木材
床板や梁のように繊維の上から木材を曲げようとする荷重に対する強さ(曲げ強さ)は、凹む木材の上部は縦圧縮力、張る下部は縦引張力がかかる図式で考える。中心部には圧縮ひずみも引張ひずみもかからない中立的な箇所があるが、曲げが強くなるとこの中立部が下(引張ひずみ側)に移動し、最終的に木材の縁まで来て引張強さを超える荷重がかかると破断する。しかも荷重を支える有効断面は実質的に狭いため、曲げ強さの値は引張強さよりも弱くなる。
辺材を白太、心材を赤身というように、多くの木材は中心部が濃く外周部が淡い色をしている。しかしこれも品種によって差があり、同じ針葉樹の辺材を比較しても漆喰のような白さを持つモミやトドマツなどもあれば、ヒノキはやや黄身がかっている。心材の色はより豊富で、紅(イチイ)、黄色(カヤ)、桃色(スギ)、黒(ネズコ)、茶色(カラマツ)などがある。これらの着色は辺材が心材化する際に柔細胞が生成していた化学物質によってもたらされる。広葉樹の材の色はさらに多彩で、主なものでも水色(ホウノキなど)、桃色(モミジなど)、赤(サクラ・クスなど)、黄色(ウルシ、キハダなど)、紫(クワ・カツラ)、灰色(カキノキなど)、黒(コクタンなど)がある。
木材は菌類による腐敗で劣化し、生分解する事を特徴としている。これは、数百種類はあるという木材腐朽菌が木材の主成分を栄養素として繁殖するために引き起こされる。菌の種類や活躍できる環境条件、および樹木の種類によって腐朽の起こり方は様々である。ただし、木材腐朽菌はその生命活動に自由水を用いるため、繊維飽和点以下の含水率にある木材では生育できない。一方で好気性菌であるために、過剰な水分がある環境下でも繁殖しない。
木材に作用する菌類には、より水分が多い環境で影響を及ぼす軟腐朽菌があり、これらは例えばボートの木部表面を分解して柔らかくするが、好気性菌でもあるため材の内部まで侵食しない。繁殖の影響が機械的強度を低下させないながら表面を汚染するものもあり、マツ類の辺材を青色にする青変菌やブルーステインなどを代表にさまざまな変色を引き起こす菌が知られている。
対応には薬剤が用いられ、耐菌用には銅、亜鉛、フッ素、フェノール化合物を含むものが使われる。他にも石油乾留精製分のタール類、枕木によく用いられるクレオソート油などがある。
また国立研究開発法人森林研究・整備機構の森林総合研究所は、木材を250℃程度の加熱で半炭化処理することで腐朽しにくくする技術を開発した。野外の木質舗装などへの利用が見込まれ、宮城県岩沼市の遊歩道で実地試験を行っている。
菌類の生育環境がある程度限られるのに対し、木材を食害する昆虫など生物は様々な環境下でそれぞれ異なる種類が存在するため、総合的な予防が難しくなる。含水率が50%を超える伐採直後の木材にはキクイムシ科やナガキクイムシ科の昆虫が穴を開けて潜り込み、産み付けられた卵から孵った幼虫が材を食害する。カミキリムシやゾウムシなども丸太材にとりつくが、これらの幼虫は樹皮の直下を生育環境とするため、比較的材への影響は少ない。
やや湿った木材にとりつく昆虫の代表にシロアリがある。気温6°C以上で活動を始め、約28℃程度で活発になるシロアリは50万以上のコロニーを形成して巣を作り、家屋の土台など湿度がある木材を食いあらす。イエシロアリは土壌中から乾燥した木材までトンネル(蟻道)を繋げ、水を運んで湿らせた上で食害することもある。これらを防ぐ薬剤にはヒ素化合物類が使われる。
乾燥した木材につく虫にはヒラタキクイムシやチビタケナガシンクイムシなど多くの種類がいる。逆に海水中の木材を食べる生物には、二枚貝のフナクイムシや甲殻類のキクイムシなどが知られている。これらは塩分濃度が1%以下になると死滅するため、海岸の貯木場では淡水を入れて希釈したり、河口を遡上した部分に港を設けるなどの対応を行っていた。
微生物の作用以外にも、木材を変色させる要因は多い。ただしそれはアンティーク調の効果をもたらす場合もあり、必ずしも一律に防がなければならないものではない。この変色は、木材中に含まれるフェノール性物質が作用して起こる。光による変色は、フェノール類が有色物質へ変化するために起こるため、紫外線吸収塗料を塗布することで防げる。
金属との接触では、鉄や銅によってフェノール類が黒色に変化することで起こる。この対策は、シュウ酸など強酸を塗布し水洗する、予防は木材表面を弱酸性にする無機物を塗る、またはカラーネイルなどを用いて金属と木材が接触しないようにするなどがある。
この他にも、コンクリートのアルカリや一部の酸を含む接着剤、また酸化酵素もフェノール類との反応を起こして変色の原因となる。
木材はその入手の容易さから、旧石器時代から住居や道具の材料および燃料として利用されてきた。また、製紙原料としても古くから用いられている。文明の滅亡には、これら木材資源の枯渇が一因となったものもある。
