木材科學(xué)與工程概論課件

木材科學(xué)與工程概論

2010.3.

緒論1木材工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用中國已成為全球木制品生產(chǎn)大國木材工業(yè)是常青產(chǎn)業(yè)、富民產(chǎn)業(yè)

緒論1木材工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用在世界公認(rèn)的四大原材料中（鋼鐵、水泥、塑料、木材），木材是唯一可再生對環(huán)境友好的生物質(zhì)材料。與其他礦物材料相比，木材加工耗能最低、對環(huán)境污染小，可自然降解和回收利用，樹木生長過程中還具有固碳作用。在21世紀(jì)人類生存和發(fā)展所面臨的資源、能源、環(huán)境等一系列重大問題中，木材工業(yè)具有不可替代的作用。木材加工行業(yè)盡管是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，但其產(chǎn)品與人民生活密不可分，經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，人們對天然木質(zhì)材料產(chǎn)品需求越迫切，從這一意義上講，木材加工業(yè)是常青產(chǎn)業(yè)。木材加工業(yè)是勞動(dòng)密集型行業(yè)，勞動(dòng)力容納量大，對當(dāng)前我國所處社會(huì)轉(zhuǎn)型期顯得尤為重要，所以木材工業(yè)也是富民產(chǎn)業(yè)。緒論我國森林資源消費(fèi)結(jié)構(gòu)森林年均消耗量：3.2-3.3億米商品材：1.5-1.6億米3生產(chǎn)商品原木：9200萬米3

農(nóng)民自用材：約0.8億米3

薪材：約0.9億米3

森林年生長量：約4.7億米3

自然枯損、火災(zāi)損失等：約0.6億米3

實(shí)際生長量：約4.1億米3

理論上有資源結(jié)余：0.8-0.9億米3

實(shí)際4.1億生長量中，成過熟林生長量僅1.1億米3，占26%，尚有一部分在天然禁伐地區(qū)，其余為中、幼林、疏林，故用材林資源赤字十分嚴(yán)重。緒論木材生產(chǎn)與貿(mào)易2008年木材產(chǎn)量

原木7357.32萬米3鋸材2840.95萬米3

木材歷年進(jìn)口情況

1950-195930萬米3

1960-19695.14萬米3

1970-19794.64萬米3

1980-19891.33億米3

1990-19941.14億米3

1995-19992.26億米3

20021.116億米3

20031.231億米3

緒論制材與干燥鋸材

2001731萬米3

2002851萬米3

20072829萬米3

20082840萬米3

干燥

80年代約400萬米3

90年代約800萬米3

2000年以后約1300萬米3

緒論人造板年產(chǎn)量、產(chǎn)值變化1970年24萬米310余億元1980年91萬米340億元1995年1700萬米3200多億元2000年2000萬米3300多億元2005年6400萬米31200億元2007年8800萬米31500億元緒論家具生產(chǎn)年產(chǎn)值變化

195715.8億元19667.59億元197913億元1985

29億元1995466億元20001200億元20053400億元20075400億元20086480億元緒論木門窗木包裝工程木構(gòu)件竹材產(chǎn)品木工與人造板機(jī)械緒論3.木材工業(yè)發(fā)展趨勢中國城鎮(zhèn)化建設(shè)對木材工業(yè)的拉動(dòng)木材工業(yè)實(shí)行戰(zhàn)略升級(jí)，做大做強(qiáng)解決資源制約問題科技創(chuàng)新，提升行業(yè)競爭力循環(huán)利用木材，倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)與消費(fèi)緒論中國城鎮(zhèn)化建設(shè)對木材工業(yè)的拉動(dòng)城鎮(zhèn)化率1978年17.9%1995年29.0%1996年30.5%2008年45.7%城鎮(zhèn)居民人數(shù)與住宅建設(shè)

