木材学复习提纲

绪论

1、什么是木材学？

木材科学是研究木质资源材料的解剖，材性及其相互关系，木质资源材料的加工利用，以及木质资源材料与环境的关系等的科学。由3大部分组成：生物木材科学，工业木材科学，环境木材科学。

2、木材学包括哪些内容？

一、生物木材科学（1）木材组织、构造学：研究木质资源材料的形成（细胞的

分化、分生及成熟）、表观特征、细胞组成、胞壁结构等。包括宏观构造、微观构造、超微观构造，木质资源材料的识别与鉴定等。

（2）木材物理学：研究木质资源材料的密度，木质资源材料与水分，木质资源材料的热、电、光等性质，木质资源材料的声学特性以及力学性质等。

（3）木材化学：研究木质资源材料的主要化学组分（纤维素、半纤维素及木质素）及抽提成分的结构、物理化学性质以及与它们加工、改性之间的关系等。（4）木材材性遗传学

二、工业木材学：木材保护学、木材材性改良学、木材干燥学、人造板制造学、木制品工艺学

三、环境木材学：主要研究木质资源材料及其制品与人类、环境（重点为室内环境）的关系。包括：视觉特性、触觉特性、调湿特性

三、木材的优缺点？

(一)木材的优点：

a. 木材质轻而强度高；

b. 木材容易加工，加工所需能量较低，不易污染环境；

c. 木材有吸收能量的作用，有缓冲作用；

d. 干木材对热、电的绝缘性好，保温性好，不易结露；

e. 木材有调节温度、湿度的功能；

f. 合理使用的条件下，木材的耐久性强；

g. 木材有天然的美丽花纹、光泽和颜色，有特殊的装饰效果；

h. 木材是一种再生资源材料。

(二)木材的缺点

木材性质具有高度的变异性；

木材干缩湿胀，尺寸不稳定，容易变形、开裂、翘曲；

木材容易腐朽和被虫蛀；

小尺寸木材易于燃烧；

木材具有天然缺陷。

第一章树木的生长与木材的形成

1、树干由哪几部分组成？

树皮、形成层、木质部、髓心。

2、木材形成过程？

三句话：形成层原始细胞的分裂———新生木质部细胞的成熟——成熟木质部细胞的蓄积

一、形成层原始细胞的分裂

1.纺缍形原始细胞

(1)向内分裂生成:轴向管胞,导管分子,木纤维,木薄壁细胞,树脂(胶)道分泌细胞,阔叶材管胞。

(2)向外分裂生成:筛胞（针）,筛管分子（阔）,韧皮纤维,韧皮薄壁细胞。

2.射线原始细胞

射线薄壁细胞,射线管胞（针）。

二、新生木质部细胞的成熟

形成层原始细胞(分裂)→幼小木质部细胞(原生质体活动)→形体增大(液泡出现)→细胞定型(原生质体消耗)→次生壁出现(原生质体消耗) →胞壁加厚（木质素沉积）→胞壁木质化→细胞死亡

3、树木由哪几部分组成？

（一）树根(root)：树木的地下部分，占5~25%体积。

功能：吸收水分和矿物质，将树木固定于土壤。

（二）树冠(tree-crown)：树木的最上部分，由树枝、树叶组成。5~25%体积。

功能；将树根吸收的水分和矿物质等养分和叶吸收的二氧化碳，通过光合作用制成碳水化合物。

（三）树干(trunk)：树木地面以上的主茎部分，是树木的主体，占树木体积的50~90%。它一方面将树根吸收的养分由边材运送到树叶，另一方面把叶子制造的养料沿韧皮部输送到树木的各个部分，并与树根共同支撑整个树木。

