木材的热学性质
9第六章之木材热学电学等部分幻灯片
直流电场中导体和介电体中带电粒子的举动
极
化
把电介质引入真空电容器，引起极板上电 荷量增加，电容增大，这是由于在电场作用下， 电介质中的电荷发生了再分布，靠近极板的介 质表面上将产生表面束缚电荷，结果使介质出 现了宏观的偶极。
极化的种类
电子极化： 离子（原子）极化： 取向（偶极）极化： 界面（结构）极化： 电解极化：
3、湿木材的比热容：
水 的 比 热 容 在 15 ～ 16℃(15.6℃) 时 为 4.184 KJ/(Kg ·K)，湿木材的比热容随着木材含水率 的增大而增大。 湿木材比热容的公式。
二、木材的热导率
1、稳态热传导(导热系数)：温度梯度一定下的热传导。 以λ 表示。
λ =(Q*d)/(A*t*Δ θ )，即为单位时间t内通过某一定物 质的单位厚度d、单位面积A、相对面的温度差Δ θ 时的热量 Q。
电极板 电极板 + ++ ++ + ++ +++ +++
ee
e ee e e
电极板 电极板 ++ + ++ + ++ + + ++ 电池 电池 介电体 介电体 电极板 电极板
– +
– – + + –– + + – +
导体 导体 e
– +
– +
电池 电池
电极板 电极板
（1（ ）1）
（ 2） （ 2）
2、射频下木材的极化和介电性
射频：即高频 0.2 ～ 几百几千兆赫。 木材工业的高频加热频率在1～10MHZ的范围； 微波干燥的频率为915MHZ或2.45GHZ。 在射频下木材表现出介电性。
第七章 木材的热、电性质
第八章 木材的环境学特性
第一节 木材的视觉特性
一 木材的反射特性 二 木材的视觉特性 （一）木材的颜色 （二）透明涂饰 （三）木纹图案和节子 （四）木材对的冷暖感 二 木材表面的粗滑感 （一）粗糙度与粗糙感 （二）光滑行与摩擦阻力 三 木材表面的软硬感 四 木材触觉特性的综合分析
四 热膨胀 五 木材的耐热性和热分解 六 热对木材材质的影响
第二节 木材的电学性质
一 木材的直流电传导 （一）电阻率和电导率 电阻率表示单位长度、 电阻率表示单位长度、单位截面积的均匀导线的 电阻值，其倒数称电导率。 电阻值，其倒数称电导率。 影响电阻率和电导率的因素有：木材含水率、 影响电阻率和电导率的因素有：木材含水率、温 密度、纹理结构、化学组分。 度、密度、纹理结构、化学组分。 （二）木材的导电机理 （三）利用木材直流电传导性测定木材含水率
6 声强级：声音的强度进行比较时用声强级， 声音的强度进行比较时用声强级， 一个声音的声强级是指将它的强度与听阈的强度相 比之后再取其常用对数的10倍 比之后再取其常用对数的 倍，即 β=10log10I/I0 (dB) 式中： 式中： β—强度为 的声音用分贝表示的强度级 强度为I的声音用分贝表示的强度级 强度为 的声音用分贝表示的强度级(dB) ； I—声强度（ w/cm2 ）； 声强度（ 声强度 I0—听阈强度，为1×10-16 w/cm2 。 听阈强度， 听阈强度 × 按分贝计，人耳听阈的声强级为0dB ，痛阈的声 按分贝计，人耳听阈的声强级为 强级为120dB 。 强级为
木材对声的反射、 三 木材对声的反射、吸收和透射 （一）反射 （二）吸收和透射 木材的吸音性能用吸声系数表示， 木材的吸音性能用吸声系数表示，它是吸收和透 射的声能与入射的声能之比的百分数。 射的声能与入射的声能之比的百分数。 （三）隔声 木材的隔声性能用隔音量表示， 木材的隔声性能用隔音量表示，它指透射的声强 度损失的分贝数。单层墙的隔音量D取决于墙的重 度损失的分贝数。单层墙的隔音量 取决于墙的重 量和声音的频率： 量和声音的频率： D = 20 log10 (0.004 w f ) (dB) 式中：w—单位面积墙的重量（ Kg/m2 ）； 式中： 单位面积墙的重量（ 单位面积墙的重量 f —频率（ Hz ）； 频率（ 频率 D—隔音量（声透射的强度损失） (dB) 。 隔音量（ 隔音量 声透射的强度损失）
