1、木材的干縮與濕脹干縮和濕脹是木材的固有性質， 干縮和濕脹使木制品尺寸變化。 干燥后的木材尺寸會隨 著周圍環境濕度、 溫度的變化而變化， 木材加工企業生產和日常生活中常會見到木材產品發 生翹曲、變形現象。干縮和濕脹為木材利用的重大缺點，掌握理解其產生原因與發生規律， 研究其防止方法對木材加工和利用來說具有重要意義。1 木材干縮與濕脹 1.1 木材干縮和濕脹現象（ 1）木材干縮和濕脹濕材因干燥而縮減其尺寸的現象稱之為干縮；干材因吸收水分而增 加其尺寸與體積的現象稱之為濕脹。 干縮和濕脹現象主要在木材含水率小于纖維飽和點的這 種情況下發生，當木材含水率在纖維飽和點以上，其尺寸、體積是不會發生變化的。

2、木材干縮與木材濕脹是發生在二個完全相反的方向上， 二者均會引起木材尺寸與體積的 變化。 對于小尺寸而無束縛應力的木材， 理論上說其干縮與濕脹是可逆的； 對于大尺寸實木 試件，由于干縮應力及吸濕滯后現象的存在，干縮與濕脹是不完全可逆的。干縮與濕脹對木材利用有很大的影響。 干縮對木材利用的影響主要是引起木制品尺寸收縮而產生的縫隙、 翹曲變形與開裂； 濕脹不僅增大木制品的尺寸發生地板隆起、 門與窗關不 上，而且還會降低木材的力學性質，唯對木桶、木盆及船等浸潤脹緊有利。2）木材干縮（濕脹） 的種類木材的干縮分為線干縮與體積干縮二大類。線干縮又分為順著木材紋理方向的縱向干縮和與木材紋理相垂直的橫向干縮。

3、 在木材的橫切面上， 按照直 徑方向和與年輪的切線方向劃分，橫向干縮分為徑向干縮與弦向干縮。縱向干縮是沿著木材紋理方向的干縮，其收縮率數值較小，僅為0.10.3%，對木材的利用影響不大。橫紋干縮中，徑向干縮是橫切面上沿直徑方向的干縮，其收縮率數值為6 12%，是徑向干縮的 1-236%；弦向干縮是沿著年輪切線方向的干縮，其收縮率數值為各個方向干縮濕脹通常木材體積干縮方材和原木等產品倍。由于木材結構特點使得它在干縮和濕脹性質上表現出明顯的方向性，的不均勻性對木材加工利用有重要影響，不可忽視。由于木材徑向干縮、 弦向干縮數值均較大， 導致其體積干縮數值大，數值在 120%范圍內變化。 這大數量的體

4、積變化， 對于含水量高的板材、來說，在貿易上會產生材積數量的短缺，木材流通領域應注意此問題。1.2 影響木材干縮和濕脹主要因素， 木材干縮濕脹除了明顯的各個方向的異性外， 還與下 列因素有關。（ 1）樹種樹種不同，其構造和密實程度不同，干縮濕脹樹種間差異很大（表5-5 ）。有的樹種很容易干燥，干縮濕脹和變形都很小，而有的樹種特難干燥， 其干縮濕脹很大，使用和 干燥過程中特別易發生開裂變形。（2） 微纖絲角度木材管胞或纖維胞壁S2層微纖絲角度對木材各向干縮有較大的影響，如圖 5-8。微纖絲角增大，縱向干縮變大，而弦向干縮變小。特別是微纖絲角大于30，木材縱向干縮明顯增大， 會因起板材翹曲現象。

5、人工林短周期小徑材或帶有髓心的板材易發生此種 現象，直接影響到板材的利用。（3） 晚材率木材年輪內早晚材顏色差異大，反映出其密實程度差異大。現代技術X身寸線 密度儀顯示晚材最大密度要比早材最小密度大 2-3倍。表 5-6 為馬尾松木材晚材率與其橫紋 干縮間的關系， 隨著晚材率的增大， 徑弦向干縮率直線增加， 并且弦向干縮始終大于徑向干 縮。表 5-3 中三個樹種為分離后的早材、晚材分別測定的結果，早材、晚材弦向干縮也大于 其徑向干縮。 這也反映出密實程度大的晚材干縮性， 要比密實程度小、 松軟的早材干縮大得 多。木材的順紋干縮與此相反， 即木材順紋干縮率與密度成反比。 當晚材率增加時，順紋干

