木工培训理论课第一讲：常用木材

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概论：木材是一种广泛应用于人类生产生活的优质自然材料。我们在日常生活中几乎随处可见与木材有关的元素。本章，我们将从木材最基本的常识开始，带大家进入木材与木工的世界。
1.1木材特征
1.1.1木材及其构造
我们通常所说的木材，是指截去树木枝叶和树根后的主干部分。对于木材的特征，大家最容易想到的是树木的年轮和各种精美的木材自然花纹。第一步，我们来认识一下木材的构造。

图1
从木材横切面上来看，其主要构造由树皮，形成层，木质部与髓心四部分组成。树皮对木材木质部起到保护作用，也是鉴别树种带重要特征。形成层位于树皮与木质部之间，是树木生长发育的重要部分。木质部分为边材和心材，由于边材和心材的结构特性有所差异，在使用时要根据用途适当选材。髓心是树木生长的最初起点，一般呈较深的褐色或者淡褐色。
这里着重讲一下边材和心材，边材是指木质部靠近树皮的部分，心材是木质部靠近髓心的部分。一般情况下，边材颜色较浅，心材颜色较深。边材与心材的颜色差异也是木材分类的一种方法。不同树种，加工使用的木质部位置不一样，针叶树木一般选取边材用于加工制作家具的较多，而心材部分，多用于制作物流木托盘等。
除了上述木材构造外，还有年轮，木射线，树脂道，管孔（棕眼）及髓斑等结构，这里就不详细叙述了。

1.1.2木材的物理特征
木材的物理特征主要包括颜色，气味，纹理，光泽，油性，硬度等方面。其中，颜色，纹理，油性和硬度是鉴别木材种类的重要物理特征。

1.1.3木材切面
在切割木材以适应加工需要的过程中，会根据需要延特定构造或方向进行切割，于是会形成不同的切面效果。下面来为大家介绍三种常见的切面。

图2 木材三切面
横切面：垂直于木材髓心线的切面，清晰完整的显现树木年轮分布。
径切面：经髓心或靠近髓心位置，延树干方向切割所得切面，纹理基本平行。
弦切面：不经髓心且延树干方向切割所得切面，纹理显现V形或抛物线形状。

2017年3月5日  第一讲第I部分
下期预告：木材的基本性质

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1.2木材的基本性质

本节为重点内容，木材的基本性质，通俗些说就是木性，我们说某种木材木性大，指的是这种木材扭曲变形或开裂的幅度大，那么到底是什么因素决定着木性大小呢，下面我们来讲一下木性的由来。


1.2.1平衡含水率

木材含水率是指木材内所含水分的质量与干燥木质部分质量的比值。木材内所含水分由自由水和结合水两部分组成，其中，结合水对木材的收缩和膨胀影响较大。干燥的木材在潮湿的环境中会吸水膨胀，潮湿的木材在干燥的环境中会不断蒸发水分。木材吸收和蒸发水分的速度会随着放置时间变长而变慢，最后达到吸收与蒸发速度相等的平衡状态，此时的木材自然含水率，即为平衡含水率。木材的平衡含水率在不同纬度，不同气候和温湿度下，都会有所不同。

由于木材存在这一平衡含水率，所以用于不同环境的木材，其所要求的含水率也不相同。用于室内的木材，要求将含水率烘干到平衡含水率以下，而用于户外的木材，则要烘干到接近平衡含水率的水平。



1.2.2木材的干缩和湿涨对木材产生的影响


（1）纤维饱和点

木材的干缩和湿涨与木材内所含水分的多少有直接的关系。干燥木材的过程中，当木材含水率越来越低并接近30%左右时，木材的强度不发生变化，形状也不会变化。当含水率低于30%时，木材的强度和形状就开始出现变化了。

木材含水率在30%以上时，蒸发自由水不会造成木材构造发生变形，也就是说木质部的纤维结构和强度不发生变化。当木材含水率低于30%时，如果继续蒸发自由水，则会造成木质部纤维结构发生变化，木材出现开裂，且木材强度也会下降。如果木材含水率在低于30%的情况下吸收水分，会造成木材膨胀，但请注意，已经开裂的木质纤维处是不会因木材膨胀而恢复原有带连结结构的。所以说，在木材含水量低于30%且已开裂的情况下木材受潮吸水，是不会恢复木材强度的。

木材的干缩和膨胀幅度在木材不同方向上是不同的，一般情况下，延木材横向（也就是主干方向）上的伸缩量仅有1%，在平行于主干直径的径向上伸缩量为3%~6%，圆周弦向伸缩量会达到6%~12%。


(2)由木材含水率变化造成的木材缺陷

因为木材含水量的变化，造成木质部纤维间结构发生变化，使木材形状发生变化，从而不利于后期加工，由此造成了木材缺陷。

由含水率变化造成的木材缺陷包括局部弯曲，扭曲，弓弯，瓦曲，开裂，歪偏和内应力等。

图3 木材因含水量变化造成的变形与缺陷



1.2.3木材容重

木材的容重是指单位体积天然木材的重量，单位是Kg/m³。一般情况下，我们以木材含水率15%时的容重作为标准容重。


1.2.4木材力学性质

木材的力学性质分为抗压，抗拉，抗剪和抗弯四种。举例说明一下，在顺纹方向上，抗拉能力最强，抗压能力较差，抗剪能力最弱，抗弯能力在抗拉与抗压能力之间。
木材的力学性质主要受含水率，载荷质量，载荷作用时间，温度及木材瑕疵等因素影响。

小贴士：在木加工过程中要注意木构件结合部各方向上的力学性质。

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