木材的热学性质
木材热导率λ
热移动分类
传导、对流、辐射
木材是
木材的热传导
木材局部加热时，被加热部位的木材分子振动能量增加，分子与相邻分子的碰撞可将能量传递给临近分子。顺次传递能量使得外加热量向木材内部扩散，木材温度升高，即为木材的热传导
木素含碳量高、稳定苯环结构在木素大分子中占优势，具有较高热稳定性
230～300℃之间，木素α-和β-芳基-烷基醚键断裂；
300℃左右时，脂肪族侧链开始从苯环上裂开；
370～400℃时，基本结构单元苯丙烷之间的碳-碳键断裂，逐渐形成木炭；
当温度在550℃时，生成CO、CH4、CO2、C2H6
木素主要形成木炭，而纤维素和半纤维素主要形成挥发性热解产物
木材的热学性质
热容q与比热容C
热容q
使某物质平均温度升高1 K所需的热量, q=Q/⊿T,单位为J/℃
比热容C
定义
某物质单位质量的热容,单位为kJ/(kg·K)
比较
苯醇提取物>木素>木材>α纤维素=全纤维素
木材是有机多孔性材料，比热容远大于金属材料
湿木材比热容
湿木材由水分、空气、木材组成的三相系统。按热容叠加原理，湿材的热容等于三者热容之和，因空气质量小，省略后湿材的热容就等于水的热容与全干材的热容之和
木材热膨胀
热胀系数比较
αT≥αR＞αL
纤维素结晶部分的长宽比约为10:1，使得垂直于纤维素分子链方向的分子振动为链长度方向的10倍
耐热性和热分解
三大素可燃温度※
半纤维素（200～260℃）
半纤维素的热稳定性较纤维素低，能在较低的温度下发生热分解，生成大量的乙酸、不燃性气体和少量焦油
各类木材热值
各类木材热值引言木材是人类利用最早的能源之一，其燃烧产生的热能可以用于供暖、烹饪和发电等方面。
不同种类的木材具有不同的热值，即单位质量木材所释放的热量。
本文将介绍各类常见木材的热值，并对其影响因素进行探讨。
一、常见木材种类及其特点1. 桦木桦木是一种常见的硬质木材，具有较高的密度和强度。
它具有良好的耐久性和抗腐蚀性能，适合用于制作家具和建筑材料。
桦木在燃烧时产生的热量较高，是一种理想的供暖材料。
2. 松木松木是一种软质木材，容易加工和处理。
它具有良好的抗压性能和耐久性，在建筑领域广泛应用。
由于其较低的密度，松木在燃烧时释放出较少的热量，通常用于轻型取暖或者点缀火焰效果。
3. 橡木橡木是一种坚硬且耐久的木材，常用于制作家具和地板。
橡木的密度较高，因此在燃烧时产生的热量也较高。
它的燃烧速度较慢，可以持续释放温暖的热能。
4. 樱桃木樱桃木是一种美观且坚硬的木材，常用于制作高级家具和装饰品。
尽管樱桃木密度较高，但其燃烧时产生的热量相对较低。
因此，在取暖方面使用樱桃木可能需要更多的材料。
二、影响木材燃烧效果的因素1. 密度密度是影响木材燃烧效果的重要因素之一。
一般来说，密度越大，单位质量所释放的热量就越多。
例如，硬质木材如桦木和橡木密度较高，其燃烧时产生的热量相对较大。
2. 湿度湿度是另一个影响木材燃烧效果的关键因素。
湿度高的木材含有较多的水分，燃烧时需要先将水分蒸发，从而减少了实际释放的热量。
因此，干燥的木材在燃烧时能够更高效地产生热能。
3. 树种不同树种的木材具有不同的物理和化学性质，因此其燃烧效果也会有所不同。
一般来说，硬质木材如桦木和橡木在燃烧时产生的热量较高，而软质木材如松木则会释放较少的热量。
4. 燃烧条件除了木材本身的属性外，燃烧条件也对其释放的热量有一定影响。
例如，足够的氧气供应和适当的风速可以促进火焰的形成和传播，从而提高整体的燃烧效率。
三、常见木材的比较下表列出了常见木材种类及其相对比较：木材种类密度（kg/m³）干态单位质量（MJ/kg）湿态单位质量（MJ/kg）桦木660-720 16.7-19.5 11.2-14.3松木400-510 13.0-14.9 7.8-10.2橡木650-900 17.6-20.4 12.3-15.6樱桃木560-720 15.6-18.5 10.6-13.9从上表可以看出，桦木和橡木的热值较高，适合用于供暖和烹饪等高热量需求场景。
