第 6章 木材的物理性质
主要介绍木材密度、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。
目 录
6.1 木材密度
6.2 木材和水分
6.3 木材的电学性质
6.4 木材的热学性质
6.5 木材的声学性质
6.6 木材的光学性质
6.1 木材密度
6.1.1 木材密度的种类
6.1.2 木材比重的测定
6.1.3 细胞壁密度, 实质密度和空隙度
6.1.4 木材密度的影响因素
6.1.1 木材密度的种类
木材是由木材细胞壁实质物质, 水分及空气组成的多
孔性材料, 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 。 它们的定
义如下：
最常用,气干密度和基本密度 。 在运输和建筑
上, 一般采用生材密度 。 而在比较不同树种的材
性时, 则使用基本密度 。
生材体积
生材重量生材密度 ?
气干材体积
气干材重量气干密度 ?
绝干材体积
绝干材重量绝干密度 ?
生材体积
绝干材重量基本密度 ?
6.1.2 木材比重的测定
测定比重必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝
干重量 。
在大多数情况下, 绝干重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重量 。
木材的体积的测定可以采用以下方法：
（ 1） 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；
（ 2） 对于形状不规则的试材, 可以用排水法测量体积 。
（ 3） 快速测定法 。
（三）排水法
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。
（四）快速测定发法
首先, 在烧杯中加入适量液体, 将金属针浸入液体中, 记录天平的
读数 。
然后用金属针尖固定试材, 将试材浸入液体中, 再记录平衡时天平
的读数 。
两次天平的读数之差除以已知液体的密度, 就可以得到试材的体积 。
天平
试材
烧杯
金属针
支架
天平读数
图 6-1 用排水法测量木材的体积
量筒
液面
试材
图 6-2 快速测定法测
量木材体积
6.1.3 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计或体
积置换法来测量 。 置换介质种类的不同, 测得的细
胞壁密度的值也有差异 。
以水作为置换介质得到的细胞壁密度大于以
甲苯和氦作为置换介质得到的值 。
这是由两个方面的原因引起的：
（ 1） 水属于极性膨胀性介质, 水分子可以进入细
胞壁中更小的孔隙中；
（ 2） 与液态水相比, 吸着水的表观体积减小 。
木材的实质密度即指木材细胞壁物质的密度 。 木材的
空隙度可以用下式计算求得：
式中, P为木材空隙度 （ %）, ?0为木材的绝干密度
（ g/cm3）, ?0w为木材的实质密度 （ g/cm3） 。
如果式中 用木材的细胞壁密度代替, 则得到的孔隙度
中不包括非膨胀性溶剂所不能进入的细胞壁中的微小孔隙 。
%100)1(( % )
0
0 ???
W
P ??
6.1.4 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的差异。
6.1.4.1 树种
6.1.4.2 抽提物含量
? 在不同的木材中, 抽提物含量的范围从绝干重的
3%至 30%不等, 因此对木材的密度有很大的影响 。
通常, 在测定密度之前可以先用水和有机溶剂 （ 如
苯和乙醇等 ） 对木材进行抽提处理, 经过抽提处理
后木材的密度更为均一 。
6.1.4.3 立地条件 树木的立地条件, 包括气候, 地理位
置等对木材密度也有很大影响 。
6.1.4.4 树龄 从幼龄期直至
成熟期，木材的密度有随着
树龄的增高呈增大趋势，。
6.2 木材和水分
6.2.1 木材中水分的存在状态
6.2.2 木材的含水率及测定
6.2.3 木材的水分吸着（ adsorption）
和解吸（ desorption）
6.2.4 木材中水分的移动
6.2.5 木材的干缩湿胀
6.2.1 木材中水分的存在状态
木材中存在的水分, 可以分为 自由水 和 结合水 （ 或吸
着水 ） 两类 。
自由水
存在于木材的细胞腔中, 与液态水的性质接近 。
结合水
存在于细胞壁中, 与细胞壁无定形区 （ 由纤维素非
结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键 结合。
生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中 自由水 的水
分量随着季节变化，而 结合水 的量基本保持不变。
纤维饱和点 假设把生材放在相对湿度为 100%的环境
中，细胞腔中的自由水慢慢蒸发，当细胞腔中没有自由
水，而细胞壁中结合水的量处于饱和状态，这时含水率
称为纤维饱和点。
气干状态 当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达
到的水分平衡态称为气干状态。气干状态的木材的细胞
腔中不含自由水，细胞壁中含有的结合水的量与大气环
境处于平衡状态。
绝干状态 当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除
去时木材的状态称为绝干状态。
6.2.2 木材的含水率及测定
木材或木制品中的水分含量通常用 含水率 来表示。根据
基准的不同分为 绝对含水率 和 相对含水率 两种。
绝对含水率 （简称含水率）即水分重量占 木材绝干重量 的
百分率,一般木材工业中采用。
相对含水率 是水分重量占 含水试材 的重量的百分率，在
造纸和纸浆工业中比较常用。
%1 0 0( % )
0
0 ???
m
mmMC
%100( % ) 0 ???? m mmCM
和 分别是试材的绝对含水率和相对含水率（ %）； m
是含水试材的质量 (g); m0是试材的绝干质量 (g)。
MC CM ?
水分仪
以上介绍的都是直接测定法，其缺点是破坏试材、操作
时间长。除此之外，还可以根据含水率与物理量之间的关系
进行间接测量。
电阻式水分仪
交流介电式水分仪
电阻式水分仪
最常用的水分仪是 电阻式水分仪 。
它的工作原理是测定试材的电阻，再通过电阻
与含水率之间的定量关系将电阻值转换为含水率值。
电阻式水分仪的测试含水率范围一般为 6~30%。
在纤维饱和 点以上的含水率范围内，电阻随着含水
率的变化很小，仪器的敏感性下降。
交流介电式水分仪
交流介电式水分仪：
其工作原理是测定一定频率下木材的介电常数
或介电损耗正切角, 通过介电常数或介电损耗正
切角与含水率之间的关系得到含水率值 。
6.2.3 木材的水分吸着和解吸
平衡含水率 由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿
度条件发生变化时，木材能相应地从外界吸收水分或向外界
释放水分，从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在
平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。
吸收 是一种表面现象, 比如液态水进入木材的细胞腔,
成为木材中的自由水的过程 。
木材吸着水分的过程 是水分子以气态进入细胞壁, 与
细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程 。
吸着滞后现象 在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到
的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个
现象称为吸着滞后现象。
图 6-9 木材的水分吸着滞后现象
含
水
率
EMC解吸
EMC吸着
时间
滞后率 吸着达到的平衡含水率与解吸达到的平衡含
水率之间的比值称为滞后率，通常用 A/D表示。滞后
率受树种、温度等因素的影响。在常温、相对湿度范
围 10~90%的条件下滞后率在 0.8左右。随着温度的升
高，滞后率逐渐下降。
6.2.4 木材中水分的移动
针叶树材中水分 移动
针叶树材中水分或其它流体的路径：
管胞内腔和具缘纹孔对组成的毛细管体系，
沿着纤维方向上的垂直树脂道，
射线方向上的射线管胞的内腔和水平树脂道
阔叶树材中水分 移动
阔叶树材中水分或其它流体的移动路径：
导管、管胞、导管状管胞
阔叶树材的导管上具有穿孔, 所以在纤维方向上
水分可以通过穿孔从一个导管进入纵向邻接的另
一个导管 。
6.2.5 木材的干缩湿胀
木材干缩湿胀的各向异性
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩性与湿胀性的测定
（ 1）木材干缩湿胀现象
干缩或湿胀 木材干缩湿胀是指木材在绝干状态至
纤维饱和点的含水率区域内, 水分的解吸或吸着会
