原料的性質決定了原料的質量。因此，了解原料的性質和特點對于選擇合理的刨花板生產工藝和設備都具有重要的現(xiàn)實意義。

木材的解剖特性

木材是由無數(shù)細胞構成的，根據(jù)它們在木材中的位置、機能和生理作用不同，木材的細胞分為厚壁細胞和薄壁細胞。其中，起增進機械強度功能的是厚壁細胞，如針葉材的管胞、闊葉材的木纖維，這些細胞細長、壁厚、腔窄、兩端較小，通稱為纖維細胞(簡稱纖維)。纖維細胞決定著木材及其制品的機械強度，是影響刨花板質量的主要因素之一。除纖維以外的細胞稱為“雜細胞”，如木材的木射線、薄壁細胞等，這些細胞壁薄、短小、切削加工時易碎，因此，“雜細胞"含量高的原料質量較差。細胞壁是木材的實質部分，是植物所特有的一種結構(見圖2-1)。

針、闊葉材的各類細胞含量是不同的。針葉材中的管胞占整個木材體積的90%~95%，不同針葉材樹種間的各類細胞組成變化不大。而闊葉材則不同，不同樹種間的各類細胞組成差異很大，有的樹種纖維含量高達80%，而有的樹種纖維含量僅有16%。

木材的物理性質

木材的物理性質主要包括木材的水分、密度、濕脹干縮現(xiàn)象等，它們既關系到木材的加工，也與制品的性能關系密切。

(1)木材的水分

通常，采伐后不久木材中的水分以自由水、吸著水、化學水三種形式存在。

①自由水：是指存在于木材細胞腔等大毛細管系統(tǒng)中的水分。這部分水分只對木材的密度、保存性、燃燒性等有影響，而對木材的其他性能基本上沒有影響。

②吸著水：是指存在并被吸附于細胞壁等小毛細管系統(tǒng)中的水分。這部分水分不僅影響木材的密度，而且與木材的強度、脹縮、電和熱的傳導性等關系密切。

③化學水：存在于木材化學成分中，與木材呈化學方式結合，結合較緊密，用通常溫度下的熱處理無法除去。這部分水分只在木材化學加工(如木材干餾)時才起作用，且數(shù)量很少，般不予考慮。

濕木材放置在空氣中干燥，當自由水蒸發(fā)完畢而吸著水尚在飽和狀態(tài)時，稱為纖維飽和點，此時的木材含水率稱為纖維飽和點含水率。纖維飽和點含水率反映的是吸著水的較大量，其因樹種不同而有差別，通常在30%左右。纖維飽和點含水率有很重要的實際意義，它是木材許多性質在含水率影響下發(fā)生變化的起點。在此點以上時，木材的許多性質近乎不變，而在此點以下則隨含水率的增減而發(fā)生明顯的變化。

(2)木材的濕漲干縮

木材與金屬、塑料等其他材料較大的不同，就在于木材會因其水分的變化而發(fā)生濕漲干縮現(xiàn)象。木材含水率在纖維飽和點以上時，水分變化幾乎不會導致干縮和濕脹;當其含水率降低到纖維飽和點時，就會開始干縮，含水率越低則干縮越多，含水率降低到零時，木材干縮達到較大。反之，在纖維飽和點以下木材隨含水率的增加而膨脹，直到含水率達到纖維飽和點，則木材膨脹達到較大值。

木材為各向異性材料，它的干縮和濕漲在各個方向上存在較大差異?？v向較小(約0.1%)，徑向居中(約3%~7%)，弦向較大(約6%~14%)。不同樹種木材的干縮濕漲率也有較大差異。

(3)木材的密度

木材的密度是指單位體積木材的質量，般以單位g/cm3表示。它是木材物理性質的一項重要指標，并與木材的其他物理性質如強度、硬度、干縮率、濕漲率等密切相關，因此可以根據(jù)它來估計木材的質量。

木材是由細胞壁和細胞腔以及其他空隙構成的多孔性物質，因此，木材的密度有容積密度、胞壁密度和實質密度之分。木材實質密度是去除所有空隙后的木材密度，與樹種關系很小，通常取1.5g/cm³。木材胞壁密度因樹種不同而異，一般為0.71~1.27g/cm³根據(jù)含水率不同，木材的容積密度又分為基本密度(絕干質量與生材體積之比)、生材密度(生材質量與生材體積之比)、氣干密度(氣干質量與氣干體積之比)和絕干密度(絕干質量與絕干體積之比)。刨花板生產中較常用的是氣干密度，我國規(guī)定的氣干含水率為15%。本書后面章節(jié)所涉及木材密度，如無特殊說明均指氣干密度。

