《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

三、木材的力學質量

木材的主要力學性質是抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度、硬度、彈性模量等。

（一）抗壓強度

根據受力方向與木紋的關系，可將木材的抗壓強度分為順紋和橫紋抗壓強度。橫紋抗壓強度又分為徑向和弦向抗壓強度。

木材順紋抗壓強度極限大且較穩定，是木材使用的主要形式，常用作的木材順紋抗壓強度極限為30～70MPa。順紋抗壓度件的破壞，主要由于細胞壁被壓，失去穩定性而彎曲，使木質纖維撓曲甚至折斷。硬質或干燥的試件，在弦切面上破壞呈一定的傾斜度，一般是略大于45°傾斜角的斜線。在徑切面上呈水平的波紋狀。軟質或潮濕的試件破壞時常在端部被壓皺并向側面突出。

木材橫紋抗壓強度極限遠小于順紋抗壓強度極限。針葉樹的順紋抗壓強度極限為橫紋的10～15倍，而弦向抗壓強度極限約為徑向的1．5倍。闊葉樹的順紋抗壓強度極限約為橫紋的3～7倍。具有粗大髓線的樹種（麻爍、青岡等）徑向為弦向的1．5倍。其他樹種并無顯著區別。

（二）抗拉強度

木材順紋抗拉強度較抗壓強度大2～3倍，通常可達100～500MPa。由于抗拉制品端部接合處受到拉力時，常先破壞于橫紋受壓或剪切，因而目前尚無法充分利用木材的順紋抗拉強度。

橫紋抗拉強度極小，約為順紋抗拉強度的1／4～1／2。所以木材通常不用作承擔橫紋受拉的制品。

（三）靜力抗彎強度

木材具有優良的靜力抗彎強度。一般木材的靜力抗彎強度極限的50～11OMPa，約為順紋抗壓強度極限為1．5～2．0倍。

當木質制品承受抗彎靜力時，由于其抗拉強度極限大于抗壓強度極限，制品的受壓區域首先發生皺折，然后在拉力區折裂。

（四）沖擊彎曲強度

木材是很好的抗沖擊彎曲的材料，常用承受橫向沖擊載荷的制品。凡春材與夏材區別明顯的樹種，其徑向沖擊彎曲強度比弦向高。闊葉樹中的散孔材，其兩個方向的沖擊彎曲強度無甚差別。一般闊葉樹的橫向沖擊彎曲強度比針葉樹約大0．5～2．0倍。

（五）抗剪強度

木紋對木材的抗剪強度有極大的影響，順紋抗剪強度受年輪方向影響不大，而具有粗大髓線的樹木，則弦向的抗剪強度較徑向的約大10％～30％。順紋抗剪強度極限一般為4～15MPa，約為抗壓強度極限的15％～25％。

橫紋抗彎破壞的剪切面多與木材纖維平行，其強度極限遠較順紋為高，一般為3～7倍。但在實際使用中，由于制品先被橫紋受壓所破壞，所以利用價值不大。

橫紋切斷強度極限遠遠高于橫紋抗剪強度極限，但實際上很難充分利用。

木材各強度若以順紋抗壓強度極限為1，其關系如表3－2－1所示。

表3－2－1　木材各項強度關系表

（六）硬度

木材的硬度也是隨紋而不同，如針葉樹橫切面的硬度較縱切面硬度約大35％，闊葉樹約大25％。一般樹種徑切面和弦切面的強度大致相同，但具有粗大髓線的樹種其弦切面的硬度大5％～10％。

（七）彈性模量

木材的彈性模量較金屬材料低，并與紋向有交，這是木制品容易變形的主要原因之一。木材的抗拉、抗壓彈性橫量（E），順紋比橫紋大7～30倍，抗剪彈性模量（G）約為E的1／10～1／3，一般樹種的彈性橫量E約介于1000～15000MPa之間。

四、木材的工藝性能

木材在采伐和造材方面較其他材料的煉制方便得多，而且木材容易切削加工，只需要使用簡單工具，利用榫、膠、釘或與金屬元件相聯接的方法，即可制成精細的制品。如用木工機械加工，更能又快又好地制得制品。一般木材具有以下主要工藝性質特點。

（一）握釘力

握釘力或稱持釘力和裹釘力，是木材優良的工藝性質，因此常用釘、榫等方法聯接成木制品。木材握釘力是因木材纖維為了釘子所擠壓或切斷，使木材對釘子產生壓力的結果。

木材纖維的方向對握釘力有重要的作用，平行纖維方向的握釘力約小于垂直方面的25％，弦向和徑向的握釘力則相差不大。此外，握釘力還隨樹種、容重和容水率而變。通常闊葉樹比針葉樹的握釘力大，緊密、干燥和容重較大的木材比較軟、潮濕和容重小的握釘力高。釘子尺寸、種類也影響木材的握釘力，如木材對大釘的握釘力大于小釘，方釘大于圓釘，螺絲釘大于普通釘。

（二）抗劈裂性

木材順紋容易劈裂，是木材的特性，衡量木材的抗劈裂性，通常是以單位長度能承擔的最大靜力劈裂載荷為依據。

木材的抗劈裂性，對握釘力有較大的影響，還對木材砍劈加工帶來困難。一般針葉樹的抗劈裂性較闊葉樹小，針葉樹弦向的抗劈裂性比徑向小，闊葉樹則由于髓線比較發達，則徑向比弦向小，尤其是具有粗大髓線的木材。這種差別更加明顯。

（三）彎曲能力

木材的彎曲能力是制造彎曲和弧形木質制品的主要依據。木材彎曲能力主要決定于木材的塑性，以闊葉樹的環孔材塑性最好，如櫟、柳、榆、水曲柳、山毛櫸等樹種的彎曲能力最高；散孔材次之；針葉樹最差，如紅松、白松的彎曲能力最差。

在同一樹種中，樹齡小的彎曲能力比老樹好，具有木節、斜紋、裂紋和腐朽的木材都沒有好的彎曲能力。

木材的吸附水增多時，纖維變軟而易彎，干燥后即硬化定型，可加高環境溫度以增大纖維的塑性，進行彎曲成形，經冷卻后硬化定型。

通常彎制木材前，常增加其含水率至25％～30％，加熱至90℃～140℃，然后進行彎曲。增加木材的含水率和溫度，可用水煮法或蒸汽處理，但須通過試驗以決定處理時間。

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