木材

木材は、樹木やその他の木本植物の幹と根に見られる構造組織です。木材は有機物であり、引張に強く、圧縮に抵抗するリグニンのマトリックスに埋め込まれたセルロース繊維の 天然の複合体です。木材は、樹木の幹にある二次木部のみを指す場合もありますが、 ^[1]より広義には、樹木や潅木の根など、他の場所にある同じ種類の組織も含まれます。生きている樹木では、木材は支持機能を果たし、木本植物が大きく成長したり、自立したりできるようにします。また、葉、他の成長組織、根の間で水や栄養素を運びます。木材は、同等の特性を持つ他の植物材料、および木材、ウッドチップ、繊維から作られた材料を指す場合もあります。

木材は何千年もの間、燃料、建築材料、道具や武器、家具や紙の製造に使用されてきました。最近では、精製セルロースやセロハン、セルロースアセテートなどのその誘導体の生産のための原料として利用されるようになりました。

2020年現在、世界の森林の蓄積は約5570億立方メートルです。^[2]豊富でカーボンニュートラルな^[3]再生可能な資源として、木質材料は再生可能エネルギー源として大きな関心を集めています。2008年には、約39.7億立方メートルの木材が伐採されました。^[2]主な用途は家具と建築です。^[4]

木材は、20 世紀初頭から始まった 木材科学の分野を通じて科学的に研究されています。

2011年にカナダのニューブランズウィック州で発見された化石から、およそ3億9500万年から4億年前に木を生やした最古の植物が発見された。^{[5] [6]}

木材は炭素年代測定法や、一部の種では年輪年代学によって年代測定され、木製品がいつ作られたかが判定されます。

人類は何千年もの間、燃料として、あるいは家屋、道具、武器、家具、包装、芸術作品、紙を作るための建築材料としてなど、さまざまな目的で木材を使用してきました。木材を使用した既知の建造物は1 万年前に遡ります。新石器時代のヨーロッパのロングハウスなどの建物は、主に木材で作られていました。

近年では建築に鉄鋼や青銅が使われるようになり、木材の利用が増えている。^[7]

樹木の年輪の幅と同位体存在比の年ごとの変化は、木が伐採された当時の気候を知る手がかりとなる。 ^[8]

厳密な意味での木材は、既存の木材と内樹皮の間に、幹全体、生きている枝、根を包む新しい木質層が形成されることによって直径が大きくなる木から得られます。このプロセスは二次成長として知られており、維管束形成層、側方分裂組織における細胞分裂と、それに続く新しい細胞の拡大の結果です。これらの細胞はその後、主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンで構成される厚い二次細胞壁を形成します。

ニュージーランドのように季節の違いがはっきりしている場所では、成長は明確な年次または季節パターンで起こり、年輪が形成されることがあります。これらは通常、丸太の端で最もはっきりと見られますが、他の表面でも見ることができます。季節の違いが年次である場合（シンガポールなどの赤道地域の場合など）、これらの成長リングは年輪と呼ばれます。季節の違いがほとんどない場合、成長リングは不明瞭であるか、存在しない可能性があります。特定の領域で樹皮が除去されている場合、植物が傷跡を超えて成長するにつれて、年輪が変形する可能性があります。

成長輪の中に違いがある場合、成長が速い成長期の早い時期に形成される、木の中心に最も近い成長輪の部分は、通常、より広い要素で構成されています。通常、リングの外側部分に近い部分よりも色が薄く、早材または春材として知られています。シーズン後半に形成される外側部分は、晩材または夏材として知られています。^[9]木材の種類によって大きな違いがあります。木が生涯を通じて屋外で成長し、土壌と場所の条件が変わらない場合、若いときに最も急速に成長し、徐々に衰退します。成長の年輪は何年もの間かなり広いですが、後にはますます狭くなります。次の年輪は、以前に形成された木材の外側に形成されるため、木が毎年木材の生産を大幅に増やさない限り、幹が太くなるにつれて年輪は必然的に細くなります。木が成熟すると、樹冠はより開き、年間の木材生産は減少し、それによって成長輪の幅はさらに狭くなります。森林に生育する樹木の場合、光と栄養をめぐる樹木間の競争に大きく左右されるため、成長が速い時期と遅い時期が交互に訪れることがあります。南部のオークなどの樹木は、何百年も同じ幅の年輪を維持します。全体的には、樹木の直径が大きくなるにつれて、年輪の幅は狭くなります。

木が成長すると、下部の枝が枯れることが多く、その根元が成長しすぎて幹の層に覆われ、節と呼ばれる欠陥が形成されることがあります。枯れた枝は、根元以外では幹に付いていないことがあり、木を板に製材した後に抜け落ちることがあります。節は木材の技術的特性に影響を及ぼし、通常は引張強度を低下させますが、^[10]視覚効果のために利用されることもあります。縦方向に製材された板では、節はほぼ円形の「無垢の」（通常は暗い色の）木材片として現れ、その周囲に残りの木材の木目が「流れ」（分かれて再び結合）ます。節内では、木材の木目方向は、通常の木材の木目方向と最大 90 度異なります。

木では、節は側枝の基部または休眠芽のいずれかです。節（側枝の基部の場合）は円錐形（したがって、断面はほぼ円形）で、内側の先端は、枝が芽として形成されたときに植物の維管束形成層が位置していた茎の直径の点にあります。

