《木材保护与改性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《木材保护与改性（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、炭化木炭化木木材保木材保护行行业的新成的新成员炭化木炭化木（Thermal Modified Wood or Heat-Treated Wood ）及其特点及其特点 木材是天然环保材料，能够吸收紫外线；木材的反射系数很小，可有效对室内环境进行控温调湿；木材的结构、纹理、颜色和光泽可以创造美好的生活环境。然而，木材也存在着诸多缺陷，如木材使用时会与周围环境发生水分交换而产生干缩与湿胀，从而造成木制品变形、开裂。另外，木材又是许多菌类和昆虫的食物，所以有的木制品易发霉生虫。为了弥补木材的上述缺陷，扩大木材的应用范围，人们采用多种方法对其进行改良，比如药剂浸渍处理及漂白染色处理等化学方法，气蒸、干燥
2、等物理方法。近年来在芬兰、法国、荷兰、德国、日本、加拿大等木材工业较发达国家兴起了研究开发木材炭化热处理的新动向。精品炭化木吧台炭化木炭化木（ Thermal Modified Wood or Heat-Treated Wood ）及其特点及其特点“炭化木”是我国木材工业及其流通领域对超高温热处理木材的俗称。其基本概念是用160230（常用180215）介质加热处理木材，改良木材的品质，降低木材的吸湿性和吸水性，提高尺寸稳定性、生物耐腐性和耐气候性，从而制成一种性能优良、颜色美观且环境友好的木材产品。确切地说“炭化木”应称为超高温热处理木材或热改性木材，国外称为Thermal Modified
3、 Wood或Heat-Treated Wood。“炭化木”是木材超高温热处理的改性产品，它与普通木材相比，有一系列的特点：（1）吸湿性和吸水性显著降低。由于木材经超高温热处理后，吸湿性的游离羟基官能团大大减少，故木材的吸湿性约可降低51。（2）使用时平衡含水率显著降低，尺寸稳定性大幅度提高。由于木材的吸湿性降低，故在同样的空气状态下，“炭化木”的平衡含水率与常规木材相比，约可降低50。尺寸稳定性通常是用木材的弦向或径向的湿胀性来表示的，由于炭化木的吸湿性显著降低，因此，其湿胀性也会相应地减少，故尺寸稳定性大幅度提高（约为42）。炭化木炭化木（ Thermal Modified Wood The
4、rmal Modified Wood or Heat-Treated Wood or Heat-Treated Wood ）及其特点及其特点（3）生物耐腐性明显提高。由于“炭化”过程中木材的半纤维素降解，生成游离醋酸，又高温时木材的抽提物挥发，这些都切断了腐朽真菌的食物链，使“炭化木”的生物耐腐性提高。（4）抽提物的挥发，有利于木材的胶合和表面涂饰。（5）木材的颜色美观、均匀、耐久，且可用不同温度的“炭化”工艺，模拟名贵树种的颜色。（6）木材的硬度和顺纹抗压强度提高。（7）木材的弹性模量略有增加。（8）木材的密度略有降低（约为3）。（9）木材的抗弯强度降低，但幅度不大。木材的强度与密度有很大关
5、系，因“炭化木”密度降低，会引起强度降低；但“炭化木”吸湿性和平衡含水率显著降低，在同样的使用环境下，“炭化木”的含水率显著低于常规木材，木材的强度又随吸着水含水率的降低而增高，故由于含水率降低而产生的强度补偿，最终使得“炭化木”抗弯强度的降低幅度不大（约为5）。（10）木材的脆性增加，冲击抗弯强度和剪切强度显著降低（前者降低约25，后者降低约20）炭化木及其特点炭化木及其特点（11）环保、安全木材炭化热处理为纯物理技术，在木材炭化过程中只涉及到温度和水蒸汽，不添加任何化学药剂，所以炭化木相当环保和安全，是环境友好型材料。另外，炭化处理使一些速生木材具有了稳定、防腐和珍贵木材的颜色，这些速生材
6、可替代部分珍贵木材，因此炭化木具有环境保护意义。 炭化木是在不含任何化学剂条件下应用高温对木材进行同质炭化处理，使木材表面具有深棕色的美观效果，并拥有防腐及抗生物侵袭的作用，其含水率低、不易吸水、材质稳定、不变形、完全脱脂不溢脂、隔热性能好、施工简单、涂刷方便、无特殊气味，是理想的室内及桑拿浴室材料，成为卫浴装饰新的流行趋势；其防腐烂，抗虫蛀、抗变形开裂，耐高温性能也成为户外泳池景观的理想材料。炭化木及其特征炭化木及其特征炭化木的特征炭化木与防腐木的区炭化木与防腐木的区别同为木材保护的产品，但是炭化木与防腐木的工艺、使用性能是有区别的，具体见下表：防腐木炭化木炭化木的分类及用途（1 1）炭化木