使木材细胞壁产生干缩或湿胀的现象 。
木材的干缩率和湿胀率可以用尺寸 （ 体积 ） 变化与原尺寸
（ 体积 ） 的百分率表示：
%1 0 0% ??? 原尺寸（体积） 原尺寸（体积）湿胀后尺寸（体积））湿胀率（
%1 0 0% ??? 原尺寸（体积） 干缩后尺寸（体积）原尺寸（体积））干缩率（
（ 2）木材干缩湿胀的成因
木材具有干缩性和湿胀性的原因：
木材在失水或吸湿时，木材内所含水分向
外蒸发，或干木材由空气中吸收水分，使细胞
壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和微晶
间水层变薄（或消失）而靠拢或变厚而伸展，
从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生
变化。
6.2.5 木材的干缩湿胀
木材干缩湿胀的各向异性
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩性与湿胀性的测定
（ 1） 木材干缩湿胀的各向异性
干缩率差异,轴向干缩率一般为 0.1～ 0.3%;
径向干缩率和弦向干缩率的范围为 3～ 6%
和 6～ 12%。
三个方向上的干缩率以轴向干缩率最小，
这个特征保证了木材或木制品作为建筑材
料的可能性。
（ 2）木材干缩湿胀的各向异性的原因
① 木材轴向, 横向干缩湿胀差异的原因
木材干缩湿胀的各向异性,由木材的构造特点造
成的 ; 主要取决于次生壁中层 (S2)微纤丝的排列方
向 。
次生壁中层 (S2)微纤丝的排列方向几乎是与细
胞主轴相平行的, 而微纤丝是由平行排列的大分子
链所组成的基本纤丝构成的 。
② 木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因
a,木射线对径向收缩的抑制
b,早晚材差异的影响
c,径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响
d,径壁, 弦壁纹孔数量的影响
6.2.5 木材的干缩湿胀
木材干缩湿胀的各向异性
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩性与湿胀性的测定
木材干缩性与湿胀性的测定
（ 1） 试样
试样的尺寸为 20mm× 20mm× 20mm,具体测量时精确到 0.01mm，
其各向应为标准的纵, 径或弦向 。 试样的重量称量精确到 0.001g。
（ 2） 木材干缩率的测定
① 原理
含水率低于纤维饱和点的湿木材, 其尺寸和体积随含
水率的降低而缩小 。 从湿木材到气干或全干时尺寸及体
积的变化；与原湿材尺寸及体积之比, 以表示木材气干
或全干时的线干缩性及体积干缩性 。
② 木材线干缩率的计算
试样从湿材至全干, 气干时, 径向和弦向的全干缩率,
气干干缩率, 准确至 0.1%。
Bmax,Bw— 试样径向或弦向全干干缩率, 气干干缩率, ％ ；
Lmax— 试样含水率高于纤维饱和点 (即湿材 )时的径向或弦向
尺寸, mm；
L0,Lw— 试样全干, 气干时径向或弦向的尺寸, mm。
1 0 0
m a x
0m a x
m a x ?
??
l
ll? 1 0 0
m a x
m a x ???
l
ll W
W?
（ 3）木材湿胀率的测定
① 原理
干木材吸湿或吸水后, 其尺寸和体积随含
水率的增高而膨胀 。 木材全干时的尺寸或体
积与吸湿至大气相对湿度平衡或吸水至饱和
时的尺寸或体积之比, 表示木材的湿胀性 。
② 木材湿胀率的计算
木材的湿胀率可分为线湿胀率与体积湿胀
率 。 木材的湿胀是与干缩相反的过程 。
6.3 木材的电学性质
6.3.1 木材的导电性
6.3.2 木材的介电性
6.3.3 木材的压电效应和界面的动电
性质
6.3.1 木材的导电性
6.3.1.1 电阻率与电导率
6.3.1.2 木材的电导原理
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
电阻 在一个固体的两端施加电压的电场，固体中通过的电
流为，那么该固体的电阻为
电阻率 是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值，
是物体的固有属性，电阻率越大则材料导电能力越弱。
电阻率：
A为导体的截面积（ ）,l是电场间导体的长度（ ）。
电导率 是电阻率的倒数，电导率越大，则说明材料导电能
力越强。
)( ?? IUR
)( mlAIUlAR ???????
2m m
按照电阻率或电导率的大小，所有材料可以划分
为 导体, 半导体 和 绝缘体 （介电体）。
导体
导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在
10-8～ 10-5，如金属等；
绝缘体
绝缘体的导电能力差，一般电阻率高于 108的
材料可以称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等；
半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。
6.3.1 木材的导电性
6.3.1.1 电阻率与电导率
6.3.1.2 木材的电导原理
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
6.3.1.2 木材的电导原理
木材导电性弱的主要原因,
木材的化学结构组成中不含有导电性良好的自
由电子。
木材具有微弱的导电性原因,
在 木材含量很少的灰分（杂质物质）中含有
极少量的金属离子，这些微量的离子在电场
作用下会定向移动。
? 木材的极化现象,木材中存在的离子可分为两
类 。
6.3.1 木材的导电性
6.3.1.1 电阻率与电导率
6.3.1.2 木材的电导原理
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
（ 1）含水率
对电导的活化能 E是决定电导的主要因子,E
是由离解能量 U和迁移能 S两者来决定的。
（ 2）温度
金属：电阻率随着温度升高而增大；
木材：电阻率则随温度的升高而变小；
（ 3）纹理方向
木材横纹理方向（垂直于纤维方向）的电阻率较顺纹
理方向的电阻率大。
针叶树材横纹理方向的电阻率约是顺纹理方向电阻率
的 2.3～ 4.5倍；
阔叶树材通常达到 2.5～ 8.0倍。
（ 4）密度、树种和试材部位
密度 — 一般来说，木材密度大，电阻率大；电导率
小。 (但影响效果不明显，甚至对于某些个别树种有相反情况 )
树种 --电阻率产生差异。其差异大于密度因素影响
的差异。 （原因：从木材导电机理来分析）
试材部位 --木材中不同部位的电阻率也存在差异。
6.3.2 木材的介电性
交流电－－ 方向和强度按某一频率周期性变化的电流称
为交流电。交流电按其频率的高低，大致可分为低频 (含
工频 )、射频 (又称高频 )。
木材的交流电性质 －－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，主要包括木材的介电性质
参数（介电系数、损耗角正切、介质损耗因数等）和交
流电阻率（或电导率）的变化规律及影响因素。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
? 6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
? 在交流电的低频区域，木材的电学性质与直流电情况下呈
现同样特性。
例如，在绝干状态下木材电阻极高，随着含水率的增加电
阻显著减小，这种变化到纤维饱和点以上时又趋于平缓。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
? 射频 --是频率很高的电磁波，又称高频，其频率范
围大约从 0.2MHz直至几百甚至几千兆赫。
? 介电性 －是指物质受到电场作用时，构成物质的
带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观
上的迁移的性质。
? 介电体－ 表现出介电性的物质。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.3 木材的介电系数
（ 1）介电系数
表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介电体存
储电荷能力的物理参数。
定义：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。通常取为介质电容 C与
空气电容 C0之比。
介电系数值越小，电绝缘性越好。
水的介电系数为 81，硬质陶瓷的介电系数为 5.73，云母的介
电系数为 7.1~7.7。绝干木材的介电系数约为 2，湿材的介电
系数大于干材；
木材横纹理方向的介电系数小于顺纹理方向。如绝干栎木的
顺纹介电系数为 3.64，横纹介电系数为 2.46。
0C
C??