木材や構造用木材の等級分けでは、節は形、大きさ、健全性、節が所定の位置に保持される堅さに応じて分類されます。この堅さは、他の要因の中でも、枝が枯れてから枝に付着する幹が成長し続けた時間の長さによって影響を受けます。

節は、木材の割れや反り、加工のしやすさ、割れやすさに重大な影響を及ぼします。節は木材を弱め、強度が重要な考慮事項となる構造用途では価値を低下させる欠陥です。木材が木目に沿った荷重や圧縮を受けている場合よりも、木目に垂直な力や張力を受けている場合の方が、弱化の影響ははるかに深刻です。節が梁の強度に及ぼす影響の程度は、節の位置、大きさ、数、状態によって異なります。上側の節は圧縮され、下側の節は張力を受けます。よくあることですが、節に季節割れがある場合、この引張応力に対する抵抗力はほとんどありません。小さな節は梁の中立面に沿って位置し、縦方向の剪断を防ぐことで強度を高めます。板や厚板の節は、最も広い面に対して直角に貫通している場合に最も害が少なくなります。梁の端近くに発生する節は梁を弱めません。梁の両端から梁の高さの 4 分の 1 の中央部分に発生する健全な節は、重大な欠陥ではありません。

— サミュエル・J・レコード『木材の機械的性質』^[11]

節は必ずしも構造用木材の剛性に影響を与えるわけではありません。これは、節の大きさと場所によって異なります。剛性と弾性強度は、局所的な欠陥よりも健全な木材に依存します。破断強度は欠陥の影響を非常に受けます。健全な節は、木目と平行に圧縮されても木材を弱めることはありません。

装飾用途によっては、見た目の面白さを増すために節のある木材が望ましい場合があります。幅木、鼻隠し板、ドア枠、家具など、木材に塗装を施す用途では、木材に含まれる樹脂が製造後数か月または数年にわたって節の表面に「染み出し」続け、黄色または茶色の染みとして現れることがあります。準備中に節用プライマー塗料または溶液（節）を正しく塗布すると、この問題を大幅に軽減できますが、特に大量生産された窯乾燥木材を使用する場合は、完全に制御することは困難です。

心材（またはデュラメン^[12]）は、自然に起こる化学変化の結果として、腐朽に対してより耐性を持つようになった木材です。心材の形成は遺伝的にプログラムされたプロセスであり、自発的に起こります。心材形​​成中に木材が死ぬかどうかについては不確実性があり、腐朽菌と化学反応を起こすことはありますが、それは一度だけです。^[13]

心材という用語は、その位置のみに由来しており、樹木にとっての重要な重要性から来ているわけではない。これは、樹木が心材が完全に腐朽していても繁茂できるという事実によって証明されている。樹種によっては、非常に早い時期に心材を形成し始めるため、生きている辺材の層が薄いものもあれば、変化がゆっくり起こるものもある。薄い辺材は、クリ、ニセアカシア、桑、オセージオレンジ、サッサフラスなどの樹種に特徴的であり、カエデ、トネリコ、ヒッコリー、エノキ、ブナ、マツでは厚い辺材が一般的である。[ ^14]心材を形成しない樹種もある。

心材は生きている辺材とは視覚的に異なることが多く、断面で区別できます。断面では境界が年輪に沿っている傾向があります。たとえば、はるかに暗い場合があります。腐敗や昆虫の侵入などの他のプロセスによっても、心材を形成しない木本植物でも木材が変色する可能性があり、混乱を招く可能性があります。

辺材（またはアルバーナム^[15]）は、最も外側にある若い材で、成長中の木では生きた材であり^{[16] 、その主な機能は}根から葉に水を導き、季節に応じて葉に蓄えた水を貯めて戻すことです。水を導く能力が備わった頃には、すべての道管と木部の仮道管は細胞質を失っており、細胞は機能的に死んでいます。木のすべての材は、まず辺材として形成されます。木に葉が多く、成長が活発であればあるほど、必要な辺材の量は多くなります。そのため、開けた場所で急速に成長する木は、密林で育つ同種の木よりも、大きさの割に辺材が厚いのです。時には、心材を形成する樹種の野外で育った木は、例えば二次成長のヒッコリーや野外で育ったマツなどでは、心材が形成され始める前に、直径が 30 cm (12 インチ) 以上のかなりの大きさになることがあります。

年輪と辺材の量の間には明確な関係はありません。同じ樹種では、辺材の断面積は樹冠の大きさにほぼ比例します。年輪が狭い場合は、広い場合よりも多くの年輪が必要になります。木が大きくなるにつれて、辺材は必然的に薄くなるか、体積が大幅に増加します。樹木の幹の上部では、樹齢と上部の直径が小さいため、辺材は根元付近よりも比較的厚くなります。

木が非常に若いときは、地面までほぼ、あるいは完全に枝で覆われていますが、成長するにつれて、枝の一部またはすべてが最終的に枯れて折れたり落ちたりします。その後の木の成長により、節として残る切り株が完全に隠れる場合があります。丸太の外側がどれだけ滑らかできれいであっても、中央付近には多かれ少なかれ節があります。したがって、古い木、特に森林で育った木の辺材は、内側の心材よりも節が少なくなります。木材のほとんどの用途では、節は木材を弱め、加工のしやすさやその他の特性を妨げる欠陥であるため、特定の辺材は、木の中での位置のために、同じ木の心材よりも強くなる可能性があります。

