第六章 木材密度和水分
(The Density and Water in Wood)
第一节 木材密度
(The Density in Wood)
一、木材密度的概念（ concept ）和种类（ kind ）
（一）木材密度的概念（ the concept of wood density）
木材密度（木材容积重或容重）：单位体积的
木材质量。
木材是一种多孔性材料，其组成成分如下：
主要成分 — 细胞壁
次要成分 — 抽提物、灰分
木材 空隙 — 胞壁内的微细空隙和细胞腔等粗大空隙
水分 — 水蒸气和水
)/( 3cmg该物质的体积某一物质的质量密度 ?
水分重量次要成分主要成分木材重量 ????
对于给定的试件，主、次成分一定，但水分随
周围环境而变。 故木材的密度和比重应标明其体积
测量时的木材含水率 。
木材的比重 (specific gravity)— 木材密度与同体
积 4℃ 水的密度之比。
（二） 木材密度的种类
根据木材含水率的不同，木材密度可分为：
1.生材密度 （ ρg） (green density)
生材 — 刚伐倒的新鲜材。
在实验室条件下，用水浸泡使木材达到形体不
变，此时测得的体积即为生材体积。
2.气干材密度 （ ρw） (air-dried density)
气干材 — 长期贮存于大气中自然干燥的木材，
)/(ρ 3g cmg生材体积生材重量生材密度 ?
其含水率平均约为 15% 。
3.全干材密度 （ ρo） (oven-dried density)
全干材（绝干材） — 当木材在温度 103± 2 ℃ 的
烘箱内干燥到重量不变为止（即理论上含水率为零
时）。
4.基本密度 （ ρy） (basic density)
基本密度 — 单位生材体积或含水最大体积时所
含木材的实质重。
通常,基本密度 < 全干材密度 < 气干材密度 < 生材密度
以上四种密度值，以基本密度和气干材密度为
常用。基本密度用于比较不同树种的材性。
)/(ρ 3w cmg气干材体积 气干材重量气干材密度 ?
)/(ρ 3o cmg全干材体积 全干材重量全干材密度 ?
)/(ρ 3y cmg生材体积）试材水分饱和态体积（ 全干材重量基本密度 ?
由于各地区木材平衡含水率及气干程度的不同，
不同树种间气干密度的比较，均应换算成含水率为
12%时的值。
式中,ρ12— 含水率为 12%时的气干材密度 (g/cm3);
ρw— 含水率为 w时的木材密度（ g/cm3 ）；
w— 试样含水率（ %）；
k— 试样体积干缩系数。
二、木材密度的测定方法
（ test method of wood density）
已知木材重量和体积，即可算出密度值。其中，
重量易于求得，而精确地测定木材体积则较难，其
测定方法有：
（一） 直接测量法
对于尺寸较大和形体规则的试样，可直接测量
试样的尺寸并计算其体积。
)]12)(1(01.01[ρρ w12 ???? wk
（二）水银测容器法（ apparatus for determination of
density by immersion in mercury）
使用于测定不规则试样的体积。利用水银测容
器，测定试样的体积。（详见 115页）
（三） 排水法 （ release water method）
此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定
气干材或全干材体积时，需在试样入水前涂上石蜡
薄层，防止试样吸水而影响精度。（具体过程详见
116页图 6— 2）
三、木材的实质密度和空隙度（ density of cell wall
and porosity）
（一） 木材的实质密度 (cell wall density)— 指构成木
材细胞壁物质的密度 。
木材细胞壁物质的主要成分为纤维素、半纤
维素和木素，由于各树种细胞壁的主要成分比大致
相同，所以各树种的实质密度非常接近。
木材的实质密度范围,1.50~1.56 g/cm3,常取
为 1.53 g/cm3 。
实质密度的测定方法 — 流体介质置换法，即将
木材研磨成粉末状，在比重瓶中用流体介质置换法
测其体积，再用试样绝干重除以体积。
置换的介质有：水、氦和苯。
（二） 木材的空隙度（空隙率） (porosity of wood),分
为体积空隙度和表面空隙度 。
1.体积空隙率（ volume porosity） （木材空隙度） —
木材在绝干状态时其空隙体积占总体积的百分率。
2.表面空隙度（ surface porosity） — 横切面上空隙面
积占总面积的百分率。
式中,C— 木材空隙度（ %）；
ρo —— 木材绝干密度（ g/cm3 ）；
ρcw— 木材实质密度（ g/cm3 ）。
当取 ρcw=1.53 g/cm3时，
木材的密度越大，则其空隙度越小，二者呈负相关。
)1(100
cw
oC
?
???
)6 3 5 6.01(1 0 0 oC ???
四、木材密度的变异及水分对它的影响
（一）木材密度的变异（ variation of wood density）
影响木材密度的本身因子有树种、抽提物和取
材部位等，外界因子有含水率。
1.树种 不同树种的木材其密度差异很大，如：
麻栎密度较大,0.93 g/cm3 ； 巴塞木密度较
小,0.12 g/cm3 。
不同树种木材密度的差异原因主要是取决于木材
中所含胞壁实质物质的多少。
木材密度大 空隙度小（胞壁物质多或壁厚）；
木材密度小 空隙度大（胞壁物质少或壁薄）。
2.抽提物含量
一般，木材在胞壁率相同的条件下，浸提物愈
多则密度愈大。
对于同一树种木材而言：
心材抽提物含量 >边材
心材密度 > 边材密度
枝梢材抽提物含量 >干材
枝梢材密度 > 干材密度
3.木材在树干中的部位
同一树种木材，因在树干上的部位不同，木材
密度也有较大的差异。
（ 1）沿树干高度的变化规律：通常在树干基部木材的
密度最大，自树基向上逐渐减小，在树冠部位则略
有增大。
（ 2）沿半径方向的变化规律：
①针叶材：髓心最小，向外随树龄增大木材密度逐渐
增大，半径方向至距树皮 1/2处，密度达最大值，此
后又逐渐下降。
② 阔叶材：
1）具心材的环孔材：心材密度大，年轮宽度与密度成
正相关关系，但靠近髓部及靠近树皮的部分，木材
密度则较小。
2）散孔材：自髓心向树皮方向木材密度逐渐增大。
（二）水分对木材密度的影响
1.含水率在纤维饱和点以上变化时：
含水率变化 仅影响木材重量，而其体积不变
湿材密度与含水率呈正相关。
2.含水率在纤维饱和点以下变化时：
含水率变化 重量和体积同时变化，但重量
变化率大于体积胀缩率
气干材密度随含水率的增减变化比湿材慢。
∵
∴
∵
∴
第二节 木材和水分（ wood and water）
木材是树木有机体的组成部分。树木生长的全
部生命活动及其有机组成，都与水分有着密不可分
的关系。同时，树木伐倒后，木材作为一种原材料，
其所含的水分对木材加工工艺及利用都是一种潜在
的不利因子。如果处理不当，便会大大降低木材乃
至木制品的使用价值；再则，木材的物理性质、力
学性质又极大地受到木材内所含水分的影响。人们
早就关注和重视木材与水分关系的研究，现代木材
处理技术或理论研究，均在一定程度上与水分有关。
一、木材中的水分（ water in wood）
研究木材与水分的关系，必须先了解木材中水
分存在的状态、它的分布规律以及木材中水分的测
定方法和计算。这是研究木材与水分关系的基础和
起点。
（一）木材中水分存在的状态
（ condition of water in wood）
1.湿润性材料的分类
根据材料与水分的关系，可分为三类：
（ 1） 胶体 — 该类物质所含水分的数量发生变化时，其
尺寸和体积也随之变化，如胶、生面团等。
（ 2） 毛细管多孔体 — 当吸水时，水分的增减并不改变
或极少改变其原有的尺寸和体积，如木炭、砖等。
（ 3） 毛细管多孔胶体 — 能吸收有限的水分，在吸水和
失水时，不丧失几何形状，但尺寸发生有限变化，
如木材。
2.木材中水分存在的状态
（ condition of water in wood）
根据水分与木材结合形式和存在位置，可分为
化学水, 自由水 和 吸着水 三种。
（ 1） 化学水 (chemically combined water)— 存在于木材
的化学成分中,与组成木材的化学成分呈牢固的 化学
结合 。但数量甚微（ < 0.5%），只在对木材进行化
学加工时起作用，故可忽 略不计。
（ 2） 自由水 (free water)— 存在于细胞腔和细胞间隙
（即大毛细管系统）中的水分 。
其与木材的结合方式为 物理结合,结合并不紧密，
故易于从木材中逸出，也容易吸入。
自由水的范围,60~70%至 200~250% 。
自由水的增减对木材的力学性质几乎无影响，仅
影响木材的重量、燃烧值和传热值。
（ 3） 吸着水 (bound water)— 由吸附水和微毛细管水两
部分组成 。
① 吸附水 （ adsorbed water） — 被吸附在微晶表面和无
定形区域内纤维素分子游离羟基（ — OH）上的水分 。
由于不同树种木材内表面大小和游离羟基数量
（影响吸附水数量的因素）变化不 大,因而其吸附水
含量 基本相同,平均为 24%。
吸附水与木材化学组分的结合为 物理化学结合
（ 氢键结合和分子力结合 ），结合较牢，故难以从
木材中排尽。
② 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内的水分 。
它依靠液体水的表面张力与木材呈 物理机械结
合,其 含量约为 6% 。由于微毛细管中的水的饱和蒸
汽压比周围空气中水的饱和蒸汽压低，因而这部分
水只能在一定的空气条件下才逸出。
木材中 吸着水含量 在树种间差别较小，一般为
23%~31%,平均为 30% 。吸着水不易自木材中逸出，
只有当自由水蒸发殆尽，且木材中水蒸气压力大于
周围空气中水蒸气压力时，方可由木材中蒸发。吸
着水数量的变化对木材性质的影响甚大，如木材的
力学性质、尺寸胀缩、导电性和传导性等。
（二）木材的含水率及其测定
（ moisture content of wood and determination）
1.木材含水率 (moisture content of wood or M.C.)— 水
分重量占木材重量的百分率 。
由于木材重量的基数不同，分为绝对含水率和相
对含水率。
（ 1） 绝对含水率 （ W） (absolute moisture content)—
水分重量占绝干材重量的百分数。
（ 2） 相对含水率 （ W1） (relative moisture content)—
水分重量占湿材重量的百分数。
式中,m1— 湿材重量（ g）；
m0— 绝干材重量（ g）。
%1000 01 ?? ?m mmW
%1 0 01 011 ?? ?m mmW
（ 3） W和 W1的应用范围及相互转换
W— 广泛地应用于木材科学和工业生产中。优点
是分母为一定值，水分的变化与含水率的变化呈比
例关系，比较好计算。
W1— 应用于基础性研究中，特点是分母随水分变
化而变化，不宜于相互间的比较。
W和 W1之间的转换：
2.木材含水率的测定方法
（ 1） 烘干法（炉干法） (oven-drying method)
操作简便，结果准确，但较费时，而且必须锯解
成小的试件才能进行（国标 2× 2× 2cm）。
方法,试样锯解后立即称重，然后置于 103± 2℃
的烘箱内烘至恒重 （重量不在改变为止）。
1
1
1 0 0
1 0 0
W
WW
?? W
WW ?? 1001001
（ 2）仪表法 — 木材含水率测定仪
利用木材的电学性质如直流电导率、介电常数、
高频功率等因素与木材含水率的关系研制而成。
特点：使用方便，操作迅速，尤其适合于生产
现场使用。
（三） 纤维饱和点含水率
纤维饱和点, (fiber saturation point or F.S.P.)木材
内自由水蒸发殆尽而吸着水仍处于饱和状态时的木
材含水率。 （ W=30%）
纤维饱和点是木材性质变化的转折点 。木材含
水率在纤维饱和点以上变化时，木材的形体、强度、
电、热性质等都几乎不受影响。反之，当木材含水
率在纤维饱和点以下变化时，上述木材性质就会因
含水率的增减产生显著而有规律的变化。
纤维饱和点的测定：材性变化临界点法，即根
据某一性质指标如尺寸测定、强度试验及电性质等
与含水率变化的关系，测出试样在不同含水率条件
下的
数值并绘制二维图象，其曲线和直线部分的
转折点含水率即为该种木材的纤维饱和点。
二、木材吸湿性 (hygroscopicity of wood)
（一） 木材的吸湿机理
( wood hygroscopicity mechanism )
木材吸湿性 — 木材由空气中吸收水分或蒸发水
分的性能。
吸湿机理, (hygroscopicity mechanism )
（ 1） 组成木材细胞壁物质 — 纤维素和半纤维素
等化学成分结构中有许多游离羟基（ — OH），
在一定温度和湿度条件下具有很强的吸湿能力。
微晶表面借助分子间力和氢键力吸引空气中的
水蒸气分子而形成多分子层吸附水 。
（ 2）木材为毛细管多孔胶体，存在大毛细管系
统和微毛细管系统，具有很高的空隙率和巨大
的内表面。当木材胞壁微毛细管内水表面上的
饱和蒸汽压小于周围空气中的饱和蒸汽压时，
开始在较小的微毛细管内形成凹形弯月面，产
生毛细管的凝结现象而形成毛细管凝结水。随
着空气相对湿度的增大，就会在直径较大的微
毛细管中发生水蒸气凝结，直至空气湿度为
100%时，全部微毛细管内充满了毛细管凝结
水，即达到纤维饱和点为止。
（二）木材含水率与环境条件的关系
1.平衡含水率 (equilibrium moisture content or E.M.C.)
