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木材炭化技术简述

发布日期:2016-07-27

   木材高温热处理技能是将木材放人高温、无氧或许低氧的环境中进行一段时刻热处理的物理改性技能。这样生产出来的木材即所谓的炭化木,此法俗称木材炭化技能。炭化温度通常为160~240℃,与惯例木材枯燥办法和传统的烧炭办法不同。


一、木材炭化机理


木材主要由纤维素、半纤维素、木质素和木材抽提物等组成。纤维素在木材细胞壁中起骨架效果,其化学性质和超分子结构对木材的强度有重要影响。纤维素中的羟基和水分子也可形成氢键,不同部位的羟基之间存在的氢键直接影响着木材的吸湿和解吸进程。大量的氢键能够进步木材的强度,削减吸湿性,下降化学反应性等,且纤维素的吸湿性直接影响到纤维的尺度稳定性和强度。木材通过高温热处理之后,羟基的浓度削减,化学结构发作复杂的改动,使炭化木的吸湿性下降,尺度稳定性进步,但由于纤维素聚合度的下降,氢键被损坏,使得炭化木的力学强度有所丢失。


半纤维素是细胞壁中与纤维素紧密联合的物质,起粘结效果,是基体物质,半纤维素吸湿性强、耐热性差、简单水解,在外界条件效果下易于发作改动,是木材中吸湿性最大的组分,是使木材发作吸湿膨胀、变形开裂的要素之一。木材经热处理后,多糖的丢失主要是半纤维素,因此可下降木材的吸湿性,削减木材的膨胀与缩短,进步了炭化木的尺度稳定性。又因为半纤维素在细胞壁中与木质素一同起粘结效果,受热分解后木材的内部强度被削弱。不仅削弱木材的韧性,并且也使抗弯强度、硬度和耐磨性下降。


木质素贯穿着纤维,起强化细胞壁的硬固效果。木质素还是影响木材色彩的发作与改动的主要要素。木材具有不同色彩还与细胞壁、细胞腔内填充或沉积的多种抽提物有关。抽提物对木材强度也有一定的影响,含树脂和树胶较多的木材其耐磨性较高。木材通过炭化之后,发色基团和助色基团发作复杂的化学改动,抽提物部分被汽化,使得木材色彩发作改动。


二、木材炭化技能的国内外研讨现状


木材炭化热处理在20世纪早期现已开端研讨,最早关于木材炭化热处理的论文发表于1920年。根据炭化处理介质的不同,炭化工艺主要分为蒸气处理工艺、惰性气体处理工艺、热油处理工艺。蒸气处理工艺是比较老练的,同时使用也比较广。我国在木材炭化方面的研讨相对比较晚,在尺度稳定性改性处理方面,主要集中在高温高压水蒸处理办法。


芬兰对超高温热处理木材的研讨开端较早,通过十几年的开展,生产技能现已比较老练。处理进程中,用水蒸气来防止木材焚烧,处理环境中氧气含量控制在3%~5%以下。处理进程分为3个过程:1)升温阶段,包括预热、高温枯燥及再升温阶段;2)热处理阶段;3)冷却及平衡阶段。


荷兰采用的蒸气处理工艺有所不同,包括2个阶段:1 ) 将生材或气干材在160~190℃的高温环境下进行处理再用传统窑干枯燥,使处理后的木材到达较低含水率(约10%); 2)将枯燥好的产品再次加热至170~190℃,处理时刻依木材种类、厚度等要素而异。


法国的木材超高温热处理,其研讨初衷是为了改进木材在不同气候条件的尺度稳定性,通过超高温热处理,使木材的吸湿性发作改动。处理进程是在充溢氮气的特别处理室中进行,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210~240℃进行处理。


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,使木材在处理进程中与氧气充沛隔离,且热传递效率高。


三、炭化木综合功能研讨


木材炭化处理的树种较多。1990年,俄罗斯的学者研讨欧洲赤松和桦木在80、lO0、l15、130、140%别离处理48h和96h,然后贮存调查其吸湿性和老化后外表腐蚀度的联系。结果表明,处理温度越高,处理时刻越长,吸湿性下降越大。在贮存进程中,随着老化现象的进一步开展,外表腐蚀度增大,吸湿功能也随之添加。随后,M—Inoue等人的研讨证明:热处理后木材尺度稳定性进步,其原因是高吸湿性的半纤维素改变成了低吸湿性的糠醛类物质。


李大纲等人对热处理消除水曲柳木材曲折变形内应力的影响进行了研讨,对曲折木制品进行了不同温度处理下的曲率半径回复实验,比较了木材在温度 l00、140、l60、l80、200℃下别离处理2、4、6、8h后,再经24℃水浸泡 24h,60℃水浸泡4h,100℃沸水煮lh后的曲率半径回复率。结果表明:曲折木的曲率半径回复率随热处理时刻的添加而减小,随处理温度的进步而减小。


木材炭化对进步尺度稳定性方面的研讨十分广泛。1937 年,德国的学者研讨了热处理木材的干缩湿胀功能,发现干木材被加热,吸湿性明显下降,湿木材经热处理后吸湿性并没有减小。定论还显现,在有氧存在的情况下,热处理材的强度下降比无氧存在的情况下更为明显。马世春对蒸气处理改进木材尺度稳定性进行了初探,发现木材通过蒸气处理及枯燥后,制成的木地板在湿润或枯燥的自然环境中使用, 其尺度稳定性优秀,大大进步了木地板的质量。


木材通过炭化处理后的各项物理力学功能的研讨涉及到越来越多的方面,如防腐性、力学强度、化学结构、化学成分的改动等。1946年的研讨结果表明:炭化木材在防腐性和尺度稳定性进步的同时伴随着力学强度的丢失,抗干缩湿胀率进步40%,静曲强度减20%,具有杰出的尺度稳定性。密度获得合理分布,外表硬度和耐磨耗度均比未处理材有大幅度的进步。


2001年,法国研讨了一种无毒的木材防腐处理技能,木材在180~280℃高温下进行热处理,使木腐菌的营养成分损坏、丧失,然后到达防腐的意图,该法申请了专利,并商业化生产。 


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