富有的传统废材料——木材

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(约一万年前),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．木材都是指砍伐后的、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,在一定程度上也来自森林之外(公路、通道)．大陆的三分之一有森林覆盖,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,其中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550 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．木材像任何孔隙物体一样,吸收空气中的水蒸汽,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10％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它方法保护木材。

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,还有其它功能．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,木材仅次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、国家文明及其它原因,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”的原材料到本世纪末在材料经济中的地位发生质的变化。

下页：经济发展中重要的材料——金属