水分計を使用して木材の水分と木材の特性をテストします
1. 木材中の水分の発生源と状態
生きた木は成長する際、根が土から水を吸収し続け、幹の木部から木の各器官に水を送り、同時に葉の光合成によって生じた養分を師部から運びます。幹から木のさまざまな器官まで。 部。 水分は樹木の成長にとって最も重要な物質であるだけでなく、樹木がさまざまな物質を運ぶ媒体でもあります。 生きた木を伐採し、さまざまな規格の板や角材に製材した後も、木の内部には水分がほとんど残っており、これが木材中の水分です。 同時に、木材は保管、輸送、使用中に内部に水分を吸収します。
樹種が異なると、幹内の木部の水分含有量が異なります。 同じ木であっても、成長期が異なると木部の水分含有量が異なります。 心材、辺材、根、幹、梢など木部の各部分の水分含有量は異なるため、木材内の水分分布は非常に不均一です。 木材の周囲の大気条件が変化すると、それに応じて含水率も変化します。 水分は、木材内での位置の違いにより、自由水、吸着水、結合水の 3 種類に分類できます。
(1) 自由水は、木の細胞壁の穴や導管の端の穴、細胞腔、細胞間空間から構成される大きな毛細管系に存在します。 自由水は木材と物理的に結合しており、その結合は緊密ではありません。 この部分の水分は木から逃げやすく、また吸い込みやすいのです。 湿った木材を乾燥した空気中に置くと、最初に蒸発するのは自由水です。 伐採されたばかりの原木の場合、樹種によって自由水含有量は大きく異なり、一般に 60 ～ 70 パーセントから 200 ～ 250 パーセントの間です。
(2) 吸着水は、木材細胞壁のミクロフィブリルとマクロフィブリルの間に形成される微小毛細管系に存在するか、微結晶表面や非晶質領域のセルロース分子のフリーラジカルに吸着されます。 木材の吸着水 樹種による含有量の差はほとんどありません。 木材が吸収する水分の最大含有量は一般に 23% ～ 31% であり、平均は約 3% です。 吸収された水は木材の物質と密接に結合しており、この部分の水分は木材から簡単には逃げません。 木材内の自由水が完全に蒸発し、木材内の水蒸気の分圧が周囲の壁の空気中の水蒸気の分圧よりも大きい場合にのみ、木材から蒸発することができます。
(3) 結合水と細胞壁成分は強力な化学結合状態にあります。 木材に含まれるこの部分の水分は非常に少量で無視でき、通常の乾燥状態では除去できません。
2. 木材の水分と室内環境
人間が生活する室内環境では、湿度はあまり変動せず、一定の範囲内で安定している必要があり、これは個人の健康や物の保存にとって非常に有益です。 研究データによると、湿ったカビを防ぐための相対湿度範囲は 0-80 パーセントです。 虫害防止の場合は、0-70 パーセントまたは 80-100 パーセントです。 本の保存の場合は 40-60 パーセントです。 細菌感染を防ぐには、55-60パーセントです。 最も低い割合は 60-70 パーセントであり、人間の生活環境の相対湿度は約 60 であり、これがより適切です。
室内湿度の変化を引き起こす要因は数多くあります。たとえば、外部温度の変化または室内温度の変化によって湿度が変化します。 欄間や換気口から出入りする水蒸気、壁を透過する水蒸気、キッチンから侵入する水蒸気なども湿度変化の原因となります。
調湿作用は木材特有の性質の一つであり、内装材や家具材としての利点でもあります。 木や木質材料で装飾された家の湿度変化は、コンクリートの家や壁紙で装飾された家の湿度変化よりもはるかに速くなります。 小さい。 木材のいわゆる調湿特性とは、木材自体の吸放湿により室内環境の湿度変化を直接緩和することです。 室内環境の相対湿度が低下すると、室内環境と木材の間の水蒸気分圧のバランスが崩れます。 木材内部の水蒸気分圧は室内環境よりも高く、木材内部の湿気は外に逃げてしまいます。 室内環境の相対湿度を上げます (脱着プロセス)。 逆に、室内環境の相対湿度が上昇すると、木材は室内空気から水分を吸収します。これは吸湿プロセスです。 脱着または吸湿プロセスの開始時に、木材は非常に強力に進行しますが、その後、新しい動的平衡に達するまで徐々に減速します。 ここでは、木材は室内空気の湿度を自然に調節するのと同じように、湿気を蓄える役割を果たします。 人々は古くから木製家具や木製内装材を使用した生活に慣れてきました。