（ 2）影响木材介电系数的因素
主要包括 木材含水率, 密度, 频率, 树种, 纹理方向, 电场方向 等。
① 含水率的影响
在温度和频率不变的条件下，木材的介电系数随含水率 u的增加而增大。
② 密度的影响
木材的介电系数随密度的增加而增大。
③ 频率的影响
在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率的增加而逐渐
减小。
④ 纹理方向
木材介电系数具有各向异性。
顺纹方向的介电系数比横纹方向的介电系数大 30%～ 60%，随着
含水率的升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.4 木材的介电损耗
木材处于交流电场中，由于偶极子运动时的
内摩擦阻力等相互间的作用，使介质偶极矩取向
滞后于外施电场的变化，宏观表现为通过介质的
总电流 I在相位上滞后于极化电流 Ic，这样每一周
期中有一部分电能被介质吸收发热，这种现象称
为 介质损耗 。
（ 1）损耗角正切和功率因数
损耗角正切 tg?,介质在交流电场中每周期内热消
耗的能量与充放电所用能量之比，在数值上等于
热耗电流 IR与充放电电流 IC之比。
功率因数,每周期之内有功功率（热消耗功率）与视
在功率（等于外施电压与总电流的乘积）之比，在数
值上等于热耗电流与总电流之比。
（ 2） 介质损耗因数 （也称介电损耗率） 等于介电系数与损
耗角正切的乘积。
（ 3）影响木材介质损耗的主要因素
① 含水率 的影响 在相同频率下，木材损耗角正切与含水率 u的关系为：
在纤维饱和点以下，随 u的增加而明显增大，但是在纤维饱和点以
上，这种变化趋于平缓。
② 频率 的影响
木材的介质损耗与频率的关系十分复杂。
③ 密度 的影响
介质损耗因数与密度 ρ有着明显的正相关关系，随 ρ
的增加线性地增大。
④ 纹理方向 的影响
木材的损耗角正切和介质损耗因数：
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
(1)交流介电式水分仪
通过测定木材的介电参数并将其转化成含水率的方法可
以测定木材的含水率。
(2)木材及木制品的高频热固化胶合工艺
木材在低含水率状态下属于极性介电体，所以当把热固性
的湿胶黏剂施于木材表面时，由于两者的介电性不同，可以
达到选择性加热的目的。
(3) 高频干燥技术
高频干燥机理,是利用湿木材中的水分子在高频
电场中的极化来加快干燥进程。
微波干燥机理 ；利用分子运动的内部加热，而且比高
频更接近水分子的介电吸收频率，有利于木材内水分温度
的提高和排出。
应用方面：
刨花板、纤维板、木塑复合材（ WPC）的加热聚合、
木材的弯曲成型加工技术、纤维板的定向铺装、木材解冻、
防腐和杀虫处理等方面得以应用。
6.3.3 木材的压电效应和界面的动电性质
6.3.3.1 压电效应
6.3.3.2 界面的动电性质
6.3.3.1 压电效应
具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等
作用下的应变也能引起电荷定向集聚（极化）从
而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化
称为压电效应 。
6.3.3.2 界面的动电性质
在纤维素和木材中，其高分子内具有活性的
羟基，当木材的微细粉末分散于水中时，因为选
择性地吸着羟基离子，所以粒子相对于水带有了
负电荷,这种现象称为界面动电性,此时界面上
产生的电位 就是 ζ-电位 。
6.4木材的热学性质
用 比热、导热系数、导温系数 等热物理参数
来综合表征的。这些热物理参数，在木材加工的
热处理（如原木的解冻、木段的蒸煮、木材干燥、
人造板板坯的加热预处理等）中，是重要的工艺
参数；在建筑部门进行隔热、保温设计时，是不
可缺少的数据指标。
6.4.1 木材的比热和热容量
6.4.2 木材的导热系数
6.4.3 木材的导温系数
6.4.4 木材的蓄热系数
6.4.5 木材的热膨胀与热收缩
6.4.6 热对木材性质的影响
6.4.7 木材热物理参数的测量
6.4.1 木材的比热和热容量
? 热容量,
? 热容量系数,
?
?
?
θ1, θ0 为温度
? 比热,为单位量的某种物质温度变化 1℃ 所吸收或
放出的热量。
)(/ 01 ??? ???? m QmQC
)( 01 ?? ??? mCQ
6.4.2 木材的导热系数
? 导热系数表征物体传递热量的能力。
? 导热系数（ λ ）,以在物体两个平行的相对面之
间的距离为单位，温度差恒定为 1℃ 时，单位时
间内通过单位面积的热量。
? 单位为 W/(m﹒ K)。
? 传导的热量 Q：
?
? A为垂直于热流方向的面积 (m2)； t为时间 (h)； θ1
和 θ2分别为低温面和高温面的温度 (℃ )； d为两面
间的距离。
dtAQ )( 12 ??? ????
)( 12 ??? ??
??
tA
dQ
? 影响木材导热系数的主要因子：
? (1)木材密度的影响
? 木材导热系数随着木材密度的
增加大致成比例地增加。
在室温、气干含水率条件下木材密度对导热系
数的影响
（自刘一星,1994）
○ —— 热流方向为弦向； × —— 热流方向为径向
? (2)含水率的影响
? 随着木材含水率的增加，木材的导热系数增大。
? (3)温度的影响
? 导热系数随温度的升高而增大。
? (4)热流方向的影响
? 同树种木材顺纹方向的导热系数明显大于横纹方向的导热系数。
径向导热系数大于弦向，平均约相差 12.7%。
6.4.3 木材的导温系数
? 导温系数又称热扩散率（ α）。
? 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 )。
?
α —— 导温系数 (m2/s)；
? λ—— 导热系数 〔 W/(m﹒ K)〕 ；
? C —— 比热 〔 kJ/(kg﹒ K)〕 ；
? ρ—— 密度 (kg/m3)；
? C﹒ ρ —— 体积热容量 〔 kJ/(m3﹒ K)〕 。
)/( 2 smC ??? ???
木材的导温系数的影响因子,密度、含水率、温度和热流方向
（ 1）木材密度的影响
（ 2）含水率的影响
（ 3）温度的影响
? 温度对导温系数的影响幅度较小；在正温度 (0～ 100℃ )下，
绝干木材的导温系数随温度的上升而略有降低。
（ 4）热流方向的影响
? 热流方向对木材导温系数的影响与它对导热系数的影响方
式相同。
6.4.4 木材的蓄热系数
蓄热系数（ S ），是表征在周期性外施热作用
下，材料储蓄热量的能力的热物理参数。
kJ/(m2﹒ h﹒ K)
TCS
??? 2???
6.4.5 木材的热膨胀与热收缩
热膨胀,固体的尺寸随温度升高而增大的现象。
线热膨胀系数 α和体积热膨胀系数 β：
? 木材的热膨胀系数很小，一般可忽略其热膨胀效应。但是，
当木材内部有温度梯度时，会因热膨胀产生内部应力可能
造成木材的变形。
6.4.6 热对木材性质的影响
? 木材在受热条件下，吸湿性降低（由于吸湿性较强的多
糖类的热分解所致），弹性模量提高；如继续延长热处
理时间，就会造成木材化学成分的热分解，导致木材力
学性质降低。
? 长期蒸煮处理可导致木材弹性模量减小、各种力学强度
下降，尤其是对冲击韧性的影响显著，其主要原因是长
期蒸煮过程中半纤维素的过度降解和脱出。
? 适当温度、时间条件下的水煮或汽蒸处理，可以起到释
放内部应力、降低吸湿性、固定木材变形的作用。
6.5 木材的声学性质
木材的声学性质，包括木材的 振动特性、
传声特性、空间声学性质 (吸收、反射、透射 )、
乐器声学性能品质 等与声波有关的固体材料特
性。
6.5 木材的声学性质
6.5.1 木材的振动特性
6.5.2 木材的传声特性
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.4 木材的声传播, 声共振与
材质无损检测
6.5.1 木材的振动特性
共振 是指物质在强度相同而周期变化的外力作用
下，能够在特定的频率下振幅急剧增大并得到最
大振幅的现象。
共振现象对应的频率称为 共振频率或固有频率 。
阻尼自由振动：
6.5.1 木材的振动特性
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
振动方式：纵向振动、横向振 动 (弯曲振动 )和扭转振动。
(1)纵向振动
纵向振动是振动单元 (质点 )的位移方向与由此位移产
生的介质内应力方向相平行的振动。
长度方向的声速 v：
基本共振频率 fr：
木棒长度为 L，密度为 ρ，弹性横量为 E
?
Ev ?
?
E
LL
vf
r 2
1
2 ??
? (2)横向振动
? 横向振动,振动元素位移方向和引起的应力方向互相垂
直的运动。（木结构和乐器上使用）
? 横向振动包括弯曲运动。
? 木棒横向振动的共振频率的影响因素：
? 木材试样的几何形状、尺寸和声速，振动运动受到抑
制的方式有关。
? (3)扭转振动
? 扭转振动,振动元素的位移方向围绕试件长轴进行回转，
如此往复周期性扭转的振动。
? 试件基本共振频率 fr取决于该外加质量的惯性矩 I、试件
的尺寸和刚性模量 G
? 式中,r为圆截面试件的半径； L为试件的长度。
LI
Grf
r ??? ?8
2
6.5.1 木材的振动特性
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
木材 声辐射品质常数、木材的 (内摩擦 )对数衰减率 (或损耗
角正切 )和声阻抗 等声学性质参数。
? 声辐射阻尼系数 R,木材及其制品的声幅射能力，即向周围空
气辐射声功率的大小，与传声速度成正比，与密度 ρ成反比。
?
