木材熱學性質(zhì)是什么？

木材在熱的作用下所反映的各種性質(zhì)。主要指標有比熱、導熱系數(shù)、導溫系數(shù)和熱膨脹率等，是木材工業(yè)上熱處理，如制材中結(jié)冰原木的解凍、單板用木段的蒸煮、木材防腐處理、木材干燥等的重要工藝參數(shù)。同時由于木材是熱的不良導體，又是建筑上和冷藏設(shè)備上隔熱、保溫設(shè)計的必要參數(shù)。

木材比熱

單位質(zhì)量的木材溫度升高1℃所需熱量或稱為熱容量（千卡/千克·℃），與同單位質(zhì)量的水升高1℃所需熱量之比。木材干燥、防腐、蒸煮等計算加熱木材所需的熱量時，必須要有在各種條件下木材比熱的數(shù)據(jù)。絕干木材的比熱基本上不受樹種和密度的影響，平均約為0.327千卡/千克·℃。氣干材平均為0.41千卡/千克·℃。木材比熱隨其含水率的增加而增大。

木材導熱系數(shù)

木材單位厚度兩面的溫度差保持1℃的單位時間內(nèi)，通過單位面積所需的熱量。又稱熱導率（千卡/米·小時·℃）。木材導熱系數(shù)很小，是熱的不良導體，所以木材廣泛用作隔熱、保溫材料。木材的導熱系數(shù)受熱流相對于木材紋理方向、密度、含水率和溫度的影響。順紋方向?qū)嵯禂?shù)遠較橫紋方向的大，例如前者與后者比，紅松為2.5，糠椴為3.1，柞木為2.7。弦向與徑向的導熱系數(shù)，隨早、晚材密度的差異程度和晚材率的高低以及木射線容積比的多少也具有一定的差異。木材是由木材物質(zhì)、水分和空氣組成的。木材物質(zhì)的導熱系數(shù)為0.25～0.34，水分為0.5，空氣為0.021千卡/米·小時·℃。在干材中，熱流通過木材物質(zhì)和充滿空氣的孔隙兩部分，而空氣的導熱系數(shù)比木材物質(zhì)小得多，因此，木材的導熱系數(shù)隨著木材密度的增大而增高。水的導熱系數(shù)遠遠高于空氣，因此，隨含水率的增加，木材的導熱系數(shù)亦增大。溫度在零度以上時木材導熱系數(shù)隨溫度升高而增大。溫度在零度以下時，未冰凍的木材導熱系數(shù)仍隨溫度的升高而增大，而冰凍的木材導熱系數(shù)則隨溫度的升高而減小，因為冰的導熱系數(shù)隨溫度升高而減??；由于冰的導熱系數(shù)比水的導熱系數(shù)大，所以在同樣含水率情況下，冰凍木材的導熱系數(shù)比未冰凍的木材要大一些。

木材導溫系數(shù)

表征木材在加熱或冷卻時木材各部分溫度趨向一致的速率，或木材吸熱或放熱的速度。又稱熱擴散率（平方米/小時）。物體的導溫系數(shù)愈大，在同樣外部加熱或冷卻條件下，物體內(nèi)部溫度差異就愈小，達到溫度均勻時間就愈短。木材在進行干燥、浸注、蒸煮及熱壓等處理時，由于需要計算木材加熱到所要求的溫度所需要的時間，因此必須了解木材的導溫系數(shù)。木材的導溫系數(shù)與其導熱系數(shù)、比熱和密度之間存在如下的關(guān)系：

式中 a為導溫系數(shù)（平方米/小時）；λ為導熱系數(shù)（千卡/米·小時·℃）；c為比熱（千卡/千克·℃）；ρ為密度（克/立方厘米）。公式表明木材導溫系數(shù)與其導熱系數(shù)成正比，與其比熱和密度成反比，因此也受到熱流方向、密度、含水率和溫度的影響。熱流方向?qū)叵禂?shù)的影響與對導熱系數(shù)的影響相同。順紋方向?qū)叵禂?shù)遠大于橫紋；大多數(shù)樹種的徑向?qū)叵禂?shù)高于弦向的導溫系數(shù)，平均約高13%，但也有小于弦向的例如杉木、雞毛松、落葉松、南方泡桐、母生和麻櫟等。木材密度對導溫系數(shù)的影響不同于對導熱系數(shù)，密度增大既引起導熱系數(shù)的增大，也引起比熱的增大，但對前者的影響小于后者。木材橫紋導溫系數(shù)隨著密度的增大而略有減少。導溫系數(shù)在各樹種之間的差異不如導熱系數(shù)那樣顯著。中國木材在氣干時和室溫狀態(tài)下，弦向?qū)叵禂?shù)為0.0004****～0.0006****平方米/小時，平均約為0.0005平方米/小時。在正溫度條件下，導溫系數(shù)隨木材含水率的增加而減小，隨溫度的升高而增大；在負溫度條件下，未冰凍木材導溫系數(shù)仍隨含水率的增加而減小，隨溫度升高而增大，而冰凍材的導溫系數(shù)則隨含水率的增加而增大，隨溫度的升高而減小。

木材熱膨脹系數(shù)

單位長度的木材當溫度每增高1℃時的長度增量。

式中 a為熱膨脹系數(shù)（℃-1）；L為木材原長（厘米）；△t為升高的溫度（℃）；△L為溫度升高△t所發(fā)生的增長量（厘米）。固體熱（線）膨脹系數(shù)很小，例如室溫時鋁為25×10-6/℃，鐵為12×10-6/℃，玻璃為10×10-6/℃，混凝土為12×10-6/℃。木材是各向異性體，不同紋理方向上熱（線）膨脹系數(shù)不同。順紋方向熱膨脹系數(shù)小于其他材料；橫紋方向約較順紋方向大10倍，亦大于其他材料。

順紋理的熱膨脹系數(shù)與木材密度關(guān)系不明顯，但橫紋理的熱膨脹系數(shù)有隨木材密度的增加而增大的趨勢。木材橫紋方向的熱膨脹系數(shù)雖大于其他材料，但因木材常含有水分，當溫度升高時，水分蒸發(fā)，木材遂發(fā)生干縮，此干縮值遠較熱膨脹值為大，因此木材熱膨脹現(xiàn)象在多種應(yīng)用下可以忽略不計，但與其他含水率不變的材料組合時，則必須考慮木材熱膨脹系數(shù)。