4、名词解释：

幼龄材(juvenile wood)：未成熟的形成层产生的木材，占5～20个年轮

成熟材(mature wood)：成熟的形成层产生的木材。

形成层：包裹着整个树干、树枝和树根的一个连续的鞘状层，又称侧向分生组织。木质部:即木材,占树干体积的80～90％;是木材利用最主要部分,也是木材研究的主要部分。

5、幼龄材和成熟材区分的依据？

?木材细胞的尺寸，如针叶树材中管胞的长度，阔叶树材中导管分子的长度：?木材密度：幼龄材的较小；

?木材细胞壁壁层S2层的微纤丝角：幼龄材的较大；

?木材的干缩湿胀率：幼龄材的较大。

第二章木材的宏观构造

1、名词解释

心材：在木材横切面或径切面上观察,靠髓心,材色较深部分

边材：在木材横切面或径切面上观察,靠树皮材色较浅部分称边材。

早材：针叶材:在生长轮内,靠髓心材色较浅者为早材;阔叶材:在生长轮内,靠髓心管孔较大者为早材

晚材：针叶材靠树皮材色较深者为晚材，阔叶材靠树皮材色较深者为晚材。

生长轮：在木材横切面上看到围绕髓心呈同心园环的木质层称为生长轮,它是一个生长期内形成的。

2、用哪些宏观构造来识别木材？（详细特征见书本）

木材的主要宏观特征是木材的结构特征，它们比较稳定，包括：心材和边材、生长轮、早才和晚材、管孔、轴向薄壁组织、木射线、胞间道等。在宏观木材识别中作参考次要宏观特征有：材色和光泽、气味和滋味、结构和纹理、髓斑和内函韧皮部、花纹。

3、心材、边材、熟材的区别？

（1）心材树种：心边材颜色区别明显，如水曲柳、榉木、刺槐

（2）边材树种：心边材颜色和含水率无明显区别的树种,如：杨木、椴木、桦木

(3)熟材树种：心边材颜色无明显区别，但在立木中心材含水率较低，如：云杉属、冷杉属

第三章木材细胞

1、细胞壁的构成？

超微构造：木材的细胞壁主要是由纤维素、半纤维素和木质素三种成分构成的，它们对细胞壁的物理作用分工有所区别。

纤维素是以分子链聚集成排列有序的微纤丝束状态存在于细胞壁中，赋予木材抗拉强度，起着骨架作用，故被称为细胞壁的骨架物质；

半纤维素以无定形状态渗透在骨架物质之中，借以增加细胞壁的刚性，故被称为基体物质；

木质素是在细胞分化的最后阶段才形成的，它渗透在细胞壁的骨架物质之中，可使细胞壁坚硬，所以被称为结壳物质或硬固物质。

壁层结构：在光学显微镜下，通常可将细胞壁分为初生壁（P）、次生壁（S）、以及两细胞间存在的胞间层（ML）。

2、每个壁层结构上的微纤丝角和主成分差别？

初生壁整个壁层上的微纤丝排列都很松散；

次生壁S1层的微纤丝呈平行排列，与细胞轴呈50°~70°角，以S型或Z型缠绕；S2层微纤丝与细胞轴呈10°~30°角排列，近乎平行于细胞轴，微纤丝排列的平度最好；S3层的微纤丝与细胞轴呈60°~90°角，微纤丝排列的平行度不甚好，呈不规则的环状排列。

初生壁木质素浓度较高，次生壁的主要成分是纤维素和半纤维素的混合物，木质素浓度比初生壁低。

3、形成层有哪两种原始细胞？

纺锤形原始细胞和射线原始细胞。纺锤形原始细胞的长轴沿树高方向，两端尖削，呈纺锤形，为木质部中纵行排列细胞的来源；射线原始细胞形小、聚集成射线状，为木质部中横行细胞的来源。

形成层分类：非叠生形成层:多数树种的形成层原始细胞排列不整齐，即它们的排列上下互相交错，不在同一水平面上

叠生形成层:有些阔叶树种形成层原始细胞排列整齐，从垂直于形成层的方向观察，它呈显明的层次

形成层原始细胞的分裂有两种类型：

在弦向纵面的平周分裂，即原细胞一分为二，所形成的两个子细胞和原细胞等长，其中的一个仍留在形成层内生长成纺锤形原始细胞，另一个向外则生成为韧皮部细胞，向内则生成为木质部细胞。平周分裂使树干的直径增加；