木材学（7.7.5）--木材的物理性质
木材学（7.7.5）--木材的物理性质第1章木材的物理性质本章主要介绍了木材密度、木材的含水状态、木材中水分的吸湿与解吸、木材的干缩湿胀、木材的电学性质、热学性质、声学性质和光学性质。
1.1木材密度木材密度是指单位体积的木材的质量，单位为g/㎝3或㎏/m3。
1.1.1木材密度的种类木材是由木材实质、水分及空气组成多孔性材料，其中空气对木材的质量没有影响，但是木材中水分的含量与木材的密度有密切关系。
因此对应着木材的不同水分状态，木材密度可以分为生材密度、气干密度、绝干密度和基本密度。
1.1.2木材相对质量密度（简称相对密度）的测定测定相对质量密度（简称相对密度）必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝干质量。
在大多数情况下，绝干质量的测定与用绝干称重法测定含水率中所用的方法一致。
由于在干燥过程中抽提物可能和水蒸气一起蒸发，所以有时采用蒸馏法来得到绝干质量。
木材的体积的测定可以采用以下方法：a.对于形状规则的试材，直接测量试材的三边尺寸，计算出体积；b.对于形状不规则的试材，可以用排水法测量体积；c.快速测定法1.1.3细胞壁密度、实质密度和空隙度木材的绝干细胞壁的密度可以通过比重比（密度计）或体积置换法来测量。
根据置换介质种类的不同，测得的细胞壁密度的值也有差异木材的空隙度可以用下列计算求得：P(%)=(1-ρ0/ρ0w )×100%式中：P为木材空隙度(%)；ρ0 为木材得绝干密度g/㎝3 ；ρ0w 为木材得实质密度 g/㎝31.1.4木材密度的影响因素除了含水率以外，影响木材密度的因素还包括树种、抽提物含量、立地条件和树龄等。
在同一棵树上，不同部位的木材密度也有较大差别。
1.1.4.1树种不同树种的木材其密度有很大差异。
这主要是由于不同树种的木材的空隙度不同而引起的。
空隙度越大，木材的密度越小。
1.1.4.2抽提物含量木材中通常含有多种抽提物，其中包括松烯、树脂、多酚类（如单宁、糖类、油脂类）以及无机化合物（如硅酸盐、碳酸盐、磷酸盐）。
8第六章 木材的物理性质
(五)木材的干缩湿胀对木材加工和使用的影响
1、木材干燥过程中木材内产生应力，使木材 容易产生开裂和变形； 2、木材的各种变形
图6-12木材中不同位置木材的不同变形
(1)翘弯 (2)顺弯
(3)横弯
(4)扭曲
图6-13 木材的典型变形
(六)减小木材干缩湿胀的方法
1、减小细胞壁的膨胀
(1) 用极性较小或非极性基团取代 -OH 或其它方法 降低-OH量，如： 热处理； 酯化：乙酰化，异氰酸酯化； 缩醛化； 醚化：丙烯腈，环氧化物等处理。 (2)用憎水物(疏水物)覆盖自由表面，堵塞水的通 道，阻止水分子进入细胞壁；
3、木材的空隙度：
单位体积的木材减去木材物质所占的体积以及水 所占的体积。 绝干材的空隙度 (%)＝(1－木材的绝干密度 / 木材 的实质密度)×100% 。
四、木材密度的测定
1、直接测量法（干燥法） 2、水银膨胀计测定法 3、排水法
天平
排水法测定木材的平衡含水率总比解吸时要低，这种现象称为 吸湿滞后。
木材的吸着滞后
(一)木材的干缩湿胀
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、径向和弦向
(1) 木射线的作用; (2) 早材和晚材的相互作用; (3) 细胞径面壁上纹孔多，扰乱了微纤丝的排列，纤 丝角增大； (4) 单位尺寸的径面壁上胞间层物质和胞壁物质相对 于弦面壁上的要少。
3、差异干缩
相同条件下，木材的弦向和径向收缩的比值。
(四)木材干缩湿胀的影响因素
1、方向 2、树种 3、密度 4、晚材率 5、应力木 6、应力
木材的热学性质 - 木材的热学性质
(m2 / s) C
➢ 木材弦向导热温度系数为11.76～17.54×10-8 m2/s
6.4 木材的热学性质
(3)木材的导温系数