1980年1.9億人,人均不足5平方米2005年5.4億人,人均超過26平米2020年要超8.5億人，人均超35平米緒論木材工業(yè)戰(zhàn)略升級(jí)，做大做強(qiáng)

中國如何從木材工業(yè)大國走向木材工業(yè)強(qiáng)國。木材行業(yè)上市公司代表了中國木業(yè)未來發(fā)展方向。.（吉林森工、大亞、宜華、德華、圣象、永安林業(yè)、德爾）

外資的進(jìn)入，預(yù)示國內(nèi)市場將進(jìn)入全球化競爭。（歐洲克諾斯班在中國中密度和強(qiáng)化地板生產(chǎn)線、控股上海板機(jī)廠;美國阿姆斯壯與大自然合資建地板廠;IFC入股廣西豐林人造板;美國凱雷基金入股上海安信地板…)

中國木材工業(yè)需產(chǎn)業(yè)升級(jí)，走品牌集中化、產(chǎn)權(quán)多元化、規(guī)模大型化、經(jīng)理職業(yè)化中國特色之路。緒論全世界木材貿(mào)易量（2000）工業(yè)材原木：1.2億米3

鋸材（含枕木）：1.05億米3

木質(zhì)人造板：0.38億米3

紙漿、廢紙：0.46億噸紙、紙板：0.72億噸中國進(jìn)口量（2003）0.25億米3占總量1/5550萬米3占總量1/200.24億噸占總量1/5緒論科技創(chuàng)新，提升行業(yè)競爭力木質(zhì)環(huán)境材料與制品研發(fā)功能性木基復(fù)合材料研發(fā)木制品先進(jìn)制造技術(shù)節(jié)能技術(shù)，低碳經(jīng)濟(jì)，環(huán)境友好

緒論循環(huán)利用木材，倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)與消費(fèi)堅(jiān)持開發(fā)與節(jié)約并重、節(jié)約優(yōu)先的方針，按照減量化、再利用、資源化原則，大力推進(jìn)節(jié)能節(jié)材，加強(qiáng)資源綜合利用，全面推行清潔生產(chǎn)，完善再生資源回收利用體系，形成低投入、低消耗、低排放和高效率的節(jié)約型增長方式。重視城市木材廢料和廢紙回收利用問題。緒論4.木工概論主要講授內(nèi)容木材學(xué)制材學(xué)木材干燥學(xué)木質(zhì)復(fù)合材料制造學(xué)木制品生產(chǎn)緒論人類對森林資源的認(rèn)識(shí)與演變

農(nóng)業(yè)社會(huì)工業(yè)社會(huì)20世紀(jì)80年代

林業(yè)生態(tài)建設(shè)；林業(yè)產(chǎn)業(yè)建設(shè)北休、南用、東擴(kuò)、西進(jìn)蘇北模式：楊樹華南模式：桉樹 現(xiàn)代化的木材工業(yè)企業(yè)（大亞木業(yè)廠區(qū)圖）德國蒂芬巴赫連續(xù)壓機(jī)第一章木材學(xué)知識(shí)

木材產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域（2003）總量28310萬米3100%建筑、裝修6300萬米322%家具3150萬米311%造紙9050萬米332%農(nóng)業(yè)及農(nóng)村6000萬米322%其他3810萬米313%1.木材構(gòu)造木材宏觀特征木材三切面：橫切面，弦切面，徑切面邊材和心材:顯心材，邊材，隱心材年輪（生長輪）早材和晚材（春材、秋材）有孔材-闊葉材（散孔材，環(huán)孔材，半環(huán)孔材）無孔材-針葉材樹脂道，樹膠道木射線（細(xì)，中等，寬）軸向薄壁組織紅松(Pinuskoraiensis)歐洲水青木(Fagussylvatica)1.木材構(gòu)造細(xì)胞壁超微結(jié)構(gòu)

