原料的性質(zhì)決定了原料的質(zhì)量。因此，了解原料的性質(zhì)和特點(diǎn)對(duì)于選擇合理的刨花板生產(chǎn)工藝和設(shè)備都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

木材的解剖特性

木材是由無(wú)數(shù)細(xì)胞構(gòu)成的，根據(jù)它們?cè)谀静闹械奈恢?、機(jī)能和生理作用不同，木材的細(xì)胞分為厚壁細(xì)胞和薄壁細(xì)胞。其中，起增進(jìn)機(jī)械強(qiáng)度功能的是厚壁細(xì)胞，如針葉材的管胞、闊葉材的木纖維，這些細(xì)胞細(xì)長(zhǎng)、壁厚、腔窄、兩端較小，通稱(chēng)為纖維細(xì)胞(簡(jiǎn)稱(chēng)纖維)。纖維細(xì)胞決定著木材及其制品的機(jī)械強(qiáng)度，是影響刨花板質(zhì)量的主要因素之一。除纖維以外的細(xì)胞稱(chēng)為“雜細(xì)胞”，如木材的木射線、薄壁細(xì)胞等，這些細(xì)胞壁薄、短小、切削加工時(shí)易碎，因此，“雜細(xì)胞"含量高的原料質(zhì)量較差。細(xì)胞壁是木材的實(shí)質(zhì)部分，是植物所特有的一種結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2-1)。

針、闊葉材的各類(lèi)細(xì)胞含量是不同的。針葉材中的管胞占整個(gè)木材體積的90%~95%，不同針葉材樹(shù)種間的各類(lèi)細(xì)胞組成變化不大。而闊葉材則不同，不同樹(shù)種間的各類(lèi)細(xì)胞組成差異很大，有的樹(shù)種纖維含量高達(dá)80%，而有的樹(shù)種纖維含量?jī)H有16%。

木材的物理性質(zhì)

木材的物理性質(zhì)主要包括木材的水分、密度、濕脹干縮現(xiàn)象等，它們既關(guān)系到木材的加工，也與制品的性能關(guān)系密切。

(1)木材的水分

通常，采伐后不久木材中的水分以自由水、吸著水、化學(xué)水三種形式存在。

①自由水：是指存在于木材細(xì)胞腔等大毛細(xì)管系統(tǒng)中的水分。這部分水分只對(duì)木材的密度、保存性、燃燒性等有影響，而對(duì)木材的其他性能基本上沒(méi)有影響。

②吸著水：是指存在并被吸附于細(xì)胞壁等小毛細(xì)管系統(tǒng)中的水分。這部分水分不僅影響木材的密度，而且與木材的強(qiáng)度、脹縮、電和熱的傳導(dǎo)性等關(guān)系密切。

③化學(xué)水：存在于木材化學(xué)成分中，與木材呈化學(xué)方式結(jié)合，結(jié)合較緊密，用通常溫度下的熱處理無(wú)法除去。這部分水分只在木材化學(xué)加工(如木材干餾)時(shí)才起作用，且數(shù)量很少，般不予考慮。

濕木材放置在空氣中干燥，當(dāng)自由水蒸發(fā)完畢而吸著水尚在飽和狀態(tài)時(shí)，稱(chēng)為纖維飽和點(diǎn)，此時(shí)的木材含水率稱(chēng)為纖維飽和點(diǎn)含水率。纖維飽和點(diǎn)含水率反映的是吸著水的較大量，其因樹(shù)種不同而有差別，通常在30%左右。纖維飽和點(diǎn)含水率有很重要的實(shí)際意義，它是木材許多性質(zhì)在含水率影響下發(fā)生變化的起點(diǎn)。在此點(diǎn)以上時(shí)，木材的許多性質(zhì)近乎不變，而在此點(diǎn)以下則隨含水率的增減而發(fā)生明顯的變化。

(2)木材的濕漲干縮

木材與金屬、塑料等其他材料較大的不同，就在于木材會(huì)因其水分的變化而發(fā)生濕漲干縮現(xiàn)象。木材含水率在纖維飽和點(diǎn)以上時(shí)，水分變化幾乎不會(huì)導(dǎo)致干縮和濕脹;當(dāng)其含水率降低到纖維飽和點(diǎn)時(shí)，就會(huì)開(kāi)始干縮，含水率越低則干縮越多，含水率降低到零時(shí)，木材干縮達(dá)到較大。反之，在纖維飽和點(diǎn)以下木材隨含水率的增加而膨脹，直到含水率達(dá)到纖維飽和點(diǎn)，則木材膨脹達(dá)到較大值。

