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木质材料应用的现状和前景

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-11  浏览次数:422
       木材由裸子植物和被子植物的树木产生,具有丰富的生物多样性。树木生长是一个复杂而协凋的生物化学过程,通过光能利用二氧化碳、水分和矿物等使自身发育成一个粗大的有机体,木材就是树木营养生长的主要产物。木材的形成是吸收二氧化碳、固碳并释放氧气的过程,有利于改善生态环境。     

木材作为传统的材料,一直为人类所利用。随着自然资源和人类需求发生变化和科学技术的进步,木材利用方式从原始的原木逐渐发展到锯材、单板、刨花、纤维和化学成分的利用,形成了一个庞大的新型木质材料家族,如腔合板、刨花板、纤维板、单板层积材、集成材、重组木、定向刨花板、重组装饰薄木等木质重组材料,以及石膏刨花板、水泥刨花板、木/塑复合材料、木材/金属复合材料、木质导电材料和木材陶瓷等木基复合材料。  

木质材料在建筑、家具、包装、铁路等领域发挥着巨大的作用。在不可再生资源日益枯竭、人类社会正在走向可持续发展的今天,木材以其特有的固碳、可再生、可自然降解、美观和凋节室内环境等天然属性,以及强度-重量比高和加工能耗小等加工利用特性,将为社会的可恃续发展做出显著贡献。与其他材料相比,木材具有多孔性、各向异性、湿胀干缩性、燃烧性和生物降解性等独特性质,如何更好地利用这些特性和最大限度地限制其副作用,是木材科学家和工程技术专家长期努力解决的主要问题。近年来林学家也积极参与木材科学研究,从树木的遗传学角度认识和改良木材的基本特性。

1       室内木质环境研究的发展现状  

 由于木材具有大自然赋予它的独特美感以及优越的材料特性,人类自古以来就喜欢用木材装点室内环境,制作室内用家具,由此提高居住环境的舒适性,这些已为人们的经验所熟 知。但是,由木材、木质环境的那些构造因子和材性参数,对人类生活的舒适性起什么样的 作用,目前尚未有科学而准确的定论,对此问题作出科学解答也是比较困难的。

随着木材科学研究的不断深入和发展,有关木质材料作为室内环境用材的研究随时代发展应运而生,并随人类生活水平的提高而与时俱进,与人类生活的关系越来越密切。20 世 纪70 年代中期由日本学者首先开始了有关木材-人类-环境之间相互关系的研究,及至80 年 代末期90 年代初期,这方面的研究逐渐被认可并发展壮大起来,最终形成木质环境学研究 领域。木质环境学的研究定位于探索木材、木质材料作为居住和装饰用材给予居住者的感觉 特性、心理作用以及健康影响,运用一些客观的物理量因子和主观的评价量表来反映这种影响的好坏和程度,评价木质材料所营造环境空间的可居住性及对人类生活舒适性的贡献。因 此,如何评价迄今为止的木材科学研究,如何进行今后的木材科学工作,木质环境学特性的 研究具有重要的意义。

自古以来,木材一直是深受人们喜爱的建筑材料之一,也是构成室内环境的主要材料。由于木材重量轻强度高。保温隔热。吸音隔声。防震、吸收紫外线以及美观自然等,至今仍是最受人们青睬的一种居室内装饰材料和家具制造原材料。特别是近十几年来,随着人们主活水平的不断提高,人们开始追求一种返朴归真。接近于自然的高质量的生活,越来越多的人喜爱用木材建造房屋,用木质材料装饰居室,以营造一个舒适自然的生活环境。木材之所以能称为绿色建筑材料,是因为它具有以下特性:原料生产再生性。产品制造低能耗低污染性、产品使用节能性以及产品利用循环性。木材是一种籍太阳能可再生的天然材料,木质制品在制造过程中资源。能源消耗较之砖瓦材料低得多,且产生的废料、废气、废水量少,对环境污染小。木材及其制品具有良好的保温隔热性能,可以 节省因取暖制冷而入量消耗的能源,并且在完成使用功能后可以进行循环再利用。正是因为木材具有上述特性,在各个领域的应用越来越受到人们的关注和青睐,尤其在建筑市场极具竞争力。

1.1           调温调湿特性  

木材是一种多孔性材料,导热系数较小,是热的不良导体。木材或木质人造板作为墙体或装饰材料,对居室的温度起一定的调节作用。台湾研究人员对混凝上造房屋与木结构房屋进行了自然状态下的对比试验,结果表明冬季混凝土结构的居室温度比木结构居室温度低1℃多。木材除了具有保温隔热。抵御外界大气环境对室内环境影响的功能外,还具有温暖、柔和、细腻的触觉和视觉效应,在寒冷的冬季可以给人们带来温暖的感觉,这是其它建筑材料所无法相比的。