（ 1） 解吸 (adsorption)— 生材或湿材向空气中蒸发水
分的过程。
（ 2） 吸湿 (desorption)— 干材自空气中吸着水分的过
程 。
木材的吸湿与解吸是可逆的，二者同时进行,进
行的速度可相等也可不等。
（ 3） 平衡含水率
(equilibrium moisture content or,E.M.C.) — 木
材的吸湿速度与解吸速度达到平衡时的木材含水率 。
平衡是相对的，吸湿和解吸过程是绝对的 。
木材的平衡含水率受空气的温度和湿度的影响：
当温度一定而相对湿度不同时，木材的平衡含水率
随着空气湿度的升高而增大；当相对湿度一定而温
度不同时，木材的平衡含水率则随着温度的升高而
减小。
2.吸湿滞后现象 (desorption phenomenon)— 在相同温度和
同一相对湿度下，吸湿的平衡含水率总比解吸的平衡含
水率低的现象 。
吸湿滞后的原因,
（ 1）经解吸干燥后的木材，其微毛细管
系统内的空隙部分被透进来的空气
所占据，从而妨碍了木材对水分的
吸收。
（ 2）木材在解吸干燥后，由于干缩，使
相邻的纤维素分子链上用以吸取水分的羟基间形成氢
键，从而使大部分羟基相互饱和而减少了对水
分的吸着。简言之，就是在原先被水饱和的木材，其
被吸附水所满足的羟基数量
要比解吸后，开始能吸附水的羟基数量多。
（ 3）木材的塑性。
解吸
吸着
木
材
含
水
率
（%
） 相对蒸汽压
三、木材的干缩和湿胀
例如：湿胀 — 雨季门窗难关；
干缩 — 干燥季节门窗开关容易。
干缩 (shrinkage on drying)— 在干燥过程中，木材形体尺寸
有限减少的特性 。
湿胀 (swelling on desorpting)— 在吸湿过程中，木材形体尺
寸有限增大的特性 。
木材的干缩和湿胀发生在纤维饱和点以下。
（一）干缩和湿胀的起因和种类
（ 1） 原因, 木材在吸湿或解吸时，使细胞壁中纤丝间、微
纤丝间和微晶间的距离，随着水分子被吸附数量的多少
而发生改变，从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积
发生变化 。
（ 2）干缩种类：线干缩和体积干缩
线干缩 — 木材在某方向上的尺寸干缩。
线干缩包括：顺纹干缩和横纹干缩，而横纹干缩又包括弦
向干缩和径向干缩。
（二）干缩和湿胀的各向异性 — 干缩和湿胀在不同方
向上的差异。
1,表现：正常材在三个主轴方向的干缩湿胀率各不
相同：
顺纹（轴向）干缩率,0.1%~0.3%；
径向干缩率,3%~6%；
弦向干缩率,6%~12%
2,顺纹和横纹差异的原因：
（ 1） 木材细胞壁中次生壁占的比重最大, 而次生壁中
又以中层 （ S2层 ） 厚度最大 。 因此, 木材的干缩湿
胀主要取决于次生壁中层 （ S2层 ） 微纤丝排列方向 。
由于 S2层的微纤丝排列方向几乎与细胞主轴相平行
而与树轴近于平行 。 缩, 胀过程中主要改变了微纤
丝之间的距离, 而长度基本不变 。
（ 2） 纤维素大分子链的长宽比 >500~2000。
3,弦向与径向差异的原因：
（ 1） 木射线组织的影响 —— 对径向收缩的抑制作用 。
木射线长轴方向与径向相一致, 因其纵向收缩小于
横向收缩, 从而牵制了径向收缩, 使得径向收缩小于弦
向收缩 。
（ 2） 早, 晚材收缩量差异的影响 —— 晚材的干缩与湿胀量
大于早材 。
弦向 —— 早, 晚材并联, 晚材的胀缩促使早材的胀
缩率加大；
径向 —— 早, 晚材串联, 早, 晚材间没有相互的牵
制作用 。
（ 3） 胞壁径面纹孔数量对径向收缩的影响 。
由于管胞和纤维的径面上的纹孔数量较弦面壁为多,
致使纹孔周围微纤丝的排列方向与细胞主轴的夹角变大,
因而在径向收缩时会受到比较大的限制, 使得径向收缩
小于弦向收缩 。
（ 三 ） 木材干缩性的测定
1.线干缩性的测定 （ 方法详见 127页 ）
（ 1） 径向和弦向的全干缩率
式中,βmax— 试样径向或弦向全干缩率 （ %） ；
Lmax— 湿材径向或弦向的尺寸 （ mm） ；
L0— 全干时径向或弦向的尺寸 （ mm） 。
（ 2） 径向和弦向的气干干缩率
式中,βw— 试样径向或弦向气干干缩率 （ %） ；
Lmax— 湿材径向或弦向的尺寸 （ mm） ；
Lw— 气干时径向或弦向的尺寸 （ mm） 。
%100m a x 0m a xm a x ?? ?L LL?
%1 0 0m a xm a x ?? ?L LwLw?
2.体积干缩率的测定
（ 1） 试样尺寸,20× 20× 20 ㎜
（ 2） 测弦向, 径向和顺纹方向尺寸, 并计算湿材,
气干材和全干材的体积 。
（ 3） 全干的体积收缩率：
式中,βvmax— 试样体积干缩率 （ %） ；
Vmax— 试样湿材体积 （ mm3） ；
V0— 试样全干体积 （ mm3） 。
（ 4）气 干时的体积收缩率：
式中,βvw— 试样气干时的体积干缩率 （ %） ；
Vmax— 试样湿材体积 （ mm3） ；
Vw— 试样气干体积 （ mm3） 。
%100m a x 0m a xm a x ?? ?V VVv?
%100m a xm a x ?? ?V VVvw w?