大きな木から切り出された木材は、特に木が大きく成熟している場合は、それぞれが明らかに異なることがあります。木によっては、後期にできた木材の方が、初期にできた木材よりも柔らかく、軽く、強度が弱く、質感が均一になるものもありますが、逆の場合もあります。これは、心材と辺材に該当する場合と、そうでない場合があります。大きな丸太では、辺材は、成長した時期が原因で、同じ丸太の同じように健全な心材に比べて、硬度、強度、靭性が劣る場合があります。小さな木では、逆の場合があります。

心材と辺材の間に明確な違いがある樹種では、心材の自然な色は通常辺材よりも暗く、コントラストが顕著になることが非常に多いです (上記のイチイの丸太の部分を参照)。これは心材に化学物質が沈着することによって生じるため、心材と辺材の間には顕著な生化学的違いがあるかもしれませんが、色の劇的な変化は心材と辺材の機械的特性に大きな違いがあることを意味するものではありません。

樹脂分の多いロングリーフパインの標本を使った実験では、乾燥すると樹脂が強度を増すため、強度が増すという結果が出ています。このような樹脂分の多い心材は「ファットライター」と呼ばれます。ファットライターで造られた構造物は、腐朽やシロアリの侵入をほとんど防ぎ、非常に燃えやすいです。古いロングリーフパインの切り株は、よく掘り出され、細かく割られ、焚き付け材として売られています。このように掘り出された切り株は、伐採されてから 100 年以上もそのまま残っていることがあります。粗樹脂を染み込ませて乾燥させたスプルースも、それによって強度が大幅に増します。

成長年輪の晩材は通常、早材よりも色が濃いため、この事実は密度、ひいては材料の硬さと強度を視覚的に判断する際に使用できます。これは特に針葉樹の場合に当てはまります。環孔のある木材では、仕上げ面では早材の道管がより密度の高い晩材よりも濃い色で現れることがよくありますが、心材の断面ではその逆になることがよくあります。それ以外の場合、木材の色は強度の指標にはなりません。

木材の異常な変色は、病気の状態、つまり不健全さを示すことが多い。ウエスタン・ヘムロックの黒い斑点は虫の攻撃によるものである。ヒッコリーや他の特定の木材によく見られる赤褐色の縞は、ほとんどが鳥による損傷によるものである。変色は単に損傷の兆候に過ぎず、それ自体が木材の特性に影響を与えることはまずない。特定の腐敗菌は木材に特徴的な色を与え、それが木材の弱さの兆候となる。通常の樹液の染みは菌の増殖によるものであるが、必ずしも弱化効果をもたらすわけではない。

生きている木材では、水は次の 3 つの場所で発生します。

• 細胞壁の
• 細胞の原形質内容物
• 細胞腔や空間、特に木部の自由水として

心材では、最初の形態と最後の形態にのみ水分が存在します。完全に空気乾燥された木材 (空気中の水分含有量と平衡) は、細胞壁に 8 ～ 16% の水分を保持しますが、他の形態では水分がまったく、またはほとんど保持されません。オーブンで乾燥させた木材でも、わずかな割合の水分が保持されますが、化学的な目的以外では、完全に乾燥していると見なすことができます。

水分含有量が木材に及ぼす一般的な影響は、木材を柔らかくしなやかにすることです。生皮、紙、布に対する水の軟化作用にも同様の効果が見られます。一定の範囲内で、水分含有量が多いほど、軟化効果も大きくなります。木材の水分は、いくつかの異なる水分計で測定できます。

乾燥により、特に小さな標本では、木材の強度が明らかに向上します。極端な例として、断面が 5 cm の完全に乾燥したトウヒのブロックは、同じサイズの未乾燥のブロックの 4 倍の永久荷重に耐えることができます。

乾燥による強度増加が最も大きいのは極限圧縮強度と端方向圧縮における弾性限界強度であり、次いで破壊係数と横曲げにおける弾性限界応力であり、弾性係数への影響は最も小さい。^[11]

木材は不均質で、吸湿性があり、細胞質で異方性（より正確には直交異方性）のある材料です。木材は細胞で構成されており、細胞壁はセルロース（40～50%）とヘミセルロース（15～25%）のミクロフィブリルとリグニン（15～30%）で構成されています。^[17]

針葉樹や軟材の樹種では、木材細胞は主に 1 種類の仮道管で構成されており、その結果、その材料はほとんどの広葉樹に比べて構造がはるかに均一です。針葉樹には、たとえばオークやトネリコに顕著に見られるような気孔 (「気孔」) がありません。

広葉樹の構造はより複雑です。^[18]導水能力は主に道管によって担われます。道管が非常に大きくはっきりしている場合（オーク、クリ、トネリコ）もあれば、小さすぎて虫眼鏡なしでは見えない場合もあります（トチバシ、ポプラ、ヤナギ）。このような木材について議論する場合、通常、環孔材と拡散孔材の2つの大きなクラスに分けられます。^[19]

トネリコ、ニセアカシア、キササゲ、クリ、ニレ、ヒッコリー、クワ、オークなどの環孔樹種では、^[19]大きな道管または孔（道管の断面はこう呼ばれる）が春に形成される年輪の部分に集中しており、多かれ少なかれ開いた多孔質組織の領域を形成している。夏に形成される年輪の残りの部分は、より小さな道管と、はるかに大きな割合の木質繊維で構成されている。これらの繊維は木材に強度と靭性を与える要素であり、道管は弱さの原因となる。^[20]