葡萄糖基—纖維素大分子—基本纖絲—微纖絲—細(xì)胞壁結(jié)晶區(qū)，非結(jié)晶區(qū)初生壁：P層--厚度大于1%次生壁：S1層—10%-22%S2層—70%-90%S3層—2%-3%1.木材構(gòu)造木材顯微結(jié)構(gòu)針葉材顯微組成（簡單）厚壁組織管胞大約占90%木射線管胞薄壁組織軸向薄壁組織樹脂道木射線薄壁組織大約占7%闊葉材顯微組成（復(fù)雜）厚壁組織導(dǎo)管大約占20%闊葉管胞木纖維大約占50%薄壁組織軸向薄壁組織樹膠道木射線薄壁組織大約占17%2.木材性質(zhì)木材物理特性木材密度生材密度氣干密度全干密度基本密度樹種差異（0.12-1.2）樹干部位差異2.木材性質(zhì)木材物理特性

木材中水分自由水吸附水化合水

木材含水率纖維飽和點(diǎn)木材吸濕性

木材干縮與濕脹2.木材性質(zhì)木材物理特性木材熱學(xué)性質(zhì)

熱傳遞熱擴(kuò)散熱分解2.木材性質(zhì)木材物理特性木材電學(xué)性質(zhì)直流電性質(zhì)高頻介電性質(zhì)2.木材性質(zhì)木材環(huán)境學(xué)特性

木材視覺特性

木材顏色木材光澤木材結(jié)構(gòu)（粗糙、細(xì)致光滑…）木材花紋（紋理、髓斑和節(jié)子組成的圖案和變化）2.木材性質(zhì)木材環(huán)境學(xué)特性

木材觸覺特性木材表面冷暖感木材表面粗糙感木材表面軟硬感

木材氣味重量2.木材性質(zhì)木材環(huán)境學(xué)特性

木材調(diào)濕特性身體舒適濕度55%-60%木材調(diào)濕能力

木材聲學(xué)性質(zhì)反射（音樂廳聲學(xué)板）吸收（軟質(zhì)吸音板）2.木材性質(zhì)木材力學(xué)性質(zhì)按材料力學(xué)性質(zhì)分強(qiáng)度、硬度、剛性、韌性按荷載形式分靜力荷載沖擊荷載振動(dòng)荷載長期荷載按作用力方式分拉伸、壓縮、剪切、彎曲、扭轉(zhuǎn)按作用力方向分順紋橫紋（徑向、弦向）按材料力學(xué)性質(zhì)分抗劈力握釘力彎曲能力耐磨性2.木材性質(zhì)木材的各向異性木材彈性模量木材的糯變木材的松馳木材的塑性

3.木材主要缺陷與改性木材木材生長缺陷斜紋節(jié)子（活節(jié)、死節(jié)）樹木生長應(yīng)力（夾鋸、劈裂）應(yīng)力木（應(yīng)壓木、應(yīng)拉木）脆性（三人木）樹脂缺陷夾皮

2.3木材主要缺陷與改性木材干燥缺陷開裂（表裂、端裂、內(nèi)裂）開裂節(jié)和節(jié)子松動(dòng)翹曲（瓦翹、弓翹、順彎、扭曲）表面硬化皺縮輪裂機(jī)械加工缺陷凹凸紋理粗松紋理毛狀紋理撕裂紋理DryingDefects板材皺縮

