木材保护 总结

密实化木材

密实化木材（压缩木）是由轻质木材通过热压处理而制成的一种质地坚硬、密度大、力学强度高的强化处理材料。

木材密实化处理主要包括：普通压缩木、压缩整形木、表面密实化木材。

普通压缩木：

是木材不经过任何特殊的处理直接压缩而成。为了便于压缩，需要增加木材的塑性，一般是将木材进行加热、加湿（通常称水热处理），在水的增塑作用和热的软化（特别是木素的软化）作用下，才能成功的进行压缩。(加水软化，使得水分子在三大组分中起润滑作用，防止应力集中，木质素140℃塑化，使得不回弹) 工艺流程：软化横向压缩高温处理冷却出料

压缩整形木：

是应用木材可塑化原理,加热处理木材使之塑化后,经过压缩整形处理,使木材从原木状态直接加工而成的方形、多边形木材。

工艺流程：软化横向压缩定型冷却出料（区别法一，法一加水软化，法二直接加热软化）

表面密实化木材：

集中在需要硬度和强度的表层进行了密实强化处理，未压密的部分仍保持较低的密度，整体木材体现很高的强重比和利用效率。

木材的塑性：

当施加于木材的应力在其弹性限度以内时，去除外力后变形将完全恢复，即木材恢复到原来的尺寸，此即木材的弹性。当应力超过木材的弹性限度时，去除外力后，木材会残留一个当前不能恢复的变形，这个变形称为塑性变形，这一性质称为塑性。

木材的塑性随含水率的增大而增大，但当温度在0℃以下，木材细胞腔内所含水分结冰后使其塑性降低。

木材的塑性随着温度的升高而增大，其影响比含水率的作用要明显，这种性质被称为热塑性。

木材是一种弹性-塑性体，其各个成分纤维素、半纤维素和木素均具有玻璃态转变温度。若给予木材一定的水分和温度，就可发生玻璃态转化过程，其机械性质迅速发生变化，即塑性明显增加而弹性下降。

木材软化的机理：

木材软化主要受水分和温度的影响，在低温情况下，纤维素主链的微布朗运动被冻结为玻璃态，随着温度的上升，分子间产生自由运动间隙，纤维素主链开始由微布朗运动转移到高弹态，此时，施加很小的力即能产生极大的变形。

木材软化处理的方法：

1.水热处理：又称蒸煮法

利用水对纤维素的非结晶区的半纤维素和木质素进行润胀，使润胀后的分子有运动空间，然后由外到内逐渐对木材进行加热，使纤维素分子获得足够的能量产生剧烈运动，从而使木材软化

图表：饱和蒸汽对木材进行软化处理，处理后木材含水率增加

2.高频、微波加热法：

将电磁场中吸收的电能转变成热能。在高频电场作用下木材内部分子（木材内部的水及有关的官能团（如羟基）等极性分子）被反复极化，通过分子间的剧烈摩擦，木材在短时间内被迅速加热使木材软化。

3.氨处理法：

氨是一种很好的木材膨胀剂，对纤维素分子链之间的氢键产生破坏作用使纤维素，分子排列方向发生变化。同时，氨还能使木材中的木质素呈软化状态，4.碱液处理：（但是降低力学性质，降解漆膜）

浓度为10%~15%的氢氧化钠溶液15%~20%的氢氧化钾溶液浸泡用水清洗

纤维素的结晶区在碱溶液中会产生润胀（对纤维素、半纤维素和木质素均有不同程度的润胀作用）在碱液和热水的作用下，部分纤维素、半纤维素溶解，木质素稍降解，使润胀作用发生在纤维素非结晶区和结晶区。）

压缩应力与变形的关系：

木材横纹压缩变形的固定：

弹性能量无法释放，变形被固定处于一种稳态，于是认为具有一个塑性变形，但这种稳态需外界条件不发生变化才能维持，一旦外界发生了变化如温度、含水量升高，木材内部活性化学基团的活动程度和连接方式将发生改变，氢键结合被打开，导致木材构造移动或改变，原先被固定的能量随结构的松动而释放，细胞壁纤维的弹性得以恢复，在木材内部产生恢复其原有形状的力的作用，使木材现存的变形反向变化，在宏观上就表现为木材的变形逐渐回复、消失。

压缩变形固定机理：

1.使木材各组分之间形成交联，从而阻止木材微纤丝的相对滑动。

2.释放木材内部微纤丝与组分之间的内应力。

3.使木材细胞壁的亲水性组分，尤其是半纤维素，形成新的聚合物，阻止木

材在湿和热的影响下变软。

变形固定的方法：

1.加热处理：

分为热处理（对干燥的木材加热）和水蒸气处理（木材的细胞壁处于膨润状态加

热）。热处理是用180-200℃（1-1.6MPa）的压机对木材进行加热施压的方法，经过5-20h 热处理，压缩变形部分不会发生回弹。

2.高温蒸汽固定：

由于水蒸气的高温高湿作用使得木材细胞壁发生了软化和不同程度的降解，导致木材内部的应力逐渐松弛，最终使压缩前后的木材内应力降低，压缩回复率减少，使压缩木材的变形得到固定。

3.树脂浸渍固定：

机理：高温热压过程中，化学交联作用使变形固定。

4.高频微波加热固定：

对压密状态下的木材快速外加高频能量，使木材水分蒸发，升温可高达180℃，此时由于木材内部保持高温、高压和高含水率状态，其原理类似于水蒸气密闭处理，可在短时间内固定变形。

5.电子束照射处理：

还处于研究阶段，也可以应用于木材加工，用极短的时间完成照射处理，且无需冷却。

不回弹：木质素在140℃塑化，加水软化，润滑，防止应力集中。不回弹。

纤维素有粘弹性要回弹，加水，水分子进入吸收能量，加之树脂的交

联固化作用。降低含水率，尺寸稳定性增加。

密实化木材性能

密度力学性质（弯曲拉伸）颜色加深化学处理：半纤维素降解（-OH）接触角增加，浸润性降低，对涂饰影响（如水溶性涂料）冲击？阻燃性（提高，细胞腔空腔减少）防腐（增加运输营养物质和氧气的水少了）

研究问题及展望

1.应力释放：表面钻孔蒸汽容易进入，在三种主要成分间起润滑作用，输送应力到碳壁，防止应力集中

2、机理研究：横纹压缩变形的微观特征；热压及热处理中的热量传递和温度分布；水分在压缩变形固定过程中与木材分子的相互作用机理；压缩密度变化与其影响因子的关系等等。

3、工业化应用：

优点：木材性能较高；提高地劣质树种的应用率；水热处理比较环保；

缺点：树脂固定的环保问题；复杂工艺，时间过长，成本过大，生产效率低