《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第三篇 包装材料及容器

第二章　包装用木材及容器

第一节　木材的构造及性能

三、木材的力学质量

木材的主要力学性质是抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、硬度、弹性模量等。

（一）抗压强度

根据受力方向与木纹的关系，可将木材的抗压强度分为顺纹和横纹抗压强度。横纹抗压强度又分为径向和弦向抗压强度。

木材顺纹抗压强度极限大且较稳定，是木材使用的主要形式，常用作的木材顺纹抗压强度极限为30～70MPa。顺纹抗压度件的破坏，主要由于细胞壁被压，失去稳定性而弯曲，使木质纤维挠曲甚至折断。硬质或干燥的试件，在弦切面上破坏呈一定的倾斜度，一般是略大于45°倾斜角的斜线。在径切面上呈水平的波纹状。软质或潮湿的试件破坏时常在端部被压皱并向侧面突出。

木材横纹抗压强度极限远小于顺纹抗压强度极限。针叶树的顺纹抗压强度极限为横纹的10～15倍，而弦向抗压强度极限约为径向的1．5倍。阔叶树的顺纹抗压强度极限约为横纹的3～7倍。具有粗大髓线的树种（麻烁、青冈等）径向为弦向的1．5倍。其他树种并无显著区别。

（二）抗拉强度

木材顺纹抗拉强度较抗压强度大2～3倍，通常可达100～500MPa。由于抗拉制品端部接合处受到拉力时，常先破坏于横纹受压或剪切，因而目前尚无法充分利用木材的顺纹抗拉强度。

横纹抗拉强度极小，约为顺纹抗拉强度的1／4～1／2。所以木材通常不用作承担横纹受拉的制品。

（三）静力抗弯强度

木材具有优良的静力抗弯强度。一般木材的静力抗弯强度极限的50～11OMPa，约为顺纹抗压强度极限为1．5～2．0倍。

当木质制品承受抗弯静力时，由于其抗拉强度极限大于抗压强度极限，制品的受压区域首先发生皱折，然后在拉力区折裂。

（四）冲击弯曲强度

木材是很好的抗冲击弯曲的材料，常用承受横向冲击载荷的制品。凡春材与夏材区别明显的树种，其径向冲击弯曲强度比弦向高。阔叶树中的散孔材，其两个方向的冲击弯曲强度无甚差别。一般阔叶树的横向冲击弯曲强度比针叶树约大0．5～2．0倍。

（五）抗剪强度

木纹对木材的抗剪强度有极大的影响，顺纹抗剪强度受年轮方向影响不大，而具有粗大髓线的树木，则弦向的抗剪强度较径向的约大10％～30％。顺纹抗剪强度极限一般为4～15MPa，约为抗压强度极限的15％～25％。

横纹抗弯破坏的剪切面多与木材纤维平行，其强度极限远较顺纹为高，一般为3～7倍。但在实际使用中，由于制品先被横纹受压所破坏，所以利用价值不大。

横纹切断强度极限远远高于横纹抗剪强度极限，但实际上很难充分利用。

木材各强度若以顺纹抗压强度极限为1，其关系如表3－2－1所示。

表3－2－1　木材各项强度关系表

（六）硬度

木材的硬度也是随纹而不同，如针叶树横切面的硬度较纵切面硬度约大35％，阔叶树约大25％。一般树种径切面和弦切面的强度大致相同，但具有粗大髓线的树种其弦切面的硬度大5％～10％。

（七）弹性模量

木材的弹性模量较金属材料低，并与纹向有交，这是木制品容易变形的主要原因之一。木材的抗拉、抗压弹性横量（E），顺纹比横纹大7～30倍，抗剪弹性模量（G）约为E的1／10～1／3，一般树种的弹性横量E约介于1000～15000MPa之间。

四、木材的工艺性能

木材在采伐和造材方面较其他材料的炼制方便得多，而且木材容易切削加工，只需要使用简单工具，利用榫、胶、钉或与金属元件相联接的方法，即可制成精细的制品。如用木工机械加工，更能又快又好地制得制品。一般木材具有以下主要工艺性质特点。

（一）握钉力

握钉力或称持钉力和裹钉力，是木材优良的工艺性质，因此常用钉、榫等方法联接成木制品。木材握钉力是因木材纤维为了钉子所挤压或切断，使木材对钉子产生压力的结果。

木材纤维的方向对握钉力有重要的作用，平行纤维方向的握钉力约小于垂直方面的25％，弦向和径向的握钉力则相差不大。此外，握钉力还随树种、容重和容水率而变。通常阔叶树比针叶树的握钉力大，紧密、干燥和容重较大的木材比较软、潮湿和容重小的握钉力高。钉子尺寸、种类也影响木材的握钉力，如木材对大钉的握钉力大于小钉，方钉大于圆钉，螺丝钉大于普通钉。

（二）抗劈裂性

木材顺纹容易劈裂，是木材的特性，衡量木材的抗劈裂性，通常是以单位长度能承担的最大静力劈裂载荷为依据。

木材的抗劈裂性，对握钉力有较大的影响，还对木材砍劈加工带来困难。一般针叶树的抗劈裂性较阔叶树小，针叶树弦向的抗劈裂性比径向小，阔叶树则由于髓线比较发达，则径向比弦向小，尤其是具有粗大髓线的木材。这种差别更加明显。

（三）弯曲能力

木材的弯曲能力是制造弯曲和弧形木质制品的主要依据。木材弯曲能力主要决定于木材的塑性，以阔叶树的环孔材塑性最好，如栎、柳、榆、水曲柳、山毛榉等树种的弯曲能力最高；散孔材次之；针叶树最差，如红松、白松的弯曲能力最差。

在同一树种中，树龄小的弯曲能力比老树好，具有木节、斜纹、裂纹和腐朽的木材都没有好的弯曲能力。

木材的吸附水增多时，纤维变软而易弯，干燥后即硬化定型，可加高环境温度以增大纤维的塑性，进行弯曲成形，经冷却后硬化定型。

通常弯制木材前，常增加其含水率至25％～30％，加热至90℃～140℃，然后进行弯曲。增加木材的含水率和温度，可用水煮法或蒸汽处理，但须通过试验以决定处理时间。

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