拡散孔木材では、孔の大きさが均一であるため、水伝導能力は帯状または列状に集まるのではなく、年輪全体に分散しています。この種の木材の例には、ハンノキ、^{[19] 、} バスウッド、^[21]、 カバノキ、^[19]、トチバシ、カエデ、ヤナギ、およびポプラ、ハコヤナギ、ポプラなどのポプラ属の樹種があります。^[19]クルミやサクラなどの一部の樹種は、2つのクラスの境界にあり、中間グループを形成しています。^[21]

温帯針葉樹では、晩材と早材の間に顕著な違いが見られることがよくあります。晩材はシーズンの初めに形成されたものよりも密度が高くなります。顕微鏡で観察すると、密度の高い晩材の細胞は非常に厚い壁と非常に小さな細胞空洞があり、シーズンの最初に形成されたものは壁が薄く、大きな細胞空洞があります。強度は空洞ではなく壁にあります。したがって、晩材の割合が大きいほど、密度と強度が高くなります。強度や剛性が重要な考慮事項である松の木を選ぶ際に、主に観察すべきことは、早材と晩材の量の比較です。年輪の幅は、年輪内の晩材の割合と性質ほど重要ではありません。

重い松と軽い松を比べると、重い松の方がもう一方よりも晩材の割合が多く、そのため年輪の境界がよりはっきりしていることがすぐにわかります。白い松では年輪の異なる部分の間にあまりコントラストがなく、その結果、木材の質感が非常に均一で、加工しやすいです。一方、 硬い松では、晩材は非常に密度が高く、色が濃く、柔らかく麦わら色の早材と非常に明確なコントラストを呈しています。

晩材の割合だけでなく、その品質も重要です。晩材の割合が非常に大きい標本は、晩材の含有量が少ない標本に比べて、明らかに多孔質で重量がかなり軽い場合があります。目視検査によって、比較的密度を判断でき、したがってある程度の強度も判断できます。

早材と晩材の形成を決定する正確なメカニズムについて、まだ満足のいく説明はできません。いくつかの要因が関係している可能性があります。少なくとも針葉樹では、成長速度だけでは年輪の 2 つの部分の割合は決まりません。成長の遅い木材は非常に硬くて重い場合もあれば、その逆の場合もあります。木が生育する場所の質は、形成される木材の特性に間違いなく影響しますが、それを支配する規則を定式化することはできません。一般に、強度や加工のしやすさが重要な場合は、中程度から遅い成長の木材を選択する必要があります。

環状孔のある木材では、シーズンの初めに形成された大きな孔が前年のより密度の高い組織に接するため、各シーズンの成長は常に明確に定義されます。

環孔広葉樹の場合、木材の成長速度とその特性の間にはかなり明確な関係があるようです。これは、成長が速いほど、または成長年輪が広いほど、木材は重く、硬く、強く、堅くなるという一般的な言葉で簡単にまとめることができます。これは、オーク、トネリコ、ヒッコリー、および同じグループの他の環孔木材にのみ適用され、もちろんいくつかの例外と制限があることを覚えておく必要があります。

成長のよい環状多孔質材では、通常、厚くて強度を与える繊維が最も豊富なのは晩材です。年輪の幅が狭くなると、この晩材は縮小し、成長が非常に遅いため、薄壁の道管と木材柔組織からなる比較的軽量で多孔質の木材になります。良質のオークでは、早材のこれらの大きな道管が丸太の容積の 6 ～ 10 パーセントを占めますが、劣質の材では 25 パーセント以上を占めることもあります。良質のオークの晩材は色が濃く堅く、ほとんどが厚壁の繊維で構成され、木材の半分以上を形成します。劣質のオークでは、この晩材は量と質の両方で大幅に減少します。このような変動は、主に成長速度の結果です。

輪幅の広い木材は「二次林」と呼ばれることが多い。これは、古い木が伐採された後の開けた林の若い木の成長が、閉鎖林の木よりも速いためであり、強度が重要な考慮事項となる製品の製造では、このような「二次林」の広葉樹材が好まれる。これは、ハンドルとスポークにヒッコリーが選ばれる場合に特に当てはまる。ここでは、強度だけでなく、靭性と弾力性が重要である。^[11]

米国森林局によるヒッコリーに関する一連のテストの結果は、次のことを示しています。

「耐衝撃性または耐加工性は、1 インチあたり 5 ～ 14 輪 (輪厚 1.8 ～ 5 mm) の輪幅の広い木材で最も高く、1 インチあたり 14 ～ 38 輪 (輪厚 0.7 ～ 1.8 mm) ではほぼ一定で、1 インチあたり 38 ～ 47 輪 (輪厚 0.5 ～ 0.7 mm) では急速に低下します。最大荷重時の強度は、最も成長の早い木材ではそれほど高くありません。1 インチあたり 14 ～ 20 輪 (輪厚 1.3 ～ 1.8 mm) で最大になり、木材の輪が密になるにつれて再び低下します。当然の帰結として、最高級の機械的価値を持つ木材は 1 インチあたり 5 ～ 20 輪 (輪厚 1.3 ～ 5 mm) を示し、成長が遅いほど品質の悪い木材になります。したがって、ヒッコリーの検査員または購入者は、1 インチあたり 20 輪を超える木材を選別する必要があります。 （リングの厚さは1.3mm未満）。ただし、乾燥した状況で正常に成長する場合には例外があり、成長が遅い材料が強くて丈夫になることがあります。」^[22]