3??
EvR ??
6.5.1 木材的振动特性
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
? 木材的 声阻抗 ω,木材密度 ρ与木材声速 v的乘积
?
? 木材具有较小的声阻抗和非常高的声辐射常数，它
是一种在声辐射方面具有优良特性的材料。
Ev ??? ??
6, 5.2 木材的传声特性
? 木材传声特性的主要指标为 声速 v。
? 密度 ρ为一定值，则顺纹传声速度 v∥ 与横纹传声速 v⊥ 之比，
与它们各对应方向上弹性横量之间的关系：
??
? EEvv ////
表 4-14 木材顺纹及横纹方向的动弹性模量和传声速度
树种 平均密度 /g·cm-3 平均动弹性模量 Ed / CPa
平均传声速度 v /
m·s-1 v∥ /v⊥
顺纹 横纹 顺纹 横纹
鱼鳞云
杉 0.450 11.55 0.26 5298 783 6.7
红松 0.404 10.09 0.27 4919 818 6.0
槭木 0.637 12.66 1.23 4422 1368 3.2
水曲柳 0.585 1243 1.61 4638 1642 2.8
椴木 0.414 12.21 0.61 5370 1360 3.9
木材具有优良的声共振性和振动频谱特性 —— 声学性能品质好
对共鸣板材料的声学性能品质评价，可归纳为三个大的方面：
① 对振动效率的评价；
② 有关音色的振动性能品质评价；
③ 对发音效果稳定性的评价。
对共鸣板材料的声学性能品质评价，
可归纳为三个大的方面：
① 对振动效率的评价；
② 有关音色的振动性能品质评价；
③ 对发音效果稳定性的评价。
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
选用声辐射品质常数较高 (R≥1200)、内摩擦损耗小的木材。
原因,振动效率要求音板应该能把从弦振动所获得的能量，大
部分转变为声能辐射到空气中去，而损耗于音板材料内摩擦等
因素的能量应尽量小，使发出的声音具有较大的音量和足够的
持久性。
评价 (与振动效率有关的 )木材 声学性能品质的物理量 主要有：
声辐射阻尼 (声辐射品质常数 )、比动态弹性模量 E/ρ、损
耗角正切 tgδ、声阻抗以及 tanδ/E等。
纤丝角 小者有利于其木材振动声能转换效率的提高；木材
主要成份纤维素的结晶度的适量增大有利于其木材声学振动效
率的提高。
对 生长轮宽度 的要求为：在 2cm间隔内，生长轮宽度偏差
不宜超过 0.5mm；在整块面板上，最宽和最窄的生长轮宽度差，
不宜超过 1～ 2mm
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
选用声辐射品质常数较高 (R≥1200)、内摩擦损耗小的
木材。
评价 (与振动效率有关的 )木材 声学性能品质的物理量
主要有：
声辐射阻尼、比动态弹性模量 E/ρ、损耗角正切
tgδ、声阻抗以及 tanδ/E等。
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
? 用振动的 频谱特性 评价：
? 云杉木材的频谱特性，明显优于金属材料，使用该材料
制作的音板能在工作频率范围内比较均匀地放大各种频率的乐
音。
? 云杉的频谱特性的“包络线”具有呈,1/f”分布特征,补
偿了人耳“等响度曲线”对高音过于敏锐，对低音听觉迟钝的
不足。
? 可用动弹性模量 E与动态刚性模量 G之比 E/G这个参数来
表达频谱特性曲线的“包络线”特性,E/G值高者，其音色效
果好。
? 云杉属木材结晶度的提高和纤丝角的减小有利于 E/G参
数的提高。
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
主要影响因子,抗吸湿能力和尺寸稳定性 。
原因,空气湿度的变化会引起木材含水率的变
化，引起木材声学性质参数的改变而导致乐器发音
效果不稳定；特别是如果木材含水率过度增高，会
因动弹性模量下降、损耗角正切增大，以及尺寸变
化产生的内应力等原因导致乐器音量降低，音色也
受到严重影响。
采用甲醛化处理和水杨醇处理、水杨醇 — 甲醛
化等方法处理木材能提高发音的稳定性和声学性能
品质。
6.5.4 木材的声传播、声共振与材质无损检测
? 超声波检测原理：
? 木材中的纵波传递速度和弯曲振动的共振频
率，均与木材的动弹性模量具有明确的函数关系。
通常采用脉冲式超声波。
? 超声传播速度 v与密度 ρ及超声弹性模量 E之间
的关系为 v =（ Eu /ρ） 1/2 。
?
? 振动法 (共振法 )检测：
? 基于木材共振频率与弹性模量具有数学关系的原
理进行的。振动测量得到的动弹性模量 E与抗弯强度
的正相关。
? 冲击应力波检测：
? 基于纵波 (或表面波 )振动的原理进行工作。
? FFT分析无损检测：
? 运用了 FFT(快速傅里叶变换 )分析仪和电子计算机，
拾取受敲击后木材试件的振动信号进行瞬态频谱分析，
算出试件的弹性模量 E和刚性模量 G。
?
6.6 木材的光学性质
6.6.1 木材的颜色
6.6.2 木材的光泽
6.6.3 木材的光致发光现象 (冷光现象 )
6.6.4 木材的双折射
6.6.1 木材的颜色
颜色三属性,明度、色调、饱和度
明度 表示人眼对物体的明暗度感觉；
色调 (色相 )表示区分颜色类别、品种的感觉
(如红、橙、黄、绿等 )；
饱和度 表示颜色的纯洁程度和浓淡程度。
木材的光致变色,木材表面颜色在日光中的紫
外线作用下随时间的延长而发生越来越明显的
变化。
大致可分为以下几种：
① 色调变化：木材改变了其原有的颜色特点；
② 褪色：逐渐失去了木材原有的鲜艳色泽，
色饱和度大为降低；
③ 表面暗化：表面颜色变为暗淡的深色；
④ 非均匀变色：材表显露出不均匀的色斑。
这些颜色变化影响了木制品和室内装饰材
的质量和耐久性。
6.6.2 木材的光泽
木材的光泽，它来自木材表面对光的反射作用。
表面光泽度 (%)：即反射光强度占入射强度的百分率来
定量材料表面光泽的强弱程度。
横切面没有光泽；
弦切面稍现光泽；
径切面具有较好的光泽（由于富有光泽性的木材线组
织的反射作用）。
木材的表面光泽度具有各向异性 。平行于纹理方向反
射的光泽度大于垂直于纹理方向反射的光泽度。
6.6.3 木材的光致发光现象 (冷光现象 )
? 光致发光现象,当物质受到外来光线的照
射时，并非因温度升高而发射可见光的现
象。
? 木材 的光致发光现象：木材的水抽提液或
木材表面在紫外光辐射的作用下，能够发
出可见光。
6.6.4 木材的双折射
双折射系指射入某些晶体的光线被分裂
为两束，沿不同方向折射的现象。
当光线入射到细胞壁上时，在不同方向
的折射率也不相同，从而产生双折射现象。
本章结束
主要介绍木材密度、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。
目 录
6.1 木材密度
6.2 木材和水分
6.3 木材的电学性质
6.4 木材的热学性质
6.5 木材的声学性质
6.6 木材的光学性质
6.1 木材密度
6.1.1 木材密度的种类
6.1.2 木材比重的测定
6.1.3 细胞壁密度, 实质密度和空隙度
6.1.4 木材密度的影响因素
6.1.1 木材密度的种类
木材是由木材细胞壁实质物质, 水分及空气组成的多
孔性材料, 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 。 它们的定
义如下：
最常用,气干密度和基本密度 。 在运输和建筑
上, 一般采用生材密度 。 而在比较不同树种的材
性时, 则使用基本密度 。
生材体积
生材重量生材密度 ?
气干材体积
气干材重量气干密度 ?
绝干材体积
绝干材重量绝干密度 ?
生材体积
绝干材重量基本密度 ?