3.干缩系数 (coefficient of shrinkage)— 用干缩率除以造成此
干缩量的试样含水率的商值来表示 。
它分为径向干缩系数, 弦向干缩系数和体积干缩系
数 。 利用干缩系数可计算出由湿材或生材干燥到纤维饱
和点以下任一含水率时的木材干缩值, 以便留出木材的
干缩余量 。
（ 四 ） 干缩应力和干燥缺陷
1.干缩应力 — 干燥过程中, 由于内, 外含水率梯度不同,
形成内, 外干缩的不均匀性, 从而导致木材产生干缩应
力 。 干缩应力可产生开裂现象, 如表面裂, 内裂或蜂窝
裂, 端裂 。
（ 1） 表面裂形成原因：木材干燥时, 表层含水率先行下降
到纤维饱和点以下而收缩, 但表层内的木材含水率尚未
降至纤维饱和点以下, 并未收缩, 从而限制表层不能充
分收缩, 使它受到拉伸力, 而内层则受到压缩力, 此即
干燥内应力的第一阶段 。 如果木材表面, 内层含水率梯
度悬殊, 必然造成内应力加大, 当表层的拉伸应力超过
木材在该含水率时垂直纹理的拉伸强度时, 便会出现表
面裂 。
（ 2） 内裂或蜂窝裂形成原因：如果木材表, 内层的含
水率梯度并不十分显著, 尽管表层产生的拉伸应力
已经超过了它的弹性极限, 木材并不出现破坏, 然
而因其受到内层的牵制不能充分收缩而处于拉伸状
态 。 在这种情况下, 木材产生一种固着, 即它不能
再如正常状况随含水率变化而有胀缩 。 随着整体木
材的含水率继续下降, 内层已开始收缩, 但此时反
而要受到固着表层的牵制 。 于是原先表层所受的拉
力转化为压力, 而表层内的部分就会因表层的制约,
由受压力转变为受拉力, 此即干燥应力的第二阶段 。
当内部拉力超过了它的横纹抗拉强度时, 木材就会
产生内部开裂 — 内裂或蜂窝裂 。
（ 3）端裂形成原因：木材端部水分蒸发的速度远较侧
面快。当端部表面含水率迅速降至纤维饱和点以下，
其内的水分含量却仍然保持较高时，这种含水率梯
度在端部表面所产生的干燥拉应力超过木材的横纹
强度时，就会出现端面开裂 — 端裂。
2.翘曲变形 翘曲变形有横向和纵向两种。
（ 1）横向翘曲变形：形成的原因是在同一板材上径、
弦向差异干缩引起的，表现为板材横断面形状的改
变，改变的情况因与年轮之间的夹角大小而异。
①凸形翘曲变形：含有髓心的径切板，两断弦向收缩
的程度大于中央，使两材面呈凸形。
②正常材：不含髓心的径切板，其宽度方向为径向收
缩，厚度方向为弦向收缩，由于宽 度远大于厚度，
不会出现翘曲和变形。
③瓦状翘曲变形：宽板面与年轮呈 45° 夹角的板材，
干缩后产生不规则的瓦状翘曲。
④长方形翘曲变形：正方形端面的方材，其年轮与方
材两个边部平行者，收缩后变为长方形。
⑤菱形翘曲变形：原端面为正方形，但与年轮成对角
线者，收缩后成菱形。
⑥ 椭圆形翘曲变形：圆形断面，收缩后呈椭圆形。
⑦弦切板的瓦状翘曲变形：弦切板由于板材上下表
面弦向程度不同，干缩后呈瓦状翘曲。
（ 2）纵向翘曲变形：是锯材面或材边形状发生改变。
原因,①同一锯材上含干缩不一致的两部分木材
（如正常材和应力木）所致。
②锯材纹理有较大倾斜，前者可形成顺弯或
边弯，后者则使材面不再平整而向四边扭曲 — 扭
弯。
③不合理的锯材堆放也可造成纵向翘曲变形。
四、木材中水分的移动
（一） 水分在木材内移动的通道
1.相互连通的细胞腔 （阔叶材的导管，如无浸填体和
树脂，则水和水蒸气可自由通过）；
2.细胞间隙 （针、阔叶材均有，特别是射线组织内较
多，对水分径向移动起很大作用）；
3.纹孔膜上的小孔 ；
4.细胞壁上的微毛细管 。
（二）木材内水分移动的机理
1.木材中水分移动的原因
①毛细管作用；
②液体或蒸汽不同压力的结果；
③不均衡的水层或气体厚度 的影响。
因此，在木材中产生水位梯度，水位高的向
水位低的移动。后二者对于木材干燥具有极为重
要的意义。
2.木材中水分的移动
（ 1） 含水率低于纤维饱和点时
①水蒸汽的扩散移动 — 靠扩散移动而进行的水蒸汽
移动。
当木材含水率低于纤维饱和点时，木材内不含自
由水，胞腔内充满了空气。由于木材表面水分的蒸发，
在木材内形成了含水率梯度，并呈现出相应的水蒸汽
分压梯度。在这种梯度作用下，水蒸汽开始沿着细胞
腔并通过纹孔及纹孔膜上的小孔，由内向外扩散。
② 依靠毛细管张力和毛细管水的移动
由于木材表面水分的蒸发，使表面部分的毛细管
张力变大，水层变薄，在毛细管内形成弯液面，从而
产生毛细管张力差，促使吸着水沿着细胞壁内微毛细
管系统从含水率高的部位向含水率低的部位移动。
③ 蒸汽状态与液体状态的不断相互交替
邻近的细胞壁内的微毛细管与细胞腔形成的大毛
细管之间，呈水蒸汽或液态水相互交替式移动。
（ 2） 含水率高于纤维饱和点时
细胞腔内的自由水呈液体状态。由于各
个部位细胞腔内的水蒸汽压力是一致的，故木
材中没有蒸汽状态的水分移动。此时，只可能
有 依靠毛细管张力差所引起的液态水 — 自由
水沿着细胞腔与纹孔的移动 。
当木材中有一部分已干燥到纤维饱和点
以下时，刚开始时木材表层细胞向外蒸发水分，
使胞腔内水膜厚度逐渐变小，使得毛细管内新
月形液面的弯曲度急剧地增大，蒸发面与木材
内部形成了毛细管张力差，促使自由水由内部
细胞移向蒸发面，使蒸发面逐渐移向木材内部，
通过上述三种水分传导方式，木材得以干燥。
五、木材的吸水性 (water-absorbing capacity of wood)
1.吸水性 （ water-absorbing capacity） — 指木材浸于
水 中吸收水分的能力。
吸收水分的数量与木材在水中停留的时间有关。
2.吸水速度 — 单位时间内木材吸水的数量。
3.水容量或最大含水率（ Wmax%） — 木材吸水的最大
量占干材重量的百分率。
最大含水率与木材密度有密切关系。密度愈大，
木材可能吸收的最大含水率愈小。此外，木材的吸
水性还与木材构造和内含物有关。针叶材含有树脂
或阔叶材含有树胶的树种，都因此而减少其水容量。
心材树种的水容量，一般心材往往因存在数量较多
的浸填体或其他内含物，而使其水容量小于边材。
%%%m a x kr www ??
%10030 0 054.1 54.1 ??? ???
就吸水速度而言，密度小的树种快于密度大的
树种，木材原有含水率越高，其吸水显然低于原有
含水率低的状况。此外，顺纹方向的吸水速度也大
于横纹方向。
4.木材吸水性的测定：试样尺寸为 20 × 20× 20mm，放
入烘箱内烘干并称重，将烘干的试样放入盛有蒸馏
水的容器内，用一金属网上置以重物，使试样全部
压入水面以下，水的温度应保持在 20 ± 2 ℃ 范围内。
浸入后 6h称重，以后经 1,2,4,8,12,20昼夜各
称重一次，次后每隔 10昼夜进行称重，至最后两次
含水率之差小于 5%时，即可认为木材试样已充分吸
水，并可结束测定。
木材吸水率：
A— 试样的吸水率（ %）；
m— 试样吸水后质量 （ g）；
m0 — 试样全干时的质量 （ g） 。
%10 00 0 ?? ?m mmA
六、木材对液体的贯透性（ the penetration of wood for
liquid）
木材对液体的贯透性 — 指水分或其他液体在常压下
或加压条件下透入木材的能力。
当木材与水分或液体接触时，其透入性包括两个方面：
即吸收或贯透。
吸收 — 以单位体积木材吸收水分或液体的重量表示
木材对水或液体吸收的多少。
贯透 — 以液体透入木材的深度表示。
生产中常要求木材尽量减少吸收量而有较大的贯透深
度以节约药剂使用量。
影响水分或液体透入深度的因素：
（一）压力大小与加压时间
压力越大，则液体透入深度就越深，所需时间就越短。
当木材在具有一定温度的液体浸渍时，往往会使得木
材组织软化，过高的压力就会降低木材的强度，影响制品
的质量。理想的方法是在压力不大的情况下，增加加压时
间，达到使处理剂透入至要求的深度，且不降低木材的强
度。
（二）液体温度
提高液体温度会改善其流动性，使其易于透入木材，但
不能过大地提高液体温度，否则会严重地降低木材强度。
（三）液体性质
盐类水溶液较油剂易于透入木材。同时，液剂粘度小比
粘度大（如煤焦油等）要易于透入木材。
（四）树种
不同树种木材间由于构造上有差别，贯透性也有所不同。
有的树种木材既有较大的管孔，又无浸填体堵塞，液体容易
透入，如红栎类木材和榆木等。而白栎类木材和栗木等常具
丰富的浸填体，对液体的贯透性就差些。
（五）心材和边材
一般说来，心材中具有较多的沉积物，它对液体的贯透
性就小于边材。
（六）木纹方向
液体透入木材的深度，纵向大于横向。
（七）木材的含水状况
湿材的液体贯透性要小于干材，故要求贯透处理木材时，
其含水率应在 25%以下。
§ 7 木材的热电学性质
（ The Thermal and Electrical Properties of Wood）
? 即木材的热物理性质, 它是由比热导热系数,
导温系数等热物理参数来综合表征的, 这些参
数, 在木材加工的热处理 （ 如原木的解冻, 木
段的蒸煮, 木材干燥预处理等 ） 中, 是重要的
工艺参数, 在建筑部门进行保温设计时, 是不
可缺少的数据指标 。
? § 7-1 木材的热学性质
（ The Thermal Properties of Wood）
? 一, 木材的比热和热容量
? 1,比热 （ specific heat）
? 比热是提高某物质的温度 1℃ 所需的热量与提
高同质量的水温度 1℃ 所需要热量之比 。
§ 7-1 木材的热学性质
（ The Thermal Properties of Wood）
一、木材的比热和热容量
? 1,比热 （ specific heat ）
? （ 1） 绝干材的比热 （ 随温度升高而增大 ）
? 早在 1913年, 邓洛普 （ F.Dunlop） 增测定过不同树种的 100
块试样在 106℃ -0℃ 之间的比热, 发现比热与树种, 密度,
树木的位置无关 。
? 木材的平均比热为 0.327± 0.005。 但比热受温度的影响 。
? C=0.266+0.00116t（ 千卡 /kg·℃ ） （ 0-106℃ ）
? （ 2） 湿木材的比热：随含水率的增加而增大, 由于木材是
多孔性有机材料, 其比热远大于金属材料, 但明显小于水 。
水的比热 >木材的比热：
? Cw=（ WCw+100C干 ） /（ 100+W） （ 千卡 /千克 ·℃ ）
? Cw= 0.28 [W（ 1+t/100） ]0,2 （ 千卡 /千克 ·℃ ）
? 适用于含水率 10%-150%,温度 20-100℃ 。
§ 7-1 木材的热学性质
一、木材的比热和热容易
? 2,热容量 （ thermal capacity）, Q/△ t △ t=（ t1-t0）
? 某物质的温度变化 1℃ 所吸收或放出的热量：
? 含水木材的热容量：
? Qw/ △ t =Q干 / △ t +Q水 / △ t
? 热量,Qw =Q干 +Q水
? =mC干 （ t1-t0） +mC水 *W/100 （ t1-t0）
? 式中,m—— 干材重量
? W—— 炉干材重 m为基准的木材含水率。
二、木材的导热系数（热导率）
（ thermal conductivity coefficient of wood ）
? 稳态热传导 （ steady-state heat conduct）,加热面与冷却
面 间 的 木 材 保 持 一 恒 定 的 温 度 梯 度 （ temperature
gradient） 。 木材的导热性能用稳态热导率 （ steady-state
thermal conductivity） 来表示 。
