木材全解析：用途、历史与现代应用指南

木材作为燃料、建筑材料、工具武器、家具和造纸原料已有数千年历史。近代成为生产玻璃纸等纤维素衍生物（如醋酸纤维素）的原料。木工与土木工程领域深知木材核心价值，因此“木材”是必议话题。

本文将围绕以下问题展开：

什么是木材？
木材有哪些用途？
木材有哪些特性？
木材有哪些类型？
木材如何生产？

让我们深入探讨！

什么是木材？

木材源自活树，是一种具有纤维性、非均质性、各向异性质地的有机物质。是最古老建筑材料之一。史前人类即用木材庇护避难。因森林衰退、补植困难、树木生长周期长，木材价值日益凸显。除作模型脚手架承重或装饰材料外，还用于屋顶配件、木工制品、覆面材料。木屑、锯末、粉尘等木工副产品制成的胶合板、MDF、刨花板等人造建材应用广泛。材木是经处理切割成统一规格的木材。

木材是树木及木本植物茎干根部的多孔纤维结构组织。由耐张力的纤维素纤维和耐压缩的木质素基质构成的有机复合材料。在活树中木材起支撑作用，使木本植物能高大挺立。有时木材定义仅限树干次生木质部，也可广义包括树根灌木同类组织。此外还负责根部、生长组织、叶片间水分养分运输。

木材有哪些用途？

木材常见用途如下：

燃料
纸浆材
建筑
工程产品
家具与器具
艺术
体育与休闲器材
其他

燃料

至今世界农村地区仍广泛用木材作燃料，延续千年。硬木烟少燃慢，推荐使用。壁炉炉灶常被认为能为家庭带来温暖与氛围。

纸浆材

“纸浆材”指专门种植用于造纸的木材。

建筑

人类筑茅屋、房屋、船只以来，木材始终是建筑主角。19世纪末前几乎所有船只皆木制，现代造船仍大量用木材。榆木因常湿不腐曾专用于此（现代管道出现前也作水管）。

北美习称建筑用木为“材木”。材木指锯成可用板材，而“原木”通常指别处采伐的倒伏树木。中世纪欧洲所有木构建筑——梁、墙、门、地板——首选橡木。现用材更广，杨木、小节松、花旗松常用于实木门制作。

工程产品

工程木材产品广泛用于建筑工业，是为满足特定应用性能标准而“设计”的胶合结构组件。将木丝、单板、材木或其他木纤维胶合，制成更强更有效的复合结构单元。

包括平行集成材、I型搁栅、单板层积材（LVL）及其他结构复合材木（SCL）产品。胶合板、定向刨花板、复合板等木质结构板也在列。1991年约1亿立方米木材用于此。趋势显示刨花板和纤维板将取代胶合板。

家具与器具

椅床等家具、木勺铅笔等器具柄、筷子牙签等餐具工具，木材由来已久。

艺术

木材是延续千年的艺术媒介。雕刻雕塑历史悠久。北美原住民用针叶原木（常为西部红雪松）雕制图腾柱即例。艺术领域其他用途：

木刻版画雕刻
木板作绘画底板（板绘）
多数乐器全部或主要由木材制成

体育与休闲器材

众多运动器材现用木材或曾用木材。板球拍通常用白柳木。美国职棒大联盟许用球棒多为白蜡木、山核桃木，近年枫木也获批（虽稍脆）。NBA球场常用拼花地板。

其他

木质素胶粘剂、可回收食品包装、橡胶轮胎替代品、抗菌医疗材料、高强纺织品/复合材料等新应用不断涌现。科学家工程师持续研究提取木材成分或改性木材（如添加成分），更多先进产品将面市。电子含水率监测有助提升新一代木材防护。

木材有哪些特性？

感官特性
密度与比重
力学性能
热学性能
电学性能
声学性能
降解性
吸湿性
收缩与膨胀

感官特性

颜色、光泽、气味、滋味、纹理、纹理、花纹、重量、硬度等属感官特性。这些宏观特征有助于木材识别与描述。木材颜色丰富，多为白、棕色调，也有黄、绿、红、近纯白。单块木材上，心材、边材、早材、晚材、木射线、树脂道颜色差异形成变化。漂白、染色、长期环境暴露均可改变天然色。刺槐、刺槐等热带树种色泽绚丽。

云杉、白蜡、椴木、杨木等树种径切面常显天然光泽。木材挥发性化合物产生气味滋味，虽难言状但有时是识别特征。“纹理”指木材表面（通常横切）外观均匀度。如粗、细、均匀纹理。也可指木材成分方向：直、螺旋、波浪。有时“纹理”代指“花纹”，如橡木的银纹。花纹指木材表面（通常径切或弦切）的天然图案设计。

重量和硬度在诊断而非技术意义上属感官特性：重量凭手提感知，硬度凭指甲压痕判断。热带产极轻极重木材，气干密度从轻木80kg/m³到蛇榄木1300kg/m³（约5-80lb/ft³）。温带常见树种气干密度约300-900kg/m³（20-55lb/ft³）。

密度与比重

比重是木材重量/质量与水的比值，密度是单位体积木材的重量/质量。因1cc水重1克，公制下花旗松平均密度和比重均为0.45g/cc（1g/cc约等于62.4lb/ft³）。木材吸湿性致含水率显著影响重量体积，密度测定比其他材料复杂。规定含水率下测定重量体积以得可比结果。

标准为绝干重（近零含水率）与绝干或湿态体积（湿态指含水率超纤维饱和点，平均约30%）。基于气干重体积或湿态重体积的密度表达虽不精确，但在木材运输等实务中有应用价值。