3.木材主要缺陷與改性木材木材變色木材霉變木材腐朽木材蟲害濕心材幼齡材

3.木材主要缺陷與改性木材防腐木材阻燃木材木材尺寸穩(wěn)定處理木塑復(fù)合材（WPC）木材染色炭化木壓縮木金屬木木材陶瓷納米木材第二章制材學(xué)制材學(xué)是一門研究原木特性，原木與鋸材貯存、保管，制材設(shè)備使用，原木鋸解工藝，鋸材分選與檢驗(yàn)，鋸材深加工和剩余物利用及制材企業(yè)設(shè)計(jì)的理論和技術(shù)的課程。制材學(xué)任務(wù):提高原木出材率、鋸材質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善勞動(dòng)環(huán)境，增加產(chǎn)品附加值、經(jīng)濟(jì)效益最大化，提升企業(yè)現(xiàn)代化水平。第二章制材學(xué)制材是木材機(jī)械加工工業(yè)中最基本和出現(xiàn)最早的工業(yè)部門，制材工業(yè)同時(shí)也是世界木材工業(yè)中最大的部門之一。世界工業(yè)材年采伐量16.82億立方米，約50%用于生產(chǎn)制材。約有20萬個(gè)制材廠。鋸材產(chǎn)量4.2億立方米.2008年，中國原木（工業(yè)材）年產(chǎn)量7357萬立方米，鋸材2840萬立方米。大、中型制材企業(yè)約2000多個(gè)。第二章制材學(xué)制材工業(yè)發(fā)展2000多年前魯班發(fā)明手鋸。公元前600年埃及金字塔壁畫中青銅手鋸。1780年前后歐洲出現(xiàn)水力框鋸、圓鋸制材廠。1880年英國發(fā)明第一臺(tái)帶鋸機(jī)。20世紀(jì)上半葉制材企業(yè)機(jī)械化流水作業(yè)，大型化。20世紀(jì)下半葉制材工業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用（光電技術(shù)，CT掃描檢測，應(yīng)力分等，計(jì)算機(jī)制材等等）。近30年受到木材資源制約，全球鋸材產(chǎn)量增長很小，制材工業(yè)發(fā)展減緩。產(chǎn)品向深加工發(fā)展。第二章制材學(xué)1.制材生產(chǎn)的原料與產(chǎn)品原條造材原條原木造材方法與原則原木長度原木直徑量材優(yōu)先原則（特殊、優(yōu)質(zhì)、長材，尖削度，見彎取直，缺陷集中）第二章制材學(xué)1.制材生產(chǎn)的原料與產(chǎn)品原木按樹種分針葉材原木（建筑、車船等）闊葉材原木（家具、文體、裝修等）按使用方式分直接用原木（支柱、支架等）單板用原木（鏇切、刨切等）鋸切用原木第二章制材學(xué)1.制材生產(chǎn)的原料與產(chǎn)品鋸切用原木

樹種和用途（針葉材、闊葉材國家標(biāo)準(zhǔn)）

尺寸和公差（檢尺長、檢尺徑、進(jìn)級(jí)、長級(jí)公差）

材質(zhì)等級(jí)（國家標(biāo)準(zhǔn)）

原木檢驗(yàn)和等級(jí)評定（等級(jí)缺陷限度，國家標(biāo)準(zhǔn)）

原木斷面形狀，原木尖削度，原木彎曲

活節(jié)、死節(jié)、漏節(jié)，心材腐朽，邊材腐朽，蟲眼，縱裂，外夾皮，彎曲，扭轉(zhuǎn)紋，外傷，偏枯等第二章制材學(xué)1.制材生產(chǎn)的原料與產(chǎn)品制材生產(chǎn)的產(chǎn)品

鋸材分類

樹種，用途，厚度（薄、中、厚），鋸材斷面位置（髓心板、半心板、邊板），加工特征（整邊板、毛邊板、缺棱板），年輪與材面角度（玹切、徑切）鋸材產(chǎn)品名稱（主產(chǎn)品，副產(chǎn)品，連產(chǎn)品，小規(guī)格材）制材生產(chǎn)副產(chǎn)品（工藝木片，木地板，木制品，膠合木，樹皮，鋸屑，薪炭材）第二章制材學(xué)1.制材生產(chǎn)的原料與產(chǎn)品原木與鋸材的貯存保管原木貯存保管貯木場水存法、濕存法、干存法鋸材貯存保管板院場地規(guī)劃與技術(shù)要求第二章制材學(xué)2.原木鋸解工藝與設(shè)備制材設(shè)備主要工藝設(shè)備鋸機(jī)類型帶鋸機(jī)，圓鋸機(jī)，排鋸機(jī)，聯(lián)鋸，削片制材聯(lián)合機(jī)等鋸機(jī)附屬設(shè)備跑車，原木上車裝置，翻木裝置，接板、分板、傳送裝置等