3. 木材の含水率と製品の形状とサイズ
木材の含水率は、木材の強度、剛性、硬度、耐腐朽性、機械加工性能、燃焼価、熱伝導率、電気伝導率などに一定の範囲で影響を与えます。
湿った木材を乾燥した環境に置くと、木材内の水蒸気の分圧が大気中の水蒸気の分圧よりも高いため、木材の内部から水が大気中に放出され、自由水が生成されます。最初に蒸発します。 木材の自由水が完全に蒸発し、吸着水が飽和状態にあるときの木材の含水状態を繊維飽和点といい、繊維飽和点が木材の性質変化の分岐点となります。 木材の含水率が繊維飽和点を超えて変化した場合、水分の変化は自由水の量の増減のみであり、自由水の量の増減は木材の性質にはほとんど影響を与えません。 、重量、燃焼値、熱伝導率、伝導率にのみ影響します。 逆に、木材の含水率が繊維飽和点以下で変化すると、木材内部には自由水が存在しないため、吸水量の変化が木材の機械的特性などの木材の特性に大きな影響を及ぼします。 、乾燥収縮率、膨潤率、熱伝導率、電気伝導率。 木材に吸収される水分の量は、木材の特性に影響を与える主な要因であると言えます。
また、空気、栄養分、温度、湿度などの環境が適切であれば、木材腐朽菌の胞子が木材に感染し、木材に害を与えます。 ほとんどの木材腐朽菌の増殖に最適な温度は 25-30 度、最適な水分含量は 35-50 パーセントです。 木材の含水率を2％まで下げると木材腐朽菌の活動が抑制されるため、木材の変色を防ぐためにも乾燥させることが腐朽対策に効果的です。
私たちが日常生活の中で最もよく経験するのは、木材の顕著な特徴である乾燥収縮と湿潤膨張です。 伐採したばかりの木を板や四角形に製材した後、比較的乾燥した環境に置くと水分を放出し始めます。 まず、木材の中の自由水が流出し始めますが、それに応じて木材のサイズは変化しません。 木材の自由水が蒸発すると、木材細胞壁の吸着水が木材から放出され、木材のサイズが小さくなります。 これは、吸収した水分の排出により細胞壁のミクロフィブリルとマクロフィブリルの間の隙間が減少し、細胞壁が薄くなり木材が収縮するためです。 逆に、完全に乾燥した状態から繊維が飽和するまで徐々に木材を湿らせると、木材が膨潤する現象が観察されます。
木材の乾燥収縮や湿潤膨張により、木製品の寸法が不安定になります。 木材構造の異方性により、方向、樹種、密度、晩材率、年輪幅、応力木材、細胞壁の化学組成の違いにより、木材の収縮は大きく異なります。 したがって、木材の乾燥収縮と湿潤膨張にも異方性があり、これは主に幹方向に沿った縦方向の収縮率が約 {{0}}.10 ～ 0.20 と非常に小さく、径方向の収縮率が非常に小さいことに現れます。幹半径方向の収縮率は約3～6パーセントです。 木材の年輪方向の弦収縮率は径方向の収縮率の約2倍、約6～12％となりますが、これは各部位の不均一な収縮により形状が変化するためです。
丸太から切り出された板角材の端面は、原木が乾燥すると径方向と弦方向の収縮率の違いにより、反り、曲がり、ねじれなどの様々な変形を起こします。 、横方向の曲げ。 不均一な乾燥と異なる方向の収縮の違いにより、木材に亀裂、端部の亀裂、表面の亀裂、心部の亀裂、蜂の巣の亀裂、ホイールの亀裂、その他の欠陥が発生します。
木材の平衡含水率は木材の加工と利用において非常に重要です。 その役割は、木材を木製品にする前に、その地域の気温や湿度に適した木材の平衡含水率まで乾燥させる必要があることを認識させることです。 これにより、使用地域の温度や湿度の影響による木材の含水率の変化を回避し、木材の寸法や形状の変化を生じさせず、木材の品質を確保することができます。製品。 我が国は広大な国土を有しており、各地の木材の平衡含水率はその地域の気候に応じて大きく異なります。 同じ地域であっても、季節が異なると木材の平衡含水率も異なります。 たとえば、北京の木材の年間平均含水率は約 11.1 パーセントで、最高は 8 月の 15.6 パーセント、最低は 4 月の約 8.5 パーセントです。