木材為各向異性材料，它的干縮和濕漲在各個(gè)方向上存在較大差異?？v向較小(約0.1%)，徑向居中(約3%~7%)，弦向較大(約6%~14%)。不同樹(shù)種木材的干縮濕漲率也有較大差異。

(3)木材的密度

木材的密度是指單位體積木材的質(zhì)量，般以單位g/cm3表示。它是木材物理性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，并與木材的其他物理性質(zhì)如強(qiáng)度、硬度、干縮率、濕漲率等密切相關(guān)，因此可以根據(jù)它來(lái)估計(jì)木材的質(zhì)量。

木材是由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔以及其他空隙構(gòu)成的多孔性物質(zhì)，因此，木材的密度有容積密度、胞壁密度和實(shí)質(zhì)密度之分。木材實(shí)質(zhì)密度是去除所有空隙后的木材密度，與樹(shù)種關(guān)系很小，通常取1.5g/cm³。木材胞壁密度因樹(shù)種不同而異，一般為0.71~1.27g/cm³根據(jù)含水率不同，木材的容積密度又分為基本密度(絕干質(zhì)量與生材體積之比)、生材密度(生材質(zhì)量與生材體積之比)、氣干密度(氣干質(zhì)量與氣干體積之比)和絕干密度(絕干質(zhì)量與絕干體積之比)。刨花板生產(chǎn)中較常用的是氣干密度，我國(guó)規(guī)定的氣干含水率為15%。本書(shū)后面章節(jié)所涉及木材密度，如無(wú)特殊說(shuō)明均指氣干密度。

木材的力學(xué)性質(zhì)

木材原料本身的力學(xué)性質(zhì)在某種意義上決定了刨花板產(chǎn)品的物理力學(xué)性能，同時(shí)對(duì)熱壓工藝也有重要影響。

木材的力學(xué)性質(zhì)主要包括木材的強(qiáng)度(抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等)、木材的彈性和塑性、蠕變性能以及硬度等。木材的強(qiáng)度是木材重要的力學(xué)性質(zhì)，它表示木材抵抗外部機(jī)械力作用的能力。木材的各向異性決定了木材在各個(gè)方向上存在較大的性能差異，一般說(shuō)來(lái)，木材的抗拉強(qiáng)度縱向大于橫向，而抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度橫向大于縱向。不同樹(shù)種的木材強(qiáng)度差異很大。影響木材強(qiáng)度的因素很多，主要是木材缺陷，其次是木材密度、含水率、生長(zhǎng)條件、解剖因子等。通常密度大的木材硬度高、強(qiáng)度亦大。木材的彈塑性和蠕變與含水率和溫度關(guān)系密切，它們對(duì)于刨花板的熱壓工藝以及產(chǎn)品性能有著較大影響。

木材的化學(xué)性質(zhì)

木材是由多種復(fù)雜有機(jī)物質(zhì)組成的復(fù)合體，其中絕大部分是高分子化合物。木材的化學(xué)性質(zhì)不僅取決于木材中化學(xué)成分的種類(lèi)和含量，而且還取決于各種化學(xué)成分的分布及其相互之間的關(guān)系。

(1)木材的化學(xué)成分

木材的主要化學(xué)成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，總量很過(guò)木材的90%，是木材細(xì)胞壁的主要成分(見(jiàn)圖21)。木材中的主要化學(xué)成分在木材中的分布是不同的，細(xì)胞壁內(nèi)以纖維素為主，而胞間層物質(zhì)則以木質(zhì)素為主，其余是半纖維素和果膠，胞間層中纖維素所占比例很小。除主要成分外，木材中還有些次要成分，如單寧、樹(shù)脂、果膠質(zhì)、蠟、揮發(fā)性油、色素、生物堿等，含量一般小于10%。這些次要成分有的存:在于木材的細(xì)胞腔內(nèi)，有的黏附在細(xì)胞壁上，它們?nèi)菀妆凰?、稀堿液和有機(jī)溶劑抽提出來(lái)，故又稱(chēng)為木材抽提物。不同樹(shù)種的抽提物含量及種類(lèi)是不同的，甚至差別很大。同一樹(shù)種因立地條件、樹(shù)齡及采伐季節(jié)的不同，抽提物也有明顯差異。此外，木材中尚有不到1%的無(wú)機(jī)物(灰分)。

