木材塑性变形的湿热固定技术及机理研究进展

摘要

塑性变形永久固定是木材压缩密实化、弯曲等塑性改性的关键科学和技术问题之一。本研究针对塑性变形湿热固定技术,从塑性变形形成和回复机理入手,在全面分析木材塑性变形固定研究现状的基础上,重点阐述木材塑性变形的湿热固定技术和机理研究进展以及存在的问题,为突破该项技术的产业化应用瓶颈提供参考。湿热固定技术是以释放木材内应力方式固定塑性变形的方法,因处理方式不同,区分为常压热处理和加压热处理两大类。目前采用的所有处理方法,永久固定塑性变形的必要条件为温度达到180℃以上,加快热传递速度,并使板材厚度方向的中心温度快速达到180℃,能够有效缩短塑性变形永久固定时间。湿热处理永久固定塑性变形机理研究主要从热处理和饱和蒸汽处理2种过程中木材内应力释放与化学性质变化之间的关联性展开,多数研究支持3种基本机制,即基质分子间的交联反应形成稳定的结构;分子链断裂使微纤维和基质中应力松弛;亲水的细胞壁成分,特别是半纤维素形成聚合物阻止其再次发生水软化。但这些研究实际上只局限在2个极端,一端是干燥状态下依靠提高温度和延长时间释放木材内应力的热处理,另一端是接近饱水状态下依靠高温高压释放木材内应力的饱和蒸汽处理,而且这些研究均未涉及影响塑性变形固定和木材性能热、质传递等重要的过程因素,存在永久固定和木材性能变化的相互制约等适用性问题。虽然采用湿热处理方法理论上已经实现塑性变形的永久固定,但这些技术并未实现产业化应用,主要原因在于支撑湿热处理永久固定塑性变形的理论和技术体系不完整。要解决塑性变形的湿热固定技术应用问题,不能只关注最终条件,还有考虑如何有效实现这些条件,因此,需从湿热处理过程中水分的作用、热作用和氧化作用及其相互作用机理,热、质传递规律,湿热作用下木材内应力释放的作用机制等方面开展深入研究。