成長速度が栗材の品質に与える影響は、同じ権威者によって次のように要約されています。

「年輪が広い場合、春材から夏材への移行は緩やかであるが、年輪が狭い場合、春材は夏材に急激に移行する。春材の幅は年輪の幅とほとんど変わらないため、年輪が狭くなったり広くなったりすることは常に夏材を犠牲にして行われる。夏材の細い道管は、太い道管からなる春材よりも木質が豊富となる。したがって、年輪が広く成長の早い樹木は、年輪が狭く成長の遅い樹木よりも木質が多い。木質が多いほど重量が増し、重量が重いほど木質が強くなるため、年輪が広い栗は年輪が狭い栗よりも木質が強いはずである。これは、新芽（常に年輪が広い）は直径がゆっくり成長する実生の栗よりも良質で強い木質を生み出すという定説と一致する。」^[22]

拡散孔のある木材では、年輪の境界が必ずしも明確ではなく、肉眼ではほとんど（完全にではないにしても）見えない場合もあります。逆に、境界が明確な場合は、年輪内の構造に目立った違いがない場合があります。

拡散孔材では、すでに述べたように、気孔または孔が均一な大きさであるため、導水能力は早材に集まるのではなく、年輪全体に分散されます。したがって、成長速度の影響は、年輪孔材の場合と同じではなく、針葉樹の条件に近くなります。一般に、中程度の成長の木材は、非常に急速にまたは非常にゆっくりと成長した木材よりも強度の高い材料を提供すると言えます。木材の多くの用途では、全体的な強度は主な考慮事項ではありません。加工のしやすさが重視される場合は、ほとんどの場合、ある季節に成長した晩材と次の季節に成長した早材の間にほとんどコントラストがない場合に、質感の均一性と木目の直線性を考慮して木材を選択する必要があります。

一般的な「双子葉植物」または針葉樹の木材と取り扱い上の特徴が似ている構造材料は、多くの単子葉植物によって生産され、これらも俗に木材と呼ばれています。これらのうち、植物学的にはイネ科に属する竹は、かなりの経済的重要性があり、より大きな茎は建築材料や建設材料として、また人工床材、パネル、ベニヤの製造に広く使用されています。木材と呼ばれることが多い材料を生産する別の主要な植物グループは、ヤシです。それほど重要ではないのは、パンダナス、 ドラセナ、コルディリネなどの植物です。これらすべての材料で、加工された原材料の構造と構成は、通常の木材とはまったく異なります。

木材の品質の指標として最も顕著な特性は比重です(Timell 1986) ^[23]。パルプ収率と木材の強度は比重によって決まるからです。比重は、物質の質量と同体積の水の質量の比です。密度は、物質の質量と同体積の水の体積の比で、単位物質あたりの質量、たとえばグラム/ミリリットル (g/cm ³または g/ml) で表されます。メートル法が使用されている限り、これらの用語は基本的に同じです。乾燥すると、木材は収縮し、密度が増します。最小値は生木 (水で飽和した木) に関連付けられ、基本比重と呼ばれます(Timell 1986) ^[23]

米国林産研究所は、木材の比重（G）と密度（ρ）を定義するさまざまな方法を列挙している。^[24]

FPLはASTM D2555 ^[25]規格に従って、比重にG _bとG _12を採用しています。これらは科学的に有用ですが、物理的に起こり得る状態を表すものではありません。FPL木材ハンドブックには、これらの測定値を他の測定値に近似的に変換するための公式も記載されています。

木材の密度は、複数の成長要因と生理学的要因が複合して「比較的簡単に測定できる木材特性」として決定されます（Elliott 1970）。^[26]

樹齢、直径、高さ、幹の半径方向の成長、地理的位置、場所と生育条件、森林管理法、種子源はすべて、ある程度、木材密度に影響します。ばらつきは予想されます。個々の木の中で、木材密度のばらつきは、異なる木の間のばらつきと同程度か、それよりも大きいことがよくあります (Timell 1986)。^[23]木の幹内の比重のばらつきは、水平方向でも垂直方向でも発生する可能性があります。

上で定義した比重は非現実的な条件を使用するため、木工職人は「平均乾燥重量」を使用する傾向があります。これは、水分含有量が 12% のときの質量と、同じときの体積 (ρ ₁₂ ) に基づく密度です。この条件は、木材が、相対湿度が約 65% で、温度が 30 °C (86 °F) の空気と平衡水分含有量にあるときに発生します。この密度は、kg/m ³または lbs/ft ³の単位で表されます。

次の表には、竹を含む木材および製材植物種の機械的特性がリストされています。その他の特性については、 トーンウッドの機械的特性も参照してください。

木材の特性: ^{[27] [28]}

竹の特性: ^{[29] [28]}

木材は、針葉樹と広葉樹に分類するのが一般的です。針葉樹（マツなど）の木材は針葉樹と呼ばれ、双子葉植物（通常は広葉樹、オークなど）の木材は広葉樹と呼ばれます。これらの名前は少し誤解を招きやすく、広葉樹は必ずしも硬いわけではなく、針葉樹は必ずしも柔らかいわけではありません。よく知られているバルサ（広葉樹）は、実際には市販のどの針葉樹よりも柔らかいです。逆に、一部の針葉樹（イチイなど）は多くの広葉樹よりも硬いです。