垂周分裂在径向两侧产生新的形成层原始细胞，以适应树干直径加大中形成层周长增加的需要。

4、细胞壁层的各级构造？

纤维素分子链—基本纤丝—微纤丝—纤丝—粗纤丝—薄层—细胞壁层

第四章木材显微构造

1、针、阔叶材的微观构造及其主要成分？（内容较繁杂，仔细看一下书吧）

2、针叶材种有树脂道的六个树种？

松属、云杉属、落叶松属、黄杉属、银杉属和油杉属。

第五章木材的化学性质

1、木材的主要化学成分？

木材主要化学成分是构成木材细胞壁和胞间层的物质，由纤维素、半纤维素和木质素三种高分子化合物组成，一般总量占木材的90%以上。

2、纤维素的分子结构、特点？

纤维素是由环式吡喃型D—葡萄糖基在1-4位置通过β—甙键联结而成的链状高分子化合物。

结构特点：

结构单元是D-葡萄糖基，相邻的葡萄糖基扭转180°；

葡萄糖基包含三个醇羟基，分别位于2、3、6三个碳原子上；

三个羟基中有一个为伯醇基，二个为仲醇基；

葡萄糖基为环状结构；

葡萄糖基为陆环的吡喃式糖，为六节环，包含1－5连结的氧桥；

每个葡萄糖基的连结为1，4－β－甙键连结；

纤维素大分子中的D－葡萄糖基为β型。

3、晶胞三个轴方向的不同作用力？

b轴——主价键力a轴——氢键力c轴——范德华力由于三个轴方向的联接键不同，因此，纤维素的弹性模量和力学强度沿各轴方向也不同，这是木材各向异性的基本成因。

4、纤维素能发生哪些化学反应？

（1）水解作用（cellulose hydrolyze）酯化作用乙酰化作用、氧化作用、热解、光降解、生物降解、机械降解

5、辨析纤维素与半纤维素的异同点？

1.糖基种类（分子结构）

单糖基构成的高聚物两种或两种以上的糖基构成

2．结构型（分子形态）

典型的线型高聚糖无侧链支链型，主要是线型的但带有各种短侧链（多聚糖）3．物理结构

由结晶区和无定形区交错一般无结晶区联接而成的二相体系

4．聚合度

很高，平均7000～15000 颇低仅含150-200个糖基

5．在细胞壁中的作用

骨架物质基本物质

6．吸湿性和润胀度

吸附水只能进入无定形区，一般为无定形物质，水分子容易进

结晶区对润胀有限制作用入，故吸湿性和润胀度比纤维素高。

6、木质素的基本结构单元及其不同分布？

木质素在木材中的分布不均匀，一般采集部位愈高，木质素含量愈低。木质素在植物结构中的分布是有一定规律的，胞间层的木质素浓度最高，细胞内部浓度则减小，次生壁内层又增高，如用紫外显微分光法测定花旗松的胞间层木质素为60%~90%，细胞腔附近为10%-20%。

苯丙烷作为木质素的主体结构单元，共有三种基本结构，即愈疮木基结构、紫丁香基结构和对羟苯基结构。

针叶树木质素以愈创木基结构单元为主，紫丁香基结构单元和对羟苯基结构单元极少。

阔叶树木质素以紫丁香基结构单元和愈创木基结构单元为主，含有少量的对羟苯基结构单元

7、木质素有哪些官能团，分别能发生哪些反应？

（1）甲氧基(-OCH3) 阔叶树材木质素中甲氧基含量高于针叶树材，因为阔叶树材木质素既存在愈疮木基结构单元，也存在紫丁香基节单元。

（2）羟基(-OH) 木质素结构中存在较多的羟基，以醇羟基和酚羟基两种形式存在。

酚羟基直接影响木质素的化学性质和物理性质，如木质素的醚化、酯化和缩合的程度，溶解性能等。

3）羰基(-C=O) 木质素结构中存在约6种羰基，其定量通常用盐酸羟胺法，与芳香环共轭的羰基，可用紫外光谱法定量测定，磨木木质素的羰基含量为0.18-0.20/OCH3。

（4）羧基(-COOH) 一般认为木质素中是不存在羧基的，但在磨木木质素中存在0.01-0.02/OCH3。

第六章木材的物理性质

1、木材的导电机理？

木材的导电性是由电离现象引起的，而不是像金属导电利用电子现象。木材中有些无机盐离子、极性分子，这些离子本身带有一定的电荷，在水溶液中，阴、阳离子间的静电被削弱，从而使离子分开。水分越多，离子解离得越多，导电能力越强。

2、影响木材导电系数的因素？

(1)含水率：对电导的活化能E是决定电导的主要因子，E是由离解能量U和迁移能S两者来决定的。

(2)温度：电阻率则随温度的升高而变小

(3)方向：顺纹理最大；

(4)木材密度：影响较小(直流电传导中)。通常木材密度增大，电阻率减小，电导率增大。

(5)木材中电解质含量：

3、介电系数的定义及其影响因素？

定义：木材介质电容器的电容量与同体积尺寸、同几何形状的真空电容器的电容量之比值。通常取为介质电容C与空气电容C0之比。

介电系数值越小，电绝缘性越好。

木材介电常数影响因素： (1)木材含水率:在温度和频率不变的条件下，木材的介电系数随含水率u的增加而增大。

(2)木材密度:木材的介电系数随密度的增加而增大。

(3)纹理方向:木材介电系数具有各向异性。

顺纹方向的介电系数比横纹方向的介电系数大30%～60%，随着含水率的升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势。

