《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第三篇 包裝材料及容器

第二章　包裝用木材及容器

第一節　木材的構造及性能

（二）木材的物理性質

木材的使用質量，主要決定于它的物理、力學、化學和工藝等性質。這些性質中起主要作用的是物理性質，尤其是它的吸濕性。幾乎木材的所有性能，都受到木材含水量的影響。

木材的主要物理性質有外觀、吸濕性、變形、含水量、重量等。

（一）外觀

各種樹木的木質都具有一定的顏色、紋理、聲音和氣味。如受到年齡、生長環境、蟲害、外傷等的影響，雖會改變木材的原有特征，但仍可由木材的外觀粗略地鑒別木材的樹種和品質。

1．顏色。

一種樹木具有一定的顏色，由它的顏色可以識別木材的樹種和品種。一般木材的顏色，心材比邊材深，夏材比春材深。所以木材的顏色在一定程度上可以反映木材的密度性、強度和耐久性。

木材顏色不正常時，標志著木材行將變質或已經變質。如含水量多的木材比干燥的木材顏色深；受菌類感染的木材常變顏色，以致出現紅、褐、藍等暗色的班點或條紋，其感染過久者則已霉爛、腐朽且有惡臭氣味，久受大氣作用的木材呈暗灰色，受過高溫作用的木材多變成黑色。

2．紋理。

針葉木材具有均勻而簡單的紋理，闊葉樹木材則隨著樹種而具特有的紋理，所以紋理是選用木材的條件和作為識別木材樹種的方法之一。松、杉、水曲柳、麻櫟等樹種的弦切面和槭、山毛櫸等樹種的徑切面，都有美觀的紋理，最適于做精制的包裝木箱。

3．聲音。

木材傳聲性很強，干燥的木材和沿木材的順紋方向傳聲性更好。敲擊木材時，如聲音清晰、響亮的多是干燥而堅實的木材。木材含水量增加或木材密度減小，其聲音都要減弱。腐朽的木材只能發出暗啞的聲音。

4．氣味。

木材是由天然有機化合物組成的，其中某些化合物，如樹脂、油脂、丹寧等揮發性的化合物，都能發出特有氣味。各樹種所含的化合物并非相同，因而從木材的氣味可以區別其樹種。新伐木材的氣味最大，隨木材干燥和儲存時間長而減弱。當木材喪失改變了固有的氣味時，即說明木材已經變質，如發出霉腐氣味，則木材早已腐朽。

（二）吸濕性和含水量

木材自空氣中吸收水分的能力，稱為木材的吸濕性。它隨環境的溫度、空氣的相對溫度而改變，當環境溫度越低或溫度越大時，木材吸水能力也越強。如環境溫度升高或空氣的相對濕度降低時，則木材能向空氣中散發水分，這種性質稱為木材的還水性。木材的吸濕和還水過程是木材內部水分與空氣水分的平衡過程。當木材所含水分與周圍空氣的相對濕度達到平衡時，此時木材既不吸水也不散失水分。

木材中的水分，以化學結合水、自由水和吸附水三種狀態存在的。化學結合水含量很少，一般不超過1％～2％。自由水存在木材細胞間隙和細胞腔中，是由細胞的毛細胞管作用吸入的。吸附水是由細胞的吸附作用而進入細胞壁的水分。木料的吸濕性，以木材中自由水和吸附水的總和來衡量。

水分進入木材后，首先被細胞吸人細胞壁，其余的水分才積存在細胞腔和細胞間隙中。木材干燥時，首先失去自由水，然后才失去吸附水。新伐和潮濕的木材含有以上三種狀態的水分，完全干燥的木材僅含化學結合水。

木材中的水分含量根據不同情況用不同含水率表示。

1．相對含水率和絕對含水率。

相對含水率是指木材中的含水重量與當時濕木重量的百分比。絕對含水率是指木材中的含水重量與木材絕對干燥后重量的百分比。木材的絕對干燥重量，是指木材置于溫度為100℃～105℃的環境中，烘干至恒重時的重量。相對含水率和絕對含水率是衡量木材濕度的一般指標。通常前者多用于實際工作中，后者用于木材技術指標的研究、檢驗和測試。

木材含水率是影響木材性質最主要的因素。為了準確地比較木材各項技術指標，規定以含水率為15％的木材技術指標為標準，該含水率稱為標準含水率。一般新伐和水運、水儲的木材，含水率常在35％以上，空氣風干的木材含水率多為15％～20％，室內干燥的木材含水率常為8％－15％。