木材的力學性質

木材原料本身的力學性質在某種意義上決定了刨花板產品的物理力學性能，同時對熱壓工藝也有重要影響。

木材的力學性質主要包括木材的強度(抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等)、木材的彈性和塑性、蠕變性能以及硬度等。木材的強度是木材重要的力學性質，它表示木材抵抗外部機械力作用的能力。木材的各向異性決定了木材在各個方向上存在較大的性能差異，一般說來，木材的抗拉強度縱向大于橫向，而抗壓強度和抗剪強度橫向大于縱向。不同樹種的木材強度差異很大。影響木材強度的因素很多，主要是木材缺陷，其次是木材密度、含水率、生長條件、解剖因子等。通常密度大的木材硬度高、強度亦大。木材的彈塑性和蠕變與含水率和溫度關系密切，它們對于刨花板的熱壓工藝以及產品性能有著較大影響。

木材的化學性質

木材是由多種復雜有機物質組成的復合體，其中絕大部分是高分子化合物。木材的化學性質不僅取決于木材中化學成分的種類和含量，而且還取決于各種化學成分的分布及其相互之間的關系。

(1)木材的化學成分

木材的主要化學成分為纖維素、半纖維素和木質素，總量很過木材的90%，是木材細胞壁的主要成分(見圖21)。木材中的主要化學成分在木材中的分布是不同的，細胞壁內以纖維素為主，而胞間層物質則以木質素為主，其余是半纖維素和果膠，胞間層中纖維素所占比例很小。除主要成分外，木材中還有些次要成分，如單寧、樹脂、果膠質、蠟、揮發(fā)性油、色素、生物堿等，含量一般小于10%。這些次要成分有的存:在于木材的細胞腔內，有的黏附在細胞壁上，它們容易被水、稀堿液和有機溶劑抽提出來，故又稱為木材抽提物。不同樹種的抽提物含量及種類是不同的，甚至差別很大。同一樹種因立地條件、樹齡及采伐季節(jié)的不同，抽提物也有明顯差異。此外，木材中尚有不到1%的無機物(灰分)。

溫帶針葉樹材和闊葉樹材的主要化學組分分別為:纖維素42%+2%，45%+2%;半纖維素27%土2%，30%士5%;木質素28%士3%，20%土4%;抽提物3%士5%，2%土3%。幾種主要國產木材的化學組分見表1。

從表1中可以看出，針葉材與闊葉材纖維素含量差別不大，但半纖維素和木質素的含量有明顯區(qū)別，針葉材的木質素含量高于闊葉材，而闊葉材中半纖維素含量高于針葉材。

(2)主要成分的結構與性質

①纖維素:纖維素是不溶于水的簡單聚糖，是由大量的D葡萄糖基彼此通過1,4位碳原子上的β糖苷鍵連接而成的直鏈巨分子化合物，具有特殊的x射線圖。纖維素的分子式可用(C₆H₁₀O₅)_n。表示，式中C₆H₁₀O₅為葡萄糖基，n為聚合度。天然狀態(tài)下的棉、麻及木纖維素，n近于10000。纖維素分子鏈的結構式如圖2-2所示。

纖維素是木材細胞壁中“骨架”物質，主要為木材提供強度。纖維素纖維的物理結構中，存在著由纖維索分子鏈高度整齊排列的結晶區(qū)部分和排列不整齊的非結晶區(qū)(無定型區(qū))部分(見圖2-3)。兩者沒有明顯的界限，但有相對的過渡。纖維素的無定型區(qū)有大量的游離羥基存在，羥基具有很性，能吸附很性水分子，形成氫鍵，因此，纖維素的無定型區(qū)具有吸濕性，結晶區(qū)則沒有。纖維素吸濕后，水分子會進人無定型區(qū)，與纖維素分子鏈的羥基形成氫鍵結合，使纖維素分子鏈間的距離增大，宏觀上反映為木材膨脹。纖維素無定型區(qū)所占的百分比越大，吸濕性就越大，會影響制品的物理力學性能，因此，選用原料和制定工藝時要從多方面加以考慮。

纖維素為白色、無臭、無味，具有各向異性的高分子化合物，其密度為1.50~1.56g/cm³。纖維素的化學性質比較穩(wěn)定，不溶于水和有機溶劑，但可以溶于銅氨、濃磷酸和氯化鋅溶液。一般強堿或弱堿對其不起作用，但在強堿或弱堿條件下加熱，部分低聚合度的纖維素會溶解。在酸的作用下可以發(fā)生水解而得到葡萄糖。