(4)频率:在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率的增加而逐渐减小。

4、影响木材密度和导热性能的因素？

导热因素：

(1)木材密度的影响：木材导热系数随着木材密度的增加大致成比例地增加。

(2)含水率的影响：随着木材含水率的增加，木材的导热系数增大。

(3)温度的影响：导热系数随温度的升高而增大。

(4)热流方向的影响：同树种木材顺纹方向的导热系数明显大于横纹方向的导热系数。径向导热系数大于弦向，平均约相差12.7%。

密度：

树种、年轮宽度与晚材率、含水率、树干不同部位、其它

5、木材和水分

水分的三种形式：化学水: 与细胞壁组成物质呈化学结合。

自由水(毛细管水、游离水), 存在于细胞腔、细胞间隙和纹孔腔这类大毛细管细胞中, 这部分水容易由木材释出, 也容易吸入。

吸着水（胞壁水、束缚水）：吸附水 24%，微毛细管水 6%

木材的吸湿机理

a.木材细胞壁中纤维素、半纤维素等组分中的自由羟基，借助氢键力和分子间力吸附空气中的水分子，形成多分子层吸附水；

b.木材是微毛细多孔体。木材内存在大毛细管系统和微毛细管系统，因此具有很高的空隙率和巨大的内表面，所以木材有强烈的吸附性和毛细管凝结现象。

水分传输的动力：

吸附水：吸附在微晶表面（结晶区表面）和无定形区域内纤维素分子游离羟基（-OH）上的水分，24%左右

微毛细管水：存在于组成细胞壁的微纤丝、大纤丝之间所构成的微毛细管系统内，依靠表面张力而与木材呈物理机械的结合，约6%。

纤维饱和点：

概念：木材中不包含自由水，且吸着水达到最大状态时的含水率，叫木材的纤维饱和点。

吸着滞后：在一定的大气条件下，吸湿时的平衡含水率总比解吸时要低，这种现象称为吸湿滞后。

木材干缩湿涨的现象及成因：

1、现象：在绝干状态和纤维饱和点含水率范围内，由于水分进出木材细胞壁的非结晶领域，引起的非结晶领域的收缩(shrinkage)或湿胀(swelling)，导致细胞壁尺寸变化，最终木材整体尺寸变化的现象。

2、原因：

(1)木材是一种多孔性毛细管胶体，具有粘弹性；

(2)木材分子上具有羟基等极性基团，能与水分子之间形成氢键，吸湿和解吸过程伴随着能量的变化。

6、木材干缩湿涨各向异性的原因有哪些？

1、纵向干缩远小横向

（1）从木材解剖构造方面

（2）化学结构方面

构成木材细胞壁的主要化学成分是纤维素，纤维素结构的长度方向是主价键苷键联接的，水分子无法进入到纤维素分子链内的长度方向，而纤维素分子的

横向具有游离羟基，而羟基的吸水使横向距离增大。

2、径向和弦向

(1)木射线的作用;

(2)早材和晚材的相互作用;

(3)纹孔的影响。①细胞径面壁上纹孔多，扰乱了微纤丝的排列，纤丝角增大；

②径面壁上纹孔多，胞壁实质少，横向干缩小。

(4)化学成分的差异

波斯哈德（Bosshard）的研究认为木材纵向细胞的径面壁上木素的含量比弦面壁高。由于木素的刚度比综纤维素高，而吸湿性低，因此对木材径向干缩有一定的限制作用。

7、减小木材干缩湿胀的方法？

1、减小细胞壁的膨胀；

2、减小传递给外部尺寸的膨胀量；3.利用木材本身的各向异性，制成径切板。4. 高温干燥。5.表面喷涂的方法

8、木材在水分中移动的动力？

9、计算题木材干缩率，见书本P143.