6.1.2 木材比重的测定
测定比重必须知道一定含水率时木材的体积以及木材的绝
干重量 。
在大多数情况下, 绝干重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重量 。
木材的体积的测定可以采用以下方法：
（ 1） 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；
（ 2） 对于形状不规则的试材, 可以用排水法测量体积 。
（ 3） 快速测定法 。
（三）排水法
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。
（四）快速测定发法
首先, 在烧杯中加入适量液体, 将金属针浸入液体中, 记录天平的
读数 。
然后用金属针尖固定试材, 将试材浸入液体中, 再记录平衡时天平
的读数 。
两次天平的读数之差除以已知液体的密度, 就可以得到试材的体积 。
天平
试材
烧杯
金属针
支架
天平读数
图 6-1 用排水法测量木材的体积
量筒
液面
试材
图 6-2 快速测定法测
量木材体积
6.1.3 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计或体
积置换法来测量 。 置换介质种类的不同, 测得的细
胞壁密度的值也有差异 。
以水作为置换介质得到的细胞壁密度大于以
甲苯和氦作为置换介质得到的值 。
这是由两个方面的原因引起的：
（ 1） 水属于极性膨胀性介质, 水分子可以进入细
胞壁中更小的孔隙中；
（ 2） 与液态水相比, 吸着水的表观体积减小 。
木材的实质密度即指木材细胞壁物质的密度 。 木材的
空隙度可以用下式计算求得：
式中, P为木材空隙度 （ %）, ?0为木材的绝干密度
（ g/cm3）, ?0w为木材的实质密度 （ g/cm3） 。
如果式中 用木材的细胞壁密度代替, 则得到的孔隙度
中不包括非膨胀性溶剂所不能进入的细胞壁中的微小孔隙 。
%100)1(( % )
0
0 ???
W
P ??
6.1.4 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的差异。
6.1.4.1 树种
6.1.4.2 抽提物含量
? 在不同的木材中, 抽提物含量的范围从绝干重的
3%至 30%不等, 因此对木材的密度有很大的影响 。
通常, 在测定密度之前可以先用水和有机溶剂 （ 如
苯和乙醇等 ） 对木材进行抽提处理, 经过抽提处理
后木材的密度更为均一 。
6.1.4.3 立地条件 树木的立地条件, 包括气候, 地理位
置等对木材密度也有很大影响 。
6.1.4.4 树龄 从幼龄期直至
成熟期，木材的密度有随着
树龄的增高呈增大趋势，。
6.2 木材和水分
6.2.1 木材中水分的存在状态
6.2.2 木材的含水率及测定
6.2.3 木材的水分吸着（ adsorption）
和解吸（ desorption）
6.2.4 木材中水分的移动
6.2.5 木材的干缩湿胀
6.2.1 木材中水分的存在状态
木材中存在的水分, 可以分为 自由水 和 结合水 （ 或吸
着水 ） 两类 。
自由水
存在于木材的细胞腔中, 与液态水的性质接近 。
结合水
存在于细胞壁中, 与细胞壁无定形区 （ 由纤维素非
结晶区、半纤维素和木素组成）中的羟基形成氢键 结合。
生材：细胞腔和细胞壁中都含有水分，其中 自由水 的水
分量随着季节变化，而 结合水 的量基本保持不变。
纤维饱和点 假设把生材放在相对湿度为 100%的环境
中，细胞腔中的自由水慢慢蒸发，当细胞腔中没有自由
水，而细胞壁中结合水的量处于饱和状态，这时含水率
称为纤维饱和点。
气干状态 当把生材放在大气环境中自然干燥，最终达
到的水分平衡态称为气干状态。气干状态的木材的细胞
腔中不含自由水，细胞壁中含有的结合水的量与大气环
境处于平衡状态。
绝干状态 当木材的细胞腔和细胞壁中的水分被完全除
去时木材的状态称为绝干状态。
6.2.2 木材的含水率及测定
木材或木制品中的水分含量通常用 含水率 来表示。根据
基准的不同分为 绝对含水率 和 相对含水率 两种。
绝对含水率 （简称含水率）即水分重量占 木材绝干重量 的
百分率,一般木材工业中采用。
相对含水率 是水分重量占 含水试材 的重量的百分率，在
造纸和纸浆工业中比较常用。
%1 0 0( % )
0
0 ???
m
mmMC
%100( % ) 0 ???? m mmCM
和 分别是试材的绝对含水率和相对含水率（ %）； m
是含水试材的质量 (g); m0是试材的绝干质量 (g)。
MC CM ?
水分仪
以上介绍的都是直接测定法，其缺点是破坏试材、操作
时间长。除此之外，还可以根据含水率与物理量之间的关系
进行间接测量。
电阻式水分仪
交流介电式水分仪
电阻式水分仪
最常用的水分仪是 电阻式水分仪 。
它的工作原理是测定试材的电阻，再通过电阻
与含水率之间的定量关系将电阻值转换为含水率值。
电阻式水分仪的测试含水率范围一般为 6~30%。
在纤维饱和 点以上的含水率范围内，电阻随着含水
率的变化很小，仪器的敏感性下降。
交流介电式水分仪
交流介电式水分仪：
其工作原理是测定一定频率下木材的介电常数
或介电损耗正切角, 通过介电常数或介电损耗正
切角与含水率之间的关系得到含水率值 。
6.2.3 木材的水分吸着和解吸
平衡含水率 由于木材具有吸放湿特性，当外界的温湿
度条件发生变化时，木材能相应地从外界吸收水分或向外界
释放水分，从而与外界达到一个新的水分平衡体系。木材在
平衡状态时的含水率称为该温湿度条件下的平衡含水率。
吸收 是一种表面现象, 比如液态水进入木材的细胞腔,
成为木材中的自由水的过程 。
木材吸着水分的过程 是水分子以气态进入细胞壁, 与
细胞壁主成分上的吸着点产生氢键结合的过程 。
吸着滞后现象 在相同的温湿度条件下，由吸着过程达到
的木材的平衡含水率低于由解吸过程达到的平衡含水率，这个
现象称为吸着滞后现象。
图 6-9 木材的水分吸着滞后现象
含
水
率
EMC解吸
EMC吸着
时间
滞后率 吸着达到的平衡含水率与解吸达到的平衡含
水率之间的比值称为滞后率，通常用 A/D表示。滞后
率受树种、温度等因素的影响。在常温、相对湿度范
围 10~90%的条件下滞后率在 0.8左右。随着温度的升
高，滞后率逐渐下降。
6.2.4 木材中水分的移动
针叶树材中水分 移动
针叶树材中水分或其它流体的路径：
管胞内腔和具缘纹孔对组成的毛细管体系，
沿着纤维方向上的垂直树脂道，
射线方向上的射线管胞的内腔和水平树脂道
阔叶树材中水分 移动
阔叶树材中水分或其它流体的移动路径：
导管、管胞、导管状管胞
阔叶树材的导管上具有穿孔, 所以在纤维方向上
水分可以通过穿孔从一个导管进入纵向邻接的另
一个导管 。
6.2.5 木材的干缩湿胀
木材干缩湿胀的各向异性
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩性与湿胀性的测定
（ 1）木材干缩湿胀现象
干缩或湿胀 木材干缩湿胀是指木材在绝干状态至
纤维饱和点的含水率区域内, 水分的解吸或吸着会
使木材细胞壁产生干缩或湿胀的现象 。
木材的干缩率和湿胀率可以用尺寸 （ 体积 ） 变化与原尺寸
（ 体积 ） 的百分率表示：
%1 0 0% ??? 原尺寸（体积） 原尺寸（体积）湿胀后尺寸（体积））湿胀率（
%1 0 0% ??? 原尺寸（体积） 干缩后尺寸（体积）原尺寸（体积））干缩率（
（ 2）木材干缩湿胀的成因
木材具有干缩性和湿胀性的原因：
木材在失水或吸湿时，木材内所含水分向
外蒸发，或干木材由空气中吸收水分，使细胞
壁内非结晶区的相邻纤丝间、微纤丝间和微晶
间水层变薄（或消失）而靠拢或变厚而伸展，
从而导致细胞壁乃至整个木材尺寸和体积发生
变化。
6.2.5 木材的干缩湿胀
木材干缩湿胀的各向异性
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩性与湿胀性的测定
（ 1） 木材干缩湿胀的各向异性
干缩率差异,轴向干缩率一般为 0.1～ 0.3%;
径向干缩率和弦向干缩率的范围为 3～ 6%
和 6～ 12%。
三个方向上的干缩率以轴向干缩率最小，
这个特征保证了木材或木制品作为建筑材
料的可能性。
（ 2）木材干缩湿胀的各向异性的原因
① 木材轴向, 横向干缩湿胀差异的原因
木材干缩湿胀的各向异性,由木材的构造特点造
成的 ; 主要取决于次生壁中层 (S2)微纤丝的排列方
向 。
次生壁中层 (S2)微纤丝的排列方向几乎是与细
胞主轴相平行的, 而微纤丝是由平行排列的大分子
链所组成的基本纤丝构成的 。
② 木材径向、弦向干缩湿胀差异的原因
a,木射线对径向收缩的抑制
b,早晚材差异的影响
c,径向壁和弦向壁中的木质素含量差别的影响
d,径壁, 弦壁纹孔数量的影响
6.2.5 木材的干缩湿胀
木材干缩湿胀的各向异性
木材干缩湿胀现象及成因
木材干缩性与湿胀性的测定
木材干缩性与湿胀性的测定
（ 1） 试样
试样的尺寸为 20mm× 20mm× 20mm,具体测量时精确到 0.01mm，
其各向应为标准的纵, 径或弦向 。 试样的重量称量精确到 0.001g。
（ 2） 木材干缩率的测定
① 原理
含水率低于纤维饱和点的湿木材, 其尺寸和体积随含
水率的降低而缩小 。 从湿木材到气干或全干时尺寸及体
积的变化；与原湿材尺寸及体积之比, 以表示木材气干
或全干时的线干缩性及体积干缩性 。
② 木材线干缩率的计算
试样从湿材至全干, 气干时, 径向和弦向的全干缩率,
气干干缩率, 准确至 0.1%。
Bmax,Bw— 试样径向或弦向全干干缩率, 气干干缩率, ％ ；
Lmax— 试样含水率高于纤维饱和点 (即湿材 )时的径向或弦向
尺寸, mm；
L0,Lw— 试样全干, 气干时径向或弦向的尺寸, mm。
1 0 0
m a x
0m a x
m a x ?