➢ 影响因素： ① 密度：ρ↑→α↓ ② 含水率：W↑→α↓ （α水<α空气） ③ 温度：T↑→α↓ ④ 热流方向：α顺纹>α横纹; α径向<α弦向
(5)热对木材性质的影响
➢ 热处理
6.4 木材的热学性质
(5)热对木材性质的影响
➢ 热处理
6.4 木材的热学性质
(5)热对木材性质的影响 ➢ 水热软化
6.4 木材的热学性质
➢木材的热物理性质，是由比热、导热系数、导 温系数等热物理参数来综合表征的。
➢建筑部门进行隔热、保温设计时的数据指标。 ➢木材加工的热处理，如原木的解冻、木段的蒸
煮、木材干燥、人造板板坯的加热预处理等。
热：单位量的某种物质温度变化1℃所吸收或放
Qd A t( 2 1 )
➢ 木材是具有很多空气孔隙的多孔性材料，所以其导 热系数很小，属于热的不良导体。
6.4 木材的热学性质
(2)木材的导热系数
➢ 测量方法：稳态和非稳态
6.4 木材的热学性质
(2)木材的导热系数
几种常见材料的导热系数
6.4 木材的热学性质
(2)木材的导热系数
➢ 影响因素：
①密度：随密度的增加成比例增加 ②含水率：随含水率的增加而增大 ③温度：随温度的升高而增大 ④热流方向：顺纹>横纹,比值1.8~3.5
径向>弦向,相差约12.7%
6.4 木材的热学性质
(3)木材的导温系数（热扩散率）
➢ 物理意义：表征材料在冷却或加热的非稳定状态过
木料原料知识点总结
木料原料知识点总结木料是一种常见的建筑和家具制作原料，具有良好的耐用性和装饰性。
在木材的选择和使用中，有许多需要注意的事项，包括木材的品种、性质、处理方法等。
本文将对木材的原料知识点进行总结，帮助读者更好地了解木材的选择和使用。
一、木材的原料来源木材是从树木中获得的一种天然材料，主要来源有以下几种：1. 野生树木：野生树木指的是在自然环境中生长的树木，通常需要进行砍伐和采伐才能获得木材。
2. 人工林：人工林是由人工种植和管理的树木，一般在一定年限后进行砍伐和采伐，用于获得木材。
3. 林木废料：包括木材加工厂的废料和木屑，以及城市中被砍伐的树木和树枝等，也可以用来获得木材。
4. 沿海漂木：沿海漂木是指从沿海地区漂流而来的木材，通常需要进行打捞和清理才能获得木材。
以上几种木材原料来源各有特点，需要根据具体情况选择合适的原料来源。
二、木材的种类根据原料的不同，木材可以分为天然木材、人工板材和人造木材等几种种类。
1. 天然木材：指的是未经加工的天然树木所制造的木材，如松木、橡木、榉木等。
2. 人工板材：人工板材是使用原木碎料或者木材废料生产的板材，主要有胶合板、刨花板、密度板等。
3. 人造木材：指的是使用植物纤维或者木质废料经过科学处理而成的木材，如竹木复合材、木塑复合材等。
不同种类的木材在性能和用途上各有特点，需要根据具体的使用要求进行选择。
三、木材的性质木材是一种具有天然美观、环保和隔热保温性能的材料，同时也具有较高的耐用性和耐腐蚀性。
但木材的性质受多种因素影响，需要根据实际需求进行选择。
1. 密度：不同种类的木材密度不同，密度越大的木材耐磨性越好，但重量也会增加。
2. 吸水性：木材吸水性较强，需要注意防水处理和防潮保护。
3. 耐蚀性：木材易受到真菌、细菌、虫害等侵害，需要进行防腐处理和防蛀处理。
4. 热学性能：木材的热学性能较好，可以用于装饰隔热保温。
5. 力学性能：木材的力学性能包括强度、韧性、刚性等，需要根据具体使用要求选择适当的木材种类。
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热胀系数比较
αT≥αR＞αL
纤维素结晶部分的长宽比约为10:1，使得垂直于纤维素分子链方向的分子振动为链长度方向的10倍
耐热性和热分解
三大素可燃温度※
半纤维素（200～260℃）
半纤维素的热稳定性较纤维素低，能在较低的温度下发生热分解，生成大量的乙酸、不燃性气体和少量焦油
纤维素（240～350℃）
长期蒸煮加热处理，木材重量损失明显，弹性模量减小，并随着时间的延长，会劣化木材强度。