木材の特性とその木材を産出した特定の樹木の特性の間には、少なくとも特定の種に関しては強い関係があります。例えば、テーダマツでは、風への露出と幹の位置が、木材の硬さや圧縮木材含有量に大きく影響します。^[30]木材の密度は種によって異なります。木材の密度は強度（機械的特性）と相関しています。例えば、マホガニーは中密度の広葉樹で、高級家具作りに最適ですが、バルサは軽いので模型作りに適しています。最も密度の高い木材の1つは、ブラックアイアンウッドです。

木材の化学組成は樹種によって異なりますが、重量でおよそ炭素50%、酸素42%、水素6%、窒素1%、その他の元素（主にカルシウム、カリウム、ナトリウム、マグネシウム、鉄、マンガン）1%です。^{[31]木材には}硫黄、塩素、ケイ素、リンなどの元素も少量 含まれています。

水以外に、木材には 3 つの主な成分があります。セルロースは、ブドウ糖から得られる結晶性ポリマーで、約 41～43% を占めます。次に多いのはヘミセルロースで、落葉樹では約 20% ですが、針葉樹では 30% 近くあります。これは主に、セルロースとは対照的に不規則に結合した5 炭素糖です。リグニンは 3 番目の成分で、針葉樹では約 27%、落葉樹では 23% です。リグニンは、芳香族環に基づいているという事実を反映して、疎水性を付与します。これら 3 つの成分は絡み合っており、リグニンとヘミセルロースの間には直接共有結合が存在します。製紙業界の主な焦点は、紙の原料であるセルロースからリグニンを分離することです。

化学的には、広葉樹と針葉樹の違いは、構成成分であるリグニンの組成に反映されています。広葉樹リグニンは主にシナピルアルコールとコニフェリルアルコールから生成されます。針葉樹リグニンは主にコニフェリルアルコールから生成されます。^[32]

構造ポリマー、すなわちセルロース、ヘミセルロース、リグニン（リグノセルロース）の他に、木材には、抽出物と呼ばれる低分子量 有機化合物で構成される多種多様な非構造成分が含まれています。これらの化合物は細胞外空間に存在し、アセトンなどのさまざまな中性溶媒を使用して木材から抽出できます。^{[33]同様の内容が、機械的損傷に反応して、または}昆虫や菌類の攻撃を受けた後に樹木が生成するいわゆる滲出液に存在します。^[34]構造成分とは異なり、抽出物の組成は広範囲に渡り変化し、多くの要因に依存します。^[35]抽出物の量と組成は、樹種間、同じ樹木のさまざまな部分間で異なり、遺伝的要因や気候や地理などの生育条件に依存します。^[33]たとえば、成長が遅い樹木や樹木の高い部分の抽出物の含有量が高くなります。一般に、針葉樹には広葉樹よりも抽出物が豊富に含まれています。抽出物の濃度は形成層から髄に向かって増加します。樹皮や枝にも抽出物が含まれています。抽出物は木材含有量のごく一部、通常は10%未満を占めますが、非常に多様であるため、木材の化学特性を特徴づけます。^[36]抽出物のほとんどは二次代謝物であり、その一部は他の化学物質の前駆体として機能します。木材抽出物はさまざまな活性を示し、傷に反応して生成されるものもあれば、昆虫や真菌に対する自然防御に関与するものもあります。^[37]

これらの化合物は、木材の色、香り、耐久性、音響特性、吸湿性、接着性、乾燥性など、木材のさまざまな物理的および化学的特性に寄与しています。^[36]これらの影響を考慮すると、木材抽出物はパルプや紙の特性にも影響を及ぼし、製紙業界で多くの問題を引き起こします。一部の抽出物は表面活性物質であり、水の吸着、摩擦、強度など、紙の表面特性に避けられない影響を与えます。^[33] 親油性抽出物は、クラフトパルプ化中に粘着性の堆積物を引き起こすことが多く、紙に斑点を残すことがあります。抽出物は紙の臭いの原因にもなり、食品に接触する材料を作るときに重要です。

木材抽出物のほとんどは親油性で、水溶性はごくわずかです。^[34]抽出物の親油性部分は、総称して木材樹脂と呼ばれ、脂肪と脂肪酸、ステロールとステリルエステル、テルペン、テルペノイド、樹脂酸、ワックスを含んでいます。^[38]樹脂を加熱、つまり蒸留すると、揮発性テルペンが蒸発し、固体成分であるロジン（松脂）が残ります。水蒸気蒸留で抽出された揮発性化合物の濃縮液は精油と呼ばれます。多くの松から得られるオレオレジン（油脂樹脂）を蒸留すると、ロジンやテレピン油が得られます。^[39]