6、縮減小，即木材密度愈小，早材相應增多，順紋干縮亦因而愈大。之所以如此變異，為早材 次生壁的中間層較薄， 微纖絲的排列相對的成較大角度， 木材順紋干縮與此角度成正比， 所 以早材率越大，木材順紋干縮也越大；晚材率大，木材順紋干縮小。（ 4）樹干中的部位樹干中近髓心的木材，其縱向干縮率大，徑向干縮與弦向干縮小；而 遠離髓心的和近樹皮處的木材縱向干縮小， 徑向干縮與弦向干縮小。 這種變化與木材密度和 纖絲角度隨年齡變化規律有關。2 木材干縮與濕脹各向差異的原因 木材干縮、濕脹之所以有縱向、橫向不同及徑向與弦向的差異，主要與組成木材這種材 料的細胞種類、 細胞壁構造和化學成分特性相關。 針葉材主要是有

7、管胞組成， 有少量的木射 線組織。闊葉材主要組成分子是木纖維、 導管、軸向薄壁組織和木射線。它們細胞壁主要化 學組成是纖維素、 木素和半纖維素及少量浸提物。 理解這些細胞壁結構特性和化學成分的性 質，就不難理解木材干縮與濕脹各向差異的原因。 下面分別敘述順紋方向（縱向） 干縮與橫 紋方向（橫向）干縮差異及橫向干縮中徑向與弦向差異的原因。2.1 縱向干縮與橫向干縮差異的原因 木材縱向干縮小，橫向干縮大。形成此種現象的主要原因，關鍵在于木材的構造和化學 組成成分的特性。 木材中僅有木射線細胞是橫向排列， 絕大部分細胞是縱向排列。 而細胞壁 以次生壁占絕大部分，次生壁中S2 層占絕對優勢（ 7090

8、%），因此木材干縮主要取決于次生壁 S2 層微纖絲的排列方向。微纖絲是由纖維素長鏈狀分子組成，纖維素與水有很大的親 和力，木材的含水率在纖維飽和點時，細胞壁完全充滿水，如圖510A。當含水率在纖維飽和點以下時，木材開始干燥，水分蒸出，微纖絲之間的距離逐漸縮小，如圖510B;至絕干材時達到最大干縮量，如圖510C。反之絕干材吸收水分后，微纖絲之間的距離逐漸增大，木材膨脹，直至纖維飽和點時達到最大濕脹量。木材細胞壁次生壁中間層微纖絲主軸是由C-G C-O鍵連結，水分子無法進入到纖維素分子鏈內的長度方向。 微纖絲鏈狀分子上的碳、 氧原子只能在原子核范圍內活動， 其本身軸 向不發生收縮。由于正常木材細

9、胞次生壁中層微纖絲排列方向與主軸不完全平行，而成 1030o 的夾角，橫紋收縮時在軸向會產生微小的分量（0.1-0.3%）。因此軸向收縮很小，橫向干縮大于縱向。縱向收縮的大小主要取決于微纖絲角的大小。由于S1層、S3層微纖絲排列方向與主軸近于垂直，S1層微纖絲在內起著支架作用，限制S2層向內收縮；S3層微纖絲在外層圈著S2層，限制S2層向外過度膨脹，因此木材不會發生無限膨脹和無限收縮。2.2 徑向與弦向干縮差異的原因 木材徑向干縮是弦向干縮的一半，產生這種現象的原因復雜，不是單一理論可以解釋， 而且與不同的樹種、 木材的構造有關。目前， 解釋其原因主要有早晚材的影響、徑向木射線 的抑制作用、細

10、胞徑向壁與弦向壁木素含量的差異及紋孔數量多少的影響等理論。（ 1）早材與晚材的影響木材收縮量與其細胞壁所含物質含量多少成正比。早材材質輕軟，細胞壁物質含量少， 密實程度低， 干縮小； 晚材材質較硬， 細胞壁物質含量多， 密實程度大， 干縮大。 橫切面上徑向， 年輪中早材與晚材是串聯的， 徑向干縮是早材干縮和晚材干縮的加 權平均值。 而弦向， 年輪中早材與晚材是并聯的， 弦向干縮主要受晚材的影響，干縮大的晚 材迫使整個年輪均隨晚材干縮， 因而使弦向干縮接近于晚材的干縮， 而這樣就造成木材的弦 向干縮大于徑向。（2）徑向木射線的抑制作用木材中，木射線是唯一橫向排列細胞所組成。木射線細胞呈 徑向排列

