第6章木材物理性質(zhì)

主要介紹木材密度、木材含水狀態(tài)、木材中水分吸濕與解吸、木材干縮濕脹、木材電學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。

1/109目錄6.1木材密度

6.2木材和水分

6.3木材電學(xué)性質(zhì)

6.4木材熱學(xué)性質(zhì)

6.5木材聲學(xué)性質(zhì)

6.6木材光學(xué)性質(zhì)

2/1096.1

木材密度6.1.1木材密度種類6.1.2木材比重測定6.1.3細(xì)胞壁密度、實質(zhì)密度和空隙度6.1.4木材密度影響原因3/1096.1.1木材密度種類

木材是由木材細(xì)胞壁實質(zhì)物質(zhì)、水分及空氣組成多孔性材料，對應(yīng)著木材不一樣水分狀態(tài)，木材密度能夠分為生材密度、氣干密度、絕干密度和基本密度。它們定義以下：

最慣用:氣干密度和基本密度。在運輸和建筑上，普通采取生材密度。而在比較不一樣樹種材性時，則使用基本密度。4/1096.1.2木材比重測定

測定比重必須知道一定含水率時木材體積以及木材絕干重量。在大多數(shù)情況下，絕干重量測定與用絕干稱重法測定含水率中所用方法一致。因為在干燥過程中抽提物可能和水蒸氣一起蒸發(fā)，所以有時采取蒸餾法來得到絕干重量。木材體積測定能夠采取以下方法：（1）對于形狀規(guī)則試材，直接測量試材三邊尺寸，計算出體積；（2）對于形狀不規(guī)則試材，能夠用排水法測量體積。（3）快速測定法。5/109（三）排水法此法尤為適合測定不規(guī)則試樣體積。當(dāng)測定氣干材或全干材體積時，需在試樣入水前涂上石蠟薄層，預(yù)防試樣吸水而影響精度。（四）快速測定發(fā)法首先，在燒杯中加入適量液體，將金屬針浸入液體中，統(tǒng)計天平讀數(shù)。然后用金屬針尖固定試材，將試材浸入液體中，再統(tǒng)計平衡時天平讀數(shù)。兩次天平讀數(shù)之差除以已知液體密度，就能夠得到試材體積。天平試材燒杯金屬針支架天平讀數(shù)圖6-1用排水法測量木材體積量筒液面試材圖6-2快速測定法測量木材體積6/1096.1.3細(xì)胞壁密度、實質(zhì)密度和空隙度

木材絕干細(xì)胞壁密度能夠經(jīng)過比重計或體積置換法來測量。置換介質(zhì)種類不一樣，測得細(xì)胞壁密度值也有差異。7/109以水作為置換介質(zhì)得到細(xì)胞壁密度大于以甲苯和氦作為置換介質(zhì)得到值。這是由兩個方面原因引發(fā)：（1）水屬于極性膨脹性介質(zhì)，水分子能夠進(jìn)入細(xì)胞壁中更小孔隙中；（2）與液態(tài)水相比，吸著水表觀體積減小。8/109木材實質(zhì)密度即指木材細(xì)胞壁物質(zhì)密度。木材空隙度能夠用下式計算求得：

式中，P為木材空隙度（%），

0為木材絕干密度（g/cm3），

0w為木材實質(zhì)密度（g/cm3）。假如式中用木材細(xì)胞壁密度代替，則得到孔隙度中不包含非膨脹性溶劑所不能進(jìn)入細(xì)胞壁中微小孔隙。9/1096.1.4木材密度影響原因

除了含水率以外，影響木材密度原因還包含樹種、抽提物含量、立地條件和樹齡等。在同一棵樹上，不一樣部位木材密度也有較大差異。

6.1.4.1樹種

6.1.4.2抽提物含量

在不一樣木材中，抽提物含量范圍從絕干重3%至30%不等，所以對木材密度有很大影響。通常，在測定密度之前能夠先用水和有機(jī)溶劑（如苯和乙醇等）對木材進(jìn)行抽提處理，經(jīng)過抽提處理后木材密度更為均一。

10/1096.1.4.3立地條件

樹木立地條件，包含氣候、地理位置等對木材密度也有很大影響。6.1.4.4樹齡

從幼齡期直至成熟期，木材密度有伴隨樹齡增高呈增大趨勢，。11/1096.2

木材和水分6.2.1木材中水分存在狀態(tài)6.2.2木材含水率及測定6.2.3木材水分吸著（adsorption）和解吸（desorption）6.2.4木材中水分移動6.2.5木材干縮濕脹12/1096.2.1木材中水分存在狀態(tài)