吸湿性

木材接触水时能以液态或气态（空气水蒸气）吸收。水是木材吸收最重要的液体/气体。因吸湿性，木材无论作为活树成分还是材料，始终含水分（此处水与水分同义）。水分影响木材方方面面，但须强调：仅细胞壁水分具有实质意义；细胞腔水分仅增加重量。

收缩与膨胀

木材含水率低于纤维饱和点变化时发生尺寸变化。吸湿膨胀、失水收缩。这些变化各向异性：轴向、径向、切向差异显著。平均收缩率分别约0.4%、4%、8%。体积收缩约12%，但树种差异巨大。数值为湿态尺寸百分比，对应湿态至绝干转变。细胞壁结构是不同生长方向差异收缩膨胀的主因。

次生细胞壁层微纤维取向可解释轴向与两侧向（径向、切向）差异，但径向与切向差异成因尚不明确。

降解性

细菌、真菌、昆虫、海洋蛀虫，以及环境、机械、化学、热力因素均导致木材破坏。降解改变木材外观、结构、化学成分，影响活树、原木或制品。程度从轻微变色到彻底失值。埃及法老陵墓出土完好木制家具文物证明，木材可存续百千年（见埃及艺术）。木材仅在外界因素作用下才劣化毁坏。

力学性能

力学/强度性能反映木材抵抗改变尺寸形状外力的能力。抵抗力取决于外力大小施加方式、木材密度含水率。轴向（顺纹）强度特性与横向（横纹）显著不同。

轴向与横向抗拉抗压强度、剪切、劈裂、硬度、静曲、冲击（冲弯、韧性）是主要力学指标。测试测定单位受力面积应力（弹性极限、极限载荷）及韧性、断裂模量、弹性模量（刚度指标）等强度准则。测试常用2×2cm或2×2in截面小型无瑕试件。

热学性能

木材随温度变化膨胀收缩，但含水率变化引起的干缩湿胀是更显著的尺寸变化。温度相关膨胀收缩通常微不足道无实际后果。0°C（32°F）以下表面才可能产生干裂；活树外内层收缩不均导致冻裂。

与金属、大理石、玻璃、混凝土相比，木材导热系数低（隔热性高）。轻质干燥木材隔热更佳，因导热率轴向最大，随密度含水率增加而增大。

电学性能

绝干木材是电绝缘体。但含水率升高导电率上升，饱和木材（最高含水率）表现接近水。含水率从0升至纤维饱和点，电阻骤降超十亿倍；从纤维饱和点至最大含水率仅降约50倍。树种密度等其他参数对电阻影响微乎其微；树种差异源于提取物化学性质。轴向电阻约为横向一半。

木材介质/不良导体特性也重要。介电常数和功率因子在制作电表（电容和射频功耗型）测木材含水率、电流干燥木材（理论可能但非现实）、高频电流胶合木材中有实际作用。机械应力诱导电极化（两侧出现异性电荷）使木材显示压电效应。反之，电场作用下木材发生机械变形（尺寸变化）。

声学性能

木材既能发声（直接敲击），也能放大或偏转来自他物的声波。这些因素使其成为乐器和声学应用的特殊材料。木材尺寸、密度、含水率、弹性模量影响振动频率进而影响音高。高密度、高弹性、低含水率、小尺寸均致音调更高。

木材有哪些类型？

所有木材分为以下三类：

硬木
软木
工程木材

硬木

不产针叶球果的树木产硬木。科学术语常称落叶树或被子植物。产叶产种子的树木为硬木。常见树种：橡木、枫木、樱桃木、红木、胡桃木。虽多硬木以美丽独特木纹著称，但硬木不总比软木强。

竹材、棕榈等非落叶树产材也被归类硬木。虽技术上称单子叶植物，但因具许多共性常被归为硬木。竹材棕榈有时也被归入下文人造木材类。

软木

针叶树产出软木（如材木、木制品）。针叶树即裸子植物，有针叶结球果。家具制造、木工等领域常用软木树种：松木、雪松、冷杉、云杉、红木。

工程木材

第三类是人造而非天然形成的工程木材。通常由木材改性制得，具有特定性能。又称复合木材，常利用锯厂废料制造。

工程木材常经热压或化学处理，生产自然界难得的特定规格产品。胶合板、定向刨花板、中密度纤维板、复合板是常见例子。木皮单板因需专业切割或拼接成特定尺寸纹理，有时也被归类工程木材。

木材如何生产？

木材是植物贮存光合产物、输送根部水分矿物质、提供机械支撑的系统组成部分。估计2.5-3万植物物种产木材，其中仅3-4千种（含草本）产材适合材用。产材林木及木本植物分属裸子植物和被子植物两类。被子植物（结实非球果）产温带热带硬木（橡、榉、柚、轻木）；裸子植物（结球果）产软木（松、云杉）。注意：硬软木之分非绝对。如轻木（硬木）比紫杉（软木）更软。

木材是极具经济价值的物质。异于煤炭矿石石油的渐竭，它是可持续维护的可再生资源。采伐、运输、工厂加工、贸易、消费全链条促经济增长、创就业、保民生（部分国家）。持续强劲的木材制品需求彰显其重要性。

按重量计，木材消费量远超其他材料。世界圆木（原木）产量大多作燃料，主要在发展中国家。纸和纸板产量增速最快，随发展中国家人均消费追赶发达国家，趋势将持续。人口增长推动木材用量增加导致毁林。热带森林大面积毁坏使预测需求下的充足供材存疑。制止地球森林覆盖率下降、提高现有林生产力、大规模造林速生林苗圃建设、纸张回收、科研改进木材利用率，有助解决供材问题并减轻林业环境影响。