5.2.2 木材干缩与湿胀各向差异的原因
木材干缩、湿胀之所以有纵向、横向不同及径向与弦向的差异，主要与组成木材这种材料的细胞种类、细胞壁构造和化学成分特性相关。针叶材主要是有管胞组成，有少量的木射线组织。阔叶材主要组成分子是木纤维、导管、轴向薄壁组织和木射线。它们细胞壁主要化学组成是纤维素、木素和半纤维素及少量浸提物。理解这些细胞壁结构特性和化学成分的性质，就不难理解木材干缩与湿胀各向差异的原因。下面分别叙述顺纹方向（纵向）干缩与横纹方向（横向）干缩差异及横向干缩中径向与弦向差异的原因。
5.2.2.1 纵向干缩与横向干缩差异的原因
木材纵向干缩小，横向干缩大。形成此种现象的主要原因，关键在于木材的构造和化学组成成分的特性。木材中仅有木射线细胞是横向排列，绝大部分细胞是纵向排列。而细胞壁以次生壁占绝大部分，次生壁中S2层占绝对优势（70—90%），因此木材干缩主要取决于次生壁S2层微纤丝的排列方向。微纤丝是由纤维素长链状分子组成，纤维素与水有很大的亲和力，木材的含水率在纤维饱和点时，细胞壁完全充满水，如图5—10A。当含水率在纤维饱和点以下时，木材开始干燥，水分蒸出，微纤丝之间的距离逐渐缩小，如图5—10B；至绝干材时达到最大干缩量，如图5—10C。反之绝干材吸收水分后，微纤丝之间的距离逐渐增大，木材膨胀，直至纤维饱和点时达到最大湿胀量。
木材细胞壁次生壁中间层微纤丝主轴是由C-C、C-O键连结，水分子无法进入到纤维素分子链内的长度方向。微纤丝链状分子上的碳、氧原子只能在原子核范围内活动，其本身轴向不发生收缩。由于正常木材细胞次生壁中层微纤丝排列方向与主轴不完全平行，而成10—30o的夹角，横纹收缩时在轴向会产生微小的分量（0.1-0.3%）。因此轴向收缩很小，横向干缩大于纵向。纵向收缩的大小主要取决于微纤丝角的大小。由于S1层、S3层微纤丝排列方向与主轴近于垂直，S1层微纤丝在內起着支架作用，限制S2层向内收缩；S3层微纤丝在外层圈着S2层，限制S2层向外过度膨胀，因此木材不会发生无限膨胀和无限收缩。
5.2.2.2 径向与弦向干缩差异的原因
木材径向干缩是弦向干缩的一半，产生这种现象的原因复杂，不是单一理论可以解释，而且与不同的树种、木材的构造有关。目前，解释其原因主要有早晚材的影响、径向木射线的抑制作用、细胞径向壁与弦向壁木素含量的差异及纹孔数量多少的影响等理论。
（1）早材与晚材的影响 木材收缩量与其细胞壁所含物质含量多少成正比。早材材质轻软，细胞壁物质含量少，密实程度低，干缩小；晚材材质较硬，细胞壁物质含量多，密实程度大，干缩大。横切面上径向，年轮中早材与晚材是串联的，径向干缩是早材干缩和晚材干缩的加权平均值。而弦向，年轮中早材与晚材是并联的，弦向干缩主要受晚材的影响，干缩大的晚材迫使整个年轮均随晚材干缩，因而使弦向干缩接近于晚材的干缩，而这样就造成木材的弦向干缩大于径向。
（2）径向木射线的抑制作用 木材中，木射线是唯一横向排列细胞所组成。木射线细胞呈径向排列，其细胞微纤丝排列方向与射线细胞轴向一致，因其纵向收缩小，机械地抑制木材径向收缩；而木材弦向为射线细胞的横向，横向干缩大。这使得木材径向收缩小于弦向。北美红栎实验表明，单一木射线组织径向上的全干缩为2.5％； 而无射线的部分径向全干缩率为5.1％。柳杉、赤松、扁柏等树种均与假设相等。
（3）细胞径向壁与弦向壁中木素含量的差异的影响 木材主要化学成分中，木素的刚度比综纤维素（纤维素、半纤维素）高，木素的吸湿性比综纤维素小。木材纵向细胞的径面壁上木素的含量比弦面壁高，其吸湿性较弦面小，多少限制了木材径向干缩。
（4）木材各种细胞干燥过程本身不均匀收缩 木材细胞分子中，导管、薄壁细胞弦向干缩大于径向干缩，木射线宽度方向干缩（木材弦向）较长度方向（木材径向）干缩大，致使弦向干缩大于径向。早晚材管胞弦向干缩大于径向。木纤维各向干缩几乎相同。
（5）径壁、弦壁纹孔数量及其周围纤丝角度变大的影响 纹孔是细胞次生壁局部未能加厚而留下的孔道。纹孔的存在使其周围微纤丝的排列方向偏离了细胞主轴方向，纤丝角度变大，导致纹孔周围纵向干缩大，横向（径向）收缩小。径切面纹孔多（针叶材特别明显），其纤丝角度大，纵向干缩大，横向（径向）收缩小。弦切面纹孔少，纤丝角度小，纵向干缩小，横向（径向）收缩大，故弦向大于径向。此外，纹孔越多，胞壁实质就越少，木材的干缩与胞壁实质成正比。径面壁上纹孔多，胞壁实质少，横向干缩小。
5.2.3 木材干缩的评价指标与测定方法
5.2.3.1 木材干缩性的评价指标
木材的干缩和湿胀的程度在三个不同方向上不一样，木材的干缩性质常用干缩率、干缩系数和差异干缩来表达。
（1）气干干缩率 从生材或湿材在无外力状态下自由干缩到气干状态，其尺寸和体积的变化百分比称为木材的气干干缩率，可按下式分别计算径向、弦向和体积气干干缩率。
（2）全干干缩率 木材从湿材状态干缩到全干状态下，其尺寸和体积的变化百分比称为木材的全干干缩率，可按下式分别计算径向、弦向和体积全干干缩率。
木材干缩率中，三个方向干缩大小顺序为弦向、径向和纵向；木材体积干缩率为最大，近似等于径向、弦向和纵向干缩率之和。
（3）干缩系数 为了能比较在不同含水率区段下的干缩值，采用干缩系数这一指标，以计算确定出木材加工过程中板材尺寸和湿单板剪切时应留出的干缩余量。生材和湿材干缩值计算，其起点含水率可取纤维饱和点30％的数值进行计算。
干缩系数是指吸着水每变化１％时木材的干缩率变化值，用K来表式。弦向、径向、纵向和体积干缩系数分别记为KT、KR、KL和KV。
（4）差异干缩 木材弦向干缩与径向干缩的比值称为差异干缩。弦径向干缩之比小，纵向干缩小，木材尺寸稳定。收缩率大小是估量木材稳定性好坏的主要依据，差异干缩是反映
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