木材热处理及研究现状发展前景.pdfVIP

2014中国木质建材与绿色建筑产业技术交流会 木材热处理研究现状与发展前景 马灵飞，刘嵘，方群，何理辉，赵泽人 (浙江农林大学国家木质资源综合利用工程技术研究中心，杭州临安311300) 摘要：介绍了木材热处理的作用方式与机理，阐述了木材热处理对木材外观、 尺寸稳定性、物理力学性能、耐久性、声学特性以及涂饰与胶合性能等方面的影 响。全面概述了木材热处理在国内外的发展现状，同时对存在问题进行了分析总 结，探讨了其今后在质量预测与控制、工艺复合、处理对象延伸和产品等级划分 等方面的研究重点与发展前景。 关键词：木材； 热处理； 尺寸稳定性； 色差； 耐久性 20世纪60年代以来，我国营造了大面积的工业人工林以缓解木材供求矛 盾，木材加工也逐步实现了由以原始林、次生林原料为主向以人工林原料为主的 根本转变。但人工林给木材工业带来加工原料速生丰产等优点的同时，也因其木 材物理力学性能差、密度低、材质松软和尺寸稳定性不良等诸多问题而增加了加 工难度，为此需要采取相应处理来改善克服这些不足。相比因环境污染与毒害问 题而备受诟病的化学改性而言，以物理方式进行木材功能性改良的热处理技术更 符合当今人们对产品绿色环保的要求，已广泛应用于建筑、家具、室内外装饰装 潢、包装等多个领域，并已逐步成为国内外对木材进行功能性改良的研究热点与 发展方向。早在1920年…，Tiemann就发现木材经过高温干燥处理能降低其平 衡含水率(EMC)和顺纹皱缩率，随后有不少学者对木材热处理进行了大量的研 究，也有少数研究成果投入到生产应用中，其中以芬兰的Thermowood工艺技 术最为成熟，商业化生产也最为成功。 热处理的“热’’从广义而言是一种能量形式，引起这种能量变化的形式与方 法多种多样，除传统的以各种加热介质(水、油、惰性气体等)对木材进行热处 理的形式外，也有学者提出可通过其他形式(如电磁波、烟熏热处理等)产生热 能使木材物理和化学性质发生改变，以完成对木材的疏水性、尺寸稳定性和耐候 性的提高与改善。处理后的木材颜色更厚重古朴，可仿名贵木材树种，提高木材 的附加值。 1热处理分类 热处理工艺目前尚无十分明确或规范的分类方法，笔者综合木材热处理的工 艺技术与研究进展，主要从以下三方面对木材热处理进行分类，并简要总结各种 热处理方式的优缺点。 2014中国木质建材与绿色建筑产业技术交流会 1．1传热介质 热处理所使用的传热介质(热处理方法)主要有4种：一是水蒸气、惰性气 体(氮气)以及生物质燃气等气相介质。除作为加热介质影响着热处理的传热传 质过程外，这类气相介质也作为保护性气体，为木材高温处理过程营造低氧甚至 是无氧的安全环境，避免木材因温度过高而发生着火的危险。在采用水蒸气作为 传热介质的木材热处理技术中，目前较为成功的有由芬兰的VTT(芬兰国立技 术研究中心)开发的Thermowood专利，以及法国的以木材自身蒸发出的水分来 处理木材的Torrrefaction工艺，而以氮气等惰性气体作传热介质的有法国的 Rectification工艺。第二种传热介质是油，如德国MenzHolz公司的OHT处 理工艺眩1。第三是烟熏、电磁波等热处理，目前应用并不多，日本有企业进行相 关的研究与生产旧。。最后是真空热处理，即在真空状态下利用木材自身分解出的 物质来进行加热的处理方式。 上述几种热处理方式各有特点：水蒸气处理H1因操作方便而被广泛运用， 可以在饱和水蒸气或是过热水蒸气中进行；氮气等惰性气体作为传热介质时，要 求有较高的热处理温度精度控制；以油为传热介质可得到较高的热处理温度，但 处理后的木材一般有油味；烟熏热处理巧1最早由日本研究开发，处理后的日本 柳杉板材不发生翘曲和开裂，板面平整通直；电磁波热处理哺1使处理材在每秒 数百万次极性变化的高频或微波电场作用下自身摩擦发热，适合用于快速、均匀 地加热大断面尺寸木制品；采用真空热处理的木材颜色变化相对较小盯1，可满足 对材色的特定需求或是处理附加值较高的木材。 1．2热处理工艺条件 除了热处理前木材的材种、含水率、规格等外，对加热温度、处理时间和压 力等参数的选定也会影响产品各方面的性能。加工过程可选用开放或密闭的处理 系统，可采用加压或常压的方式进行。 李涛等噶1采用Plato水热一常压过热蒸汽联合热处理工艺，在3个温度水 平下对云杉木材进行热处理，得出处理后云杉木材的顺纹抗压强度分别提高至