半纤维素的丧失导致木材受热后韧性降低，对半纤维素和纤维素的影响比空气受热要大，故力学强度下降的程度也大
空气加热
内部结构中产生化学变化而呈现变色现象，且由于木材内部物质的挥发木材收缩，吸湿性明显降低
在初始阶段（260～300℃），产生大量高能量自由基，自由基的链状反应导致了键的断裂、氧化和分子分解，产生木炭、水、CO和CO2；
当温度达到300℃左右时，纤维素形成葡萄糖、醋酸、乙醛，随着温度的升高，最终生成了CH4、CO2和CO。
在H2O、O2、H+存在条件下，纤维素热解更为剧烈。
木素（280～500℃）
气干材平均顺纹热导率>横纹热导率
影响因素
木材密度
木材密度越小，空隙率越大，热导率越小，绝热性越好
含水率
木材含水率增加，部分空气被水分所取代，热导率增加
温度
热导率随温度升高而升高
热流方向
纵向＞径向≥弦向
木材热扩散率
a
非稳定状态下，温度在木材中均衡传播的能力称为木材的热扩散率，也称导温系数
P136
固体温度变化速度的指标，热扩散率越大内部温度差异越小
木素含碳量高、稳定苯环结构在木素大分子中占优势，具有较高热稳定性
230～300℃之间，木素α-和β-芳基-烷基醚键断裂；
300℃左右时，脂肪族侧链开始从苯环上裂开；
370～400℃时，基本结构单元苯丙烷之间的碳-碳键断裂，逐渐形成木炭；
当温度在550℃时，生成CO、CH4、CO2、C2H6
木素主要形成木炭，而纤维素和半纤维素主要形成挥发性热解产物
总结
吸热
反应
木材置于空气或者氧气介质中
180~200℃，木材化学组分开始分解并产生气体
220~260℃，木材引火点温度。热分解明显，一类为可燃性气体CO、CH4、H2、C2H6一类为不燃性气体，主要为CO2
放热反应
260~290℃，木材着火点温度
330~370℃，发火点温度
热分解首先开始与半纤维素的分解和部分木质素的缓慢分解，然后是
木材的热学性质
热容q与比热容C
热容q
使某物质平均温度升高1 K所需的热量, q=Q/⊿T,单位为J/℃
比热容C
定义
某物质单位质量的热容,单位为kJ/(kg·K)
比较
苯醇提取物>木素>木材>α纤维素=全纤维素
木材是有机多孔性材料，比热容远大于金属材料
湿木材比热容
湿木材由水分、空气、木材组成的三相系统。按热容叠加原理，湿材的热容等于三者热容之和，因空气质量小，省略后湿材的热容就等于水的热容与全干材的热容之和
影响因素
木材密度
比热容C与ρ无关，热导率λ与ρ为恒值，因此ρ无关
温度
ρ不变，λ和C与温度成正比，对λ影响大于C，因此正比
含水率
ρ、λ、C与含水率成正比，a随含源自率增加而降低热流方向顺纹＞径向＞弦向
较长木材，虽纵向热扩散率大于横向，但热流纵向距离长，故热流传导的主方向仍为横向，因此通常仅测横向热扩散率
稳态热传导
加热面和冷却面均能保持一定温度，即热面和冷面间的木材保持一定的温度梯度，这种状态下的热传导称为稳态热传导
热导率(导热系数)λ
木材在单位厚度上，热量传导相对面的温差为1K时，单位时间内通过单位面积上所传递的热量单位为W/(m﹒k)。
木材具多孔性，空隙中充满空气，各空隙虽不完全独立，但空气也不能在空隙间进行自由对流，此外自由电子少也不能形成流畅的热传导
纤维素的剧烈分解；纤维素的热解温度为240～350℃,着火点温度以前。木素热解温度在280～500℃，主要是发火点温度区域
热对材质的影响
结晶度
一定温度下木材热处理，开始时非晶纤维素部分结晶化，使木材吸湿性降低，各种力学性质提高。继续加热，会造成纤维素的非晶化和各类化学成分分解，使材料力学性质降低
蒸煮加热
湿度一定，与温度成正比；温度一定，与湿度成正比
木材热导率λ
热移动分类
传导、对流、辐射
木材是一种内部空隙较小，自由电子较少的固体材料，故热移动以传导为主
木材的热传导
木材局部加热时，被加热部位的木材分子振动能量增加，分子与相邻分子的碰撞可将能量传递给临近分子。顺次传递能量使得外加热量向木材内部扩散，木材温度升高，即为木材的热传导