11、， 其細胞微纖絲排列方向與射線細胞軸向一致，因其縱向收縮小， 機械地抑制木材徑向收縮； 而木材弦向為射線細胞的橫向，橫向干縮大。這使得木材徑向收縮小于弦向。北美紅櫟實驗表明，單一木射線組織徑向上的全干縮為 2.5；而無射線的部分徑向全干縮率 為 5.1 。柳杉、赤松、扁柏等樹種均與假設相等。（ 3）細胞徑向壁與弦向壁中木素含量的差異的影響木材主要化學成分中，木素的剛度比 綜纖維素（纖維素、半纖維素）高，木素的吸濕性比綜纖維素小。木材縱向細胞的徑面壁上 木素的含量比弦面壁高，其吸濕性較弦面小，多少限制了木材徑向干縮。（4）木材各種細胞干燥過程本身不均勻收縮木材細胞分子中，導管、 薄壁細胞弦向干縮

12、大于徑向干縮，木射線寬度方向干縮（木材弦向）較長度方向（木材徑向）干縮大，致使弦向 干縮大于徑向。早晚材管胞弦向干縮大于徑向。木纖維各向干縮幾乎相同。（ 5）徑壁、弦壁紋孔數量及其周圍纖絲角度變大的影響紋孔是細胞次生壁局部未能加厚而 留下的孔道。紋孔的存在使其周圍微纖絲的排列方向偏離了細胞主軸方向，纖絲角度變大， 導致紋孔周圍縱向干縮大，橫向（徑向）收縮小。徑切面紋孔多（針葉材特別明顯） ，其纖 絲角度大，縱向干縮大，橫向（徑向）收縮小。弦切面紋孔少，纖絲角度小，縱向干縮小， 橫向（徑向）收縮大，故弦向大于徑向。此外，紋孔越多，胞壁實質就越少，木材的干縮與 胞壁實質成正比。徑面壁上紋孔多，胞壁

13、實質少，橫向干縮小。3 木材干縮的評價指標與測定方法3.1 木材干縮性的評價指標 木材的干縮和濕脹的程度在三個不同方向上不一樣，木材的干縮性質常用干縮率、干縮 系數和差異干縮來表達。（ 1）氣干干縮率從生材或濕材在無外力狀態下自由干縮到氣干狀態，其尺寸和體積的變 化百分比稱為木材的氣干干縮率，可按下式分別計算徑向、弦向和體積氣干干縮率。（ 2）全干干縮率木材從濕材狀態干縮到全干狀態下，其尺寸和體積的變化百分比稱為木 材的全干干縮率，可按下式分別計算徑向、弦向和體積全干干縮率。木材干縮率中，三個方向干縮大小順序為弦向、徑向和縱向；木材體積干縮率為最大， 近似等于徑向、弦向和縱向干縮率之和。（ 3

14、）干縮系數為了能比較在不同含水率區段下的干縮值，采用干縮系數這一指標，以計 算確定出木材加工過程中板材尺寸和濕單板剪切時應留出的干縮余量。 生材和濕材干縮值計 算，其起點含水率可取纖維飽和點30的數值進行計算。干縮系數是指吸著水每變化1%時木材的干縮率變化值，用K來表式。弦向、徑向、縱向和體積干縮系數分別記為KT、KR、KL和KV。（4）差異干縮木材弦向干縮與徑向干縮的比值稱為差異干縮。弦徑向干縮之比小， 縱向干縮小， 木材尺寸穩定。 收縮率大小是估量木材穩定性好壞的主要依據， 差異干縮是反映木材 干燥時， 是否易翹曲和開裂的重要指標。 根據木材差異干縮的大小，大致可決定木材對特殊用材的適應性。為了比較橫向兩個不同方向上，徑向和弦向干縮差異程度，常用差異干縮D來表示。根據D值大小分成三級：D>2為大，如栲木為2.16; 1.5WDW 2為中，如水曲柳為1.79;DV 1.5為小，如蜆木為1.3。3.2木材干縮的測定（1）試樣要求：用飽和水分的濕材制作，尺寸為20X 20 x 20mm ,其各向應為標準的縱向、徑向和弦向。（ 2）方法與步驟 測定時，試樣的含水率應高于纖維飽和點，否則應將試樣浸泡于溫度20 ± 2C的蒸餾水中， 至尺寸穩定后再測定。 在每試樣各相對面的中心位置， 分別測量試樣的徑向和弦向尺 寸，準確至0.01mm。測定過程中應使試樣保持濕材狀