富有的传统废材料——木材
来源:世界科技百科 专题: 发布时间:06-08
木材是植物的`产品'.乔木和灌木的祖先是羊齿科植物, 这种植物的历史可追溯到泥盆纪.约在二亿五千万年前的二迭纪, 这种原始羊齿科植物发展为针叶树, 直到一亿年前的白垩纪才形成宽叶树.
古代人们起初是不经加工就利用树木取得食物, 以后, 又把木棒和石头结合起来 (石斧) 以及把手杖和石头结合起来 (矛) , 从而首次制造了工具.随着学会用火, 木材在数千年内成为人类最重要的能源.因此, 人类应用木材起始於获取能源.约在新石器向中石器时代过渡时期 (约一万年前) , 人类学会了加工木材, 人类学会用木材造船和修筑简单的住所以及制造各种家庭用具.直到最近三、四千年, 木材作为原材料应用才发展到目前的状况.现在我们在技术和艺术活动中到处可见木材.
木材虽密实, 但仍是一种孔隙性有机材料.木材由其细胞构成, 细胞壁内的空腔中充有多种不同物质.木材的原始形式, 即未经加工的形式, 称为原木.木材都是指砍伐后的、长度厚度和质量不同的树木.可见木材既是原料又是材料.木材主要产在经济林中, 在一定程度上也来自森林之外 (公路、通道) .大陆的三分之一有森林覆盖, 当然其中有50%的面积不易通行.约有35%的森林面积未加利用, 也就是说这种森林的生长无人工影响.世界森林面积只有11%左右属於经济林.人类付出力量经营经济林, 以获得木材.木材砍伐分两个阶段, 其中又要区别初期利用和最终利用.按森林建设和保障质量的要求, 在种植了15-30 年以后要进行初次砍伐.以后每隔5-10年重复进行 (使森林变稀, 初期利用) .到树木完全成熟 (不同树种的成熟期介於80-140 年之间) 为止, 整个森林面积上生产的全部木材有40%到60%已经砍伐进行初期利用, 其中大部分为较细的木材品种, 然后才将余留的树木伐掉 (较粗的木材品种) .
从物理上看, 木材并不密实, 含有大大小小的空腔, 因此称之为孔隙体.细胞壁的空腔 (毛细管) 比细胞的空腔小得多.并在一定程度上充填有水或水汽混合物.木材的这种水分对其强度影响很大.木材的体积密度为300-900 公斤每立方米, 软木与硬木的界限约为550 公斤每立方米, 如不考虑空腔, 即所谓`净密度', 对木纤维是1600 公斤每立方米, 对木质素是1400公斤每立方米, 对所有树种, 可用的平均值为1500 公斤/米3.木材像任何孔隙物体一样, 吸收空气中的水蒸汽, 这就是说有吸湿性.随着空气的温度及湿度的不同, 木材总是具有相应的湿度, 也就是说, 木材和环境空气间总是达到吸湿平衡状态.空气相对湿度为20%时, 木材经过一段时间的适应后, 湿度达到11%.木材吸水膨胀, 反之则收缩.俗话说这是木材在`干活'.其轴向上的膨胀和收缩率大多降低0.5%, 故可以忽略不计;而切向上的长度变化 (松树为8%) 几乎总是经向上的两倍, 但膨胀和收缩只发生在湿度从0%到30%这个范围内, 之后就达到所谓纤维饱和状态, 停止了这个过程, 水分继续增加而膨胀不会继续增加.木材的热延伸性意义不大.木材的磁性能也相当有利, 因为用木材制作天线的塔架时, 它几乎不影响天线的发射电磁场.木材的声学特性与其他材料有明显区别, 因此在制作乐器方面优先得到采用.最典型的例子是声阻力和隔声能力比金属高十倍左右.木材也具有良好的弹性.如果木梁的负荷处於虎克定律范围而距离破断负荷足够远, 那么在当负荷解除时, 变形几乎完全消失, 这是典型的弹性材料性质.当然, 木材也像其他材料那样具有屈服现象, 即在一定负荷下, 变形与时间有关.
木材的强度 (在毛密度条件下测出) 是突出的, 然而, 木材允许负荷仅为破断力的10%左右, 所有强度特性与木材的水分相关, 水分增加, 强度下降.例如, 水分为50%时, 强度为初始值的50%以下.
木材缺点中最甚者, 是容易受到寄生的菌类及寄生虫的侵蚀, 但可以用某些药剂和其它方法保护木材.
木材的质量和品种的不同, 每立方米的价格也不同, 我们决不能忽视.森林除了有生产木材的功能以外, 还有其它功能.它们对国家文化、环保、水土保护和人类休养的重要性是难以用数字表达的.
目前, 我们的地球上有24 亿公亩的有用森林 (全部森林面积为38 亿公亩) , 可供利用的木材约有3000 亿立方米, 其中每年约采伐30 亿立方米.到2000 年, 全世界每年的木材消耗量将从目前的28 亿立方米左右增加到近50 亿立方米.
从世界范围来看, 在天然原料的使用数量方面, 木材仅次於煤和石油而居第三位, 因而在整个原料经济中占有重要地位.木材同煤、石油及另外一些天然原料 (金属矿、矿物) 相比, 有一个根本性的区别, 就是它作为天然高分子聚合物能够不断生长, 从而能持久地供人使用.由於气候、供水设施、国家文明及其它原因, 地球上可居住地区的森林必须保持一定面积, 因此木材生产将持久不断.但木材产量也不能任意提高, 因为一棵树从幼树到可砍伐要生长80-140 年, 而人烟稀少或无人地区的砍伐在经济方面也有一定限度.
谨慎而节约地使用材料的要求无疑也适用於木材, 何况木材并不是取之不尽的.根据预测, 木材必然发展为化学燃料.这种趋势可能会使木材这种`传统'的原材料到本世纪末在材料经济中的地位发生质的变化. |