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木材密度計/木材比重計

2013-12-22 16:10:34 點擊:
木材密度(第一部分)

在木材內部總是有不同數量的水分。合格數量取決于以下的幾方面:

原木被新鮮砍伐,原木被砍伐后干燥一段時間,砍伐后的原木被干燥用于室內用途。人工在干燥窯干燥木材,溫度103度,濕度0%,也就意味著:干枯的木材,濕木材最重,而干木材最輕。也就意味著木材的重量(確切地說是大小)取決于它的含水率。這對于運輸中占用集裝箱的最大容積和卡車的載重量,或者在鐵路運輸上都是非常重要的——特別對于在水腫存儲后的重的木材。

確切的重量(意思是:木材的密度和木材干燥的不同程度)對于運輸計劃和實現貨車載重量的最大化都是至關重要的。

以下圖表顯示:密度(也就是精確重量)取決于木材的含水率。以下是一些不同的木材——水杉、冷杉顯示了密度最低,而橡木最高。

原木(新材()千克/立方分米)

板材 自然干燥(千克/立方米)

水杉,去皮

750- 850

480

冷杉,去皮

800- 980

460

松木,去皮

750-880

520

櫸木,帶皮

1080-1160

780

橡木,帶皮

1180-1270

870

密度顯示了主題內容與外邊膜之間的比率。密度是值得計算在內的數據。而毛密度 P取決于木材產品的毛重和它的容積V

木材密度(第2部分)

正因為木材的毛重取決于含水率,所以“密度”的價值就取決與木材的濕度。在數據上,密度說明了濕度是用于室內還是干燥木材

PN=室內溫度的密度(一般含水率12%

PO=0%含水率0%時的密度(干木)

以下表格顯示了在干燥情況下密度對于不同樹種的不同性。這些不同是建立在以下幾方面的:樹木的原產地,樹木生長過程中的位置與環境。這些密度的不同對于同一樹種,是取決于樹木年輪的寬度。在斯坎地那威亞地區,植被生長期短得多。比如,云杉的年輪在這一地區就比在中歐植被生長期長并且氣候更適宜時要窄很多。這是同一原因為什么水杉的年輪在高山上比在平地上要窄得多。不管是溫暖潮濕的年份還是寒冷干燥的年份都反映在樹木年輪的狀態上。這也是為什么數據只只顯示了一種平均的或邊際的同一樹種的木材。

密度POg/cm3

水杉

0,30...0,43...0,64

松木

0,30...0,49..0,86

SIPO

0,45...0,60...0,70

普通橡木

0,39...0,65...0,93

紅櫸

0,49...0,68...0,88

BONGOSSI

0,95...1,04...1,14

不同樹種的密度數據在干燥的情況下

Authority: Gesamtverband Deutscher Holzhandel / German Timber Trade Federation/德國木材貿易聯合會

四)木材的密度

各種木材的密度不同,有的很小,可長時間浮于水面,有的很大,入水即沉。其原因是各種木材組成細胞的細胞壁和細胞腔所占比例不同。壁薄腔大,則木材密度小;相反,壁厚腔小,則木材密度大。

1.木材密度的表示

木材密度:通常指單位體積木材的質量。由于木材體積和質量都會隨木材含水率的變化而變化,因此木材的密度是指某一含水率的密度。通用的有全干密度,氣干密度和基本密度。在生產、流通貿易等實際應用中,常用氣干密度這一指針。全干密度:ρo=Go/Vo木材的絕干品質/全干木材體積

氣干密度:ρq=Gq/Vq木材的氣干品質/氣干木材體積

基本密度:ρj=Go/Vs木材的絕干品質/生材木材體積

式中:ρoρqρj——全干密度、氣干密度和基本密度(g/cm ³);

GoGq——木材的絕干和氣干品質(g);

VoVqVs——全干、氣干和生材時木材體積(cm ³)。

標準氣干密度: 為了便于比較不同樹種木材氣干密度,其結果調整到標準氣干含水率12%時的數值即為標準氣干密度;ρ12=ρq[1-0.011-Kv)(M-12]

ρ12ρq含水率為12%時的標準氣干密度和試驗時實測的氣干密度g/cm ³);

Kv——木材體積干縮系數,根據木材密度,多數在0.4-0.6

M——實驗實測時木材的氣干含水率,通常在6%-22%時適用該換算公式。

木材實質密度: 即木材的實質或細胞壁物質的密度,不包含木材細胞腔等空隙。組成木材各種細胞的胞壁成分主要是纖維素、半纖維素和木素,它們的成分和比例基本相同,因而各種木材的實質密度也是極相近的,大約在1.46-1.56之間,通常取1.50作為木材的實質密度。因此可以說再硬重的木材,其密度也不會超過1.50

2.木材密度的測定

測定木材密度常用直線量取法和排水法,其差異在于如何確定試樣體積。

1)直線量取法:對規則形狀的木材試樣,測定木材體積最簡單的方法是,盡可能精確地量出各個方向的尺寸,然后計算它的體積。

我國測定木材密度有規定的標準方法。它采用標準試件,尺寸20mm*20mm*20mm  各相鄰面互成直角,在試樣各相對面的中心位置,用測微尺分別測出弦向、徑向和順紋方向的尺寸,計算體積。

2)排水法:將待測的試樣插在針上,并浸沒于水中,試樣不與容器的壁和底相接觸,試樣排水所占的體積即為試樣的體積。也可將容器放在天平上,試樣插沒于水中后天平上增加的質量(g)即為被測試樣的體積(cm³),因為水的密度為1g/cm³