木材中存在水分，能夠分為自由水和結(jié)合水（或吸著水）兩類。自由水

存在于木材細(xì)胞腔中，與液態(tài)水性質(zhì)靠近。結(jié)合水

存在于細(xì)胞壁中，與細(xì)胞壁無定形區(qū)（由纖維素非結(jié)晶區(qū)、半纖維素和木素組成）中羥基形成氫鍵結(jié)合。13/109生材：細(xì)胞腔和細(xì)胞壁中都含有水分，其中自由水水分量伴隨季節(jié)改變，而結(jié)合水量基本保持不變。纖維飽和點假設(shè)把生材放在相對濕度為100%環(huán)境中，細(xì)胞腔中自由水慢慢蒸發(fā)，當(dāng)細(xì)胞腔中沒有自由水，而細(xì)胞壁中結(jié)合水量處于飽和狀態(tài)，這時含水率稱為纖維飽和點。氣干狀態(tài)當(dāng)把生材放在大氣環(huán)境中自然干燥，最終到達(dá)水分平衡態(tài)稱為氣干狀態(tài)。氣干狀態(tài)木材細(xì)胞腔中不含自由水，細(xì)胞壁中含有結(jié)合水量與大氣環(huán)境處于平衡狀態(tài)。絕干狀態(tài)當(dāng)木材細(xì)胞腔和細(xì)胞壁中水分被完全除去時木材狀態(tài)稱為絕干狀態(tài)。

14/1096.2.2木材含水率及測定

木材或木制品中水分含量通慣用含水率來表示。依據(jù)基準(zhǔn)不一樣分為絕對含水率和相對含水率兩種。

絕對含水率（簡稱含水率）即水分重量占木材絕干重量百分率,普通木材工業(yè)中采取。

相對含水率是水分重量占含水試材重量百分率，在造紙和紙漿工業(yè)中比較慣用。

和分別是試材絕對含水率和相對含水率（%）；m是含水試材質(zhì)量(g);m0是試材絕干質(zhì)量(g)。

15/109水分儀

以上介紹都是直接測定法，其缺點是破壞試材、操作時間長。除此之外，還能夠依據(jù)含水率與物理量之間關(guān)系進(jìn)行間接測量。

電阻式水分儀

交流介電式水分儀

16/109電阻式水分儀

最慣用水分儀是電阻式水分儀。它工作原理是測定試材電阻，再經(jīng)過電阻與含水率之間定量關(guān)系將電阻值轉(zhuǎn)換為含水率值。電阻式水分儀測試含水率范圍普通為6~30%。在纖維飽和點以上含水率范圍內(nèi)，電阻伴隨含水率改變很小，儀器敏感性下降。17/109交流介電式水分儀交流介電式水分儀：其工作原理是測定一定頻率下木材介電常數(shù)或介電損耗正切角，經(jīng)過介電常數(shù)或介電損耗正切角與含水率之間關(guān)系得到含水率值。18/1096.2.3木材水分吸著和解吸平衡含水率因為木材含有吸放濕特征，當(dāng)外界溫濕度條件發(fā)生改變時，木材能對應(yīng)地從外界吸收水分或向外界釋放水分，從而與外界到達(dá)一個新水分平衡體系。木材在平衡狀態(tài)時含水率稱為該溫濕度條件下平衡含水率。

吸收是一個表面現(xiàn)象，比如液態(tài)水進(jìn)入木材細(xì)胞腔，成為木材中自由水過程。木材吸著水分過程是水分子以氣態(tài)進(jìn)入細(xì)胞壁，與細(xì)胞壁主成份上吸著點產(chǎn)生氫鍵結(jié)合過程。

19/109吸著滯后現(xiàn)象在相同溫濕度條件下，由吸著過程到達(dá)木材平衡含水率低于由解吸過程到達(dá)平衡含水率，這個現(xiàn)象稱為吸著滯后現(xiàn)象。

圖6-9木材水分吸著滯后現(xiàn)象含水率EMC解吸EMC吸著時間20/109

滯后率

吸著到達(dá)平衡含水率與解吸到達(dá)平衡含水率之間比值稱為滯后率，通慣用A/D表示。滯后率受樹種、溫度等原因影響。在常溫、相對濕度范圍10~90%條件下滯后率在0.8左右。伴隨溫度升高，滯后率逐步下降。

