木材科学与技术研究进展

木材科学与技术研究进展主编：赛里木春压缩木技术的发展现状与趋势我国属于少林国家，人均占有木材量远低于世界平均水平。

随着森林结构的变化，原始森林所提供的大径级木材愈来愈少，人工林、间伐林和速生丰产林提供的幼龄材、小径木越来越多。

在这种情况下，改良木材的某些特性，提高木材的使用价值显得尤为重要。

压缩木技术即可以使材质轻软、密度较低、加工工艺性能差的木材在物理力学性能方面得到较大的改善。

一．关于压缩木1）定义压缩木是木材经过一定的温度和压力加工处理后，产生的一种质地坚硬、密度大和强度高的强化处理材料。

木材经压缩密实后，其组织构造、物理力学性质都发生了重大变化——力学强度增强，变形很小，耐磨性、耐久性好，从而有效地改善了木材的性能，提高了木材的利用价值。

2）机理木材是一种多孔的生物材料，其细胞壁呈圆形，首尾相连形成细管状，细管适应树干长度，即成轴向的。

这些管状细胞的直径约为0．01-0．5毫米之间，某些管状细胞在树干中就像车轮一样，呈放射状。

这些管状细胞或纤维是树的水分输送系统，与其他类型的细胞一起为树干提供强度。

当一块湿木样品被加热到摄氏100度时，它会变得柔软，并可以弯曲，其弯曲两端外侧可以拉长2%，保持纤维不被破坏。

另一方面，在纤维不挤在一起的情况下，弯曲两端的内侧可以压缩35%。

根据这一特性，对木材进行不同的预处理及不同的压缩工艺就可以得到不同性能的压缩木。

经过压缩的硬木，如梣木(白蜡树)、榉木、黑樱桃木、榆木、硬槭木、丝柏木、橡木、北方红橡木和胡桃木等，都可根据需要制造出不同规格产品。

3）压缩木的种类压缩木会根据不同的使用要求，在压缩前对木材进行不同的预处理。

如水热处理、药物处理、金属化处理、浸渍树脂处理和微波加热处理等，与之相对应则产生了普通压缩木、药物压缩木、金属化压缩木、表面压密材和压缩整形木等压缩木种类。

二．压缩木制造的方式方法早在20世纪初德国和美国就有了木材压缩产品和关于制造压缩木的专利。

前苏联在1932年已经制定出炉中加热压缩法（简称干法）和蒸煮压缩法（简称湿法）工艺；我国在上世纪50年代末和60年代初也曾研制出煤矿用压缩木锚杆和纺织用压缩木木梭；70年代，印度研究用其国产17种树种经压缩后代替进口的鹅耳枥(Carpinus)制造织布机木梭。

自上世纪90年代以来，随着世界木材工业的迅速发展，各国学者在前人研究的基础上将木材的压缩及其变形固定的研究推向一个新的高度，为使压缩木材成为一种实用的工业化加工技术奠定了良好的基础。

木材目前的压缩方法主要有平压、辊压和静水压等，其中主要采用的是单轴平压。

1）多轴压缩一般是双轴方向施压使木材压缩变形，也有的采用双轴压缩使原木压缩成方材。

后者由于原木外侧被压成方材的表面，所以原木表面变成了弦切纹理，即使是小径材也很不易看见节子，并且没有背裂，加工时的噪声和粉尘都很少。

2）部分压缩一种是靠压缩方向使变形产生倾斜，另一种是靠压缩面受压使变形扩展。

前者加大锯材表面的含水率后，高温加压成表层压密木材。

此法适合地板、墙体材等要求改善木材表面物理特性的加工。

后者进行模压使各种花纹压在木材表面，磨光后再现木材年轮状花纹，若吸些水使压缩部分稍有回弹，则可呈雕刻状。

3）辊压法这种方法是将木材从两个金属辊间通过受压，使受压木材的局部逐渐变形。

装置需要的负载小，可连续施压，是将来有望普及的压缩变形方式。

4）静水压木材放在耐压容器内加大静水压，使木材压缩变形。

带皮原木采用此法处理，外侧受到局部压缩就成了“镶上皱纹”状的原木。

此法因不能按设计进行，所以不适合批量加工，但可以作为工艺品加工，如带花纹的柱子。

5）压缩木新技术丹麦新发明的压缩木生产技术设备，具有加工时间缩短、加工过程可控、原材料损耗小和产品制造灵活等优点。

据了解，经过此设备压缩的木料与传统的受蒸汽作用弯曲的木料一样，具有同样的机械性能和湿度指标。

值得一提的是，经压缩后的木料在冷却以后还可进行多面弯曲，并且弯曲半径可达到很小，压缩后的木料可用一般性的塑料薄膜经过真空包装后，一直储藏到下一步的加工，而木料会保持和压缩前相同的强度，储藏期可长达6个月以上。

