浅谈木材软化处理工艺

浅谈木材软化处理工艺

摘要：为了使方材弯曲成型能顺利进行，软化处理是必备的一个环节。本文从木材弯曲的原理出发，分析了木材软化处理的一些方法。

关键词：木材; 软化处理; 工艺

Abstract: in order to make FangCai bending forming can be carried out smoothly, softening is necessary link. This article from wood bending of the principle, analyzes the softening some methods of wood.

Keywords: wood; softening process; process

木材从力学角度上看是一种弹性材料，在结构上呈多孔状，木材的这个特性，可以使其弯曲。但是如果要攀得较小的弯曲曲率半径，应在弯曲之前对木材进行软化，增大木材的塑性。木材经软化处理后，在顺纹压力的作用下，细胞壁中微纤维之间产生滑移，导致细胞壁的壁层纵向产生褶皱；木材在弯曲力矩的作用下，弯曲时的受压面形成褶皱，受拉面形成展皱，便可获得较小的弯曲曲率半径。

一、木材弯曲的原理

木材从力学角度上看是一种粘弹性材料，从结构上看又是一种多孔材料，木材的这个特性，可以使其进行简单的弯曲，但是如果要使弯曲变得容易并且能获得较小的弯曲曲率半径，应在弯曲之前对木材进行软化，增大木材的塑性；在木材软化处理后再进行顺纹压缩弯曲，使木材在顺纹压力的作用下，细胞壁中微纤丝之间产生滑移，导致木材细胞壁的壁层纵向产生裙皱，木材在弯曲力矩的作用下，弯曲时的受压面形成裙皱，受拉面形成展皱，在允许的形变范围内便可获得较小的弯曲曲率半径。木材弯曲时，逐渐形成凹凸两面，在凸面产生拉伸应力，使凸面木材有不同程度的伸长，凹面产生压缩应力，使凹面木材有不同程度的压缩，其应力分布是由表面向中间逐渐减少，中间一层纤维既不受拉伸，也不受压缩，两个表面受最大的拉伸和压缩，当弯曲程度太大时，两表面所受的拉伸和压缩超过了该种材料的允许拉伸形变和压缩形变的同时，木材就会遭到破坏。

二、木材软化处理的方法

（一）水热处理

水热处理（蒸煮法）软化木材，主要是利用水对纤维素的非结晶区、半纤维素和木素进行润胀，为分子剧烈运动提供自由体积空间，靠由外到里逐渐对木材进行传导加热，使分子获得足够的能量。组成木材细胞壁的主要成分为：纤维素，半纤维素和木素。木材经水热处理后，一部分半纤维素易分解溶解成液态，纤维素无定型区分子链上的游离羟基吸附水分，使纤维素间隙中水膜增厚，分子间距

离增大，吸引力减小，便于在外力作用下产生相对滑移。木材膨胀形变是水进入到木材的非结晶区内，使木素、半纤维素和纤维素的非结晶区体积膨胀，增大自由体积空间，提高了木材的塑性。加热可以使非结晶区中的木素、纤维素和半纤维素分子能量加大。在水、热的作用下，纤维素非结晶区湿胀，木素呈粘流态，半纤维素失去其联结作用，木材塑性加大。水热处理方法有汽蒸和水煮两种：

1、水煮方法会使木材含水率增高，弯曲后干燥时间延长。此外因细胞腔内自由水的存在，在弯曲过程中，易产生静压力而造成废品。目前生产中经常采用汽蒸，主要是饱和蒸汽蒸煮。

2、汽蒸时间与弯曲方材的厚度、含水率、树种和要求的塑化程度有关。蒸煮不足则塑化不好，容易在剧烈弯曲程度下产生破坏；蒸煮过度则顺纹抗拉，使其顺纹抗压强度降低，方材将难以承受在弯曲过程中端面产生的压缩变形而被破坏。所用蒸煮设备应靠近曲木设备，每次蒸煮的木材数量不宜过多，以免表面过分冷却和蒸煮过度。放在蒸煮设备内的木方之间要留出6mm～8mm的间隙，使其均匀受热，缩短蒸煮时间，保证弯曲质量。蒸设备直径一般为250mm～400mm，不宜太大。锅的长度稍大于弯曲零件的长度。

（二）高频介质加热处理

高频介质加热处理是把弯曲毛料放在高频电场内两个电极板间，反复极化，使分子在这种高频交变电磁场作用下急剧运动而相互摩擦产生热量，从而达到升温加热的目的。在高频加热中，介质吸收电能而发热的能力与介质本身的热传导性无关，而是取决于介质本身的介电特性和电场的电参数，即与介质的损耗因素、电场强度的平方、电场频率成正比。高频电场强度越强、频率越高或介质的损耗因素越大，则极性分子（如水）运动的幅度和次数就越大，摩擦产生的热量也越多，加热和干燥的速度就越快。这是一种有效的软化方法，可以在方材弯曲后真接进入干燥定型工序。高频度加热的频率高于300MHz，弯曲木材受波导管谐振腔的电磁波辐射场照射。高频及微波加热快而均匀，可使弯曲与定型两工艺连续进行。

（三）氨水处理

氨塑化处理是用液态氨、氨水、或气态氨处理木材，主要是氨与木材有很大的亲和力，它在木材中的扩散速度比水蒸汽大得多，它与细胞壁的三种主要成分都能发生作用，例如液态氨不仅能进入纤维素无定形区，而且还能进入结晶区，破坏氢键，形成氧化纤维素，起到松弛和润胀的作用，能使半纤维素改变排列方向，并能使木素塑化，达到优良的塑化状态。液态氨处理时间短（几十分钟至几个小时），但设备复杂。另有一种联氨处理的方法，氨水与氨气处理时间长于液态氨方法，用氨水则需浸泡十余天。

（四）氨水处理与微波加热联合软化木材的工艺

氨水比水的极性更强，同样能与纤维素的非结晶区、半纤维素和木素发生湿

胀作用，除此之外，氨水对纤维素的结晶区有一定的暂时破坏结晶区结构作用，故能使纤维素分子能获得更充足的自由体积空间，即分子间或纤丝间容易相对滑动。如果仅用氨水软化，要浸泡十几天，而且软化效果也不理想，这是由于分子运动的能量不够所致。为了取得比较好的效果，传导加热方式可采用微波加热方式，即极性分子例如水、氨水和有关的官能团（如羟基）等，在微波场作用下使其产生摆动，摩擦生热。因此该方法加热均匀、迅速，不容易引起含水率梯度，大大减少了含水率应力，应力的集中，及弯曲时的废品率加热后产生的氨气，可使试件软化和弯曲，有利于弯曲件质量提高，同时避免零件干燥定型后吸湿回弹大的缺陷。

由于木材缺乏塑性，弯曲件的加工很难进行，故在方材弯曲之前必须进行软化处理。软化处理可使木材具有暂时的塑性可以使弯曲加工顺利进行，并在变形状态下干燥，恢复木材原有的刚性和强度，从而达到理想的木材塑形效果。

参考文献：

1、李军.微波加热软化木材的弯曲工艺.林产工业，1998

2、陆文达.木材改性工艺学.东北林业大学出版社，1993，6

3、王逢瑚.木质材料流变学.东北林业大学出版社，2007，7

4、成俊卿.木材学.中国林业出版社，2001

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