溫帶針葉樹(shù)材和闊葉樹(shù)材的主要化學(xué)組分分別為:纖維素42%+2%，45%+2%;半纖維素27%土2%，30%士5%;木質(zhì)素28%士3%，20%土4%;抽提物3%士5%，2%土3%。幾種主要國(guó)產(chǎn)木材的化學(xué)組分見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，針葉材與闊葉材纖維素含量差別不大，但半纖維素和木質(zhì)素的含量有明顯區(qū)別，針葉材的木質(zhì)素含量高于闊葉材，而闊葉材中半纖維素含量高于針葉材。

(2)主要成分的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

①纖維素:纖維素是不溶于水的簡(jiǎn)單聚糖，是由大量的D葡萄糖基彼此通過(guò)1,4位碳原子上的β糖苷鍵連接而成的直鏈巨分子化合物，具有特殊的x射線圖。纖維素的分子式可用(C₆H₁₀O₅)_n。表示，式中C₆H₁₀O₅為葡萄糖基，n為聚合度。天然狀態(tài)下的棉、麻及木纖維素，n近于10000。纖維素分子鏈的結(jié)構(gòu)式如圖2-2所示。

纖維素是木材細(xì)胞壁中“骨架”物質(zhì)，主要為木材提供強(qiáng)度。纖維素纖維的物理結(jié)構(gòu)中，存在著由纖維索分子鏈高度整齊排列的結(jié)晶區(qū)部分和排列不整齊的非結(jié)晶區(qū)(無(wú)定型區(qū))部分(見(jiàn)圖2-3)。兩者沒(méi)有明顯的界限，但有相對(duì)的過(guò)渡。纖維素的無(wú)定型區(qū)有大量的游離羥基存在，羥基具有很性，能吸附很性水分子，形成氫鍵，因此，纖維素的無(wú)定型區(qū)具有吸濕性，結(jié)晶區(qū)則沒(méi)有。纖維素吸濕后，水分子會(huì)進(jìn)人無(wú)定型區(qū)，與纖維素分子鏈的羥基形成氫鍵結(jié)合，使纖維素分子鏈間的距離增大，宏觀上反映為木材膨脹。纖維素?zé)o定型區(qū)所占的百分比越大，吸濕性就越大，會(huì)影響制品的物理力學(xué)性能，因此，選用原料和制定工藝時(shí)要從多方面加以考慮。

纖維素為白色、無(wú)臭、無(wú)味，具有各向異性的高分子化合物，其密度為1.50~1.56g/cm³。纖維素的化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不溶于水和有機(jī)溶劑，但可以溶于銅氨、濃磷酸和氯化鋅溶液。一般強(qiáng)堿或弱堿對(duì)其不起作用，但在強(qiáng)堿或弱堿條件下加熱，部分低聚合度的纖維素會(huì)溶解。在酸的作用下可以發(fā)生水解而得到葡萄糖。

纖維素的耐熱性不如木質(zhì)素。在高溫下即使沒(méi)有酸的存在，只要與水作用也會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，但水解反應(yīng)速度較慢。在高溫作用下纖維索會(huì)產(chǎn)生熱降解。纖維索熱降解的程度與溫度的高低、作用時(shí)間的長(zhǎng)短及介質(zhì)中的水分和氧氣含量等有密切關(guān)系。溫度高則降解反應(yīng)加快，纖維素加熱到100℃時(shí)其化學(xué)性質(zhì)尚未改變，大約從160℃開(kāi)始纖維素被破壞，2-30~240℃開(kāi)始脫水，到達(dá)275℃時(shí)纖維素大量分解。受熱時(shí)間越長(zhǎng)，降解越嚴(yán)重。氧氣對(duì)熱解速度影響很大，例如，在空氣中加熱至140℃以上，纖維素聚合度顯著下降，但在同樣溫度的惰性氣體中加熱，則聚合度下降速度很慢。纖維素在空氣中加熱所發(fā)生的變化，先是氧化，隨后才是分解?？偟膩?lái)看，一般纖維素可經(jīng)受短暫的高溫(200~2-30C)加熱而不會(huì)立刻分解。了解纖維素在高溫作用下的熱解和水解作用，對(duì)于掌控?zé)釅汗に囀呛苡袔椭摹?/p>