另外，这种加工处理只需非常简单的工夹具，改变了传统的蒸汽弯曲技术加工家具部件时，需要在弯曲外侧使用钢带以防止木材纤维断裂的工序，从而降低了工效和损耗。

三．压缩木对木材性能的改进及其应用要想充分地利用压缩木资源，了解压缩木对木材性能产生的改变是很有必要的。

1）木材的表面物理性能得到提高压缩处理的直接后果就是使木材的密度加大，从而使木表硬度和耐磨性等表面物理性能得到了极大的提高。

这种表面硬度性能极强的压缩木可以将软质速生人工林代替硬质阔叶材使用。

比如，压缩木用在弦乐器上，可取代红木等昂贵树种做背板，不但品质更好，而且成本可降低十几倍，促进了民乐器的普及。

在日本，一些企业都在积极利用压缩技术开发地板材料，市场上已有山毛榉和栎木压密地板销售。

另外，压密单板木塑化技术、水蒸气预处理压密单板插入装饰板和基材之间的地板等也在研制。

2）提高了木材的强度性能压缩木在使木材密度增加的同时，弯曲弹性模量和弯曲强度等强度性能也都能得到提高。

因此，压缩木可以作为住宅内楼梯扶手、家具的腿、框架、各种工艺品、装饰家具、各种工具类的手柄和图章料等要求高强度性能的材料。

木材经压缩密实后，其组织构造和物理力学性质都发生了重大变化，力学强度增强，变形很小，耐磨性和耐久性更好，也是一种很好的雕刻材料。

3）装饰性、加工性的提高木材经过压缩密化后，木材的重量感和硬度感显著增强，加热等处理过程又使木材本身的色泽产生了变化，增强了材料的高档感。

因此，压缩木可以作为昂贵而稀缺的黑檀、紫檀等高级木材的替代材料。

不仅如此，原木经过压缩整形后，年轮、木射线的形状和间距将随着各个方向压缩程度的不同，压缩时树皮的存在与否而产生很大变化。

如果用于刨切，可产生出各种各样具有不同纹理花纹的薄木，所以压缩整形木还可用来制造薄木，用于木材表面装饰中。

另外，木材本来是不均质的材料，经压密处理使材质变得均匀，更易于切削加工、雕刻和微细加工和饰面加工等。

四．压缩木的发展前景与展望由于压缩木不同于金属材料，因为年轮、细胞结构材质不均匀，温度、水分都将使其变形产生明显的变化，而且它不易顺纤维方向压长，所以对木材的显著变形有待进行深入研究。

21世纪的人类更加关注自身的健康和生存的环境，可以预测，未来高效率、高质量地生产压缩木的短周期生产工艺和设备的开发，以及绿色环保产品的生产，将是压缩木发展的方向。