21/1096.2.4木材中水分移動

針葉樹材中水分移動針葉樹材中水分或其它流體路徑：管胞內(nèi)腔和具緣紋孔對組成毛細(xì)管體系，沿著纖維方向上垂直樹脂道，射線方向上射線管胞內(nèi)腔和水平樹脂道22/109闊葉樹材中水分移動闊葉樹材中水分或其它流體移動路徑：導(dǎo)管、管胞、導(dǎo)管狀管胞闊葉樹材導(dǎo)管上含有穿孔，所以在纖維方向上水分能夠經(jīng)過穿孔從一個導(dǎo)管進(jìn)入縱向鄰接另一個導(dǎo)管。23/1096.2.5木材干縮濕脹

木材干縮濕脹各向異性木材干縮濕脹現(xiàn)象及成因

木材干縮性與濕脹性測定

24/109（1）木材干縮濕脹現(xiàn)象

干縮或濕脹木材干縮濕脹是指木材在絕干狀態(tài)至纖維飽和點含水率區(qū)域內(nèi)，水分解吸或吸著會使木材細(xì)胞壁產(chǎn)生干縮或濕脹現(xiàn)象。

25/109木材干縮率和濕脹率能夠用尺寸（體積）改變與原尺寸（體積）百分率表示：

26/109（2）木材干縮濕脹成因

木材含有干縮性和濕脹性原因：

木材在失水或吸濕時，木材內(nèi)所含水分向外蒸發(fā)，或干木材由空氣中吸收水分，使細(xì)胞壁內(nèi)非結(jié)晶區(qū)相鄰纖絲間、微纖絲間和微晶間水層變薄（或消失）而靠攏或變厚而伸展，從而造成細(xì)胞壁乃至整個木材尺寸和體積發(fā)生改變。

27/1096.2.5木材干縮濕脹

木材干縮濕脹各向異性木材干縮濕脹現(xiàn)象及成因

木材干縮性與濕脹性測定

28/109（1）木材干縮濕脹各向異性

干縮率差異:軸向干縮率普通為0.1～0.3%;徑向干縮率和弦向干縮率范圍為3～6%和6～12%。三個方向上干縮率以軸向干縮率最小，這個特征確保了木材或木制品作為建筑材料可能性。29/109（2）木材干縮濕脹各向異性原因

①木材軸向、橫向干縮濕脹差異原因木材干縮濕脹各向異性:由木材結(jié)構(gòu)特點造成;主要取決于次生壁中層(S2)微纖絲排列方向。次生壁中層(S2)微纖絲排列方向幾乎是與細(xì)胞主軸相平行，而微纖絲是由平行排列大分子鏈所組成基本纖絲組成。

30/109②木材徑向、弦向干縮濕脹差異原因

a．木射線對徑向收縮抑制

b．早晚材差異影響

c．徑向壁和弦向壁中木質(zhì)素含量差異影響

d．徑壁、弦壁紋孔數(shù)量影響

31/1096.2.5木材干縮濕脹

木材干縮濕脹各向異性木材干縮濕脹現(xiàn)象及成因

木材干縮性與濕脹性測定

32/109木材干縮性與濕脹性測定

（1）試樣

試樣尺寸為20mm×20mm×20mm，詳細(xì)測量時準(zhǔn)確到0.01mm，其各向應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)縱、徑或弦向。試樣重量稱量準(zhǔn)確到0.001g。

（2）木材干縮率測定①原理含水率低于纖維飽和點濕木材，其尺寸和體積隨含水率降低而縮小。從濕木材到氣干或全干時尺寸及體積改變；與原濕材尺寸及體積之比，以表示木材氣干或全干時線干縮性及體積干縮性。33/109

②木材線干縮率計算試樣從濕材至全干、氣干時，徑向和弦向全干縮率、氣干干縮率，準(zhǔn)確至0.1%。

Bmax、Bw—試樣徑向或弦向全干干縮率、氣干干縮率，％；Lmax—試樣含水率高于纖維飽和點(即濕材)時徑向或弦向尺寸，mm；L0、Lw—試樣全干、氣干時徑向或弦向尺寸，mm。34/109（3）木材濕脹率測定①原理干木材吸濕或吸水后，其尺寸和體積隨含水率增高而膨脹。木材全干時尺寸或體積與吸濕至大氣相對濕度平衡或吸水至飽和時尺寸或體積之比，表示木材濕脹性。②木材濕脹率計算木材濕脹率可分為線濕脹率與體積濕脹率。木材濕脹是與干縮相反過程。35/109

6.3木材電學(xué)性質(zhì)6.3.1木材導(dǎo)電性6.3.2木材介電性6.3.3木材壓電效應(yīng)和界面動電性質(zhì)36/1096.3.1木材導(dǎo)電性