2．飽和含水率。

木材在干燥過程中，內部水分逐漸向外輸送，當全部自由水業已散失，細胞壁中仍充滿著吸附水時，為木材含水量的臨界點，一般稱為纖維飽和點。這時木材的相對含水率，稱為飽和含水率。

纖維飽和點對木材許多性能都具有重要的意義。當木材含水量小于飽和含水率時，其體積隨含水量大小而增減，強度則隨水分增加而降低，如含水量大于飽和含水率時，水分增減并不影響木材的體積和強度。因此，木材在纖維飽和點時，其機械強度最低。

木材的飽和含水率隨樹種而略有差異。當環境溫度20℃時，一般為25％～35％，并隨溫度上升而降低，通常采用30％為其平均值。

3．平衡含水率。

由于木材具有吸濕性和還水性，在周圍空氣的蒸汽壓與木材表面的蒸氣壓相等的條件下，木材中水分達到吸收和散發的動態平衡時，這時的含水率稱為平衡含水率。

使用中的木材平衡含水率都低于其纖維飽和點。由于木材具有吸濕性和還水性，使木質制品的體積、強度隨著周圍空氣的溫度、濕度而變化，影響了制品的使用性能，甚至將制品破壞，因此，必須將木材進行干燥，達到使用環境的長年平均平衡含水率后，才能加工以減少環境空氣的影響。

此外，還必須將木材的吸濕性降至最小，降低木材吸濕性的主要措施，是在木材構件的外層涂以油漆等防水保護層，并須在一定時期中重新油漆，從而防止木材的吸濕作用。

（三）變形

水分在木材中的移動速度在不同方向上是不一致的，順纖維方向最快，徑向次之，弦向最慢。此外，水分還隨著木材的致密度減少而增高。從木材的構造上看，邊材中的水分常比心材中的變動得快。木材在干燥過程中，各部分干燥速度就不同，而且木材細胞的體積又隨著含水量的增減而脹縮，從而木材各部分體積的變動很不一致，極易引起木材的變形，甚至由于應力的增長而開裂。

1．干縮與濕脹。

當木材的含水率低于纖維飽和點時，如水分（指吸附水）再有增減時，則細胞壁隨之發生脹縮，從而引起木材體積的脹縮。一般厚壁細胞比薄壁細胞脹縮量大，堅密而重的細胞比松軟而輕的細胞脹縮量大，細胞的橫向比縱向脹縮量大。木材的夏材比春材脹縮量大，橫紋方向比縱紋方向脹縮量大，弦向比徑向脹縮量大。一般木材弦向的脹縮量約介于6％～12％，徑向的脹縮量介于3％～6％，縱向脹縮量很小，僅為0．1％。

由于木制品在使用中，主要散失所含的水分，以致引起制品的不均勻收縮使制品產生缺陷。所以經常用木材的干縮率來衡量其脹縮量。

2．變形與翹曲。

由于木材在干燥過程中，各部分干燥速度不同，各方向的干縮率也不相同，因此木材在干燥過程中極易變形。當變形嚴重時，木材即產生內應力而發生翹曲，甚至開裂。

木材的變形和翹曲受它原來的形狀、厚薄、寬窄、年輪、紋理、部位、容重、樹種以及干燥速度的影響。通常木材的變形均向髓心和濕面方向突出，并向垂直木紋的方向翹曲，以致木制品的接合處松馳或凸起，甚至發生裂紋和開裂。

3．開裂。

當木材干燥不均勻時，在木材內部產生壓應力，一旦超過木材橫紋抗拉強度時，則引起木材的開裂。即使木材或較厚鋸材的強度還能抵抗其內力時，暫時雖不致開裂，但在加工以后，由于其內應力的存在和產生的表面塑性變形，仍會引起鋸材變形、翹曲或開裂。

為了避免收縮產生的開裂，必須在干燥木材時，采用適當的措施，使木材均勻地干燥。在選用木材做木制品時，應盡可能采用膠合木、膠合板等代替木材，或采用容重輕、收縮性小的木材。

（四）重量

一般樹種的木材比重變動不大，約介于1．3和1．7之間，通常采用平均值1．5。干燥木材的容重平均約500kg／m3，所以木材孔隙率是很大的。

木材的容重隨樹種、樹齡、生長條件、部位、孔隙率、含水率而改變，通常小于1000kg／m3。影響木材容重最主要的因素是含水率，通常以含水率為15％的容重作標準，作為標準容重。

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