排水法測飽水材(生材)體積較為準確,因此常用于基本密度的測定。

測定氣干密度時,由于氣干材會吸水,應在測定前對試樣進行涂蠟處理。其方法是,將石蠟加熱融化后,立即將用針插著的試樣浸沒于石蠟液中,并迅速取出,使木材表面附著一層蠟層,對其表面過多的石蠟需要小刀刮去。

3)快速估測法:該方法可估測密度小于1g/ cm³的木材。要求試樣為長方形或正方形,通直,兩端平行,將其放入盛水容器中,使試件自然浮于水面,其沉水部分所占的比例即為該木材的密度值。也可如圖3-2所示在試件入水方向,刻以十等分,圖中所示的木材密度約為0.55g/ cm³

木材密度的計算方法

我們通常所說的木材密度是木材基本密度。基本密度是全干材重量除以飽和水分時木材的體積為基本密度。它的物理意義是,單位生材體積或含水最大體積時,所含木材的實質重量。而絕干密度是木材經人工干燥使含水率為零時的木材密度,為全干材密度或絕干密度。由于絕干材在空氣中會很快地吸收水分而達到平衡含水率,其密度用的很少,只是科研比較時用到。

絕干密度 = 絕干材重量/絕干材體積。

任一含水率狀態下的木材,測出其重量和體積,就可計算出它的木材密度。由于木材重量易于測定,且比較準確,因此關健在于精確測定木材試樣的體積。目前,

木材密度的測定用以下四種方法。
    直接量測法 試樣加工成尺寸為20×20×20mm的標準的立方體,相鄰面要互相垂直。在試樣各相對面的中心線位置劃圈,用螺旋測微尺分別測出其徑向、弦向和順紋方向的尺寸,準確至0.01mm,用千分之一的天平稱重,準確至0.001g

 氣干密度試樣以氣干材制作,測量氣干尺寸后立即稱氣干重,然后放入烘箱,用烘干法測出試樣的絕干重量。試樣烘干后,可立即測出全干狀態下體積。按有關公式計算氣干密度和絕(全)干密度。木材氣干密度、絕(全)干密度和木材的干縮性測定可采用同一試樣。
     水銀測容器法。此法適用于不規則試樣體積的測定。但管孔較大的木材,水銀易進入管孔而影響測定精度。

     排水法 利用水的密度為1,試樣入水后排出水的重量,與試樣體積數值相等的原理而設計的。
       測定時,將燒杯盛水至適當深度放置于天平托盤上,把金屬針浸入水下1~2厘米后,在天平的另一端放置砝碼使之平衡。然后將金屬針尖插固于已稱重的試樣上并浸入水中,再加砝碼使之重新平衡。托盤上前、后兩次砝碼重量(g)之差,即為試樣的體積(crn3)。操作時應注意試樣不得與燒杯壁接觸,并使金屬針在兩次平衡時的浸水深度相同。

該方法對形狀不規則的試樣適合,尤其適合測定飽水狀態(生材或濕材)下試樣的體積。測定氣干材或全干材體積時,須在試樣入水前涂以石蠟,操作應迅速,防止試樣因吸水而影響精度。如用電子數字顯示天平則更為方便。
4)快速測定法 將試樣制成2×2×20cm的長方體,要求試樣平直、規整,上下兩端面相互平行。把試樣全長刻劃區分成10等分,依次標記為0.10.20.3……0.9。然后將試樣標記0.1的一端浸入盛有水的玻璃筒中,勿使其與量筒壁接觸,此時在水面處的試樣標記,就為該木材的密度。

 測定氣干試樣密度時,應先對試樣表面進行涂蠟,防水滲入木材內部。測定要迅速操作。此法適于測定密度小于1的木材,雖較粗放,但可用于林區或木材加工現場。

木材的密度與比重:

)、密度(density)
指某物質單位容積(體積)之質量。密度=M(g) / V(cm3)
(
)、比重(specific gravity): 某物質之重量與同體積水重量之比值。
比重=[某物質的重量M (g) / 體積為X(cm3)] / [水的重量M (g) / 體積V (cm3)]
木材之容積比重是依樹種不同而異,可由0.1 g / cm3(白塞木balsa)至1.3 g / cm3(愈瘡木lignum vitate)。也會依個體及部位不同而有所差異。
(三)、木材密度與含水率
木材因含水率之變化,其重量及容積均會隨之改變。故針對含水率之變化,將比重(或密度)分為生材比重、氣干比重、窯干比重等。
(四)、真比重(specific gravity of cell wall
是指沒有包含孔隙在內之實質部分比重(γH)。各樹種間大概一定,但會一細胞壁之構成成分比例而有所差異。
真比重可以木材實質與液體或氣體來置換,再從其排除的容積與木材之實質重量來測定。以云杉為例以He置換其值約1.4603,以水置換約為1.5332,以苯置換約1.444,一般以1.501.46表示。
(五)、空隙率(void volume
從木材之真比重與容積密度可求出木材之實質率、空隙率等。絕干木材之空隙率公式如下:
C%=(100-m)% = (1-R0 / Rh) X 100%
C
:空隙率R0:絕干比重 Rh:實際比重m:實質率
部分木材之比重及空隙率列舉如下表
樹種    比重      空隙率(%)
鐵杉(Tsuga sieboldii     0.49         68
冷杉(Abies sachalinensis 0.38         76
山毛櫸(Fagus crenata     0.51         67
櫟木(Quercus mongolica   0.68         56

氣干密度(air-dry density):木材在一定的大氣狀態下達到平衡含水率時的重量與體積比。以每立方厘米之克數為單位。

氣干密度大,說明木材份量重,硬度大及強度高。所以它是一個強度指標。實木地板的木材一般要求氣干密度在0.6以上。