7、的）炭化木的树种种针叶树和阔叶树锯材都可生产炭化木。炭化木对锯材的要求如表1所示：欧洲制造“炭化木”的现用树种：主要为欧洲赤松（约占39）、云杉（约占43），其次为桦木（占8）、白杨（5），还有少量的落叶松、桤木、山毛榉等。现阶段中国制造“炭化木”的主要树种：樟子松、铁杉、杉木、白蜡木、柞木、枫桦、荷木、香樟、纤皮玉蕊等。炭化木的分类及用途炭化木的分炭化木的分类和用途和用途（2 2）炭化木的分）炭化木的分类及用途及用途炭化木产品根据性能及用途的不同，可分为室内用及室外用两大类。市内用炭化木除了外观质量要求之外，主要的性能要求为尺寸稳定性，其木材弦向湿胀和干缩率要求为68，其耐腐等级要求为级稍耐
8、腐；室外用炭化木除了外观质量要求之外，主要的性能要求为生物耐久性，其耐腐等级要求为级耐腐，另外，木材的弦向湿胀和干缩率要求为56。室内主要用于：室内装饰、家具、门窗、壁板、地板、桑拿房木结构及地板等。特别是我国北方新型住宅建筑中，有越来越多的地采暖地板，过去由于尺寸稳定性过不了关，不能采用实木地板，只能用强化地板或多层实木复合地板，在地热的环境下，强化和复合地板胶层的甲醛释放，造成的室内空气污染，是个很棘手的问题。而“炭化木”尺寸稳定性好，可用于地热地板，且没有环境污染问题。室外主要用于：房屋外墙板、庭院家具、游乐场轻型木构件、露天地板或甲板、田园建筑小品等。由于炭化木脆性增大，故不推荐在重型
9、木结构中使用。“炭化木”是一种新产品，在中国生产和推广的时间还不长，但由于它尺寸稳定性和耐腐性好，颜色美观、古朴典雅，且环境友好，不需添加任何化学药剂，故已受到消费者的青睐。随着消费者对它的认识不断深化，相信“炭化木”会在国内外得到越来越广泛的推广应。炭化木的密度和炭化木的密度和颜色色一、密度一、密度水曲柳（Fraxinusmandshurica） 实木地板坯料，尺寸为21mm130mm930mm，经185高温处理4h后，其全干密度平均值为0.587g/cm3；与此相对照的，其试材与“炭化木”试材相匹配常规干燥的地板坯料的全干密度为0.600g/cm3。数据表示，经高温热处理后，木材密度略有下
10、降（下降2.17）。芬兰的欧洲赤松板材，经180220的高温热处理后，其密度平均值为535kg/m3，而温度70160处理的同样板材，其密度平均值为560 kg/m32（下降4.46）。说明随着处理温度的升高，木材密度下降。“炭化木”密度下降的主要原因，是由于木材在高温热处理的过程中，其抽提物挥发，引起木材质量的部分损失。二、二、颜色色木材经高温热处理后，随着处理温度的升高和处理时间的延长，其颜色会逐渐加深，由木材本色变为棕黄色、棕色、深棕色直至黑棕色。木材颜色的变化可用明度L来数值化表示。对于木材，明度L表示对光线的反射程度，反射程度越高，明度L值越大。木材炭化后，其颜色变暗，明度L值下降。
11、木材用户可根据自己的爱好，选择相应的明度值，从而确定所需的颜色。还可以根据某些名贵树种木材（如柚木）的明度值，选择相应的炭化工艺，以模拟名贵木材的颜色。炭化木的吸湿性和尺寸炭化木的吸湿性和尺寸稳定性定性吸湿性和尺寸吸湿性和尺寸稳定性定性吸湿性用木材试件在不同湿度空气中平衡后，其重量的变化率来表示见公式（1）。尺寸稳定性用试件在不同湿度空气中平衡后，其弦向尺寸的变化率，即湿胀率来表示见公式（2）。G=100（G2-G1）/G1（1）式中：G试件的吸湿性，；G1和G2试件在温度30，相对湿度30和93的空气条件下分别平衡后的重量，g。L=100(L2-L1)/L1（2）式中：L试件的湿胀率，代表其
12、尺寸稳定性，湿胀率越小，稳定性越好；L1和L2试件在温度30，相对湿度30和93的空气条件下分别平衡后的弦向尺寸，mm。从我国浙江南浔某地板厂取的4个树种的“炭化木”及常规干燥对比材各10块试件的吸湿性平均值见表1，尺寸稳定性(用湿胀率表示)平均值见表2。由表1可见，经高温热处理之后，4个树种的吸湿性都大幅度下降，特别是柞木和白蜡木，下降幅度分别达55和52。正因为吸湿性下降，故4个树种的弦向湿胀率都明显降低，平均降低42.36，表明尺寸稳定性显著改善。芬兰云杉“炭化木”的径向和弦向湿胀率与其与常规干燥材的对比可知，木材经高温处理后，径向及弦向湿胀率显著减小，与常规干燥材相比减幅在50以上。国