松木脱脂技术研究进展1引言马尾松、落叶松等针叶材树脂道发达,气温高时易外溢,污染材面,并能使漆膜剥落,影响涂饰效果,使其应用受到限制。

由于我国木材资源严重不足,充分利用我国丰富的松树资源,缓和木材供应日趋紧张的局面,对其进行脱脂改性加工处理,扩大其使用范围,具有重要的经济价值和现实意义。

本文讨论了松木的树脂道的分布以及树脂的成分和含量,有关的物理化学性质;并对松木脱脂的各种方法进行了综述。

2松树的树脂道分布松树树脂道主要分布在年轮的晚材部分,针叶材的初生皮层中,形成3个独立的系统。

松树的轴向树脂道是细胞之间的间隙,它是由一些薄壁的、非木质化的泌脂细胞和死细胞层、伴生薄细胞等3层细胞围绕而成。

最内层是泌脂细胞,具有形成和分泌松脂的功能。

松脂是在泌脂细胞内形成的,然后再由泌脂细胞壁渗入树脂道。

松树木材中有轴向和径向两类树脂道(又称纵生树脂道)与树干相平行,位于纵生管胞之间,通常分布于晚材带及至早材的1 3部分。

马尾松的边材轴向树脂道最大直径1 73 μｍ,最小直径50 μｍ,平均为1 0 1 μｍ,数量平均为62个ｃｍ2 。

径向树脂道(又称横生树脂道)与树轴向成辐射状排列,位于木射线水平生长的细胞之间,马尾松径向树脂道则小得多。

轴向和径向树脂道在木材中互相连接沟通,形成复杂的树脂道系(又称树脂道网络),1ｃｍ3木材体积中这样的树脂道可达数百个。

树脂道约占树干木质部体积的0 1 %～0 7%,取决于不同的树种。

马尾松木材松脂含量心材远大于边材,晚材高于早材,约为早材的1 6倍。

3松树的树脂成分树脂的主要成分是倍半萜、双萜、三萜和它们的衍生物。

树脂存在于树脂道的泌脂细胞中。

松树分泌的松脂经过加工可以得到5%～2 0 %液态的松节油和70 %～80 %固体的松香。

松节油主要由单萜烯组成,是萜类混合物。

主要成分为蒎烯。

马尾松松节油主要化学组成为α -蒎烯和β -蒎烯,含量共达90 %以上;此外约含2 %的莰烯,2 %左右的双戊烯以及不足2 %的β -水芹烯。

松香是一种复杂的混合物,主要由各种同分异构的树脂酸组成,还含有少量脂肪酸和中性物。

树脂酸具有1个三环菲骨架含有2个双键的一元羧酸,并具有同一分子式Ｃ2 0 Ｈ30 Ｏ2 ,但其结构因双键和烷基取代基位置的不同而异。

马尾松松脂中的松香主要由树脂酸(85%～89%),脂肪酸(3 %～6%)和中性物(5%～8%)组成。

马尾松松香树脂酸中枞酸型树脂酸含量在76%～86%,此外尚含有5 2 %以下的异海松酸。

4松脂中各组成成分的物理化学性质松节油特性:松节油无色至棕色液体,易挥发,具有芳香气味。

不溶于水,溶于乙醇、乙醚、苯、二硫化碳和四氯化碳等有机溶剂。

其中α -蒎烯的沸点1 54～1 56℃。

β -蒎烯的沸点1 62～1 63℃。

松节油化学性质活泼,能进行异构化、氧化、热解、加成、酯化、氢化、脱氢、聚合等化学反应。

松香的特性:松香是透明而硬脆的固体物质,颜色由微黄至黄红。

溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯、二硫化碳、松节油、油类和碱溶液中,不溶于水。

比重为1 0 5～1 1 0 ,软化点在70～85℃。

由于松香由数十种树脂酸组成,它们在热、酸或碱作用下会发生异化,得到以枞酸为主(含量为70 %以上)的混合物。

松香能进行氧化加成、歧化、氢化、聚合、氨解、酯化、成盐、脱羧等反应。

这些反应可以改变松香容易氧化、化学性质不稳定的缺点。

松树中的树脂主要是液体的松节油和在常温下呈固体的树脂酸构成。

由于松节油能溶解固体的树脂酸,使其具有流动性;在温度低时很粘稠不易流动,但随着温度的升高,粘度降低而渗出材面。

如马尾松等树脂道发达的木材,在自然干燥中虽然不怎么渗出,但在刨削以后放在温暖的地方,则出现树脂渗出的现象。

另外,即使经过人工干燥过的制品,经过日光直接烤晒,或放在采暖设备附近,树脂也会渗出,在膝膜上产生不雅观的色斑,甚至引起漆膜鼓泡和剥落。

5脱脂方法为了扩大对木材资源的利用,北美从2 0年代起开始对红松的利用产生了兴趣,广泛地用作码头、船甲板、门窗框和房屋的边板等结构用材。

但是由于树脂的外溢,用油漆作表面涂饰时易产生变色、鼓泡以及涂层剥落。

50年代开始研究西方松木的化学性质,松树的结疤和涂层对耐久性的影响以及加工处理办法。