胞壁上的特征
(1)纹孔
纹孔的组成:
纹孔膜、纹孔腔、纹孔口
纹孔差别:
a单纹孔:
所有薄壁细胞上的纹孔都是单纹孔,厚壁细胞的韧形纤维细胞上纹孔也是单纹孔b具缘纹孔:
存在与厚壁细胞(除韧形纤维细胞,所有厚壁细胞都是具缘纹孔)
(2)主义螺纹加厚与螺纹裂隙的区别
——关于针、阔叶材的组织细胞
1、管胞
纹孔分布:
早材管胞纹孔多;径面壁上的纹孔多;纹孔集中在两头
2、木纤维
类型:
韧形木纤维和纤维管胞两种
胶质木纤维:
具有胶质层的纤维(所谓胶质层就是全由纤维素组成的壁层)出现在阔叶材的应拉木中
分隔木纤维:
出现在热带某些树种
3、导管分子
(1)导管壁上的纹孔分布:
互列纹孔;对列纹孔;梯状纹孔(最原始)
(2)穿孔:
导管分子间上下相通的孔
注意纹孔和穿孔的区别
4、木射线的类型(看图)
同形射线组织:
指射线组织的各条射线全部由横卧射线细胞组成
异形射线组织:
指射线组织的各条射线全部或部分由方形或直立射线细胞组成
——关于针阔叶材的区别
宏观区别
管孔:
木材不具有管孔,为无孔材;一般都有管孔,为有孔材
木射线:
很窄,在肉眼下不见或不易见;很宽到很窄都有,前者肉眼可见,后者不易见或不可见
轴向薄壁组织:
不发达或欠发达,在肉眼下不可见或不明晰;发达至欠发达的都有,前者在肉眼下显著至清晰,类型分布可作为识别木材的特征,后者在肉眼下不清晰或不易见
年轮:
年轮一般比较明显或清晰;年轮明显至不明显,前者如环孔材,后者如部分散孔材
树脂道:
一部分木材,如松、云杉、落叶送、黄杉、油杉、银杉;不具树脂道,如龙脑香科和豆科木材常具轴向树胶道,而漆树科和橄榄科木材具有横向树胶道
材表:
多数木材比较平滑;材表类型较为复杂
重量和硬度:
多数木材比较软、轻;木材重量硬度变异很大,从很轻(如泡桐)至很重、很硬(如砚木)都有
气味:
部分木材,如柏木,杉木等,具香气;与针叶材气味不同,如樟木具樟脑香,肉桂具桂皮香气
微观区别
导管:
不具有;具有
管胞:
管胞是主要分子,不具有韧型纤维,管胞横切面呈四边形或六边形,早晚材的管胞差异较大;具有阔叶材管胞(环管管胞和导管状管胞)木纤维(纤维状管胞和韧形纤维)是主要分子
轴向薄壁组织:
较少,见于少数科属VS丰富,只排列类型多种多样
木射线:
具射线管胞,组成射线的细胞都是横卧细胞,多数是单列,具有横卧树脂道的树种会形成纺锤形木射线VS不具射线管胞。
组成射线的细胞也仅有横卧的,一般都是横卧和直立,与方形细胞一起组成的较多,射线仅为单列的树种少,多数为多列射线,有些具聚合射线。
胞间道:
仅松科某些属具有树脂道,其分布多位星散,或短切线状VS具有树脂道或树胶道。
某些树种具有轴向和横向两种。
有些具有轴向,而多数仅有横向。
矿物质:
仅少数树种细胞含草酸钙结晶VS在不少树种细胞中含有草酸钙结晶,结晶形状多样。
【看图】
1分割木纤维(阔叶材弦切面)
2半散孔材(阔叶材横切面)
(1)黑压压的一片是木纤维细胞
(2)白的是导管
(3)轴向薄壁组织:
聚翼状,傍管带状,离管带状
3阔叶材的弦切面:
可以看到木射线的端头,且有多列木射线
4针叶材的弦切面:
单列木射线,中间有横向树脂道(松科的5个属)
5叠生结构(只有阔叶树材)
凡是纵向组织如木射线、轴向薄壁组织、木纤维、导管分都可以叠生。