? 导热系数 （ thermal conductivity coefficient ）,在单位时
间内, 通过物体单位厚度, 单位面积两面温度差为 1℃ 时
所需要的热量, 它是表征物体以热传导方式传递热量的
能力, 所以又称热传导率 。
? λ =Q*X/A* ΔT *t（ kcal/m·h·℃ ）
? 式中,λ为导热系数； Q为传导热量； x为试样厚度； A为面积； ΔT为温差；
t为时间； q为热流强度 （ 千卡 /m2·h ） 。
? 由于木材仅含有极少量易于传递能量的自由电子, 并且
是具有很多空气孔隙的多孔性材料, 所以 λ很小, 属于热
的不良导体, 这正是木材常在建筑中用作保温, 隔热材
料以及在民用品中用于炊具把柄材的主要原因之一 。
二、木材的导热系数
（ thermal conductivity coefficient of wood ）
? 木材导热系数的影响因素：
? 1,D↑→λ↑ 因 λ实 ＞ λ空
? 2,W↑→λ↑ 因 λ水 ＞ λ木 （ λ水 =25λ空气 ）
? 3,纹理方向,λ11＞ λ1 λ11大约是 =1.8～ 3.5λ木
? 原因,（ 1） 分子链长度方向的热平衡阻力小； （ 2）
细胞长轴胞壁连续导热 。 证实胞壁中纤维素分子的排
列方向对热传导的异向性有很大影响 。
? 0℃ 以上 T↑—— λ↑ 原因,T↑,木材分子运动加剧,
热阻减小, 从而使热导率增加 。
? 0℃ 以下 T↑—— λ↓
三、木材的导温系数（热扩散率）
（ thermal diffusivity of wood ）
? 它的物理意义是表征材料 （ 如木材 ） 在冷却或加热
的非稳定状态过程中, 各点温度迅速趋于一致的能力
（ 即各点达到同一温度的速度 ） 。 a越大, 则各点达到
同一温度的速度就越快 。
? 导温系数 （ thermal diffusivity） 与材料的导热系数
（ thermal conductivity coefficient ） 成正比, 与材料的
体积热容易成反比：即,a = λ / c·ρ （ m2/s）
? 式中,λ为导热系数 [w/(m·k)]； c为比热 [KJ/（ kg·k） ]；
ρ为密度 (kg/m3)； c·ρ为体积热容量 [KJ/(m3·k)]。
? 各树种木材弦向导热温度系数为 11.76～ 17.54× 10-
8m2/s,平均为 13.9× 10-8m2/s。 导温系数的影响因素：
? （ 1） 密度 D↑—— a↓（ D↑,孔隙低 ）
? （ 2） 含水率 W↑—— a↓ （ a水 <a空 气 ）
? （ 3） 热流方向的影响：由于木材的组织构造和各向异
性,a顺纹 >a横 a径向 <a弦
四、木材的热膨胀
（ thermal expansion of wood）
? 热膨胀 （ thermal expansion）,固体的尺
寸随温度增高而增大 。
? ΔL=α·L0·Δθ
? 式中,ΔL为固体的伸长量； α为线热膨胀
系数； L0为固体的原长； Δθ为温度的变化
量 。
? 木材的热膨胀系数很小, 在 10-6～ 10-5的
数量级 。
? α横 >α顺
§ 7-2 木材的电学性质
（ The Electrical Properties of Wood）
? 电的运动现象即电荷的移动现象为电流 。 直流电只
往一个方向流动的电流 。 分流电是流动方向周期性
地变换电流 。
? 泛指木材在直流电场和交变电场作用下所呈现的材
料特性 。 导电机理, 直流电性质, 高频介电性质 。
? 一, 木材的导电机理
? 木材的导电性很低，绝干的木材可以认为绝缘体木
材的绝缘等距离以决于其含水率。
? 1,电阻率和电导率
? 电阻率 ρ（ electrical resistivity） （ Ω,an）,说明材
料电阻性质 （ 导电性能的优劣 ） 的物理参数, 电阻
率越大, 则导电能力越弱 。
? 电导率 （ electroconductibility） δ=1/ρ δ↑—— 说
明材料的导电能力越强 。
?
一、木材的导电机理
? 2,木材的导电机理：是由离子进行的, 主要
在细胞壁的无定形区域内发生的 。
? 离子导电：一是被吸附在结晶区表面离子基上
的结合离子；二是自由离子, 是木材的无机成
份中含有的杂质产生的离子 。
? 影响电导率的主要因子：一是木材中导电离子
的数目或浓度 ）, 即载流子的数目；自由离子
与之成正比；二是在吸湿范围内, 离子的迁移
率, 即载流子在电场作用下的流动能力 （ 迁移
速率 ） 。 在低含水率下, 自由郭子数目起主要
作用；在高含水率下, 离子迁移率起主要作用 。
二、木材的直流电性质
（ direct-current properties of wood）
? 木材的直流电性质 （ direct-current properties of wood）, 是指
木材受直流电源作用所呈现的一些特性, 主要体现各种因子
（ 含水率, 温度, 纹理方向等 ） 对木材电阻率的影响, 以及木
材导电性随时间的变化等 。
? 1,含水率对木材直流电阻率的影响
W↑—— ρ↓（ 在纤维饱和点以上时 ）
? 2,温度的影响,T↑— →ρ↓
在 0℃ 以上范围内, 温度对全干材影响最为显著；从全干
至纤维饱和点, 随 W↑,温度影响变小 。
? 3,密度,D↑— →ρ稍有下降, 影响不显著
通常 D大者, ρ小, δ大 。 因 D大者, 木材实质多, 空隙小, 而木
材细胞壁实质的电阻率远较空气要小 。
? 4,纹理方向 （ 由于结构差异而产生的 ）
δ轴向 >δ横向 针叶树材 2.3-4.5倍； δ心材 >δ边材 阔叶树材 2.5-8.0倍
? 因为 ρ受到水溶性电解质的存在的影响，心材水溶性电解质含
量高，所以 δ心材 >δ边材 。
三、木材的高频介电性质
（ high frequency dielectric properties ）
? 交流电 （ alternating-current ）,大致可分频 10-20KHz以上高
频, 以下低频 。
? 木材的交流电性质 （ alternating-current properties of wood）,
是泛指木材在各种频率的交流电场作用下所呈现的各种特性,
在交流电低频区域, 木材交流电性质与直流电性质呈现同样
特性 。
? 介电性质 （ dielectric properties ）,介电系数, 损耗角正切,
介质损耗因数等, 在木材工业中常利用高频交变电场进行木
材的干燥, 胶合, 曲木等, 此外也用于木材含水率的测定 。
木材的介电性质 —— 指介电常数和介电损耗等 。
? 1,木材介电常数 （ dielectric constant ） ε = Cw/ Co= Qw/ Qo
? 指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 。
? Qw—— 木材时的电量； Co—— 在真空介质条件下的电容量
? Cw—— 置入木材介质之后的电容量； Qo—— 真空时的电量
? 最好的电气绝缘体具有最小的介电常数。
三、木材的高频介电性质
? 2,介电常数的影响因子
? ① 含水率 ↑（ 在一定温度和频率时 ） — →木材极化强
度增高 — →ε↑
? ② 密度 ↑— →胞壁物质 ↑— →偶极数目 ↑— →ε↑是曲线
关系
? ③ 纹理方向的影响,ε顺 >ε横 大 30%-60% 这是由于细
胞壁的分子结构不同引起的 。
? 由于纤维素大分子排列方向与细胞轴长轴方向近于平
行, 而且绝大多数细胞沿顺纹方向排列, 纤维素非结
晶区的羟基在顺纹方向比在横纹方向具有更大的自由
度, 易于在电场作用下作取向运动, 所以 ε顺 >ε横 。
? 径向弦向之间差异很小, ε顺 <ε横 是由于木材内细胞壁
的排列方向不同而引起的 。
三、木材的高频介电性质
? 3,木材的介电损耗 （ dielectric loss of wood）
施加交流电压于以木材为介质的电容器极板上, 施
加的电压和电流间有一相位角 θ,它是总电流 I和电
阻电流 In间的夹角 θ。 功率因数 （ power factor） 就是
该相位角的余弦, 以 cosθ表示 。
由于损耗角 δ和相位角 θ之和为 90°, 木材为介质时,
一般 δ极小, 损耗角正切 （ loss tangent） tgδ≈cosθ。
介电损耗率：是介电常数与损耗角正切的乘积 。
? 4,影响损耗角正切的因素
? （ 1） W↑→tgδ↑
? （ 2） D（ 木材密度 ） 对于同一种木材 D↑,tgδ略大 。
? （ 3） tgδ顺纹 >tgδ横纹
（ 4） 电场频率,tgδ随电场频率有较大变化 。
三、木材的高频介电性质
? 5,高效电热技术 （ high frequency heat technology）
在木材工业中的应用
? （ 1） 干燥木材：在交变电流作用下, 木材中的水
分从原来不规则位置, 到按电流和磁场方向作有规
律的运动 。
? （ 2） 应在胶合上：每使胶合剂获得选择加热 。 如
指形联接, 拼板, 封边, 层压成型等 。 今后在木材
改性, 防腐处理和杀虫等方面也有应用前景 。
四、压电效应
（ piezoelectric effect）
? 很多电介质其极化不仅由外部的电场感应引起的,
而且还可以由力或温度的变化引起的 。 把由力学的
应变而引起的极化称为压电效应 。 把由热应力引起
的极化称热电效应 。
? 具有结晶结构的电介质在机械应变下引发的极性作
用 。
? 机械能转变电能。木材的电压效应是由纤维素引起
的。研究结果：压电效应与木材的弹性应变、木材
温度、含水率、密度、树种等都密切相关。
五、高频率加热木材
? 使木材受到约 0.2MHz以上的电压的作用, 可以利
用木材的介电损耗, 进行高频加热 。 在木材上加
上高频电压时, 木材温度的上升速度取决于该木
材的质量, 电气性能及热性能 。
? 将适量的高频率电能施于木材, 将木材作为电容
器极板之间的电介材料, 则大部分电能量将转化
为热能 。
? 被吸收在电介材料中的功率 ρ（ w） 取决于所施加
频率 f（ Hz）, 电压 E（ v）, 电容器的电容量 C
（ F） 和功率因数 cosθ。
? ρ=2πfE2C·cosθ
? 可以根据此理论, 利用微皮干燥木材 。
六、高频含水率测定仪
? 基本原理：木材在高频电场中, 介电系数 ε随含水
率变化, 根据这一原理制成的电容式含水率测定
仪 。
? 由于介电常数不仅随含水率的变化, 还受密度的
影响, 所以在高频含水率测定仪中, 还需对密度
进行修正 。
? 另外, 使用介电式含水率测量较厚的高含水率木
方材时, 在木材含水率梯度 （ moisture content
gradient） 大的情况下会引起较大的测量误差 。 因
此, 国外已开展了可分层测量木材含水率的介电
或含水率测定仪的研究 。
(The Density and Water in Wood)
第一节 木材密度
(The Density in Wood)
一、木材密度的概念（ concept ）和种类（ kind ）
（一）木材密度的概念（ the concept of wood density）
木材密度（木材容积重或容重）：单位体积的
木材质量。
木材是一种多孔性材料，其组成成分如下：
主要成分 — 细胞壁
次要成分 — 抽提物、灰分
木材 空隙 — 胞壁内的微细空隙和细胞腔等粗大空隙
水分 — 水蒸气和水
)/( 3cmg该物质的体积某一物质的质量密度 ?
