传统原材料

传统原材料——木材

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2．5亿年前的二叠纪，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，人类应用木材起始于获取能源。约在新石器向中石器时代过渡时期(约1万年前)，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。木材都址指砍伐后的、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，在一定程度卜也来自森林之外(公路、通道)。大陆的有森林覆盖，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%左右属于经济林。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，其小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于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500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。木材像任何孑L隙物体一样，吸收空气中的水蒸气，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。空气相对温度为60%，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。如果木梁的负荷处于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i0%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他方法保护木材。

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，还有其他功能。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，木材仅决于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。由于气候、供水设施、国家文明及其他原因，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于木材，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20世纪末在材料经济中的地位发生质的变化。