1.2           隔声吸音特性 

噪声经常占据公害的第一位,因而室内的声环境是设计师们所必须重视的问题。对于室内声环境,一是隔声性能要好:二是要求能够听到赏心悦耳的音响,即室内的音响特性要好,回音时间等要合适:三是要求吸音性要好,能够消除一些杂音。木材是多孔性材料,具有良好的吸声功能。据居室内谈话清晰程度的研究表明,在由木质材料装修的室内与混凝土造居室内声音的回晌时间不同,在混凝上造居室内声音的回响时间约为0.4一0.6秒,而在木造居室内约为0.2一0.4秒。如果有两组以上的人在同一居室内谈话,则在混凝土造居室内谈话易被干扰的程度大于木造居室。这是因为木质材料具有良好的吸音性,而声波遇到坚硬的混凝土墙会发生反射导致回响,因而引起居室内不同声音的混杂,形成噪声影响人们的听觉感受。

通常,单层木质材料由于密度较低而导致隔声性能较差,一般不宜用单层木质材料作隔声墙,可采用双层亘台结构。通常面层材料采用密度较大的木质人造板,中间为空气层,以提高隔声性能。如木质材料用作地板,可采用弹性材料作面层,减弱撞击地面的能量(面层法):或木质地板下构筑龙青,形成浮筑地板(浮筑法):以及楼板下设吊顶,形成空气层(吊顶法)等,以减轻因撞击引起的噪声。 

1.3           光学视觉特性 

近年来,随着办公室自动化的快速普及,办公室的事务简化之余,却引起了工作人中员眼睛疲劳的症状。主要原因在于自动化所使用的电脑映像是由不连续的波状光线构成的,易使眼睛感到疲劳。人类的眼睛是很难配合着机械而改变其机能,然而高科技的机器今后还将渐渐地普及到每个家庭,因此,为了创造一个舒适的视觉环境人们喜爱用具有自然色泽、花纹、图案的木材装点室内环境和制作室内用具。木材相对其他材料具有视觉上优越性主要表现在:木材具有柔和的自然光泽。通过对木材视觉物理量与感觉特性的研究表明,木材颜色分布范围为:色相主要分布在2.5Y一9.0R(浅橙黄一灰褐色),以5YR一10YR(橙黄色)居多,明度主要集中在5一8之间;纯度主要位于3一6之间。其次,木材,具有吸收紫外线反射红外线的功能。虽然紫外线(380mm以下)和红外线(780mm以上)是肉眼看不见的,但对人体的影响不可忽视。木材可以吸收阳光中的紫外线,减少紫外线对人体的危害,同时木材又能反射红外线,这与木材会给人带采温暖感有直接联系。木材是多孔性材料,表面会形成小的凹凸,在光线的照射下,会呈漫反射现象,或吸收部分光线,所以会使令人眩晕的光线变得柔和。因此,木制桌面。壁面对干工作人员的视觉神经刺激最小。

2       室内木质环境研究的发展前景 

木质材料研究的发展与社会、经济和资源、环境的发展紧密相关,新的生长点和交叉点不断出现,并不断向其他相关学科延伸。这既促进了木质材料研究自身的发展,又丰富了森林科学和材料科学的内涵。概括起来,木质材料研究的发展趋势有四个方面。   

一是木材科学研究的范围和对象不断扩大。从传统的木材构造、物理、力学、化学、缺陷和材质改进扩大到生物学、林学和加工利用学,研究对象扩展到竹材、藤材及其他禾本、草本植物和藻类植物,木材科学正向植物材料学方向发展。  

 二是木质材料研究与相关学科不断交叉、渗透,新的学科增长点不断出现。木材加工学与复合材料学相结合,向木基复合材料学和木质重组材料学方向发展;木材机械加工学与先进制造技术相结合,向木制品先进制造技术学方向发展;木材加工学与生态环境材料学相结合,向木质生态环境材料学方向发展,木结构工程学与环境学相结合,向木结构环境工程学方向发展;木材化学与化学工程学相结合,向木材化学加工学方向发展。   

三是木质材料研究注重应用先进的研究方法和分析仪器,不断加深对木质材料的认识。计算机仿真模拟、隧道扫描电子显微镜、固态与液态核磁共振仪、计算机图像分析处理技术、气质联用仪、动态热机械分析仪、原子表面力分析仪和模型化合物等的应用以及各类木质材料数学模型的建立,使研究木质材料的成分、结构、工艺和性能的关系和研究木材化学成分与微生物、酶和其他材料的反应成为可能。   

四是木质材料研究不但注重其基本性质的改进,还注重赋予其新的功能。木材的基本性质得到很大的改进,其易腐性、易燃性、尺寸不稳定性、各向异性、变异性得到很大改善;木材陶瓷被赋予新的硬度、摩擦性、磨耗性以及远红外线放射性和吸收性;木质导电材料被赋予新的导电性、电磁屏蔽性和体积电阻率。

3       总结 

木材是一种来自于可再生资源的传统材料,生态环境协调性最好,却时常被人忽视。木材工业是非常传统的工业,但也是现代林业和现代材料工业的重耍组成部分,担负着向社会提供木质材料及其制品、为林业产业建设和林业可恃续发展提供经济。  

可以说木质环境学正处于一个方兴未艾的阶段,我国在这方面的工作刚刚起步,所 以,首先应立足于基础性的研究,而后再进行综合性的调查研究,以争取在这一崭新的研 究领域取得新的突破和进展。


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