6弦切面
猪肝:
导管分子(壁上有互列纹孔)
大肠:
穿孔(单穿孔)
黑珍珠:
内含物
7交叉场纹孔(识别针叶材)
A窗格状:
纹孔口特别大,一个交叉区域里有1-2个纹孔。
只有松科松属才会出现窗格状
B云杉型:
纹孔口非常窄,略微内含或外延,缘宽。
云杉,落叶松,黄杉中会出现
C柏木型:
纹孔口较大,且为内含或外延,缘宽,云杉、落叶松、黄杉中会出现窗格状
D杉型:
纹孔口内含且很大,缘小。
松科,杉科,冷杉属等有杉型交叉纹孔。
E松型:
口与环长轴方向一致
F松型:
只有松科松属才会出现
【化学性质】
1、纤维素
(1)是由结晶区和无定形区交错联结而成。
(注意半纤维素和木素没有结晶区)
(2)纤维素大分子之间氢键形成的条件:
羟基
2、半纤维素
半纤维素具有吸湿润胀性。
阔叶材的尺寸稳定性比针叶材差就是因为阔叶材的半纤维素含量多,吸湿能力强。
阔叶材的化学稳定性
比针叶差是因为阔叶材的半纤维素的主要构成是五碳糖。
3、木素
(1)单元:
愈疮木丙烷,紫丁香基丙烷,对羟基丙烷(会画结构)
(2)分布:
木素所占比例最高的是胞间层和初生壁(即复合胞间层)但所含木素总量最多的是次生壁
(3)利用:
木素是一种热塑性高分子物质,能发生玻璃态转化(固体——高弹体——粘液体)利用该性质可以通过将木材加热到玻璃转化点温度,然后对木材进行弯曲、压缩等处理,提高强度,改变形状。
4、内含物
内含物是心材各种颜色的决定物质
【物理性质】
1、吸湿性:
木材以气态形式交换水分能力
吸湿:
从空气中吸收水分
解吸:
向空气中排出水分
2、平衡含水率:
指木材长期放置在一定温度条件下,含水率出于相对稳定或平衡状态(吸湿速度等于解吸速度)
大气状态下达到的平衡含水率叫木材的气干含水率,我国的气干含水率大概是8-18%,标准气干含水率中国是12%
3、纤维饱和点(FSP):
木材细胞壁水分达到饱和状态,而细胞腔中无水状态(即吸着水达到饱和而自由水为0的状态)
4、胀缩性
(1)干缩率=(原尺寸-干缩后的尺寸)/原尺寸*100%
湿胀率=(湿胀后的尺寸-原尺寸)/原尺寸*100%
气干干缩率(Y)=(I1-I2)/I1*100%
全干干缩率(Y0)=(Imax-I0)/Imax*100%
(2)干缩系数(K):
吸着水每变化1%干缩率的变化量K=Y/(M1-M2)
主义:
当M1>30%时,仍以30%代进去算
(3)差异干缩:
反映木材径向和弦向干缩差异的大小
D=Yt/Yr=Kt/Kr≈2(弦向收缩量比径向大)
木材干缩差异的主要原因:
1、纵向远小于横向
绝大多数细胞是纵向排列的,细胞壁组成中以次生壁中层为最后,其微纤丝的排列与主轴的倾角较小,微纤丝间失水后距离缩小主要是横向。
2、径向小于弦向
a木射线的影响:
径向是木射线的纵向,木射线细胞会抑制其他细胞沿径向的涨缩
b早材和晚材的差异:
晚材干缩率大于早材(因为晚材的细胞壁厚)
【力学性质】
1各向异性——杨木,马尾松的抗拉强度各向异性
马尾松的径向抗拉强度小于弦向:
因为马尾松的早晚材急变,早材软,晚材硬。
当径向受拉时,是早材先破坏,因此测的是早材的强度。
而当弦向受拉时,则测的是早晚材的加权强度。
所以马尾松的径向抗拉强度小于弦向。
杨木的径向强度略大于弦向:
杨木是散孔材,早晚材差异不大。
所以不管是径向受拉还是弦向受拉,测得都是早晚材的加权平均强度,但由于径向有木射线,故杨木的径向强度略大于弦向。
2、气干试样的标准含水率是12%
3、蠕变:
弹性范围内,在恒定的应力作用下,随着时间的延长,它的应变逐渐增大的性能。
蠕变曲线(见书)注意过程中的几种变形:
BC1=OA——瞬间弹性变形;C1C2——弹性后效变形(粘弹性变形,蠕变后可恢复的)DE——永久(塑性)变形(不可恢复)
4、主要强度指标的关系
=1:
2:
3:
0.3
【木材缺陷】
1节子类型:
按节子的质地分:
活节、死节、健全节、腐朽节、漏节
按节子的形状:
圆形节,条状节,椭圆节,掌状节
2应力木:
应压木(存在与针叶材中)外观特征:
年轮宽,材色深;微观构造特征:
细胞上的有螺纹裂隙
应拉木(杨木普遍存在)外观:
一侧年轮增宽,板面起毛
微观构造特征:
具有胶质木纤维
3、腐朽
(1)白腐:
指木材腐朽完后事白色,呈松软海绵状,主要分解,残留的是纤维素和半纤维素在阔叶材中常见。
(2)褐腐:
指木材腐朽完后事褐色,呈块状开裂,质脆,易捻成粉末状,破坏木材里的纤维素和半纤维素,留下来的是木质素,在针叶材种常规。
(3)防止木材腐朽的方法:
控制真菌的生长条件,如使木材保持较低的含水率,控制木材的保管温度在35-40°C以上,真空保存等
4变色
(1)化学变色:
氧化变色和接触变色
(2)菌类:
真菌变色(腐朽菌和变色菌),霉菌变色
【其他】
1、针叶材:
银杏,松,衫,柏
阔叶材:
环孔材:
水曲柳,榆木,栎木。
半散孔材:
香樟,柚木
散孔材:
杨木,桦木
2、木射线:
宽:
栎木,青冈栎,麻栎
中:
水青冈,悬铃木
细:
针叶材,杨木,桦木
3、轴向薄壁组织环管状:
香樟,楠木
翼状,聚翼状:
泡桐
切线状:
栎木
轮界状:
杨木,柚木
带状:
红木,黄檀,紫檀
4、泊松比:
一方向受到引起别的方向变形
5、树脂细胞:
针叶材的轴向薄壁细胞
6、吸湿滞后:
从吸湿到的EMC总是低于解析达到的EMC
原因:
木材发生永久变形,微纤丝之间距离缩小
7、胞间道:
专门有细胞围成的通道
胞间隙:
木材细胞间的间隙
8、针叶材的水分移动速度>阔叶材的水分移动速度
原因:
阔叶材的主要细胞——木纤维的细胞腔比较针叶材的主要细胞——管胞腔小
9、幼龄材:
形成层年轻时生的
成熟材:
形成层老时生的
一、参考书:
白皮书(徐永吉)
二、题型:
选择、填空、名词解释、问答
三、难度:
有所下降
四重点
热、电、声性质及竹材部分不考
总路线“组成构造——性质——利用”,不同的构造具有不同的性质,从而有不同的用途。
(根据树种举一些例子)
[木材生成]
——木材分类
从植物分类学的角度:
树种
从木材产品的角度:
材种
树种学名的表示(双名法):
属名+种名(当一种树已知属名而种名不清楚时,常以“属名+sp.或spp.”其中+sp.表示一个树种,而+spp表示好多树种。
)
——树木的生长
表皮
皮层
韧生木质部
随着树皮的脱落而没有了
次生韧生部
形成层
次生木质部
韧生木质部髓
留在中间
|——树干组成
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