ほとんどの抽出物は、脂肪族化合物、テルペン、フェノール化合物の3つのグループに分類できます。^[33]後者は水溶性が高く、通常は樹脂には含まれていません。

• 脂肪族化合物には、脂肪酸、脂肪アルコール、グリセロールとのエステル、脂肪アルコール（ワックス）、ステロール（ステリルエステル）が含まれます。アルカンなどの炭化水素も木材に含まれています。スベリンは、スベリン酸とグリセロールでできたポリエステルで、主に樹皮に含まれています。脂肪は木材細胞のエネルギー源として機能します。^[34]最も一般的な木材ステロールはシトステロールであり、シトスタノール、シトロスタジエノール、カンペステロール、コレステロールはそれほど一般的ではありません。^[33]
• 針葉樹に含まれる主なテルペンには、モノテルペン、セスキテルペン、ジテルペンが含まれます。^[34]一方、広葉樹のテルペン組成は大きく異なり、トリテルペノイド、ポリプレノール、その他の高級テルペンで構成されています。モノ-、ジ-およびセスキテルペンの例としては、α-およびβ-ピネン、3-カレン、β-ミルセン、リモネン、ツヤプリシン、α-およびβ-フェランドレン、α-ムロレン、δ-カジネン、α-およびδ-カジノール、α-およびβ-セドレン、ジュニペロール、ロンギホレン、シス-アビエノール、ボルネオール、ピニフォリック酸、ヌートカチン、カヌーチン、フィトール、ゲラニルリナロール、β-エピマノール、マノイルオキシド、ピマラール、およびピマロールがある。樹脂酸は通常三環式 テルペノイドであり、その例としては、ピマール酸、サンダラコピマール酸、イソピマール酸、アビエチン酸、レボピマール酸、パルストリック酸、ネオアビエチン酸、デヒドロアビエチン酸がある。ランベルチアン酸、コミュニク酸、水銀酸、セコデヒドロアビエチン酸などの二環式樹脂酸も見られる。シクロアルテノール、ベツリン、スクアレンは広葉樹から精製されたトリテルペノイドである。木材ポリテルペンの例としては、ゴム（シス-ポリプレン）、ガッタパーチャ（トランス-ポリプレン）、ガッタバラタ（トランス-ポリプレン）、ベツラプレノール（非環式ポリテルペノイド）がある。^{[33] [34]針葉樹のモノテルペンとセスキテルペンは、}松林の典型的な香りの原因である。^[33] β-ミルセンなどの多くのモノテルペノイドは、香料や芳香剤の製造に使用されています。^[34] ヒノキチオールやその他のツヤプリシンなどのトロポロンは、耐腐朽性樹木に存在し、殺菌・殺虫作用を示します。トロポロンは金属イオンと強く結合し、クラフトパルプ化の過程で蒸解釜の腐食を引き起こす可能性があります。金属結合性およびイオン性の性質のため、特にツジャプリシンは生理学実験に使用されています。^[40]ツジャプリシンのその他のさまざまなin vitro生物学的活性、例えば殺虫性、抗褐変、抗ウイルス性、抗菌性、抗真菌性、抗増殖性、抗酸化性などが研究されています。^{[41] [42]}
• フェノール化合物は、特に広葉樹と樹皮に多く含まれています。^[34]最もよく知られている木材フェノール成分は、スチルベン（ピノシルビンなど）、リグナン（ピノレジノール、コニデンドリン、プリカ酸、ヒドロキシマタイレジノールなど）、ノルリグナン（ニャソール、プエロシドAおよびB、ヒドロキシスギレジノール、セキリンCなど）、タンニン（没食子酸、エラグ酸など）、フラボノイド（クリシン、タキシフォリン、カテキン、ゲニステインなど）です。フェノール化合物のほとんどには殺菌作用があり、木材を菌による腐敗から守ります。^{[34]フェノール化合物は、ネオリグナンとともに、木材の色に影響を与えます。樹脂酸とフェノール化合物は、}パルプ製造からの未処理排水中に存在する主な有毒汚染物質です。 [ ^33]ポリフェノール化合物は、フラボノイドやタンニンなど、植物が生産する最も豊富な生体分子の1つです。タンニンは皮革産業で使用されており、さまざまな生物学的活性を示すことが示されています。^[36]フラボノイドは非常に多様で、植物界に広く分布しており、数多くの生物学的活性と役割を持っています。^[34]

世界の丸太生産量は、2000年の35億m³から2021年には40億m³に増加した。2021年には、木質燃料が全体の49％（20億m³）を占める主要製品であり、針葉樹産業用丸太が30％（12億m³）、非針葉樹産業用丸太が21％（9億m³）と続いた。アジアと南北アメリカは2つの主要な生産地域で、それぞれ丸太生産量の29％と28％を占めている。アフリカとヨーロッパは20～21％の同様のシェアを持ち、残りの2％はオセアニアで生産されている。^[43]

木材は燃料として使われてきた長い歴史があり、^[44]今日でも主に世界の農村地域で使用されています。広葉樹は針葉樹よりも好まれています。煙が少なく、燃焼時間が長いためです。家に薪ストーブや暖炉を設置すると、雰囲気が増し、暖かさが増すと感じることがよくあります。

パルプ材は紙の製造に使用するために特別に栽培された木材です。

人類が住居や家屋、船を建て始めた頃から、木材は重要な建築材料でした。19 世紀後半まで、ほぼすべての船が木で造られていました。そして、今日でも船の建造には木材が広く使われています。特にニレは、湿らせておく限り腐らないため、この目的に使用されていました (より現代的な配管が登場する前は、水道管としても使用されていました)。

建築工事に使用される木材は、北米では一般に木材と呼ばれています。他の地域では、木材は通常伐採された木を指し、使用可能な鋸で切った板材は木材と呼ばれます。^[46]中世ヨーロッパでは、梁、壁、ドア、床など、すべての木造建築にオークが好まれました。今日では、より多様な木材が使用されています。無垢材のドアは、ポプラ、節の少ない松、ベイマツで作られることが多いです。

現在、世界の多くの地域で新築住宅は木造建築で建てられるのが一般的です。エンジニアリング木材製品は、建設業界で大きな割合を占めるようになっています。住宅や商業ビルの両方で、構造材や美観材として使用されることがあります。