??
l
ll? 1 0 0
m a x
m a x ???
l
ll W
W?
（ 3）木材湿胀率的测定
① 原理
干木材吸湿或吸水后, 其尺寸和体积随含
水率的增高而膨胀 。 木材全干时的尺寸或体
积与吸湿至大气相对湿度平衡或吸水至饱和
时的尺寸或体积之比, 表示木材的湿胀性 。
② 木材湿胀率的计算
木材的湿胀率可分为线湿胀率与体积湿胀
率 。 木材的湿胀是与干缩相反的过程 。
6.3 木材的电学性质
6.3.1 木材的导电性
6.3.2 木材的介电性
6.3.3 木材的压电效应和界面的动电
性质
6.3.1 木材的导电性
6.3.1.1 电阻率与电导率
6.3.1.2 木材的电导原理
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
电阻 在一个固体的两端施加电压的电场，固体中通过的电
流为，那么该固体的电阻为
电阻率 是指单位截面积及单位长度上均匀导线的电阻值，
是物体的固有属性，电阻率越大则材料导电能力越弱。
电阻率：
A为导体的截面积（ ）,l是电场间导体的长度（ ）。
电导率 是电阻率的倒数，电导率越大，则说明材料导电能
力越强。
)( ?? IUR
)( mlAIUlAR ???????
2m m
按照电阻率或电导率的大小，所有材料可以划分
为 导体, 半导体 和 绝缘体 （介电体）。
导体
导体是导电能力强的材料，电阻率范围一般在
10-8～ 10-5，如金属等；
绝缘体
绝缘体的导电能力差，一般电阻率高于 108的
材料可以称为绝缘体，如陶瓷、橡胶、塑料等；
半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的称为半导体。
6.3.1 木材的导电性
6.3.1.1 电阻率与电导率
6.3.1.2 木材的电导原理
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
6.3.1.2 木材的电导原理
木材导电性弱的主要原因,
木材的化学结构组成中不含有导电性良好的自
由电子。
木材具有微弱的导电性原因,
在 木材含量很少的灰分（杂质物质）中含有
极少量的金属离子，这些微量的离子在电场
作用下会定向移动。
? 木材的极化现象,木材中存在的离子可分为两
类 。
6.3.1 木材的导电性
6.3.1.1 电阻率与电导率
6.3.1.2 木材的电导原理
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
6.3.1.3 影响木材直流电导率的因素
（ 1）含水率
对电导的活化能 E是决定电导的主要因子,E
是由离解能量 U和迁移能 S两者来决定的。
（ 2）温度
金属：电阻率随着温度升高而增大；
木材：电阻率则随温度的升高而变小；
（ 3）纹理方向
木材横纹理方向（垂直于纤维方向）的电阻率较顺纹
理方向的电阻率大。
针叶树材横纹理方向的电阻率约是顺纹理方向电阻率
的 2.3～ 4.5倍；
阔叶树材通常达到 2.5～ 8.0倍。
（ 4）密度、树种和试材部位
密度 — 一般来说，木材密度大，电阻率大；电导率
小。 (但影响效果不明显，甚至对于某些个别树种有相反情况 )
树种 --电阻率产生差异。其差异大于密度因素影响
的差异。 （原因：从木材导电机理来分析）
试材部位 --木材中不同部位的电阻率也存在差异。
6.3.2 木材的介电性
交流电－－ 方向和强度按某一频率周期性变化的电流称
为交流电。交流电按其频率的高低，大致可分为低频 (含
工频 )、射频 (又称高频 )。
木材的交流电性质 －－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，主要包括木材的介电性质
参数（介电系数、损耗角正切、介质损耗因数等）和交
流电阻率（或电导率）的变化规律及影响因素。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
? 6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
? 在交流电的低频区域，木材的电学性质与直流电情况下呈
现同样特性。
例如，在绝干状态下木材电阻极高，随着含水率的增加电
阻显著减小，这种变化到纤维饱和点以上时又趋于平缓。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
? 射频 --是频率很高的电磁波，又称高频，其频率范
围大约从 0.2MHz直至几百甚至几千兆赫。
? 介电性 －是指物质受到电场作用时，构成物质的
带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观
上的迁移的性质。
? 介电体－ 表现出介电性的物质。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.3 木材的介电系数
（ 1）介电系数
表征木材在交流电场作用下介质的极化强度和介电体存
储电荷能力的物理参数。
定义：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。通常取为介质电容 C与
空气电容 C0之比。
介电系数值越小，电绝缘性越好。
水的介电系数为 81，硬质陶瓷的介电系数为 5.73，云母的介
电系数为 7.1~7.7。绝干木材的介电系数约为 2，湿材的介电
系数大于干材；
木材横纹理方向的介电系数小于顺纹理方向。如绝干栎木的
顺纹介电系数为 3.64，横纹介电系数为 2.46。
0C
C??