13、内外的研究资料都显示“炭化木”的尺寸稳定性比常规干燥材显著改善。其原因是木材经高温热处理后，其主要成分半纤维素降解，木材中所含的吸水性的游离羟基数量大幅度减少。另外木材中纤维素的结晶度和晶体尺寸都由于高温处理而增大，因而吸湿性的无定形区减少，这些都使木材的吸湿性减少，尺寸稳定性改善。国外还有学者对木材热处理后，心材和边材吸湿性的差异进行研究。欧洲赤松和梛威云杉边材和心材在温度170，190，210和230的条件下进行热处理，结果发现两种树种心材吸湿性都小于边材，且处理温度越高，吸湿性越小。这可能是由于心材的内含物较多，存在于管胞之中，阻碍了木材细胞对水分的吸附。影响家具和实木地板质量的瓶颈恰恰
14、就是木材的吸湿性和尺寸稳定性，特别是地采暖实木地板。“炭化木”解决了这一难题炭化木的平衡含水率炭化木的平衡含水率平衡含水率是指木材在一定温度和湿度条件下，木材中水分与周围空气的湿度达至平衡时木材的含水率。平衡含水率越低，说明木材越不容易吸收空气中的水分。白蜡木试件先烘至全干，然后置于温度30，相对湿度分别为30、65及93的空气条件下至平衡，由数据可知“炭化木”的平衡含水率都只有常规干燥材的一半。樟子松、荷木、枫桦、柞木、白蜡木、纤皮玉蕊、香樟7个树种的试件置于温度30，相对湿度93的空气条件下，到试件恒重（7天），测得的木材平衡含水率见表3。表3说明各个树种“炭化木”的平衡含水率都比常规干燥
15、材大幅度降低，平均降低7.38。炭化木的炭化木的导热效能效能导热效能是地采暖地板的一项性能指标。“炭化木”地板的导热效能及其与强化地板和多层实木复合地板的对比见表4。表4说明18mm厚的“炭化木”地板导热效能优于12.5mm厚的多层实木复合地板，但不如8mm厚的强化地板。原因是多层实木复合地板的多层胶层阻碍了热量的传递炭化木的安装和加工炭化木的安装和加工炭化木抗冲击韧性比未经炭化处理材小，木质较脆，在机械加工时容易崩边，因此，加工时应保持刀片锋利。另外，炭化木在安装过程中容易劈裂和破坏，因此在安装过程中应尽量少用铁锤锤打炭化木，以防止炭化木破损，最好不要用钉直接钉炭化木，如果要使用钉子固定，须
16、先在炭化木上钻小孔，然后再用钉固定。也可使用可以调节压力的专门打钉机器固定炭化木。炭化木的握钉力比未经炭化处理材小，安装时可以使用环孔钉来提高握钉力，使用较少螺钉的螺栓或细钉来减少或避免木材劈裂。木材表面应避免钉子端头的突起。在外墙装饰中，推荐使用2.1mm或2.5mm的不锈钢钉。在使用螺钉前，一定要预先试验。炭化木的涂炭化木的涂饰及及维护一，涂饰炭化木用于室内地板、家具及装饰时，可以和未经炭化处理的木材一样进行表面涂饰和维护。作室内家具时一般采用透明漆，以彰显炭化木的自然颜色。但要注意，炭化木的润湿性较差，作表面涂饰时，一般可以通过磨光或涂刷的方法来提高木材保护剂对木材的透入程度。炭化木在户
17、内使用一般不需要进行特别保护处理，如果需进行处理，可以采用上漆、上蜡或上油等方法达到保护目的。二，维护深度炭化木物理强度下降约10，握钉力下降，脆性较大。不建议用于承载构件。炭化木的涂炭化木的涂饰及及维护炭化木用于户外时，可采用比炭化木颜色略深一点的户外木材涂料，如半透明的木材涂料和木蜡油。为减少或防止太阳紫外线的辐射使木材表面颜色变灰，应使用户外木材涂料，其维护方法和其他普通木材一样。在维护前木材表面要进行清洁和干燥。炭化木使用时不适宜浸泡在水中或与泥土接触。另外，为了减少水分从端头进入炭化木或防止炭化木产生端裂，应对炭化木的端头进行保护保护处理。深度炭化木要防止在施工过程中的铁变色。比如屋
18、顶的含铁物质(如防雷设备)要提前油漆好，固定的钉子要使用不锈钢钉。炭化木的未来和展望炭化木的未来和展望）炭化技术可以改善人工速生材易变形、不耐久等缺点，从而拓宽速生材的应用领域，使它可以用于家具、地板、室内外装饰等。因此，炭化技术有利于充分利用我国丰富的人工速生林资源，缓解我国木材供需的紧张局面，对我国木材加工产业的可持续发展具有重要意义。）我国的炭化木研究和生产处于起步阶段，近期应重点开展炭化木生产设备、工艺的研究开发。另外，为更好地应用和推广炭化木，还应加强炭化木的物理力学性能、加工性能、涂饰性能、使用性能的研究和炭化木标准制定。）炭化热处理为纯物理木材改性技术，可以使木材平衡含水率降低、稳定性提高并具有良好防腐性和耐候性等，具有木材化学改性不可比拟的环保优势，所以炭化处理技术必将成为未来木材高附加值利用和木材改性的发展方向。另外，炭化木是防腐、环保、安全、无污染材料，符合环保、健康生活的理念。所以，用炭化木制造的木制品或建造的房屋将越来越受到人们的欢迎。
