木材是一種歷史悠久的包裝材料,在包裝材料眾多的今天,由于木材所具有的優(yōu)點(diǎn):可就地取材,質(zhì)輕且強(qiáng)度高,有一定的彈性,能承受沖擊和震動(dòng),容易加工,具有很高的耐久性且價(jià)格相對(duì)低廉等,因此,在當(dāng)今的包裝工業(yè)中仍占有很重要的地位。木材的缺點(diǎn)是:組織結(jié)構(gòu)不勻,各向異性,易受環(huán)境溫度、濕度的影響而變形、開裂、翹曲和降低強(qiáng)度,以及易腐朽、易被白蟻蛀蝕等。下面介紹木材的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等相關(guān)內(nèi)容。
包裝用木材的主要性能包括:壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、硬度、彈性模量等。
1.壓縮強(qiáng)度
根據(jù)木材受力方向與木紋的關(guān)系,可將木材的壓縮強(qiáng)度分為順紋和橫紋壓縮強(qiáng)度。橫紋壓縮強(qiáng)度又分為徑向(直徑方向)和弦向(圓周方向)壓縮強(qiáng)度。
木材順紋壓縮強(qiáng)度極限大且較穩(wěn)定,是木材使用的主要形式,常用的木材順紋壓縮強(qiáng)度極限為30~70MPa。順紋抗壓試件的破壞,主要是由于細(xì)胞壁被壓,失去穩(wěn)定性而彎曲,使木質(zhì)纖維撓曲甚至折斷。硬質(zhì)或干燥的試件,在弦切面上破壞呈一定的傾斜度,一般是略大于45。傾斜角的斜線;在徑切面上呈水平的波紋狀。軟質(zhì)或潮濕的試件破壞時(shí)常在端部被壓皺并向側(cè)面突出。
木材橫紋壓縮強(qiáng)度極限遠(yuǎn)小于順紋壓縮強(qiáng)度極限。針葉樹的順紋壓縮強(qiáng)度極限均為橫紋的10~15倍,而弦向壓縮強(qiáng)度極限約為徑向的1.5倍。闊葉樹的順紋壓縮強(qiáng)度極限約為橫紋的3~7倍,具有粗大髓線的樹種(麻櫟、青岡等)徑向?yàn)橄蚁虻?.5倍。其他樹種并無顯著區(qū)別。
2.拉伸強(qiáng)度
木材順紋拉伸強(qiáng)度較壓縮強(qiáng)度大2~3倍,通常可達(dá)100~150MPa。由于抗拉制品端部接合處受到拉力時(shí),常先破壞于橫紋受壓或剪切,因而目前還無法充分利用木材的順紋拉伸強(qiáng)度。
橫紋拉伸強(qiáng)度極小,約為順紋拉伸強(qiáng)度的1/20~1/40,所以木材通常不用作承擔(dān)橫紋受拉的制品。
3.靜力彎曲強(qiáng)度
木材具有優(yōu)良的靜力彎曲強(qiáng)度。一般木材的靜力彎曲強(qiáng)度極限為50~110MPa,約為順紋壓縮強(qiáng)度極限的1.5~2.0倍。
當(dāng)木質(zhì)制品承受彎曲靜力時(shí),由于其拉伸強(qiáng)度極限大于壓縮強(qiáng)度極限,制品的受壓區(qū)域首先發(fā)生皺折,然后在拉力區(qū)折裂。
4.沖擊彎曲強(qiáng)度
木材是很好的抗沖擊彎曲的材料,常用作承受橫向沖擊載荷的制品。凡春材與夏材區(qū)別明顯的樹種,其徑向沖擊彎曲強(qiáng)度比弦向高。闊葉樹中的散孔材,其兩個(gè)方向的沖擊彎曲強(qiáng)度無甚差別。一般闊葉樹的橫向沖擊彎曲強(qiáng)度比針葉樹約大0.5~2.0倍。
5.剪切強(qiáng)度
木紋對(duì)木材的剪切強(qiáng)度有極大影響。順紋剪切強(qiáng)度極限最小,并隨剪切面與年輪夾角的大小而改變。一般樹種順紋剪切強(qiáng)度受年輪方向影響不大。而具有粗大髓線的樹木,其弦向的剪切強(qiáng)度較徑向大10%~30%,順紋剪切強(qiáng)度極限一般為4~15MPa,約為壓縮強(qiáng)度極限的15%~25%。
橫紋彎曲破壞的剪切面多與木材纖維平行,其強(qiáng)度極限遠(yuǎn)高于順紋,一般為順紋強(qiáng)度的3~7倍。但在實(shí)際使用中,由于制品先被橫紋受壓所破壞,所以利用價(jià)值不大。木材各強(qiáng)度若以順紋壓縮強(qiáng)度極限為1。
6.硬度
木材的硬度也是隨紋向而不同,如針葉樹橫切面的硬度較縱切面硬度約大35%,闊葉樹約大25%。一般樹種徑切面和弦切面的硬度大致相同,但具有粗大髓線的樹種的弦切面硬度大5%-10%。
7.彈性模量
木材的彈性模量較金屬材料低,并與紋向有關(guān),這是木制品容易變形的主要原因之一。木材順紋的拉伸、壓縮彈性模量(E),比橫紋大7~30倍,剪切彈性模量(G)約為正的1/10~1/3。
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