其他工藝設(shè)備原木分類、材積自動(dòng)檢測機(jī)械，剝皮機(jī)械，金屬探測儀，選、堆材機(jī)械等第二章制材學(xué)2.原木鋸解工藝與設(shè)備原木鋸解工藝與設(shè)備出材率質(zhì)量系數(shù)價(jià)格率下鋸法單鋸法、群鋸法四面、三面和毛板下鋸法第二章制材學(xué)2.原木鋸解工藝與設(shè)備原木鋸解工藝與設(shè)備下鋸圖

毛板下鋸法下鋸圖三面下鋸法下鋸圖四面下鋸法下鋸圖設(shè)計(jì)下鋸圖的原則

主產(chǎn)出材率，價(jià)格率，鋸材產(chǎn)品合理搭配，綜合考慮原木的樹種、材長、徑級(jí)、缺陷及其形狀等因素，合理分配各鋸機(jī)的工作量、均衡生產(chǎn)。第二章制材學(xué)2.原木鋸解工藝與設(shè)備原木鋸解工藝與設(shè)備最大出材率計(jì)算

圓柱形、橢圓形、原木邊部板皮鋸解下鋸法根據(jù)板皮厚度先鋸中、薄毛邊板，再合理裁邊、截頭缺陷原木下鋸法節(jié)子原木，腐朽原木，裂紋原木，彎曲原木，偏心原木，尖削度過大原木，髓心原木，蟲害原木下鋸法特種鋸材下鋸法

徑向材下鋸法，炫向材下鋸法第二章制材學(xué)2.原木鋸解工藝與設(shè)備提高出材率的工藝措施

實(shí)行產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)改進(jìn)加工工藝和方法（合理的工藝流程、合理的下鋸圖、合理的下鋸方法、合理留鈍棱、合理截?cái)唷迤ず侠礓徃睿┘訌?qiáng)修鋸技術(shù)，減小鋸路寬度提高鋸機(jī)精度，減小誤差第三章木材干燥學(xué)1.緒論木材干燥的作用與意義

預(yù)防木材腐朽變質(zhì)和蟲害

防止木材的變形和開裂

提高木材的力學(xué)強(qiáng)度，改善木材的物理性能

減輕木材的重量

第三章木材干燥學(xué)1.緒論木材干燥方法大氣干燥

普通氣干強(qiáng)制氣干

窯干

低溫窯干常規(guī)窯干高溫窯干除濕（熱泵）干燥

真空干燥

連續(xù)真空間歇真空

太陽能干燥

高頻、微波干燥常規(guī)窯干與微波聯(lián)合干燥

熱壓（壓板）干燥

太陽能干燥組合干燥第三章木材干燥學(xué)1.緒論木材干燥技術(shù)進(jìn)展

鋸材人工干燥量通常占鋸材總量

西方發(fā)達(dá)國家60%-70%,美國90年代達(dá)83%中國20%左右

與我國全球家具、木地板、人造板第一生產(chǎn)大國身份極不相符。我國的木材干燥工業(yè)任重而道遠(yuǎn)。第三章木材干燥學(xué)

1.緒論木材干燥技術(shù)進(jìn)展木材產(chǎn)品加工精度要求不斷提高。（三層實(shí)木復(fù)合地板面板尺寸誤差<0.1mm）

木材產(chǎn)品要求實(shí)行含水率精準(zhǔn)控制。（實(shí)木地板含水率片檢）古典家具、工藝品收藏市場變大，對木材材質(zhì)穩(wěn)定提出高要求。（木材尺寸穩(wěn)定化處理、碳化處理）第三章木材干燥學(xué)1.緒論木材干燥技術(shù)進(jìn)展

