木材超高温热处理技术

时间:2018-12-12来源:网络整理

木材是一种重要的可再生资源之一,木材的综合利用水平关系到全球经济及社会的可持续发展。但近年来,天然林木材资源在世界范围内短缺,主要是木材资源转向了人工林。由于人工林轮伐期短,木材中幼龄材所占比例较大,半纤维素和木素含量高,材质较差,起且密度低,尺寸稳定性及耐久性差,因而限制了其使用途径。

研究人员曾尝试各种办法来提高木材的尺寸稳定性,如在木材表面涂饰或粘贴贴面材料的外包法,而更多的是采用药剂浸注法,将木材的羟基封闭,从而减小木材的吸湿性,改善其尺寸稳定性。

然而,在最近20年,随着生活质量的提高,国外有各种报告,对使用化学药剂处理材的安全性提出质疑。目前,美国和欧盟都在制定一些规定,在规定场合限制化学药剂处理木材的使用,尤其是操尝甲板、野餐桌、篱笆、天井家具、名胜风景及儿童容易接触到的场合。欧盟将全面执行《关于限制经过砷防腐处理的木材进入市场的指令》,涵盖了出口木材与各种木制品。类似的限制在日本和澳大利亚也都有规定。各国严厉的保护条例,促进了安全及目标适应的研究与开发。在各种处理技术中,非化学药剂处理的木材制品正在获得越来越广阔的市场空间,其中木材的超高温热处理技术也占据了重要的位置。

木材超高温热处理及工艺

一般木材干燥中,温度<100度为常规干燥,100--150度为高温干燥,>150度为超高温干燥.木材的热处理就是利用木材在接近或高于200度的超高温低氧含量环境中,持续处理一定时间后,使木材中半纤维素降解,木材细胞壁中羟基减少,木材的吸湿性能下降,尺寸稳定性及耐生物破环性得到改善.因此,超高温热处理的木材被作为一个新型材料被广泛关注.

处理工艺对于材料的影响至关重要,如处理温度、处理时间、加热速率、木材树种、试件的重量与尺寸、初含水率等参数,都会影响产品的最终性能。处理工艺的确定主要是依产品的使用目的,在吸水性能改善与力学性能降低之间优化,找到可接受的平衡点。根据处理所使用介质不同,处理工艺主要分为三种。

1 蒸汽处理工艺

芬兰对超高湿热处理木材的研究开始较早,经过十几年的发展,生产技术已经比较成熟。处理过程中,用水蒸汽来防止木材燃烧,处理环境中氧气含量控制在3%--5%以下。处理过程分为3个步骤:1)升温过程、包括预热、高温干燥及再升温阶段;2)实际热处理阶段;3)冷却及平衡阶段。

所处理的木材树种包括松木

木材超高温热处理技术

0--190度,处理时间依木材种类,厚度等因素而异。

对处理木材耐腐性的试验结果显示,其耐腐性有显著提高;另外处理后材料的吸湿性下降,且吸湿曲线与解吸曲线的间距明显大于未处理材,从而减小了在不同气候条件下,弦径向胀缩差引起变形的发生。

法国直接利用生材进行蒸汽处理。在干燥窑内,木材被加热到230度。蒸汽主要来自木材中的水分。经超高温处理后,木材的吸湿性较未处理材低,一般的湿环境下,含水率只有4%5%,而未处理材在相同环境下约为10%12%。

2 惰性气体处理工艺

法国的木材超高温热处理,其研究初衷是为了改进木材在不同气候条件的尺寸稳定性,通过超高温热处理,致使木材的吸湿性发生改变。处理过程是在充满氮气的特殊处理室中进行,要求室内含氧量低于2%,含水率12%左右的木材被缓慢加热到210240度进行处理。结果显示:处理后木材的吸湿性能明显降低,且高温处理(230--240度)过程可破坏腐朽菌所需求的营养成分,耐腐性能更好;但同时,处理也会造成木材颜色变暗,强度降低,MOR损失40%,且木才脆性增加。

3 热油处理工艺

德国和加拿大的木材热处理是在热油(植物原油、如油菜籽、亚麻籽、葵花籽油等)中进行的,使木材在处理过程中与氧气充分隔离,且热传递效率高。研究结果显示,在处理温度为220度时,可获得较好的耐久性和最小的吸油量。同时发现,为获得木材最高的耐久性和最大的强度,处理温度宜在180200度间,吸油量也在厅控较小范围内。所处理的木材种类以云杉和松木为主,在经过220度约4h的处理后,木材纤维饱和点降为14%,而通常的纤维饱和点为29%。此方法的缺点是,处理成本较高,且存在着废油的净化及废弃处理问题。

4 结论与展望

使用环保,安全,无污染材料生产的制品越来越受到世人的追捧,也符合国际上环境与发展的主题。超高温热处理木材正是这样一种无污染。环保。安全且可持续的材料,是人工林木材拓展实木加工利用的有效途径之一,应引起足够重视。超高温热处理技术,可解决木材的尺寸稳定性问题,将极大地促进人工林木材的使用范围,为人工林木材发掘出更大的潜在市场机会。因此,不论是从对外贸易,还是从对人们身体健康及环境保护,都应大力发展无化学药剂处理的木材制品,相信在不久的将来,这一符合环境与发展资料源理念的新型材料,在国爱的经济建设中将发挥重要的作用。