6.3.1.1電阻率與電導(dǎo)率

6.3.1.2木材電導(dǎo)原理

6.3.1.3影響木材直流電導(dǎo)率原因

37/109電阻在一個固體兩端施加電壓電場，固體中經(jīng)過電流為，那么該固體電阻為電阻率是指單位截面積及單位長度上均勻?qū)Ь€電阻值，是物體固有屬性，電阻率越大則材料導(dǎo)電能力越弱。電阻率：

A為導(dǎo)體截面積（），l是電場間導(dǎo)體長度（）。電導(dǎo)率是電阻率倒數(shù)，電導(dǎo)率越大，則說明材料導(dǎo)電能力越強(qiáng)。38/109按照電阻率或電導(dǎo)率大小，全部材料能夠劃分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體

和

絕緣體（介電體）。導(dǎo)體

導(dǎo)體是導(dǎo)電能力強(qiáng)材料，電阻率范圍普通在10-8～10-5，如金屬等；絕緣體

絕緣體導(dǎo)電能力差，普通電阻率高于108材料能夠稱為絕緣體，如陶瓷、橡膠、塑料等；半導(dǎo)體

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間稱為半導(dǎo)體。39/1096.3.1木材導(dǎo)電性

6.3.1.1電阻率與電導(dǎo)率

6.3.1.2木材電導(dǎo)原理

6.3.1.3影響木材直流電導(dǎo)率原因

40/1096.3.1.2木材電導(dǎo)原理

木材導(dǎo)電性弱主要原因:木材化學(xué)結(jié)構(gòu)組成中不含有導(dǎo)電性良好自由電子。木材含有微弱導(dǎo)電性原因:

在木材含量極少灰分（雜質(zhì)物質(zhì)）中含有極少許金屬離子，這些微量離子在電場作用下會定向移動。木材極化現(xiàn)象:木材中存在離子可分為兩類。41/1096.3.1木材導(dǎo)電性

6.3.1.1電阻率與電導(dǎo)率

6.3.1.2木材電導(dǎo)原理

6.3.1.3影響木材直流電導(dǎo)率原因

42/1096.3.1.3影響木材直流電導(dǎo)率原因

（1）含水率對電導(dǎo)活化能E是決定電導(dǎo)主要因子，E是由離解能量U和遷移能S二者來決定。

43/109

（2）溫度金屬：電阻率伴隨溫度升高而增大；木材：電阻率則隨溫度升高而變小；

44/109（3）紋理方向

木材橫紋理方向（垂直于纖維方向）電阻率較順紋理方向電阻率大。針葉樹材橫紋理方向電阻率約是順紋理方向電阻率2.3～4.5倍；闊葉樹材通常到達(dá)2.5～8.0倍。

45/109

（4）密度、樹種和試材部位

密度—普通來說，木材密度大，電阻率大；電導(dǎo)率小。(但影響效果不顯著，甚至對于一些個別樹種有相反情況)樹種--電阻率產(chǎn)生差異。其差異大于密度原因影響差異。（原因：從木材導(dǎo)電機(jī)理來分析）試材部位--木材中不一樣部位電阻率也存在差異。

46/1096.3.2木材介電性

交流電－－方向和強(qiáng)度按某一頻率周期性改變電流稱為交流電。交流電按其頻率高低，大致可分為低頻(含工頻)、射頻(又稱高頻)。木材交流電性質(zhì)－－是泛指木材在各種頻率交流電場作用下所展現(xiàn)各種特征，主要包含木材介電性質(zhì)參數(shù)（介電系數(shù)、損耗角正切、介質(zhì)損耗因數(shù)等）和交流電阻率（或電導(dǎo)率）改變規(guī)律及影響原因。47/1096.3.2.1低頻交流電作用下木材電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材極化和介電性

6.3.2.3木材介電系數(shù)6.3.2.4木材介電損耗

6.3.2.5木材介電性在木材工業(yè)中應(yīng)用48/1096.3.2.1低頻交流電作用下木材電熱效應(yīng)在交流電低頻區(qū)域，木材電學(xué)性質(zhì)與直流電情況下展現(xiàn)一樣特征。比如，在絕干狀態(tài)下木材電阻極高，伴隨含水率增加電阻顯著減小，這種改變到纖維飽和點以上時又趨于平緩。49/1096.3.2.1低頻交流電作用下木材電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材極化和介電性

6.3.2.3木材介電系數(shù)6.3.2.4木材介電損耗

6.3.2.5木材介電性在木材工業(yè)中應(yīng)用50/1096.3.2.2射頻下木材極化和介電性射頻--是頻率很高電磁波，又稱高頻，其頻率范圍大約從0.2MHz直至幾百甚至幾千兆赫。介電性－是指物質(zhì)受到電場作用時，組成物質(zhì)帶電粒子只能產(chǎn)生微觀上位移而不能進(jìn)行宏觀上遷移性質(zhì)。介電體－表現(xiàn)出介電性物質(zhì)。