纖維素的耐熱性不如木質素。在高溫下即使沒有酸的存在，只要與水作用也會發(fā)生水解反應，但水解反應速度較慢。在高溫作用下纖維索會產生熱降解。纖維索熱降解的程度與溫度的高低、作用時間的長短及介質中的水分和氧氣含量等有密切關系。溫度高則降解反應加快，纖維素加熱到100℃時其化學性質尚未改變，大約從160℃開始纖維素被破壞，2-30~240℃開始脫水，到達275℃時纖維素大量分解。受熱時間越長，降解越嚴重。氧氣對熱解速度影響很大，例如，在空氣中加熱至140℃以上，纖維素聚合度顯著下降，但在同樣溫度的惰性氣體中加熱，則聚合度下降速度很慢。纖維素在空氣中加熱所發(fā)生的變化，先是氧化，隨后才是分解。總的來看，一般纖維素可經受短暫的高溫(200~2-30C)加熱而不會立刻分解。了解纖維素在高溫作用下的熱解和水解作用，對于掌控熱壓工藝是很有幫助的。

②半纖維素:半纖維素又稱戊聚糖，系指除纖維素以外的所有非纖維素碳水化合物(少量果膠質與淀粉除外)的總稱。半纖維素是由木糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等單糖類的縮合物所構成。某樹種般含有幾種不同的半纖維素，而其中任何一種又是由兩種或三種以上單糖基構成的不均一聚糖。半纖維素各分子鏈常帶有支、側鏈，主分子鏈的聚合度很低，約為70~250。

半纖維素的分子排列沒有方向性，為無定型物質，成粉狀，包圍在纖維素纖絲的外邊。所以半纖維素的穩(wěn)定性很差，吸水性強，能溶于堿，甚至溶于熱水，很容易被酸水解為單糖，耐熱性也差，在100C以下就開始軟化，在高溫下很易分解而焦糖化。因此，半纖維含量過高，會對產品的耐水性、尺寸穩(wěn)定性等帶來不利的影響。

③木質素:木質素在植物纖維中與半纖維素共同構成結殼物質，存在于胞間層與細胞壁上微纖絲之間。木質素是一類復雜的芳香族物質，是種具有立體網狀結構的天然高分子聚合物，它的相對分子質量很大，約在800~10000。構成木質素的基本單元是苯丙烷，這些基本單元通過比較穩(wěn)定的醚鍵和碳一碳鍵彼此連接在一起。

木質素是熱塑性物質，因其是無定型物質，所以無固定的熔點。木質素因樹種不同，其軟化和熔點溫度也不樣，熔化溫度較低為140~150℃，較高為170~180℃。木質素的軟化溫度與含水率高低有密切關系，提高木材含水率可以顯著降低木質素的軟化溫度。

在木質素結構中存在有甲氧基、羥基、羰基、烯醛基和烯醇基等多種化學官能團，化學活性很高，可以起各種化學反應，如氧化、酯化、甲基化、氫化等，還可與酚、醇、酸及堿等起作用。

④抽提物與酸堿性:木材的抽提物是指除構成細胞壁的纖維素、半纖維素和木質素以外，經中性溶劑如水、乙醇、苯、乙醚、水蒸氣或稀酸、稀堿溶液抽提出來的物質的總稱。抽提物是廣義的，除構成細胞壁的結構物質外，所有內含物均包括在內。植物原料抽提物含量少者約為1%，多者高達40%以上。抽提物含量隨樹種、樹齡、樹干部位以及生長立地條件的不同而有差異，一般心材高于邊材。抽提物不僅決定原料的性質，而且是制定刨花板加工工藝的依據(jù)條件之一，它不僅影響制品的質量，有些還會對加工設備造成腐蝕。

木材的酸堿性也是原料重要的化學性質之一，其中包括存在于細胞腔、細胞壁中的物質經水抽提后所得到的抽提液呈現(xiàn)出來的pH值，總游離酸和酸堿緩沖容量等方面的性質。木材的pH值泛指其水溶性物質呈酸性或堿性的程度。國內外研究測試結果表明，世界上絕大多數(shù)木材呈弱酸性，只有個別呈弱堿性，一般pH值介于4.0~6.1。

木材的酸堿性對刨花板制造有重要影響。刨花板生產中常用的脲醛樹脂是在酸性條件下固化的膠黏劑，木材中的堿性物質不利于脲醛樹脂的固化，因此，堿緩沖容量高的木材需要消耗更多的酸性固化劑才能保證膠合質量。