人類は古くから木材薪や木炭などとしたエネルギー資源として利用し、50万年前の北京原人居住跡からも消し炭が見つかっている。青銅など金属精錬、暖房・調理でも広く用いられた木材は、しかし12世紀頃のヨーロッパで始まった人口増加を支えるには不足し石炭へ、そして近世以後さらに石油への転換が本格化した。戦時中のモノ不足時には木炭バスなど移動用エネルギーにも用いられたが、石化資源や電力などへの転換は止まず、木材の燃料需要は減少の一途を辿っている。近年、地球環境問題の観点から木材のエネルギー利用が再評価されている。木材を加工した際に出た削りカスなどを固めて、木質ペレットのような燃料にすることもある。ガス化は炉内で分子を分解し、水素ガス、一酸化炭素ガス、メタンガス、炭化水素を得る。液化は酸素が無い状態で熱分解を施し、1トンの木材から5500キロカロリー相当の油が得られる。
木材の性質である吸湿性、吸音性、断熱性、加工の容易さから使われる。メソポタミアやエジプトなど木材資源が少ないところでは日干し煉瓦や石材建築物が主流だったが、家具用途では木材が使われた。日本でも桐材がよく箪笥などに用いられた。これもやはり桐が燃えにくく、吸湿性に優れているという性質を持っているからである。桐箪笥の外側のみ焼け、中側は無事だった例すらある。
店舗や住宅の内部を見渡した時に、木材やそれに類似した部分が全体に占める割合を木視率と呼ぶ。建築・飲食などの業界では「木視率が4割を超えると、人は安らぎや落ち着きを感じる」という経験則がある。これを意識して、天井や柱、壁、床、家具に木材あるいは木目調をあしらった他の内装材・壁紙を使うことも多い。
武器として弓矢、槍の柄、棍棒など。手触り、肌触りがよく、暖かみがある点から、積み木・独楽・こけしなどの玩具では幼児向けのものに多い。日常の道具では杵や臼、鍬その他種々の道具の柄に使われ、日本では堅い樫が好んで使われた。そのほかにブラシの柄、筆・ペンなどの軸等がある。
木目方向において木材の比ヤング率は高く内部摩擦は低く、音の早い立ち上がりと安定した振動を得ることができる。また木材は、適度な粘性を持っており、かつ表面反発係数は金属よりも低いため、瞬間的な外力による加振、及び継続的な外力による励振のいずれによって振動させた場合にも、発生した音はいわゆる金属音とは異なる高周波成分の少ない“柔らかな"音になる。加えて木材は力学的な異方性を有する。また、樹種・生育環境等により力学的特性にばらつきがある。そのため、同一の形状であっても、木取り(板取り)の仕方や材の選定によって固有振動数及び音の減衰率が様々に変えることができ、多様な音色の楽器を作ることができる。このように他の材料に類を見ないこれらの特徴を持つため、現在も広く楽器用材として利用されている。
ヴァイオリン属、ギター - 胴体部分の表板(弦が張ってある側)にはスプルースが、ヴァイオリンの裏側には特にメイプルが好んで用いられる。なお、弓も木製である。
木管楽器 - オーボエ及びクラリネットにはグラナディラが好んで用いられる。ファゴットには、メイプルが好んで用いられる。現代のフルート及びピッコロには、洋銀、銀、金などが多く用いられているが、木製のものもあり、その多くには、グラナディラが好んで用いられる。
ピアノ - 音域の拡大に伴い、木材では強度が足りず、弦を張るフレームには鋳鉄が用いられるようになった。しかし、共鳴板部分にはスプルースが好んで用いられ、他にも多くの部分に木材が用いられている。なお、チェンバロなど、俗にピアノの先祖とも言われる楽器にも、木材が多く用いられる。
大正琴 - 詳しくは、大正琴に使用される木材を参照のこと。
木彫りやチェーンソーアートを施す素材など。
古代エジプトのピラミッドから木造船が発見されるなど、船舶材料としての歴史は古い。黒船は鉄甲木造艦。日清戦争でも木造艦は多かった。この用途では、吸水して膨張する性質が水漏れを防ぐ木材の特性が重視され、チーク他が使われた。マスト、キールは長大であるため、良材を選ぶ必要がある。
木製の高性能軍用機としては第二次世界大戦で活躍したデハビランド・モスキートが有名である。また、現在でも世界最大の飛行艇として知られるスプルース・グースも主構造に木材が使用されている。軍用機以外にもグライダーにも木材は使用されており、木製モノコック構造のKa6シリーズが有名である。鋼管羽布張りの機体でも主翼の構造部は木材である。最近ではFRPモノコックの機体が主流になったが、機体の主翼桁は木材が使用されている。
牛や羊などの家畜は、木材に含まれるリグニンを消化する酵素を持たない。そこでチップ状木材を高温の水蒸気で蒸し、リグニンを放出させることで繊維化を促し、飼料として利用できるように加工する研究が進んでいる。
木材の色素を抽出して染料として用いることは昔から行われている。赤系統のスオウ・ブラジルウッドなど、黄色のジオウ・ハリグワなど、黒染め用ログウッドなどが知られる。
紙・化学工業
紙の原料としての木材利用は、1719年にフランスのルネ・レオミュールがスズメバチの巣づくりからヒントを得て、木材を原料とする製紙の概念を発案したことに始まる。1844年にドイツで砕木機が開発され、木材からパルプが製造される技術が広がった。木材の工業利用は、セルロースを中心に木材化学分野にて進められている。
1960年代から1970年代に盛んになった学生運動では武器として、または周囲を威圧するための道具として使用された。
アメリカでの新築戸建住宅の増加に対して、建築用木材の供給が追い付かなくなったことで発生した、世界中に波及し、材木価格が高騰している。