51/1096.3.2.1低頻交流電作用下木材電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材極化和介電性

6.3.2.3木材介電系數(shù)6.3.2.4木材介電損耗

6.3.2.5木材介電性在木材工業(yè)中應(yīng)用52/109

6.3.2.3木材介電系數(shù)（1）介電系數(shù)表征木材在交流電場作用下介質(zhì)極化強(qiáng)度和介電體存放電荷能力物理參數(shù)。

定義：木材介質(zhì)電容器電容量與同體積尺寸、同幾何形狀真空電容器電容量之比值。通常取為介質(zhì)電容C與空氣電容C0之比。

介電系數(shù)值越小，電絕緣性越好。水介電系數(shù)為81，硬質(zhì)陶瓷介電系數(shù)為5.73，云母介電系數(shù)為7.1~7.7。絕干木材介電系數(shù)約為2，濕材介電系數(shù)大于干材；

木材橫紋理方向介電系數(shù)小于順紋理方向。如絕干櫟木順紋介電系數(shù)為3.64，橫紋介電系數(shù)為2.46。53/109（2）影響木材介電系數(shù)原因主要包含木材含水率、密度、頻率、樹種、紋理方向、電場方向等。

①含水率影響

在溫度和頻率不變條件下，木材介電系數(shù)隨含水率u增加而增大。②密度影響木材介電系數(shù)隨密度增加而增大。③頻率影響

在相同含水率、溫度條件下，木材介電系數(shù)隨頻率增加而逐步減小。④紋理方向木材介電系數(shù)含有各向異性。

順紋方向介電系數(shù)比橫紋方向介電系數(shù)大30%～60%，伴隨含水率升高，這種差異對針葉樹材來說有越來越大趨勢。

54/1096.3.2.1低頻交流電作用下木材電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材極化和介電性

6.3.2.3木材介電系數(shù)6.3.2.4木材介電損耗

6.3.2.5木材介電性在木材工業(yè)中應(yīng)用55/1096.3.2.4木材介電損耗

木材處于交流電場中，因為偶極子運動時內(nèi)摩擦阻力等相互間作用，使介質(zhì)偶極矩取向滯后于外施電場改變，宏觀表現(xiàn)為經(jīng)過介質(zhì)總電流I在相位上滯后于極化電流Ic，這么每一周期中有一部分電能被介質(zhì)吸收發(fā)燒，這種現(xiàn)象稱為介質(zhì)損耗。（1）損耗角正切和功率因數(shù)

損耗角正切tg

：介質(zhì)在交流電場中每七天期內(nèi)熱消耗能量與充放電所用能量之比，在數(shù)值上等于熱耗電流IR與充放電電流IC之比。56/109

功率因數(shù)：每七天期之內(nèi)有功功率（熱消耗功率）與視在功率（等于外施電壓與總電流乘積）之比，在數(shù)值上等于熱耗電流與總電流之比。

（2）介質(zhì)損耗因數(shù)（也稱介電損耗率）等于介電系數(shù)與損耗角正切乘積。

57/109（3）影響木材介質(zhì)損耗主要原因①含水率影響在相同頻率下，木材損耗角正切與含水率u關(guān)系為：在纖維飽和點以下，隨u增加而顯著增大，不過在纖維飽和點以上，這種改變趨于平緩。②頻率影響木材介質(zhì)損耗與頻率關(guān)系十分復(fù)雜。③密度影響介質(zhì)損耗因數(shù)與密度ρ有著顯著正相關(guān)關(guān)系，隨ρ增加線性地增大。

④紋理方向影響木材損耗角正切和介質(zhì)損耗因數(shù)：

58/1096.3.2.1低頻交流電作用下木材電熱效應(yīng)6.3.2.2射頻下木材極化和介電性

6.3.2.3木材介電系數(shù)6.3.2.4木材介電損耗

6.3.2.5木材介電性在木材工業(yè)中應(yīng)用59/1096.3.2.5木材介電性在木材工業(yè)中應(yīng)用(1)交流介電式水分儀經(jīng)過測定木材介電參數(shù)并將其轉(zhuǎn)化成含水率方法能夠測定木材含水率。(2)木材及木制品高頻熱固化膠合工藝木材在低含水率狀態(tài)下屬于極性介電體，所以當(dāng)把熱固性濕膠黏劑施于木材表面時，因為二者介電性不一樣，能夠到達(dá)選擇性加熱目標(biāo)。

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(3)高頻干燥技術(shù)