水分重量次要成分主要成分木材重量 ????
对于给定的试件，主、次成分一定，但水分随
周围环境而变。 故木材的密度和比重应标明其体积
测量时的木材含水率 。
木材的比重 (specific gravity)— 木材密度与同体
积 4℃ 水的密度之比。
（二） 木材密度的种类
根据木材含水率的不同，木材密度可分为：
1.生材密度 （ ρg） (green density)
生材 — 刚伐倒的新鲜材。
在实验室条件下，用水浸泡使木材达到形体不
变，此时测得的体积即为生材体积。
2.气干材密度 （ ρw） (air-dried density)
气干材 — 长期贮存于大气中自然干燥的木材，
)/(ρ 3g cmg生材体积生材重量生材密度 ?
其含水率平均约为 15% 。
3.全干材密度 （ ρo） (oven-dried density)
全干材（绝干材） — 当木材在温度 103± 2 ℃ 的
烘箱内干燥到重量不变为止（即理论上含水率为零
时）。
4.基本密度 （ ρy） (basic density)
基本密度 — 单位生材体积或含水最大体积时所
含木材的实质重。
通常,基本密度 < 全干材密度 < 气干材密度 < 生材密度
以上四种密度值，以基本密度和气干材密度为
常用。基本密度用于比较不同树种的材性。
)/(ρ 3w cmg气干材体积 气干材重量气干材密度 ?
)/(ρ 3o cmg全干材体积 全干材重量全干材密度 ?
)/(ρ 3y cmg生材体积）试材水分饱和态体积（ 全干材重量基本密度 ?
由于各地区木材平衡含水率及气干程度的不同，
不同树种间气干密度的比较，均应换算成含水率为
12%时的值。
式中,ρ12— 含水率为 12%时的气干材密度 (g/cm3);
ρw— 含水率为 w时的木材密度（ g/cm3 ）；
w— 试样含水率（ %）；
k— 试样体积干缩系数。
二、木材密度的测定方法
（ test method of wood density）
已知木材重量和体积，即可算出密度值。其中，
重量易于求得，而精确地测定木材体积则较难，其
测定方法有：
（一） 直接测量法
对于尺寸较大和形体规则的试样，可直接测量
试样的尺寸并计算其体积。
)]12)(1(01.01[ρρ w12 ???? wk
（二）水银测容器法（ apparatus for determination of
density by immersion in mercury）
使用于测定不规则试样的体积。利用水银测容
器，测定试样的体积。（详见 115页）
（三） 排水法 （ release water method）
此法尤为适合测定不规则试样的体积。当测定
气干材或全干材体积时，需在试样入水前涂上石蜡
薄层，防止试样吸水而影响精度。（具体过程详见
116页图 6— 2）
三、木材的实质密度和空隙度（ density of cell wall
and porosity）
（一） 木材的实质密度 (cell wall density)— 指构成木
材细胞壁物质的密度 。
木材细胞壁物质的主要成分为纤维素、半纤
维素和木素，由于各树种细胞壁的主要成分比大致
相同，所以各树种的实质密度非常接近。
木材的实质密度范围,1.50~1.56 g/cm3,常取
为 1.53 g/cm3 。
实质密度的测定方法 — 流体介质置换法，即将
木材研磨成粉末状，在比重瓶中用流体介质置换法
测其体积，再用试样绝干重除以体积。
置换的介质有：水、氦和苯。
（二） 木材的空隙度（空隙率） (porosity of wood),分
为体积空隙度和表面空隙度 。
1.体积空隙率（ volume porosity） （木材空隙度） —
木材在绝干状态时其空隙体积占总体积的百分率。
2.表面空隙度（ surface porosity） — 横切面上空隙面
积占总面积的百分率。
式中,C— 木材空隙度（ %）；
ρo —— 木材绝干密度（ g/cm3 ）；
ρcw— 木材实质密度（ g/cm3 ）。
当取 ρcw=1.53 g/cm3时，
木材的密度越大，则其空隙度越小，二者呈负相关。
)1(100
cw
oC
?
???
)6 3 5 6.01(1 0 0 oC ???
四、木材密度的变异及水分对它的影响
（一）木材密度的变异（ variation of wood density）
影响木材密度的本身因子有树种、抽提物和取
材部位等，外界因子有含水率。
1.树种 不同树种的木材其密度差异很大，如：
麻栎密度较大,0.93 g/cm3 ； 巴塞木密度较
小,0.12 g/cm3 。
不同树种木材密度的差异原因主要是取决于木材
中所含胞壁实质物质的多少。
木材密度大 空隙度小（胞壁物质多或壁厚）；
木材密度小 空隙度大（胞壁物质少或壁薄）。
2.抽提物含量
一般，木材在胞壁率相同的条件下，浸提物愈
多则密度愈大。
对于同一树种木材而言：
心材抽提物含量 >边材
心材密度 > 边材密度
枝梢材抽提物含量 >干材
枝梢材密度 > 干材密度
3.木材在树干中的部位
同一树种木材，因在树干上的部位不同，木材
密度也有较大的差异。
（ 1）沿树干高度的变化规律：通常在树干基部木材的
密度最大，自树基向上逐渐减小，在树冠部位则略
有增大。
（ 2）沿半径方向的变化规律：
①针叶材：髓心最小，向外随树龄增大木材密度逐渐
增大，半径方向至距树皮 1/2处，密度达最大值，此
后又逐渐下降。
② 阔叶材：
1）具心材的环孔材：心材密度大，年轮宽度与密度成
正相关关系，但靠近髓部及靠近树皮的部分，木材
密度则较小。
2）散孔材：自髓心向树皮方向木材密度逐渐增大。
（二）水分对木材密度的影响
1.含水率在纤维饱和点以上变化时：
含水率变化 仅影响木材重量，而其体积不变
湿材密度与含水率呈正相关。
2.含水率在纤维饱和点以下变化时：
含水率变化 重量和体积同时变化，但重量
变化率大于体积胀缩率
气干材密度随含水率的增减变化比湿材慢。
∵
∴
∵
∴
第二节 木材和水分（ wood and water）
木材是树木有机体的组成部分。树木生长的全
部生命活动及其有机组成，都与水分有着密不可分
的关系。同时，树木伐倒后，木材作为一种原材料，
其所含的水分对木材加工工艺及利用都是一种潜在
的不利因子。如果处理不当，便会大大降低木材乃
至木制品的使用价值；再则，木材的物理性质、力
学性质又极大地受到木材内所含水分的影响。人们
早就关注和重视木材与水分关系的研究，现代木材
处理技术或理论研究，均在一定程度上与水分有关。
一、木材中的水分（ water in wood）
研究木材与水分的关系，必须先了解木材中水
分存在的状态、它的分布规律以及木材中水分的测
定方法和计算。这是研究木材与水分关系的基础和
起点。
（一）木材中水分存在的状态
（ condition of water in wood）
1.湿润性材料的分类
根据材料与水分的关系，可分为三类：
（ 1） 胶体 — 该类物质所含水分的数量发生变化时，其
尺寸和体积也随之变化，如胶、生面团等。
（ 2） 毛细管多孔体 — 当吸水时，水分的增减并不改变
或极少改变其原有的尺寸和体积，如木炭、砖等。
（ 3） 毛细管多孔胶体 — 能吸收有限的水分，在吸水和
失水时，不丧失几何形状，但尺寸发生有限变化，
如木材。
2.木材中水分存在的状态
（ condition of water in wood）
根据水分与木材结合形式和存在位置，可分为
化学水, 自由水 和 吸着水 三种。
（ 1） 化学水 (chemically combined water)— 存在于木材
的化学成分中,与组成木材的化学成分呈牢固的 化学
结合 。但数量甚微（ < 0.5%），只在对木材进行化
学加工时起作用，故可忽 略不计。
（ 2） 自由水 (free water)— 存在于细胞腔和细胞间隙
（即大毛细管系统）中的水分 。
其与木材的结合方式为 物理结合,结合并不紧密，
故易于从木材中逸出，也容易吸入。
自由水的范围,60~70%至 200~250% 。
自由水的增减对木材的力学性质几乎无影响，仅
影响木材的重量、燃烧值和传热值。
（ 3） 吸着水 (bound water)— 由吸附水和微毛细管水两
部分组成 。
① 吸附水 （ adsorbed water） — 被吸附在微晶表面和无
定形区域内纤维素分子游离羟基（ — OH）上的水分 。
由于不同树种木材内表面大小和游离羟基数量
（影响吸附水数量的因素）变化不 大,因而其吸附水
含量 基本相同,平均为 24%。
吸附水与木材化学组分的结合为 物理化学结合
（ 氢键结合和分子力结合 ），结合较牢，故难以从
木材中排尽。
② 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内的水分 。
它依靠液体水的表面张力与木材呈 物理机械结
合,其 含量约为 6% 。由于微毛细管中的水的饱和蒸
汽压比周围空气中水的饱和蒸汽压低，因而这部分
水只能在一定的空气条件下才逸出。
木材中 吸着水含量 在树种间差别较小，一般为
23%~31%,平均为 30% 。吸着水不易自木材中逸出，
只有当自由水蒸发殆尽，且木材中水蒸气压力大于
周围空气中水蒸气压力时，方可由木材中蒸发。吸
着水数量的变化对木材性质的影响甚大，如木材的
力学性质、尺寸胀缩、导电性和传导性等。
（二）木材的含水率及其测定
（ moisture content of wood and determination）
1.木材含水率 (moisture content of wood or M.C.)— 水
分重量占木材重量的百分率 。
由于木材重量的基数不同，分为绝对含水率和相
对含水率。
（ 1） 绝对含水率 （ W） (absolute moisture content)—
水分重量占绝干材重量的百分数。
（ 2） 相对含水率 （ W1） (relative moisture content)—
水分重量占湿材重量的百分数。
式中,m1— 湿材重量（ g）；
m0— 绝干材重量（ g）。
%1000 01 ?? ?m mmW
%1 0 01 011 ?? ?m mmW
（ 3） W和 W1的应用范围及相互转换
W— 广泛地应用于木材科学和工业生产中。优点
是分母为一定值，水分的变化与含水率的变化呈比
例关系，比较好计算。
W1— 应用于基础性研究中，特点是分母随水分变
化而变化，不宜于相互间的比较。
W和 W1之间的转换：
2.木材含水率的测定方法
（ 1） 烘干法（炉干法） (oven-drying method)
操作简便，结果准确，但较费时，而且必须锯解
成小的试件才能进行（国标 2× 2× 2cm）。
方法,试样锯解后立即称重，然后置于 103± 2℃
的烘箱内烘至恒重 （重量不在改变为止）。
1
1
1 0 0
1 0 0
W
WW
?? W
WW ?? 1001001
（ 2）仪表法 — 木材含水率测定仪
利用木材的电学性质如直流电导率、介电常数、
高频功率等因素与木材含水率的关系研制而成。
特点：使用方便，操作迅速，尤其适合于生产
现场使用。
（三） 纤维饱和点含水率
纤维饱和点, (fiber saturation point or F.S.P.)木材
内自由水蒸发殆尽而吸着水仍处于饱和状态时的木
材含水率。 （ W=30%）
纤维饱和点是木材性质变化的转折点 。木材含
水率在纤维饱和点以上变化时，木材的形体、强度、
电、热性质等都几乎不受影响。反之，当木材含水
率在纤维饱和点以下变化时，上述木材性质就会因
含水率的增减产生显著而有规律的变化。
纤维饱和点的测定：材性变化临界点法，即根
据某一性质指标如尺寸测定、强度试验及电性质等
与含水率变化的关系，测出试样在不同含水率条件
下的
数值并绘制二维图象，其曲线和直线部分的
转折点含水率即为该种木材的纤维饱和点。
二、木材吸湿性 (hygroscopicity of wood)
（一） 木材的吸湿机理
( wood hygroscopicity mechanism )
木材吸湿性 — 木材由空气中吸收水分或蒸发水
分的性能。
吸湿机理, (hygroscopicity mechanism )
（ 1） 组成木材细胞壁物质 — 纤维素和半纤维素
等化学成分结构中有许多游离羟基（ — OH），
在一定温度和湿度条件下具有很强的吸湿能力。
微晶表面借助分子间力和氢键力吸引空气中的
水蒸气分子而形成多分子层吸附水 。
（ 2）木材为毛细管多孔胶体，存在大毛细管系
统和微毛细管系统，具有很高的空隙率和巨大
的内表面。当木材胞壁微毛细管内水表面上的
饱和蒸汽压小于周围空气中的饱和蒸汽压时，
开始在较小的微毛细管内形成凹形弯月面，产
生毛细管的凝结现象而形成毛细管凝结水。随
着空气相对湿度的增大，就会在直径较大的微
毛细管中发生水蒸气凝结，直至空气湿度为
100%时，全部微毛细管内充满了毛细管凝结
水，即达到纤维饱和点为止。
（二）木材含水率与环境条件的关系
1.平衡含水率 (equilibrium moisture content or E.M.C.)