他の材料で作られた建物でも、木材は支持材料として、特に屋根の建設、室内のドアとそのフレーム、外装材として使われています。

木材は、鉄筋コンクリート建築 の際、コンクリートを流し込む型枠を形成する型枠材料としてもよく使用されます。

無垢材の床は、通常は堅い木材である 1 枚の木材から作られた板またはバッテンで敷かれた床です。木材は吸湿性があるため (周囲の環境から水分を吸収したり放出したりします)、この潜在的な不安定性により、板の長さと幅が実質的に制限されます。

無垢の堅木張りの床は通常、人工木材よりも安価で、損傷した部分は繰り返し研磨して再仕上げすることができ、その回数はタング上の木材の厚さによってのみ制限されます。

無垢の堅木張りの床は、もともと構造上の目的で使用され、建物の木製の支持梁（根太または軸受け）に対して垂直に設置されていました。また、無垢の建築用木材は、ほとんどの伝統的な木製ブロック、モザイク、寄木細工だけでなく、スポーツフロアにも今でもよく使用されています。

エンジニアリング木材製品は、用途に応じた性能要件に合わせて「エンジニアリング」された接着建築製品であり、建設や工業用途でよく使用されます。接着エンジニアリング木材製品は、木材の束、ベニア板、木材、またはその他の形態の木質繊維を接着剤で結合して製造され、より大きく効率的な複合構造ユニットを形成します。^[47]

これらの製品には、集成材（グルーラム）、木質構造用パネル（合板、配向性ストランドボード、複合パネルを含む）、積層単板材（LVL）およびその他の構造用複合材（SCL）製品、平行ストランド材、I形ジョイストが含まれます。^[47] 1991年には、この目的で約1億立方メートルの木材が消費されました。^[4]この傾向は、パーティクルボードとファイバーボードが合板を追い抜くことを示唆しています。

そのままの形で建築に適さない木材は、機械的に（繊維またはチップに）または化学的に（セルロースに）分解され、エンジニアリングウッド、チップボード、ハードボード、中密度繊維板（MDF）などの他の建築材料の原料として使用されることがあります。このような木材派生物は幅広く使用されています。木材繊維はほとんどの紙の重要な成分であり、セルロースは一部の合成材料の成分として使用されます。木材派生物は、ラミネートフローリングなどのさまざまな床材に使用できます。

木材は、椅子やベッドなどの家具に広く使われてきました。また、箸、爪楊枝などの道具の柄やカトラリー、木製のスプーンや鉛筆などのその他の道具にも使用されています。

さらなる開発には、新しいリグニン接着剤の用途、リサイクル可能な食品包装、ゴムタイヤの代替用途、抗菌性医薬品、高強度織物または複合材などがあります。^[48] 科学者やエンジニアが木材からさまざまな成分を抽出したり、木材に成分を追加するなどして木材を改質する新しい技術をさらに学び、開発するにつれて、より高度な新しい製品が市場に登場するでしょう。水分含有量の電子監視は、次世代の木材保護を強化することもできます。^[49]

木材は長い間、芸術の媒体として使用されてきました。何千年もの間、木材は彫刻や彫像の製作に使用されてきました。例としては、北米の先住民が針葉樹の幹、多くの場合ウエスタンレッドシダー ( Thuja plicata ) から彫ったトーテムポールが挙げられます。

芸術における木材のその他の用途には以下のものがあります。

• 木 版画と彫刻
• 木材はパネル画などの塗装面として使用できます。
• 多くの楽器は大部分または全部が木で作られている

多くの種類のスポーツ用具は木製であるか、または過去には木製でした。たとえば、クリケットのバットは通常、シロヤナギで作られています。メジャーリーグで合法的に使用できる野球のバットは、トネリコ材またはヒッコリー材で作られることが多く、近年では、やや壊れやすいにもかかわらず、カエデ材で作られています。全米バスケットボール協会のコートは、伝統的に寄木細工で作られています。

スキー、アイスホッケーのスティック、ラクロスのスティック、アーチェリーの弓など、他の多くの種類のスポーツやレクリエーション用具は、過去には一般的に木製でしたが、その後、アルミニウム、チタンなどのより現代的な材料、またはグラスファイバーやカーボンファイバーなどの複合材料に置き換えられました。 この傾向の注目すべき例の1つは、一般にウッドと呼ばれるゴルフクラブのグループです。ゴルフの初期の頃は、ヘッドは伝統的に柿の木で作られていましたが、現在では一般的に金属製、または（特にドライバーの場合は）カーボンファイバー複合材で作られています。

セルロースを分解する細菌についてはほとんど知られていない。キシロファガの共生細菌が沈んだ木材の分解に関与している可能性がある。アルファプロテオバクテリア、フラボバクテリア、放線菌類、クロストリジウム、バクテロイデス類が1年以上沈んだ木材から検出されている。^[50]

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• Hoadley, R. Bruce (2000)。『木材を理解する：木材技術への職人のガイド』。Taunton Press。ISBN 978-1-56158-358-4。

• ウッド・イン・カルチャー協会（2016年5月27日アーカイブ）
• ウッドエクスプローラー: 商業用木材の包括的なデータベース (2015 年 4 月 7 日アーカイブ、Wayback Machine )
• APA – エンジニアードウッド協会 (2011 年 4 月 14 日アーカイブ)