高頻干燥機(jī)理：是利用濕木材中水分子在高頻電場中極化來加緊干燥進(jìn)程。61/109

微波干燥機(jī)理；利用分子運動內(nèi)部加熱，而且比高頻更靠近水分子介電吸收頻率，有利于木材內(nèi)水分溫度提升和排出。

應(yīng)用方面：刨花板、纖維板、木塑復(fù)合材（WPC）加熱聚合、木材彎曲成型加工技術(shù)、纖維板定向鋪裝、木材解凍、防腐和殺蟲處理等方面得以應(yīng)用。

62/1096.3.3木材壓電效應(yīng)和界面動電性質(zhì)

6.3.3.1壓電效應(yīng)6.3.3.2界面動電性質(zhì)

63/1096.3.3.1壓電效應(yīng)

含有晶體結(jié)構(gòu)電介質(zhì)在壓力或機(jī)械振動等作用下應(yīng)變也能引發(fā)電荷定向集聚（極化）從而產(chǎn)生電場，這種由力學(xué)變形而引發(fā)介質(zhì)極化稱為壓電效應(yīng)。

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6.3.3.2界面動電性質(zhì)

在纖維素和木材中，其高分子內(nèi)含有活性羥基，當(dāng)木材微細(xì)粉末分散于水中時，因為選擇性地吸著羥基離子，所以粒子相對于水帶有了負(fù)電荷，這種現(xiàn)象稱為界面動電性，此時界面上產(chǎn)生電位就是ζ-電位。

65/1096.4木材熱學(xué)性質(zhì)用比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)等熱物理參數(shù)來綜合表征。這些熱物理參數(shù)，在木材加工熱處理（如原木解凍、木段蒸煮、木材干燥、人造板板坯加熱預(yù)處理等）中，是主要工藝參數(shù)；在建筑部門進(jìn)行隔熱、保溫設(shè)計時，是不可缺乏數(shù)據(jù)指標(biāo)。66/1096.4.1木材比熱和熱容量6.4.2木材導(dǎo)熱系數(shù)6.4.3木材導(dǎo)溫系數(shù)6.4.4木材蓄熱系數(shù)6.4.5木材熱膨脹與熱收縮6.4.6熱對木材性質(zhì)影響6.4.7木材熱物理參數(shù)測量67/1096.4.1木材比熱和熱容量熱容量:熱容量系數(shù):

θ1、θ0為溫度比熱:為單位量某種物質(zhì)溫度改變1℃所吸收或放出熱量。68/1096.4.2木材導(dǎo)熱系數(shù)

導(dǎo)熱系數(shù)表征物體傳遞熱量能力。導(dǎo)熱系數(shù)（λ）：以在物體兩個平行相對面之間距離為單位，溫度差恒定為1℃時，單位時間內(nèi)經(jīng)過單位面積熱量。單位為W/(m﹒K)。傳導(dǎo)熱量Q：

A為垂直于熱流方向面積(m2)；t為時間(h)；θ1和θ2分別為低溫面和高溫面溫度(℃)；d為兩面間距離。69/109影響木材導(dǎo)熱系數(shù)主要因子：(1)木材密度影響木材導(dǎo)熱系數(shù)伴隨木材密度增加大致成百分比地增加。在室溫、氣干含水率條件下木材密度對導(dǎo)熱系數(shù)影響（自劉一星，1994）○——熱流方向為弦向；×——熱流方向為徑向70/109

(2)含水率影響伴隨木材含水率增加，木材導(dǎo)熱系數(shù)增大。(3)溫度影響導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增大。(4)熱流方向影響同樹種木材順紋方向?qū)嵯禂?shù)顯著大于橫紋方向?qū)嵯禂?shù)。徑向?qū)嵯禂?shù)大于弦向，平均約相差12.7%。

71/1096.4.3木材導(dǎo)溫系數(shù)

導(dǎo)溫系數(shù)又稱熱擴(kuò)散率（α）。是表征材料(如木材)在冷卻或加熱非穩(wěn)定狀態(tài)過程中，各點溫度快速趨于一致能力(即各點到達(dá)同一溫度速度)。

α——導(dǎo)溫系數(shù)(m2/s)；λ——導(dǎo)熱系數(shù)〔W/(m﹒K)〕；C——比熱〔kJ/(kg﹒K)〕；ρ——密度(kg/m3)；C﹒ρ——體積熱容量〔kJ/(m3﹒K)〕。