傳統(tǒng)木材干燥行業(yè)需要用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來改造和拓展

智能化，集成化，精準(zhǔn)干燥，綠色干燥

重視進(jìn)口木材材性和干燥技術(shù)研究

高效優(yōu)質(zhì)，節(jié)能減排，又好又快。人工林木材的功能改良、修飾

材料重組：MDF;膠合板材；LVL；科技木（人造仿真鋸材）

密實(shí)化處理：表層密實(shí)化處理；浸漬處理（物理充填）；壓縮木

干燥與改性一體化技術(shù)：脫脂干燥處理；熱壓干燥第三章木材干燥學(xué)2.木材干燥基本原理木材含水率絕對含水率,相對含水率自由水吸附水纖維飽和點(diǎn)木材平衡含水率木材吸濕滯后干縮與濕脹木材干縮系數(shù)

第三章木材干燥學(xué)2.木材干燥基本原理木材中水分遷移表面水分蒸發(fā)內(nèi)部水分移動(dòng)1/1000含水率梯度木材干燥應(yīng)力含水率應(yīng)力殘余應(yīng)力應(yīng)力與應(yīng)變第三章木材干燥學(xué)

3.木材干燥工藝

木材干燥原則木材干燥基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn)含水率基準(zhǔn)波動(dòng)基準(zhǔn)干燥梯度基準(zhǔn)3.木材干燥工藝干燥前預(yù)處理中間處理終了處理調(diào)濕處理第三章木材干燥學(xué)第三章木材干燥學(xué)3.木材干燥工藝木材干燥質(zhì)量要求含水率均勻性應(yīng)力偏差可見缺陷表裂,端裂,內(nèi)裂瓦彎,弓彎,順彎,翹曲皺縮，變色木材加工全過程含水率管控干材倉庫片檢養(yǎng)生處理二次干燥木材中不同位置木材的不同變形第三章木材干燥學(xué)

4.木材窯干設(shè)備木材窯干設(shè)備類型

自然循環(huán)干燥窯強(qiáng)制循環(huán)干燥窯周期式干燥窯連續(xù)式干燥窯磚混結(jié)構(gòu)干燥窯金屬裝配式干燥窯上部風(fēng)機(jī)式側(cè)向風(fēng)機(jī)式端部風(fēng)機(jī)式噴氣式1.風(fēng)機(jī)2.加熱器3.測試孔4.稱重裝置5.操縱柄6.進(jìn)氣道7.擋風(fēng)板8.排氣道9.排氣道10.電機(jī)11.噴蒸管12.擋風(fēng)板側(cè)風(fēng)機(jī)型干燥窯端風(fēng)機(jī)型干燥窯1.大門2.通風(fēng)機(jī)3.進(jìn)、排氣道4.操縱柄5.疏水器6.長軸7.加熱器8.測試口9.噴蒸管第三章木材干燥學(xué)4.木材窯干設(shè)備干燥窯殼體

需滿足密閉、保溫與防腐蝕的特殊要求木材窯干設(shè)備主要組成 供熱系統(tǒng)，調(diào)濕系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)，檢測與自控系統(tǒng)。第三章木材干燥學(xué)5.現(xiàn)代木材干燥技術(shù)木材真空干燥

原理

壓力差作用、低沸點(diǎn)蒸發(fā)

真空干燥方式

連續(xù)式、間歇式

真空干燥加熱方式

對流加熱、高頻加熱、熱板（接觸）加熱

第三章木材干燥學(xué)5.現(xiàn)代木材干燥技術(shù)木材真空干燥

優(yōu)點(diǎn)：干燥速度快，干燥質(zhì)量好。

缺點(diǎn)：設(shè)備容量較小，真空系統(tǒng)復(fù)雜。

真空干燥法適用范圍

透氣性好的木材