②半纖維素:半纖維素又稱(chēng)戊聚糖，系指除纖維素以外的所有非纖維素碳水化合物(少量果膠質(zhì)與淀粉除外)的總稱(chēng)。半纖維素是由木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等單糖類(lèi)的縮合物所構(gòu)成。某樹(shù)種般含有幾種不同的半纖維素，而其中任何一種又是由兩種或三種以上單糖基構(gòu)成的不均一聚糖。半纖維素各分子鏈常帶有支、側(cè)鏈，主分子鏈的聚合度很低，約為70~250。

半纖維素的分子排列沒(méi)有方向性，為無(wú)定型物質(zhì)，成粉狀，包圍在纖維素纖絲的外邊。所以半纖維素的穩(wěn)定性很差，吸水性強(qiáng)，能溶于堿，甚至溶于熱水，很容易被酸水解為單糖，耐熱性也差，在100C以下就開(kāi)始軟化，在高溫下很易分解而焦糖化。因此，半纖維含量過(guò)高，會(huì)對(duì)產(chǎn)品的耐水性、尺寸穩(wěn)定性等帶來(lái)不利的影響。

③木質(zhì)素:木質(zhì)素在植物纖維中與半纖維素共同構(gòu)成結(jié)殼物質(zhì)，存在于胞間層與細(xì)胞壁上微纖絲之間。木質(zhì)素是一類(lèi)復(fù)雜的芳香族物質(zhì)，是種具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的天然高分子聚合物，它的相對(duì)分子質(zhì)量很大，約在800~10000。構(gòu)成木質(zhì)素的基本單元是苯丙烷，這些基本單元通過(guò)比較穩(wěn)定的醚鍵和碳一碳鍵彼此連接在一起。

木質(zhì)素是熱塑性物質(zhì)，因其是無(wú)定型物質(zhì)，所以無(wú)固定的熔點(diǎn)。木質(zhì)素因樹(shù)種不同，其軟化和熔點(diǎn)溫度也不樣，熔化溫度較低為140~150℃，較高為170~180℃。木質(zhì)素的軟化溫度與含水率高低有密切關(guān)系，提高木材含水率可以顯著降低木質(zhì)素的軟化溫度。

在木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中存在有甲氧基、羥基、羰基、烯醛基和烯醇基等多種化學(xué)官能團(tuán)，化學(xué)活性很高，可以起各種化學(xué)反應(yīng)，如氧化、酯化、甲基化、氫化等，還可與酚、醇、酸及堿等起作用。

④抽提物與酸堿性:木材的抽提物是指除構(gòu)成細(xì)胞壁的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素以外，經(jīng)中性溶劑如水、乙醇、苯、乙醚、水蒸氣或稀酸、稀堿溶液抽提出來(lái)的物質(zhì)的總稱(chēng)。抽提物是廣義的，除構(gòu)成細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)物質(zhì)外，所有內(nèi)含物均包括在內(nèi)。植物原料抽提物含量少者約為1%，多者高達(dá)40%以上。抽提物含量隨樹(shù)種、樹(shù)齡、樹(shù)干部位以及生長(zhǎng)立地條件的不同而有差異，一般心材高于邊材。抽提物不僅決定原料的性質(zhì)，而且是制定刨花板加工工藝的依據(jù)條件之一，它不僅影響制品的質(zhì)量，有些還會(huì)對(duì)加工設(shè)備造成腐蝕。

木材的酸堿性也是原料重要的化學(xué)性質(zhì)之一，其中包括存在于細(xì)胞腔、細(xì)胞壁中的物質(zhì)經(jīng)水抽提后所得到的抽提液呈現(xiàn)出來(lái)的pH值，總游離酸和酸堿緩沖容量等方面的性質(zhì)。木材的pH值泛指其水溶性物質(zhì)呈酸性或堿性的程度。國(guó)內(nèi)外研究測(cè)試結(jié)果表明，世界上絕大多數(shù)木材呈弱酸性，只有個(gè)別呈弱堿性，一般pH值介于4.0~6.1。

木材的酸堿性對(duì)刨花板制造有重要影響。刨花板生產(chǎn)中常用的脲醛樹(shù)脂是在酸性條件下固化的膠黏劑，木材中的堿性物質(zhì)不利于脲醛樹(shù)脂的固化，因此，堿緩沖容量高的木材需要消耗更多的酸性固化劑才能保證膠合質(zhì)量。