72/109

木材導(dǎo)溫系數(shù)影響因子：密度、含水率、溫度和熱流方向（1）木材密度影響（2）含水率影響

73/109（3）溫度影響溫度對導(dǎo)溫系數(shù)影響幅度較小；在正溫度(0～100℃)下，絕干木材導(dǎo)溫系數(shù)隨溫度上升而略有降低。（4）熱流方向影響熱流方向?qū)δ静膶?dǎo)溫系數(shù)影響與它對導(dǎo)熱系數(shù)影響方式相同。74/1096.4.4木材蓄熱系數(shù)

蓄熱系數(shù)（S），是表征在周期性外施熱作用下，材料儲蓄熱量能力熱物理參數(shù)。kJ/(m2﹒h﹒K)

75/1096.4.5木材熱膨脹與熱收縮

熱膨脹：固體尺寸隨溫度升高而增大現(xiàn)象。

線熱膨脹系數(shù)α和體積熱膨脹系數(shù)β：

木材熱膨脹系數(shù)很小，普通可忽略其熱膨脹效應(yīng)。不過，當(dāng)木材內(nèi)部有溫度梯度時，會因熱膨脹產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力可能造成木材變形。76/1096.4.6熱對木材性質(zhì)影響

木材在受熱條件下，吸濕性降低（因為吸濕性較強(qiáng)多糖類熱分解所致），彈性模量提升；如繼續(xù)延長熱處理時間，就會造成木材化學(xué)成份熱分解，造成木材力學(xué)性質(zhì)降低。長久蒸煮處理可造成木材彈性模量減小、各種力學(xué)強(qiáng)度下降，尤其是對沖擊韌性影響顯著，其主要原因是長久蒸煮過程中半纖維素過分降解和脫出。適當(dāng)溫度、時間條件下水煮或汽蒸處理，能夠起到釋放內(nèi)部應(yīng)力、降低吸濕性、固定木材變形作用。77/1096.5木材聲學(xué)性質(zhì)

木材聲學(xué)性質(zhì)，包含木材振動特征、傳聲特征、空間聲學(xué)性質(zhì)(吸收、反射、透射)、樂器聲學(xué)性能品質(zhì)等與聲波相關(guān)固體材料特征。

78/1096.5木材聲學(xué)性質(zhì)6.5.1木材振動特征6.5.2木材傳聲特征6.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評價簡述6.5.4木材聲傳輸、聲共振與材質(zhì)無損檢測79/1096.5.1木材振動特征共振是指物質(zhì)在強(qiáng)度相同而周期改變外力作用下，能夠在特定頻率下振幅急劇增大并得到最大振幅現(xiàn)象。共振現(xiàn)象對應(yīng)頻率稱為共振頻率或固有頻率。阻尼自由振動：80/1096.5.1木材振動特征

6.5.1.1木材三種基本振動方式與共振頻率

6.5.1.2木材聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

6.5.1.3木材聲阻抗(特征阻抗)

81/109

6.5.1.1木材三種基本振動方式與共振頻率

振動方式：縱向振動、橫向振動(彎曲振動)和扭轉(zhuǎn)振動。(1)縱向振動縱向振動是振動單元(質(zhì)點)位移方向與由此位移產(chǎn)生介質(zhì)內(nèi)應(yīng)力方向相平行振動。長度方向聲速v：

基本共振頻率fr：木棒長度為L，密度為ρ，彈性橫量為E82/109(2)橫向振動

橫向振動：振動元素位移方向和引發(fā)應(yīng)力方向相互垂直運動。（木結(jié)構(gòu)和樂器上使用）橫向振動包含彎曲運動。木棒橫向振動共振頻率影響原因：木材試樣幾何形狀、尺寸和聲速，振動運動受到抑制方式相關(guān)。83/109(3)扭轉(zhuǎn)振動

扭轉(zhuǎn)振動：振動元素位移方向圍繞試件長軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)，如此往復(fù)周期性扭轉(zhuǎn)振動。試件基本共振頻率fr取決于該外加質(zhì)量慣性矩I、試件尺寸和剛性模量G式中：r為圓截面試件半徑；L為試件長度。84/1096.5.1木材振動特征

6.5.1.1木材三種基本振動方式與共振頻率

6.5.1.2木材聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

6.5.1.3木材聲阻抗(特征阻抗)

85/1096.5.1.2木材聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

木材聲輻射品質(zhì)常數(shù)、木材(內(nèi)摩擦)對數(shù)衰減率(或損耗角正切)和聲阻抗等聲學(xué)性質(zhì)參數(shù)。聲輻射阻尼系數(shù)R：木材及其制品聲幅射能力，即向周圍空氣輻射聲功率大小，與傳聲速度成正比，與密度ρ成反比。

