高温水热处理对马尾松木材物理力学性能影响的研究
摘 要：随着科学技术的进步，各种热处理工艺大大提高了速生木材的利用率并改善了生态环境。本文以来自福建省武夷山林场的马尾松木材为研究对象，通过采用不同水热处理温度（140℃、160℃、180℃、200℃）和不同时间（1h、3h、5h）的热处理工艺，分析不同高温水热处理前后马尾松木材试件主要物理力学性能变化，探寻其热处理工艺马尾松木材性能之间的联系，并总结出适合于工业化生产和市场化需求的较佳水热处理工艺。
关键词：高温水热处理；马尾松木材；物理力学性能
前言
自古木材就是人类生存所依赖的主要原材料，迄今仍是世界公认的四大原材料之一（木材、钢铁、水泥和塑料）[1]。木材因其具有加工简单、强重比大、装饰性强等优点被广泛应用于建筑、家具制造和室内装饰等方面[2]，来满足我们的日常生活需要。与其他原材料相比，木材还是天然可再生、可循环利用的材料，具有环保的优良性能，在我国经济中占很重要的位置[3]。
近年来，全球森林资源下降是人工林快速发展的直接动力，人工林能提供大量的木材资源，缩短经营周期，解决森林资源不断减少的压力，同时能缓解当前国际上天然林保护难度大的问题[4]。但与此同时，由于种植木材主要是生长速度较快的木材，这些通常是小直径木材，幼木比例大，材质差，利用率较低[5]。 由于木材本身的一些缺陷（干缩湿涨、尺寸稳定性差、易遭虫蛀等）在一定程度上限制了木材的使用和适用范围。因此，提高木材质量和改善木材的缺陷，已经成为木材研究领域的一个热门话题[6]。
目前马尾松木材是我国人工林木材所占比例最多的材种之一，主要用于家具、地板、装修、木结构建筑以及木质复合材料等，仅次于杉木和杨木[7]。马尾松作为我国南方地区本土树种，种植面积大，生长速度快，产量高，是我国主要利用的木材之一，又是主要的产脂原料，种植经济效益好，其他树种难以替代[8]。所以，利用马尾松木材进行加工不仅能促进经济的发展，还能提高木材资源的利用率，给社会的稳定发展带来了深远的影响。由于马尾松木材易蓝边、腐朽，易遭虫蛀和白蚁侵害，生长应力大，易于翘曲变形，干燥过程易开裂，松脂含量多且易于渗出，影响后期涂饰效果等缺陷。因此必须对其进行改性处理，其中高温热处理通常包括：水蒸汽、惰性气体或空气、热油或水等为传热介质，在140℃～260℃的高温条件下对木材进行处理使得木材组分发生物理和化学变化，除去木材内的亲水基团，提高耐腐性能，是改善木材缺陷的有效方法之一[9]。高温热处理可以提高木材的尺寸稳定性、防腐防霉以及降低木材平衡含水率，同时也会使木材力学性能降低，失重率增加，木材颜色加深，油漆性能下降等。该方法不同于利用化学药剂改性木材材性方法，它不会污染环境，在生产加工过程中也不会损人身体健康，整个热处理过程中不需添加任何有毒试剂，热处理木材产品被认为是一种新型的环境友好型材料[10-11]。
相对于马尾松的其他热处理方法，高温水热处理是指将木材置于密闭耐压容器中，以高温高压的水作为传热介质，在130℃～200℃温度区间下对木材进行热处理，降低木材吸湿性，提高尺寸稳定性、生物耐久性，脱除树脂，加深颜色。本研究以马尾松木材为例研究在不同高温水热处理工艺下马尾松木材物理力学性质的变化情况，研究水热处理时间、温度对木材物理力学性能的影响，探索较佳的水热处理工艺，为提高木材尺寸稳定性等性能提供技术依据。
- 国内外木质材料高温热处理研究现状
木材热处理能使尺寸稳定的机理，主要是半纤维素，特别是多糖醛酸普遍发生化学变化，变成吸湿性弱的单体此外，热处理能使纤维分子链内羟基相互结合而构成氢键，来达到稳定结构。而蒸煮就是利用热处理原理，通过水热处理，木材被软化，塑性增强，内外干湿状态一致，内部应力将被消除或减少，木材干燥过程中不容易产生开裂，也增加木制成品的尺寸稳定性[12]。