（ 2）影响木材介电系数的因素
主要包括 木材含水率, 密度, 频率, 树种, 纹理方向, 电场方向 等。
① 含水率的影响
在温度和频率不变的条件下，木材的介电系数随含水率 u的增加而增大。
② 密度的影响
木材的介电系数随密度的增加而增大。
③ 频率的影响
在相同含水率、温度条件下，木材介电系数随频率的增加而逐渐
减小。
④ 纹理方向
木材介电系数具有各向异性。
顺纹方向的介电系数比横纹方向的介电系数大 30%～ 60%，随着
含水率的升高，这种差异对针叶树材来说有越来越大的趋势。
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.4 木材的介电损耗
木材处于交流电场中，由于偶极子运动时的
内摩擦阻力等相互间的作用，使介质偶极矩取向
滞后于外施电场的变化，宏观表现为通过介质的
总电流 I在相位上滞后于极化电流 Ic，这样每一周
期中有一部分电能被介质吸收发热，这种现象称
为 介质损耗 。
（ 1）损耗角正切和功率因数
损耗角正切 tg?,介质在交流电场中每周期内热消
耗的能量与充放电所用能量之比，在数值上等于
热耗电流 IR与充放电电流 IC之比。
功率因数,每周期之内有功功率（热消耗功率）与视
在功率（等于外施电压与总电流的乘积）之比，在数
值上等于热耗电流与总电流之比。
（ 2） 介质损耗因数 （也称介电损耗率） 等于介电系数与损
耗角正切的乘积。
（ 3）影响木材介质损耗的主要因素
① 含水率 的影响 在相同频率下，木材损耗角正切与含水率 u的关系为：
在纤维饱和点以下，随 u的增加而明显增大，但是在纤维饱和点以
上，这种变化趋于平缓。
② 频率 的影响
木材的介质损耗与频率的关系十分复杂。
③ 密度 的影响
介质损耗因数与密度 ρ有着明显的正相关关系，随 ρ
的增加线性地增大。
④ 纹理方向 的影响
木材的损耗角正切和介质损耗因数：
6.3.2.1 低频交流电作用下木材的电热效应
6.3.2.2 射频下木材的极化和介电性
6.3.2.3 木材的介电系数
6.3.2.4 木材的介电损耗
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
6.3.2.5 木材的介电性在木材工业中的应用
(1)交流介电式水分仪
通过测定木材的介电参数并将其转化成含水率的方法可
以测定木材的含水率。
(2)木材及木制品的高频热固化胶合工艺
木材在低含水率状态下属于极性介电体，所以当把热固性
的湿胶黏剂施于木材表面时，由于两者的介电性不同，可以
达到选择性加热的目的。
(3) 高频干燥技术
高频干燥机理,是利用湿木材中的水分子在高频
电场中的极化来加快干燥进程。
微波干燥机理 ；利用分子运动的内部加热，而且比高
频更接近水分子的介电吸收频率，有利于木材内水分温度
的提高和排出。
应用方面：
刨花板、纤维板、木塑复合材（ WPC）的加热聚合、
木材的弯曲成型加工技术、纤维板的定向铺装、木材解冻、
防腐和杀虫处理等方面得以应用。
6.3.3 木材的压电效应和界面的动电性质
6.3.3.1 压电效应
6.3.3.2 界面的动电性质
6.3.3.1 压电效应
具有晶体结构的电介质在压力或机械振动等
作用下的应变也能引起电荷定向集聚（极化）从
而产生电场，这种由力学变形而引起的介质极化
称为压电效应 。
6.3.3.2 界面的动电性质
在纤维素和木材中，其高分子内具有活性的
羟基，当木材的微细粉末分散于水中时，因为选
择性地吸着羟基离子，所以粒子相对于水带有了
负电荷,这种现象称为界面动电性,此时界面上
产生的电位 就是 ζ-电位 。
6.4木材的热学性质
用 比热、导热系数、导温系数 等热物理参数
来综合表征的。这些热物理参数，在木材加工的
热处理（如原木的解冻、木段的蒸煮、木材干燥、
人造板板坯的加热预处理等）中，是重要的工艺
参数；在建筑部门进行隔热、保温设计时，是不
可缺少的数据指标。
6.4.1 木材的比热和热容量
6.4.2 木材的导热系数
6.4.3 木材的导温系数
6.4.4 木材的蓄热系数
6.4.5 木材的热膨胀与热收缩
6.4.6 热对木材性质的影响
6.4.7 木材热物理参数的测量
6.4.1 木材的比热和热容量
? 热容量,
? 热容量系数,
?
?
?
θ1, θ0 为温度
? 比热,为单位量的某种物质温度变化 1℃ 所吸收或
放出的热量。
)(/ 01 ??? ???? m QmQC
)( 01 ?? ??? mCQ
6.4.2 木材的导热系数
? 导热系数表征物体传递热量的能力。
? 导热系数（ λ ）,以在物体两个平行的相对面之
间的距离为单位，温度差恒定为 1℃ 时，单位时
间内通过单位面积的热量。
? 单位为 W/(m﹒ K)。
? 传导的热量 Q：
?
? A为垂直于热流方向的面积 (m2)； t为时间 (h)； θ1
和 θ2分别为低温面和高温面的温度 (℃ )； d为两面
间的距离。
dtAQ )( 12 ??? ????
)( 12 ??? ??
??
tA
dQ
? 影响木材导热系数的主要因子：
? (1)木材密度的影响
? 木材导热系数随着木材密度的
增加大致成比例地增加。
在室温、气干含水率条件下木材密度对导热系
数的影响
（自刘一星,1994）
○ —— 热流方向为弦向； × —— 热流方向为径向
? (2)含水率的影响
? 随着木材含水率的增加，木材的导热系数增大。
? (3)温度的影响
? 导热系数随温度的升高而增大。
? (4)热流方向的影响
? 同树种木材顺纹方向的导热系数明显大于横纹方向的导热系数。
径向导热系数大于弦向，平均约相差 12.7%。
6.4.3 木材的导温系数
? 导温系数又称热扩散率（ α）。
? 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 )。
?
α —— 导温系数 (m2/s)；
? λ—— 导热系数 〔 W/(m﹒ K)〕 ；
? C —— 比热 〔 kJ/(kg﹒ K)〕 ；
? ρ—— 密度 (kg/m3)；
? C﹒ ρ —— 体积热容量 〔 kJ/(m3﹒ K)〕 。
)/( 2 smC ??? ???
木材的导温系数的影响因子,密度、含水率、温度和热流方向
（ 1）木材密度的影响
（ 2）含水率的影响
（ 3）温度的影响
? 温度对导温系数的影响幅度较小；在正温度 (0～ 100℃ )下，
绝干木材的导温系数随温度的上升而略有降低。
（ 4）热流方向的影响
? 热流方向对木材导温系数的影响与它对导热系数的影响方
式相同。
6.4.4 木材的蓄热系数
蓄热系数（ S ），是表征在周期性外施热作用
下，材料储蓄热量的能力的热物理参数。
kJ/(m2﹒ h﹒ K)
TCS
??? 2???
6.4.5 木材的热膨胀与热收缩
热膨胀,固体的尺寸随温度升高而增大的现象。
线热膨胀系数 α和体积热膨胀系数 β：
? 木材的热膨胀系数很小，一般可忽略其热膨胀效应。但是，
当木材内部有温度梯度时，会因热膨胀产生内部应力可能
造成木材的变形。
6.4.6 热对木材性质的影响
? 木材在受热条件下，吸湿性降低（由于吸湿性较强的多
糖类的热分解所致），弹性模量提高；如继续延长热处
理时间，就会造成木材化学成分的热分解，导致木材力
学性质降低。
? 长期蒸煮处理可导致木材弹性模量减小、各种力学强度
下降，尤其是对冲击韧性的影响显著，其主要原因是长
期蒸煮过程中半纤维素的过度降解和脱出。
? 适当温度、时间条件下的水煮或汽蒸处理，可以起到释
放内部应力、降低吸湿性、固定木材变形的作用。
6.5 木材的声学性质
木材的声学性质，包括木材的 振动特性、
传声特性、空间声学性质 (吸收、反射、透射 )、
乐器声学性能品质 等与声波有关的固体材料特
性。
6.5 木材的声学性质
6.5.1 木材的振动特性
6.5.2 木材的传声特性
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.4 木材的声传播, 声共振与
材质无损检测
6.5.1 木材的振动特性
共振 是指物质在强度相同而周期变化的外力作用
下，能够在特定的频率下振幅急剧增大并得到最
大振幅的现象。
共振现象对应的频率称为 共振频率或固有频率 。
阻尼自由振动：
6.5.1 木材的振动特性
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
振动方式：纵向振动、横向振 动 (弯曲振动 )和扭转振动。
(1)纵向振动
纵向振动是振动单元 (质点 )的位移方向与由此位移产
生的介质内应力方向相平行的振动。
长度方向的声速 v：
基本共振频率 fr：
木棒长度为 L，密度为 ρ，弹性横量为 E
?
Ev ?
?
E
LL
vf
r 2
1
2 ??