86/1096.5.1木材振動特征

6.5.1.1木材三種基本振動方式與共振頻率

6.5.1.2木材聲輻射性能和內(nèi)摩擦衰減

6.5.1.3木材聲阻抗(特征阻抗)

87/1096.5.1.3木材聲阻抗(特征阻抗)

木材聲阻抗ω：木材密度ρ與木材聲速v乘積

木材含有較小聲阻抗和非常高聲輻射常數(shù)，它是一個在聲輻射方面含有優(yōu)良特征材料。88/1096.5.2木材傳聲特征

木材傳聲特征主要指標(biāo)為聲速v。密度ρ為一定值，則順紋傳聲速度v∥與橫紋傳聲速v⊥之比，與它們各對應(yīng)方向上彈性橫量之間關(guān)系：89/109表4-14木材順紋及橫紋方向動彈性模量和傳聲速度

樹種平均密度/g·cm-3平均動彈性模量Ed/CPa平均傳聲速度v/m·s-1v∥/v⊥順紋橫紋順紋橫紋魚鱗云杉0.45011.550.2652987836.7紅松0.40410.090.2749198186.0槭木0.63712.661.23442213683.2水曲柳0.58512431.61463816422.8椴木0.41412.210.61537013603.990/109木材含有優(yōu)良聲共振性和振動頻譜特征——聲學(xué)性能品質(zhì)好對共鳴板材料聲學(xué)性能品質(zhì)評價，可歸納為三個大方面：①對振動效率評價；②相關(guān)音色振動性能品質(zhì)評價；③對發(fā)音效果穩(wěn)定性評價。91/109對共鳴板材料聲學(xué)性能品質(zhì)評價，可歸納為三個大方面：

①對振動效率評價；②相關(guān)音色振動性能品質(zhì)評價；③對發(fā)音效果穩(wěn)定性評價。6.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評價簡述

92/1096.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評價簡述

6.5.3.1對振動效率品質(zhì)評價

6.5.3.2相關(guān)音色振動性能品質(zhì)評價

6.5.3.3對發(fā)音效果穩(wěn)定性評價與改良

93/10994/1096.5.3.1對振動效率品質(zhì)評價

選取聲輻射品質(zhì)常數(shù)較高(R≥1200)、內(nèi)摩擦損耗小木材。

原因：振動效率要求音板應(yīng)該能把從弦振動所取得能量，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷茌椛涞娇諝庵腥ィ鴵p耗于音板材料內(nèi)摩擦等原因能量應(yīng)盡可能小，使發(fā)出聲音含有較大音量和足夠持久性。評價(與振動效率相關(guān))木材聲學(xué)性能品質(zhì)物理量主要有：

聲輻射阻尼(聲輻射品質(zhì)常數(shù))、比動態(tài)彈性模量E/ρ、損耗角正切tgδ、聲阻抗以及tanδ/E等。

纖絲角小者有利于其木材振動聲能轉(zhuǎn)換效率提升；木材主要成份纖維素結(jié)晶度適量增大有利于其木材聲學(xué)振動效率提升。對生長輪寬度要求為：在2cm間隔內(nèi)，生長輪寬度偏差不宜超出0.5mm；在整塊面板上，最寬和最窄生長輪寬度差，不宜超出1～2mm95/1096.5.3.1對振動效率品質(zhì)評價

選取聲輻射品質(zhì)常數(shù)較高(R≥1200)、內(nèi)摩擦損耗小木材。

評價(與振動效率相關(guān))木材聲學(xué)性能品質(zhì)物理量主要有：

聲輻射阻尼、比動態(tài)彈性模量E/ρ、損耗角正切tgδ、聲阻抗以及tanδ/E等。

96/1096.5.3木材聲學(xué)性能品質(zhì)評價簡述

6.5.3.1對振動效率品質(zhì)評價

6.5.3.2相關(guān)音色振動性能品質(zhì)評價

6.5.3.3對發(fā)音效果穩(wěn)定性評價與改良

97/1096.5.3.2相關(guān)音色振動性能品質(zhì)評價用振動頻譜特征評價：

云杉木材頻譜特征，顯著優(yōu)于金屬材料，使用該材料制作音板能在工作頻率范圍內(nèi)比較均勻地放大各種頻率樂音。

云杉頻譜特征“包絡(luò)線”含有呈“1/f”分布特征,賠償了人耳“等響度曲線”對高音過于敏銳，對低音聽覺遲鈍不足。可用動彈性模量E與動態(tài)剛性模量G之比E/G這個參數(shù)來表示頻譜特征曲線“包絡(luò)線”特征，E/G值高者，其音色效果好。云杉屬木材結(jié)晶度提升和纖絲角減小有利于E/G參數(shù)提升。98/