（ 1） 解吸 (adsorption)— 生材或湿材向空气中蒸发水
分的过程。
（ 2） 吸湿 (desorption)— 干材自空气中吸着水分的过
程 。
木材的吸湿与解吸是可逆的，二者同时进行,进
行的速度可相等也可不等。
（ 3） 平衡含水率
(equilibrium moisture content or,E.M.C.) — 木
材的吸湿速度与解吸速度达到平衡时的木材含水率 。
平衡是相对的，吸湿和解吸过程是绝对的 。
木材的平衡含水率受空气的温度和湿度的影响：
当温度一定而相对湿度不同时，木材的平衡含水率
随着空气湿度的升高而增大；当相对湿度一定而温
度不同时，木材的平衡含水率则随着温度的升高而
减小。
2.吸湿滞后现象 (desorption phenomenon)— 在相同温度和
同一相对湿度下，吸湿的平衡含水率总比解吸的平衡含
水率低的现象 。
吸湿滞后的原因,
（ 1）经解吸干燥后的木材，其微毛细管
系统内的空隙部分被透进来的空气
所占据，从而妨碍了木材对水分的
吸收。
（ 2）木材在解吸干燥后，由于干缩，使
相邻的纤维素分子链上用以吸取水分的羟基间形成氢
键，从而使大部分羟基相互饱和而减少了对水
分的吸着。简言之，就是在原先被水饱和的木材，其
被吸附水所满足的羟基数量
要比解吸后，开始能吸附水的羟基数量多。
（ 3）木材的塑性。
解吸
吸着
木
材
含
水
率
（%
） 相对蒸汽压
三、木材的干缩和湿胀
例如：湿胀 — 雨季门窗难关；
干缩 — 干燥季节门窗开关容易。
干缩 (shrinkage on drying)— 在干燥过程中，木材形体尺寸
有限减少的特性 。
湿胀 (swelling on desorpting)— 在吸湿过程中，木材形体尺
寸有限增大的特性 。
木材的干缩和湿胀发生在纤维饱和点以下。
（一）干缩和湿胀的起因和种类
（ 1） 原因, 木材在吸湿或解吸时，使细胞壁中纤丝间、微
纤丝间和微晶间的距离，随着水分子被吸附数量的多少
而发生改变，从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积
发生变化 。
（ 2）干缩种类：线干缩和体积干缩
线干缩 — 木材在某方向上的尺寸干缩。
线干缩包括：顺纹干缩和横纹干缩，而横纹干缩又包括弦
向干缩和径向干缩。
（二）干缩和湿胀的各向异性 — 干缩和湿胀在不同方
向上的差异。
1,表现：正常材在三个主轴方向的干缩湿胀率各不
相同：
顺纹（轴向）干缩率,0.1%~0.3%；
径向干缩率,3%~6%；
弦向干缩率,6%~12%
2,顺纹和横纹差异的原因：
（ 1） 木材细胞壁中次生壁占的比重最大, 而次生壁中
又以中层 （ S2层 ） 厚度最大 。 因此, 木材的干缩湿
胀主要取决于次生壁中层 （ S2层 ） 微纤丝排列方向 。
由于 S2层的微纤丝排列方向几乎与细胞主轴相平行
而与树轴近于平行 。 缩, 胀过程中主要改变了微纤
丝之间的距离, 而长度基本不变 。
（ 2） 纤维素大分子链的长宽比 >500~2000。
3,弦向与径向差异的原因：
（ 1） 木射线组织的影响 —— 对径向收缩的抑制作用 。
木射线长轴方向与径向相一致, 因其纵向收缩小于
横向收缩, 从而牵制了径向收缩, 使得径向收缩小于弦
向收缩 。
（ 2） 早, 晚材收缩量差异的影响 —— 晚材的干缩与湿胀量
大于早材 。
弦向 —— 早, 晚材并联, 晚材的胀缩促使早材的胀
缩率加大；
径向 —— 早, 晚材串联, 早, 晚材间没有相互的牵
制作用 。
（ 3） 胞壁径面纹孔数量对径向收缩的影响 。
由于管胞和纤维的径面上的纹孔数量较弦面壁为多,
致使纹孔周围微纤丝的排列方向与细胞主轴的夹角变大,
因而在径向收缩时会受到比较大的限制, 使得径向收缩
小于弦向收缩 。
（ 三 ） 木材干缩性的测定
1.线干缩性的测定 （ 方法详见 127页 ）
（ 1） 径向和弦向的全干缩率
式中,βmax— 试样径向或弦向全干缩率 （ %） ；
Lmax— 湿材径向或弦向的尺寸 （ mm） ；
L0— 全干时径向或弦向的尺寸 （ mm） 。
（ 2） 径向和弦向的气干干缩率
式中,βw— 试样径向或弦向气干干缩率 （ %） ；
Lmax— 湿材径向或弦向的尺寸 （ mm） ；
Lw— 气干时径向或弦向的尺寸 （ mm） 。
%100m a x 0m a xm a x ?? ?L LL?
%1 0 0m a xm a x ?? ?L LwLw?
2.体积干缩率的测定
（ 1） 试样尺寸,20× 20× 20 ㎜
（ 2） 测弦向, 径向和顺纹方向尺寸, 并计算湿材,
气干材和全干材的体积 。
（ 3） 全干的体积收缩率：
式中,βvmax— 试样体积干缩率 （ %） ；
Vmax— 试样湿材体积 （ mm3） ；
V0— 试样全干体积 （ mm3） 。
（ 4）气 干时的体积收缩率：
式中,βvw— 试样气干时的体积干缩率 （ %） ；
Vmax— 试样湿材体积 （ mm3） ；
Vw— 试样气干体积 （ mm3） 。
%100m a x 0m a xm a x ?? ?V VVv?
%100m a xm a x ?? ?V VVvw w?