? (2)横向振动
? 横向振动,振动元素位移方向和引起的应力方向互相垂
直的运动。（木结构和乐器上使用）
? 横向振动包括弯曲运动。
? 木棒横向振动的共振频率的影响因素：
? 木材试样的几何形状、尺寸和声速，振动运动受到抑
制的方式有关。
? (3)扭转振动
? 扭转振动,振动元素的位移方向围绕试件长轴进行回转，
如此往复周期性扭转的振动。
? 试件基本共振频率 fr取决于该外加质量的惯性矩 I、试件
的尺寸和刚性模量 G
? 式中,r为圆截面试件的半径； L为试件的长度。
LI
Grf
r ??? ?8
2
6.5.1 木材的振动特性
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
木材 声辐射品质常数、木材的 (内摩擦 )对数衰减率 (或损耗
角正切 )和声阻抗 等声学性质参数。
? 声辐射阻尼系数 R,木材及其制品的声幅射能力，即向周围空
气辐射声功率的大小，与传声速度成正比，与密度 ρ成反比。
?
3??
EvR ??
6.5.1 木材的振动特性
6.5.1.1 木材的三种基本振动方式与共振频率
6.5.1.2 木材的声辐射性能和内摩擦衰减
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
6.5.1.3 木材的声阻抗 (特性阻抗 )
? 木材的 声阻抗 ω,木材密度 ρ与木材声速 v的乘积
?
? 木材具有较小的声阻抗和非常高的声辐射常数，它
是一种在声辐射方面具有优良特性的材料。
Ev ??? ??
6, 5.2 木材的传声特性
? 木材传声特性的主要指标为 声速 v。
? 密度 ρ为一定值，则顺纹传声速度 v∥ 与横纹传声速 v⊥ 之比，
与它们各对应方向上弹性横量之间的关系：
??
? EEvv ////
表 4-14 木材顺纹及横纹方向的动弹性模量和传声速度
树种 平均密度 /g·cm-3 平均动弹性模量 Ed / CPa
平均传声速度 v /
m·s-1 v∥ /v⊥
顺纹 横纹 顺纹 横纹
鱼鳞云
杉 0.450 11.55 0.26 5298 783 6.7
红松 0.404 10.09 0.27 4919 818 6.0
槭木 0.637 12.66 1.23 4422 1368 3.2
水曲柳 0.585 1243 1.61 4638 1642 2.8
椴木 0.414 12.21 0.61 5370 1360 3.9
木材具有优良的声共振性和振动频谱特性 —— 声学性能品质好
对共鸣板材料的声学性能品质评价，可归纳为三个大的方面：
① 对振动效率的评价；
② 有关音色的振动性能品质评价；
③ 对发音效果稳定性的评价。
对共鸣板材料的声学性能品质评价，
可归纳为三个大的方面：
① 对振动效率的评价；
② 有关音色的振动性能品质评价；
③ 对发音效果稳定性的评价。
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
选用声辐射品质常数较高 (R≥1200)、内摩擦损耗小的木材。
原因,振动效率要求音板应该能把从弦振动所获得的能量，大
部分转变为声能辐射到空气中去，而损耗于音板材料内摩擦等
因素的能量应尽量小，使发出的声音具有较大的音量和足够的
持久性。
评价 (与振动效率有关的 )木材 声学性能品质的物理量 主要有：
声辐射阻尼 (声辐射品质常数 )、比动态弹性模量 E/ρ、损
耗角正切 tgδ、声阻抗以及 tanδ/E等。
纤丝角 小者有利于其木材振动声能转换效率的提高；木材
主要成份纤维素的结晶度的适量增大有利于其木材声学振动效
率的提高。
对 生长轮宽度 的要求为：在 2cm间隔内，生长轮宽度偏差
不宜超过 0.5mm；在整块面板上，最宽和最窄的生长轮宽度差，
不宜超过 1～ 2mm
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
选用声辐射品质常数较高 (R≥1200)、内摩擦损耗小的
木材。
评价 (与振动效率有关的 )木材 声学性能品质的物理量
主要有：
声辐射阻尼、比动态弹性模量 E/ρ、损耗角正切
tgδ、声阻抗以及 tanδ/E等。
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
? 用振动的 频谱特性 评价：
? 云杉木材的频谱特性，明显优于金属材料，使用该材料
制作的音板能在工作频率范围内比较均匀地放大各种频率的乐
音。
? 云杉的频谱特性的“包络线”具有呈,1/f”分布特征,补
偿了人耳“等响度曲线”对高音过于敏锐，对低音听觉迟钝的
不足。
? 可用动弹性模量 E与动态刚性模量 G之比 E/G这个参数来
表达频谱特性曲线的“包络线”特性,E/G值高者，其音色效
果好。
? 云杉属木材结晶度的提高和纤丝角的减小有利于 E/G参
数的提高。
6.5.3 木材声学性能品质评价简述
6.5.3.1 对振动效率品质的评价
6.5.3.2 有关音色的振动性能品质评价
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
6.5.3.3 对发音效果稳定性的评价与改良
主要影响因子,抗吸湿能力和尺寸稳定性 。
原因,空气湿度的变化会引起木材含水率的变
化，引起木材声学性质参数的改变而导致乐器发音
效果不稳定；特别是如果木材含水率过度增高，会
因动弹性模量下降、损耗角正切增大，以及尺寸变
化产生的内应力等原因导致乐器音量降低，音色也
受到严重影响。
采用甲醛化处理和水杨醇处理、水杨醇 — 甲醛
化等方法处理木材能提高发音的稳定性和声学性能
品质。
6.5.4 木材的声传播、声共振与材质无损检测
? 超声波检测原理：
? 木材中的纵波传递速度和弯曲振动的共振频
率，均与木材的动弹性模量具有明确的函数关系。
通常采用脉冲式超声波。
? 超声传播速度 v与密度 ρ及超声弹性模量 E之间
的关系为 v =（ Eu /ρ） 1/2 。
?
? 振动法 (共振法 )检测：
? 基于木材共振频率与弹性模量具有数学关系的原
理进行的。振动测量得到的动弹性模量 E与抗弯强度
的正相关。
? 冲击应力波检测：
? 基于纵波 (或表面波 )振动的原理进行工作。
? FFT分析无损检测：
? 运用了 FFT(快速傅里叶变换 )分析仪和电子计算机，
拾取受敲击后木材试件的振动信号进行瞬态频谱分析，
算出试件的弹性模量 E和刚性模量 G。
?
6.6 木材的光学性质
6.6.1 木材的颜色
6.6.2 木材的光泽
6.6.3 木材的光致发光现象 (冷光现象 )
6.6.4 木材的双折射
6.6.1 木材的颜色
颜色三属性,明度、色调、饱和度
明度 表示人眼对物体的明暗度感觉；
色调 (色相 )表示区分颜色类别、品种的感觉
(如红、橙、黄、绿等 )；
饱和度 表示颜色的纯洁程度和浓淡程度。
木材的光致变色,木材表面颜色在日光中的紫
外线作用下随时间的延长而发生越来越明显的
变化。
大致可分为以下几种：
① 色调变化：木材改变了其原有的颜色特点；
② 褪色：逐渐失去了木材原有的鲜艳色泽，
色饱和度大为降低；
③ 表面暗化：表面颜色变为暗淡的深色；
④ 非均匀变色：材表显露出不均匀的色斑。
这些颜色变化影响了木制品和室内装饰材
的质量和耐久性。
6.6.2 木材的光泽
木材的光泽，它来自木材表面对光的反射作用。
表面光泽度 (%)：即反射光强度占入射强度的百分率来
定量材料表面光泽的强弱程度。
横切面没有光泽；
弦切面稍现光泽；
径切面具有较好的光泽（由于富有光泽性的木材线组
织的反射作用）。
木材的表面光泽度具有各向异性 。平行于纹理方向反
射的光泽度大于垂直于纹理方向反射的光泽度。
6.6.3 木材的光致发光现象 (冷光现象 )
? 光致发光现象,当物质受到外来光线的照
射时，并非因温度升高而发射可见光的现
象。
? 木材 的光致发光现象：木材的水抽提液或
木材表面在紫外光辐射的作用下，能够发
出可见光。
6.6.4 木材的双折射
双折射系指射入某些晶体的光线被分裂
为两束，沿不同方向折射的现象。
当光线入射到细胞壁上时，在不同方向
的折射率也不相同，从而产生双折射现象。
本章结束