第七章木材的力学性质

1、名词解释

粘弹性变形：加荷过程终止，木材立即产生随时间递减的弹性变形

蠕变：在恒定应力下，木材应变随时间的延长而逐渐增大的现象。

松弛：在恒定应变条件下应力随时间的延长而逐渐减少的现象称为应力松弛。

2、画出木材的蠕变曲线及其过程解释？

OA-----加载后的瞬间弹性变形

AB-----蠕变过程，（t

0→t

1

）t↗→ε↗

BC

1 ----卸载后的瞬间弹性回复，BC

1

==OA

C

1

D----蠕变回复过程，t↗→ε缓慢回复

故蠕变AB包括两个组分：

弹性的组分C

1C

2

——初次蠕变（弹性后效变形）

剩余永久变形C

2C

3

=DE——二次蠕变（塑性变形）

木材蠕变曲线变化表现的正是木材的黏弹性质。

蠕变规律

（1）对木材施载产生瞬时变形后，变形有一随时间推移而增大的蠕变过程；（2）卸载后有一瞬时弹性恢复变形，在数值上等于施载时的瞬时变形；

（3）卸载后有一随时间推移而变形减小的蠕变恢复，在此过程中的是可恢复蠕变部分；

（4）在完成上述蠕变恢复后，变形不再回复，而残留的变形为永久变形，即蠕变的不可恢复部分；

（5）蠕变变形值等于可恢复蠕变变形值和不可恢复蠕变变形值之和。

3、影响木材力学性质的因素有哪些？如何影响？

1、木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础。

密度增大，木材强度和刚性增高，木材的弹性模量呈线性增高；木材韧性也成比例地增长。

2、含水率的影响

当含水率处在纤维饱和点以下时，随着含水率的下降，木材力学强度急剧增加。

3、温度：木材强度随温度升高而较为均匀地下降。湿材随温度升高而强度下降的程度明显高于干材。

4、木材的荷载持续时间会对木材强度有显著的影响。

5、纹理方向及超微构造：荷载作用线方向与纹理方向的关系是影响木材强度的最显著因素之一。拉伸强度和压缩强度均为顺纹方向最大，横纹方向最小。

6、缺陷：有节子的木材一旦受到外力作用，节子及节子周围产生应力集中，与

同一比重的无节木材相比，表示出小的弹性模量。

第九章木材缺陷

1、木材缺陷的分类及各类定义？

国家标准将木材缺陷分为10大类：

节子、变色、腐朽、虫害、裂纹、树干形状缺陷、木材构造缺陷、伤疤（损伤）、木材加工缺陷和变形。

为研究和讨论方便，将缺陷分三大类：

①天然缺陷采伐前产生的缺陷是生长过程中由于生长和环境等原因在木材内部产生的缺陷。

②生物危害缺陷是由于生物对活立木伐倒木或成材的危害而产生的缺陷

③加工缺陷木材在加工、干燥不当所产生的缺陷。

名词解释：

节子（knot）——树木生长期间、生长在树干内部的枝条或枯死枝条的基部，在用材中称节子。

裂纹——木材纤维和纤维之间的分离所形成的裂隙

树干形状缺陷：弯曲：树干的轴线不在一条直线上，向任何方向偏离两个端面中心的连线。

尖削：树干在全长范围内大头直径与小头直径之差超过正常的递减量。

木材构造缺陷：斜纹：木材中纤维的排列方向于树干的主轴方向不平行

应力木；双心：在树干的同一横断有两个或两个以上髓心的现象

心材伪：心、边材区别不明显的阔叶树材，中心部位颜色较深，且不均匀，形状也不规则

压缩破坏压坏——纤维局部的屈伏，在纵切面上呈现皱痕。

树脂囊：又名油眼，为年轮中间全部或局部充塞树脂的条状槽沟。

损伤：外伤、偏枯、夹皮、树脂漏、风折木、

变色：化学性变色、初期腐朽变色、霉菌变色、变色菌变色

腐朽：由于木腐菌引起的侵入，改变木材颜色和结构，并引起其破坏分为两类：木腐菌、着色菌

虫害：髓斑、小虫孔、大虫孔

加工缺陷：锯割缺陷：1、钝棱——成材边棱的欠缺部分

2、弯曲(crook)——堆积不当及干燥不均所至，成材弯的现象有三种：顺弯、横弯、翘弯

3、锯口缺陷——制材时由于压锯技术不良或锯机偏差造成的材面，呈波浪状的现象。超过容许限度时，木材降等。

4、人为斜纹——下锯不合理形成的缺陷

干燥缺陷：1、变形（1）翘曲：按翘曲的方向可分为横弯、顺弯、翘弯

（2）扭曲：材面四角不在同一平面上

2、开裂：分为：断裂、表裂、内裂