3.干缩系数 (coefficient of shrinkage)— 用干缩率除以造成此
干缩量的试样含水率的商值来表示 。
它分为径向干缩系数, 弦向干缩系数和体积干缩系
数 。 利用干缩系数可计算出由湿材或生材干燥到纤维饱
和点以下任一含水率时的木材干缩值, 以便留出木材的
干缩余量 。
（ 四 ） 干缩应力和干燥缺陷
1.干缩应力 — 干燥过程中, 由于内, 外含水率梯度不同,
形成内, 外干缩的不均匀性, 从而导致木材产生干缩应
力 。 干缩应力可产生开裂现象, 如表面裂, 内裂或蜂窝
裂, 端裂 。
（ 1） 表面裂形成原因：木材干燥时, 表层含水率先行下降
到纤维饱和点以下而收缩, 但表层内的木材含水率尚未
降至纤维饱和点以下, 并未收缩, 从而限制表层不能充
分收缩, 使它受到拉伸力, 而内层则受到压缩力, 此即
干燥内应力的第一阶段 。 如果木材表面, 内层含水率梯
度悬殊, 必然造成内应力加大, 当表层的拉伸应力超过
木材在该含水率时垂直纹理的拉伸强度时, 便会出现表
面裂 。
（ 2） 内裂或蜂窝裂形成原因：如果木材表, 内层的含
水率梯度并不十分显著, 尽管表层产生的拉伸应力
已经超过了它的弹性极限, 木材并不出现破坏, 然
而因其受到内层的牵制不能充分收缩而处于拉伸状
态 。 在这种情况下, 木材产生一种固着, 即它不能
再如正常状况随含水率变化而有胀缩 。 随着整体木
材的含水率继续下降, 内层已开始收缩, 但此时反
而要受到固着表层的牵制 。 于是原先表层所受的拉
力转化为压力, 而表层内的部分就会因表层的制约,
由受压力转变为受拉力, 此即干燥应力的第二阶段 。
当内部拉力超过了它的横纹抗拉强度时, 木材就会
产生内部开裂 — 内裂或蜂窝裂 。
（ 3）端裂形成原因：木材端部水分蒸发的速度远较侧
面快。当端部表面含水率迅速降至纤维饱和点以下，
其内的水分含量却仍然保持较高时，这种含水率梯
度在端部表面所产生的干燥拉应力超过木材的横纹
强度时，就会出现端面开裂 — 端裂。
2.翘曲变形 翘曲变形有横向和纵向两种。
（ 1）横向翘曲变形：形成的原因是在同一板材上径、
弦向差异干缩引起的，表现为板材横断面形状的改
变，改变的情况因与年轮之间的夹角大小而异。
①凸形翘曲变形：含有髓心的径切板，两断弦向收缩
的程度大于中央，使两材面呈凸形。
②正常材：不含髓心的径切板，其宽度方向为径向收
缩，厚度方向为弦向收缩，由于宽 度远大于厚度，
不会出现翘曲和变形。
③瓦状翘曲变形：宽板面与年轮呈 45° 夹角的板材，
干缩后产生不规则的瓦状翘曲。
④长方形翘曲变形：正方形端面的方材，其年轮与方
材两个边部平行者，收缩后变为长方形。
⑤菱形翘曲变形：原端面为正方形，但与年轮成对角
线者，收缩后成菱形。
⑥ 椭圆形翘曲变形：圆形断面，收缩后呈椭圆形。
⑦弦切板的瓦状翘曲变形：弦切板由于板材上下表
面弦向程度不同，干缩后呈瓦状翘曲。
（ 2）纵向翘曲变形：是锯材面或材边形状发生改变。
原因,①同一锯材上含干缩不一致的两部分木材
（如正常材和应力木）所致。
②锯材纹理有较大倾斜，前者可形成顺弯或
边弯，后者则使材面不再平整而向四边扭曲 — 扭
弯。
③不合理的锯材堆放也可造成纵向翘曲变形。
四、木材中水分的移动
（一） 水分在木材内移动的通道
1.相互连通的细胞腔 （阔叶材的导管，如无浸填体和
树脂，则水和水蒸气可自由通过）；
2.细胞间隙 （针、阔叶材均有，特别是射线组织内较
多，对水分径向移动起很大作用）；
3.纹孔膜上的小孔 ；
4.细胞壁上的微毛细管 。
（二）木材内水分移动的机理
1.木材中水分移动的原因
①毛细管作用；
②液体或蒸汽不同压力的结果；
③不均衡的水层或气体厚度 的影响。
因此，在木材中产生水位梯度，水位高的向
水位低的移动。后二者对于木材干燥具有极为重
要的意义。
2.木材中水分的移动
（ 1） 含水率低于纤维饱和点时
①水蒸汽的扩散移动 — 靠扩散移动而进行的水蒸汽
移动。
当木材含水率低于纤维饱和点时，木材内不含自
由水，胞腔内充满了空气。由于木材表面水分的蒸发，
在木材内形成了含水率梯度，并呈现出相应的水蒸汽
分压梯度。在这种梯度作用下，水蒸汽开始沿着细胞
腔并通过纹孔及纹孔膜上的小孔，由内向外扩散。
② 依靠毛细管张力和毛细管水的移动
由于木材表面水分的蒸发，使表面部分的毛细管
张力变大，水层变薄，在毛细管内形成弯液面，从而
产生毛细管张力差，促使吸着水沿着细胞壁内微毛细
管系统从含水率高的部位向含水率低的部位移动。
③ 蒸汽状态与液体状态的不断相互交替
邻近的细胞壁内的微毛细管与细胞腔形成的大毛
细管之间，呈水蒸汽或液态水相互交替式移动。
（ 2） 含水率高于纤维饱和点时
细胞腔内的自由水呈液体状态。由于各
个部位细胞腔内的水蒸汽压力是一致的，故木
材中没有蒸汽状态的水分移动。此时，只可能
有 依靠毛细管张力差所引起的液态水 — 自由
水沿着细胞腔与纹孔的移动 。
当木材中有一部分已干燥到纤维饱和点
以下时，刚开始时木材表层细胞向外蒸发水分，
使胞腔内水膜厚度逐渐变小，使得毛细管内新
月形液面的弯曲度急剧地增大，蒸发面与木材
内部形成了毛细管张力差，促使自由水由内部
细胞移向蒸发面，使蒸发面逐渐移向木材内部，
通过上述三种水分传导方式，木材得以干燥。
五、木材的吸水性 (water-absorbing capacity of wood)
1.吸水性 （ water-absorbing capacity） — 指木材浸于
水 中吸收水分的能力。
吸收水分的数量与木材在水中停留的时间有关。
2.吸水速度 — 单位时间内木材吸水的数量。
3.水容量或最大含水率（ Wmax%） — 木材吸水的最大
量占干材重量的百分率。
最大含水率与木材密度有密切关系。密度愈大，
木材可能吸收的最大含水率愈小。此外，木材的吸
水性还与木材构造和内含物有关。针叶材含有树脂
或阔叶材含有树胶的树种，都因此而减少其水容量。
心材树种的水容量，一般心材往往因存在数量较多
的浸填体或其他内含物，而使其水容量小于边材。
%%%m a x kr www ??
%10030 0 054.1 54.1 ??? ???
就吸水速度而言，密度小的树种快于密度大的
树种，木材原有含水率越高，其吸水显然低于原有
含水率低的状况。此外，顺纹方向的吸水速度也大
于横纹方向。
4.木材吸水性的测定：试样尺寸为 20 × 20× 20mm，放
入烘箱内烘干并称重，将烘干的试样放入盛有蒸馏
水的容器内，用一金属网上置以重物，使试样全部
压入水面以下，水的温度应保持在 20 ± 2 ℃ 范围内。
浸入后 6h称重，以后经 1,2,4,8,12,20昼夜各
称重一次，次后每隔 10昼夜进行称重，至最后两次
含水率之差小于 5%时，即可认为木材试样已充分吸
水，并可结束测定。
木材吸水率：
A— 试样的吸水率（ %）；
m— 试样吸水后质量 （ g）；
m0 — 试样全干时的质量 （ g） 。
%10 00 0 ?? ?m mmA
六、木材对液体的贯透性（ the penetration of wood for
liquid）
木材对液体的贯透性 — 指水分或其他液体在常压下
或加压条件下透入木材的能力。
当木材与水分或液体接触时，其透入性包括两个方面：
即吸收或贯透。
吸收 — 以单位体积木材吸收水分或液体的重量表示
木材对水或液体吸收的多少。
贯透 — 以液体透入木材的深度表示。
生产中常要求木材尽量减少吸收量而有较大的贯透深
度以节约药剂使用量。
影响水分或液体透入深度的因素：
（一）压力大小与加压时间
压力越大，则液体透入深度就越深，所需时间就越短。
当木材在具有一定温度的液体浸渍时，往往会使得木
材组织软化，过高的压力就会降低木材的强度，影响制品
的质量。理想的方法是在压力不大的情况下，增加加压时
间，达到使处理剂透入至要求的深度，且不降低木材的强
度。
（二）液体温度
提高液体温度会改善其流动性，使其易于透入木材，但
不能过大地提高液体温度，否则会严重地降低木材强度。
（三）液体性质
盐类水溶液较油剂易于透入木材。同时，液剂粘度小比
粘度大（如煤焦油等）要易于透入木材。
（四）树种
不同树种木材间由于构造上有差别，贯透性也有所不同。
有的树种木材既有较大的管孔，又无浸填体堵塞，液体容易
透入，如红栎类木材和榆木等。而白栎类木材和栗木等常具
丰富的浸填体，对液体的贯透性就差些。
（五）心材和边材
一般说来，心材中具有较多的沉积物，它对液体的贯透
性就小于边材。
（六）木纹方向
液体透入木材的深度，纵向大于横向。
（七）木材的含水状况
湿材的液体贯透性要小于干材，故要求贯透处理木材时，
其含水率应在 25%以下。
§ 7 木材的热电学性质
（ The Thermal and Electrical Properties of Wood）
? 即木材的热物理性质, 它是由比热导热系数,
导温系数等热物理参数来综合表征的, 这些参
数, 在木材加工的热处理 （ 如原木的解冻, 木
段的蒸煮, 木材干燥预处理等 ） 中, 是重要的
工艺参数, 在建筑部门进行保温设计时, 是不
可缺少的数据指标 。
? § 7-1 木材的热学性质
（ The Thermal Properties of Wood）
? 一, 木材的比热和热容量
? 1,比热 （ specific heat）
? 比热是提高某物质的温度 1℃ 所需的热量与提
高同质量的水温度 1℃ 所需要热量之比 。
§ 7-1 木材的热学性质
（ The Thermal Properties of Wood）
一、木材的比热和热容量
? 1,比热 （ specific heat ）
? （ 1） 绝干材的比热 （ 随温度升高而增大 ）
? 早在 1913年, 邓洛普 （ F.Dunlop） 增测定过不同树种的 100
块试样在 106℃ -0℃ 之间的比热, 发现比热与树种, 密度,
树木的位置无关 。
? 木材的平均比热为 0.327± 0.005。 但比热受温度的影响 。
? C=0.266+0.00116t（ 千卡 /kg·℃ ） （ 0-106℃ ）
? （ 2） 湿木材的比热：随含水率的增加而增大, 由于木材是
多孔性有机材料, 其比热远大于金属材料, 但明显小于水 。
水的比热 >木材的比热：
? Cw=（ WCw+100C干 ） /（ 100+W） （ 千卡 /千克 ·℃ ）
? Cw= 0.28 [W（ 1+t/100） ]0,2 （ 千卡 /千克 ·℃ ）
? 适用于含水率 10%-150%,温度 20-100℃ 。
§ 7-1 木材的热学性质
一、木材的比热和热容易
? 2,热容量 （ thermal capacity）, Q/△ t △ t=（ t1-t0）
? 某物质的温度变化 1℃ 所吸收或放出的热量：
? 含水木材的热容量：
? Qw/ △ t =Q干 / △ t +Q水 / △ t
? 热量,Qw =Q干 +Q水
? =mC干 （ t1-t0） +mC水 *W/100 （ t1-t0）
? 式中,m—— 干材重量
? W—— 炉干材重 m为基准的木材含水率。
二、木材的导热系数（热导率）
（ thermal conductivity coefficient of wood ）
