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谈影响木材力学性质的因子

作者：娄金娥 盛士江

来源：《科学与财富》2013年第02期

摘要：木材是非均质性的各向异性材料，其纵向、径向和弦向三个方向力学强度具有明显的差异。木材力学性质它表示木材抵抗外部机械力作用的能力。在木材检验工作中，对影响木材力学性质的因子进行必要的了解，对木材的检验工作的完成具有重要的意义。 关键词：影响 木材 力学性质 因子

木材是非均质性的各向异性材料，其纵向、径向和弦向三个方向力学强度具有明显的差异。木材力学性质它表示木材抵抗外部机械力作用的能力。木材是变异性很大的天然生物高分子材料，其构造和性质不仅因树种而不同，而且随林木的立地条件而变异。在木材检验工作中，了解影响木材力学性质的因子，对木材的检验工作的完成具有重要的意义。 一.木材水分的影响

木材含水率对木材力学性质的影响，是含水率在纤维饱和点以下，木材强度随着木材水 分的减少而增高，随着水分的升高而降低。主要是由于单位体积内纤维素和木质素分子的数 目增多，分子间的结合力增强所致。含水率高于纤维饱和点，自由水含量增加，其强度值不 再减小，基本保持恒定。含水率在纤维饱和点以下，强度的对数值与含水率成一直线关系。 木材力学试样制作要求用气干材，气干材含水率不是恒定的。因此，当测定木材的强度时，必须测定试验时木材试样的含水率，并将强度调整为标准试验方法所规定的同一含水率下的木材强度，以便于不同树种或不同树株间木材强度的比较。我国国家标准《木材物理力学试验方法》中规定的同一含水率为12%，调整公式为：δ12+δw[1+a（W-12）] 式中δ12——含水率为12%时的木材强度；W——试验时的木材含水率；δw——含水率为试验时的木材强度；a——含水率每增减1%时木材强度的变化值。。值随强度的性质而不同。

上式适用的含水率范围为8%～15%，试验时应采用气干材。从所列值的大小可知，a值越大，说明含水率对该强度性质的影响也越大，反之则小。另外还可看出树种与含水率的影响无明显关系。

二.木材密度的影响

木材密度是决定木材强度和刚度的物质基础，是判断木材强度的最佳指标。密度增大，木材强度、弹性模量、韧性、刚性增大。

木材力学性质和密度的关系除指数曲线外，也可以用直线关系，σ=aρ+b来表达。木材的强度与密度之比称为木材的品质系数，是木材品质优劣的标志之一，通常强度与密度成正相

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关。但树种和强度性质不同，其变化规律也有变异。另外，应力木的强度与密度的关系不成正相关。

三.温度的影响

温度对木材力学性能影响比较复杂。一般情况下，室温范围内，影响较小，但在高温和极端低温情况下，影响较大。

正温度的变化，在导致木材含水率及其分布产生变化同时，会造成木材内产生应力和 干燥等缺陷。正温度除通过它们对木材强度有间接影响外，还对木材强度有直接影响。总 之，木材大多数力学强度随温度升高而降低。温度对力学性质的影响程度由大至小的顺序为：抗压强度、弯曲强度、弹性模量，最小为抗拉强度。负温度对木材强度的影响如下：冰冻的湿木材，除冲击韧性有所降低外，其他各种强度均较正温度有所增加，特别是抗剪强度和抗劈力的增加尤甚。

四.木材缺陷的影响

木材缺陷破坏了木材的正常构造，必然影响木材的力学性质，其影响程度视缺陷的种类、质地、尺寸和分布等而不同。

1.木节 木节即包被在树干中枝条的基部。节子周围的木材形成斜纹理，使木材纹理的走向受到干扰。节子破坏了木材密度的相对均质性，而且易于引起裂纹。节子对木材力学性质的影响决定于节子的种类、尺寸、分布及强度的性质。

2.斜纹理 斜纹理是指木材纤维的排列方向与树轴或材面成一角度者。斜纹理对木材力学强度的影响程度，决定于斜纹理与施力方向之间夹角的大小以及力学性质的种类。斜纹理对于顺纹抗拉强度的影响最大，抗弯强度次之，顺纹抗压强度更次之。

3.树干形状的缺陷 树干形状的缺陷包括弯曲、尖削、凹兜和大兜。这类缺陷有损于木材的材质，降低成材的出材率，加工时纤维易被切断，降低木材的强度，尤其对抗弯、顺纹抗拉和顺纹抗压强度的影响最为明显。

4.裂纹 裂纹不仅降低木材的利用价值，而且影响木材的力学性质，其影响程度的大小视裂纹的尺寸、方向和部位而不同。魏亚等（1957）对白皮榆木材裂纹的试验，结果表明裂纹对抗弯和握钉力的影响很大。

5.应力木 应力木的构造、性质与正常木材不同，其加工、利用也不理想。应压木管胞长度较正常木材短10%～40%，并且管胞微纤丝间有螺纹裂馅，其S2层纤丝角度达45°，明显大于正常材。应压木纵向干缩明显增大，有时较正常材高10倍，板材特别容易发生变形和翘曲。其木质素和半纤维素含量较正常材高，一般高8%～9%，其纤维素的含量明显降低，纸浆得率

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低，其抗压强度明显高于正常材，但其顺纹抗拉、抗弯性能和冲击韧性明显降低，可以用作柱材，但不适合用于弯曲承重的建筑用材。

6.木材的变色和腐朽 木材的变色分为化学性变色、变色性变色和腐朽性变色。

化学变色是锯解的木材表面接触大气后，由于物理、化学的原因引起的变色，这类变色对于木材的材质没有影响。变色性变色是变色菌引起的变色，有青（蓝）变色、粉红变色、黄变色和褐变色，其中最常见的是边材青变色。遭受变色性变色的木材，除其抗冲击韧性有明显的降低外（可达25%），对其余力学性质的影响不大，对木材的利用除在材色上有特殊要求的以外，不影响木材的利用。

腐朽性变色是木腐菌引起的变色，这类变色在木材的横断面上呈各种形状、颜色的斑块，在纵断面上呈各种颜色的条纹。这种变色是木材初期腐朽的象征，木材组织遭受破坏，木材的密度、弹性模量、硬度明显降低，木材的强度也开始减弱。木材腐朽是木腐菌危害木材的后期，不仅材色发生显著的变化，而且木材遭到严重破坏，变得松软易碎，各种力学性质显著降低，失去利用价值。木材强度降低的程度决定于木材腐朽的程度。