? 稳态热传导 （ steady-state heat conduct）,加热面与冷却
面 间 的 木 材 保 持 一 恒 定 的 温 度 梯 度 （ temperature
gradient） 。 木材的导热性能用稳态热导率 （ steady-state
thermal conductivity） 来表示 。
? 导热系数 （ thermal conductivity coefficient ）,在单位时
间内, 通过物体单位厚度, 单位面积两面温度差为 1℃ 时
所需要的热量, 它是表征物体以热传导方式传递热量的
能力, 所以又称热传导率 。
? λ =Q*X/A* ΔT *t（ kcal/m·h·℃ ）
? 式中,λ为导热系数； Q为传导热量； x为试样厚度； A为面积； ΔT为温差；
t为时间； q为热流强度 （ 千卡 /m2·h ） 。
? 由于木材仅含有极少量易于传递能量的自由电子, 并且
是具有很多空气孔隙的多孔性材料, 所以 λ很小, 属于热
的不良导体, 这正是木材常在建筑中用作保温, 隔热材
料以及在民用品中用于炊具把柄材的主要原因之一 。
二、木材的导热系数
（ thermal conductivity coefficient of wood ）
? 木材导热系数的影响因素：
? 1,D↑→λ↑ 因 λ实 ＞ λ空
? 2,W↑→λ↑ 因 λ水 ＞ λ木 （ λ水 =25λ空气 ）
? 3,纹理方向,λ11＞ λ1 λ11大约是 =1.8～ 3.5λ木
? 原因,（ 1） 分子链长度方向的热平衡阻力小； （ 2）
细胞长轴胞壁连续导热 。 证实胞壁中纤维素分子的排
列方向对热传导的异向性有很大影响 。
? 0℃ 以上 T↑—— λ↑ 原因,T↑,木材分子运动加剧,
热阻减小, 从而使热导率增加 。
? 0℃ 以下 T↑—— λ↓
三、木材的导温系数（热扩散率）
（ thermal diffusivity of wood ）
? 它的物理意义是表征材料 （ 如木材 ） 在冷却或加热
的非稳定状态过程中, 各点温度迅速趋于一致的能力
（ 即各点达到同一温度的速度 ） 。 a越大, 则各点达到
同一温度的速度就越快 。
? 导温系数 （ thermal diffusivity） 与材料的导热系数
（ thermal conductivity coefficient ） 成正比, 与材料的
体积热容易成反比：即,a = λ / c·ρ （ m2/s）
? 式中,λ为导热系数 [w/(m·k)]； c为比热 [KJ/（ kg·k） ]；
ρ为密度 (kg/m3)； c·ρ为体积热容量 [KJ/(m3·k)]。
? 各树种木材弦向导热温度系数为 11.76～ 17.54× 10-
8m2/s,平均为 13.9× 10-8m2/s。 导温系数的影响因素：
? （ 1） 密度 D↑—— a↓（ D↑,孔隙低 ）
? （ 2） 含水率 W↑—— a↓ （ a水 <a空 气 ）
? （ 3） 热流方向的影响：由于木材的组织构造和各向异
性,a顺纹 >a横 a径向 <a弦
四、木材的热膨胀
（ thermal expansion of wood）
? 热膨胀 （ thermal expansion）,固体的尺
寸随温度增高而增大 。
? ΔL=α·L0·Δθ
? 式中,ΔL为固体的伸长量； α为线热膨胀
系数； L0为固体的原长； Δθ为温度的变化
量 。
? 木材的热膨胀系数很小, 在 10-6～ 10-5的
数量级 。
? α横 >α顺
§ 7-2 木材的电学性质
（ The Electrical Properties of Wood）
? 电的运动现象即电荷的移动现象为电流 。 直流电只
往一个方向流动的电流 。 分流电是流动方向周期性
地变换电流 。
? 泛指木材在直流电场和交变电场作用下所呈现的材
料特性 。 导电机理, 直流电性质, 高频介电性质 。
? 一, 木材的导电机理
? 木材的导电性很低，绝干的木材可以认为绝缘体木
材的绝缘等距离以决于其含水率。
? 1,电阻率和电导率
? 电阻率 ρ（ electrical resistivity） （ Ω,an）,说明材
料电阻性质 （ 导电性能的优劣 ） 的物理参数, 电阻
率越大, 则导电能力越弱 。
? 电导率 （ electroconductibility） δ=1/ρ δ↑—— 说
明材料的导电能力越强 。
?
一、木材的导电机理
? 2,木材的导电机理：是由离子进行的, 主要
在细胞壁的无定形区域内发生的 。
? 离子导电：一是被吸附在结晶区表面离子基上
的结合离子；二是自由离子, 是木材的无机成
份中含有的杂质产生的离子 。
? 影响电导率的主要因子：一是木材中导电离子
的数目或浓度 ）, 即载流子的数目；自由离子
与之成正比；二是在吸湿范围内, 离子的迁移
率, 即载流子在电场作用下的流动能力 （ 迁移
速率 ） 。 在低含水率下, 自由郭子数目起主要
作用；在高含水率下, 离子迁移率起主要作用 。
二、木材的直流电性质
（ direct-current properties of wood）
? 木材的直流电性质 （ direct-current properties of wood）, 是指
木材受直流电源作用所呈现的一些特性, 主要体现各种因子
（ 含水率, 温度, 纹理方向等 ） 对木材电阻率的影响, 以及木
材导电性随时间的变化等 。
? 1,含水率对木材直流电阻率的影响
W↑—— ρ↓（ 在纤维饱和点以上时 ）
? 2,温度的影响,T↑— →ρ↓
在 0℃ 以上范围内, 温度对全干材影响最为显著；从全干
至纤维饱和点, 随 W↑,温度影响变小 。
? 3,密度,D↑— →ρ稍有下降, 影响不显著
通常 D大者, ρ小, δ大 。 因 D大者, 木材实质多, 空隙小, 而木
材细胞壁实质的电阻率远较空气要小 。
? 4,纹理方向 （ 由于结构差异而产生的 ）
δ轴向 >δ横向 针叶树材 2.3-4.5倍； δ心材 >δ边材 阔叶树材 2.5-8.0倍
? 因为 ρ受到水溶性电解质的存在的影响，心材水溶性电解质含
量高，所以 δ心材 >δ边材 。
三、木材的高频介电性质
（ high frequency dielectric properties ）
? 交流电 （ alternating-current ）,大致可分频 10-20KHz以上高
频, 以下低频 。
? 木材的交流电性质 （ alternating-current properties of wood）,
是泛指木材在各种频率的交流电场作用下所呈现的各种特性,
在交流电低频区域, 木材交流电性质与直流电性质呈现同样
特性 。
? 介电性质 （ dielectric properties ）,介电系数, 损耗角正切,
介质损耗因数等, 在木材工业中常利用高频交变电场进行木
材的干燥, 胶合, 曲木等, 此外也用于木材含水率的测定 。
木材的介电性质 —— 指介电常数和介电损耗等 。
? 1,木材介电常数 （ dielectric constant ） ε = Cw/ Co= Qw/ Qo
? 指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 。
? Qw—— 木材时的电量； Co—— 在真空介质条件下的电容量
? Cw—— 置入木材介质之后的电容量； Qo—— 真空时的电量
? 最好的电气绝缘体具有最小的介电常数。
三、木材的高频介电性质
? 2,介电常数的影响因子
? ① 含水率 ↑（ 在一定温度和频率时 ） — →木材极化强
度增高 — →ε↑
? ② 密度 ↑— →胞壁物质 ↑— →偶极数目 ↑— →ε↑是曲线
关系
? ③ 纹理方向的影响,ε顺 >ε横 大 30%-60% 这是由于细
胞壁的分子结构不同引起的 。
? 由于纤维素大分子排列方向与细胞轴长轴方向近于平
行, 而且绝大多数细胞沿顺纹方向排列, 纤维素非结
晶区的羟基在顺纹方向比在横纹方向具有更大的自由
度, 易于在电场作用下作取向运动, 所以 ε顺 >ε横 。
? 径向弦向之间差异很小, ε顺 <ε横 是由于木材内细胞壁
的排列方向不同而引起的 。
三、木材的高频介电性质
? 3,木材的介电损耗 （ dielectric loss of wood）
施加交流电压于以木材为介质的电容器极板上, 施
加的电压和电流间有一相位角 θ,它是总电流 I和电
阻电流 In间的夹角 θ。 功率因数 （ power factor） 就是
该相位角的余弦, 以 cosθ表示 。
由于损耗角 δ和相位角 θ之和为 90°, 木材为介质时,
一般 δ极小, 损耗角正切 （ loss tangent） tgδ≈cosθ。
介电损耗率：是介电常数与损耗角正切的乘积 。
? 4,影响损耗角正切的因素
? （ 1） W↑→tgδ↑
? （ 2） D（ 木材密度 ） 对于同一种木材 D↑,tgδ略大 。
? （ 3） tgδ顺纹 >tgδ横纹
（ 4） 电场频率,tgδ随电场频率有较大变化 。
三、木材的高频介电性质
? 5,高效电热技术 （ high frequency heat technology）
在木材工业中的应用
? （ 1） 干燥木材：在交变电流作用下, 木材中的水
分从原来不规则位置, 到按电流和磁场方向作有规
律的运动 。
? （ 2） 应在胶合上：每使胶合剂获得选择加热 。 如
指形联接, 拼板, 封边, 层压成型等 。 今后在木材
改性, 防腐处理和杀虫等方面也有应用前景 。
四、压电效应
（ piezoelectric effect）
? 很多电介质其极化不仅由外部的电场感应引起的,
而且还可以由力或温度的变化引起的 。 把由力学的
应变而引起的极化称为压电效应 。 把由热应力引起
的极化称热电效应 。
? 具有结晶结构的电介质在机械应变下引发的极性作
用 。
? 机械能转变电能。木材的电压效应是由纤维素引起
的。研究结果：压电效应与木材的弹性应变、木材
温度、含水率、密度、树种等都密切相关。
五、高频率加热木材
? 使木材受到约 0.2MHz以上的电压的作用, 可以利
用木材的介电损耗, 进行高频加热 。 在木材上加
上高频电压时, 木材温度的上升速度取决于该木
材的质量, 电气性能及热性能 。
? 将适量的高频率电能施于木材, 将木材作为电容
器极板之间的电介材料, 则大部分电能量将转化
为热能 。
? 被吸收在电介材料中的功率 ρ（ w） 取决于所施加
频率 f（ Hz）, 电压 E（ v）, 电容器的电容量 C
（ F） 和功率因数 cosθ。
? ρ=2πfE2C·cosθ
? 可以根据此理论, 利用微皮干燥木材 。
六、高频含水率测定仪
? 基本原理：木材在高频电场中, 介电系数 ε随含水
率变化, 根据这一原理制成的电容式含水率测定
仪 。
? 由于介电常数不仅随含水率的变化, 还受密度的
影响, 所以在高频含水率测定仪中, 还需对密度
进行修正 。
? 另外, 使用介电式含水率测量较厚的高含水率木
方材时, 在木材含水率梯度 （ moisture content
gradient） 大的情况下会引起较大的测量误差 。 因
此, 国外已开展了可分层测量木材含水率的介电
或含水率测定仪的研究 。
