花旗松薄木压缩工艺初探

刘献奇， 赵湘玉， 钟 楷

(1.肇庆市现代筑美家居有限公司，广东 肇庆 526238；2.华南农业大学材料与能源学院，广东 广州 510642)



花旗松薄木压缩工艺初探

刘献奇1， 赵湘玉2， 钟 楷2

(1.肇庆市现代筑美家居有限公司，广东 肇庆 526238；2.华南农业大学材料与能源学院，广东 广州 510642)

以5 mm厚花旗松薄板为研究对象，分别在160 ℃、180 ℃、200 ℃、220 ℃热压温度、40%厚度压缩率、15 min、30 min、45 min保压时间条件下，分析不同处理温度及保压时间对花旗松压缩薄木力学性能的影响，探索其最佳压密工艺。

花旗松；压缩工艺；热压温度；保压时间

木材压缩技术是提高速生林木材密度、材质、力学强度及稳定性的一种有效方法。木材经压密处理后，其组织构造、物理力学性质都发生了较大变化，密度增大，力学强度、耐磨及耐久性能都有提高，从而有效地改善了木材的性能，扩展了木材的使用范围，提高了木材的利用价值[1]。

本研究以花旗松为试验材料，选择160 ℃、180 ℃、200 ℃、220 ℃ 4种热压温度，并在每种温度条件下设置3个保压时间，分别为15 min、30 min、45 min，通过比较不同工艺条件下制成的压缩材性能，探索其最佳生产工艺，为生产提供理论指导。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

花旗松薄木板，产自奥瑞冈州，尺寸规格为400 mm×200 mm×5 mm，平均含水率10%。

1.2 试验仪器设备

(1)EL-10PA型高低温交变调温调湿实验箱：温度范围为室温10～200 ℃，用于对试件进行干燥及含水率控制，广州ESPEC公司生产。

(2)电子天平：精确到0.01 g，用于试件质量的测量。

(3)游标卡尺：精确到0.02 mm，用于试件尺寸测量。

(4)推台锯机：用于锯截试件。

(5)刨床：用于定厚处理试样，控制板面平整度。

(6)Y38硫化机：温度范围0～300 ℃，用于对木材进行热压处理，佛山中联液压机械公司生产。

(7)岛津力学实验机AUTOGARDH AG-1 SHIMADZU：用于测量木材试件的破坏载荷、抗弯强度、弹性模量。

(8)JM-1型漆膜磨耗仪：用于对木材试件进行耐磨性能测试，上海涂料工业机械厂生产。

1.3 试验方法

1.3.1 压密处理

将尺寸为400 mm×200 mm×5 mm的花旗松试件放入已达目标温度的硫化机中进行预热处理，待板材中心层温度升至目标温度后加压，待试件压缩至目标厚度3 mm后进行保压处理，保压结束后待板材自然冷却至80 ℃后出板。

1.3.2 性能检测

将完成压缩的试材放入温度20 ℃、相对湿度65%的环境下进行平衡处理，待其含水率回调至12%后，按照物理力学性能测试要求锯制成不同尺寸(厚度方向区别于标准，采用3 mm厚度)，参考相应的国家标准及文献对试件的密度、抗弯强度、弹性模量、耐磨性及吸水厚度回弹率等物理力学性能进行测试[2-6]。

2 试验结果与分析

2.1 热压工艺对花旗松压缩木密度的影响

由于木材差异性大，即使压缩率相同，原材料的密度受初始密度的影响也有差异，故选用密度增长率作为表征热压工艺对花旗松密度的影响指标。不同热压条件对试件密度增加率的影响如图1所示。

由图1可以看出，压密能够有效地提高花旗松的密度和改善花旗松材质松散现象。密度增长率随着处理温度的升高有一个先增大后减小的过程，热压时间与密度增长率也有相似的规律，而且处理时间为30 min时效率最高。

高温下木材受热分解汽化，部分内含物(如树脂等)会被蒸发掉，造成木材质量损失增大。故随着热压温度的升高和热压时间的延长，损失率也相应增大，密度增长率相应减小[7]。

2.2 不同热处理工艺对花旗松压缩木力学性能的影响

不同热压温度对花旗松压缩木的抗弯强度、弹性模量、耐磨性的影响分别如图2、图3、图4所示。其中，耐磨性用磨损量来表征，磨损量越大，耐磨性越差。

图2 不同热压工艺对抗弯强度的影响

图3 不同热压工艺对弹性模量的影响

图4 不同热压工艺对耐磨性的影响

由图2、图3、图4可知，在热压温度和处理时间这两个参数中，热压温度为主要影响因素，花旗松压缩木的抗弯强度与热压温度成反比，而弹性模量及耐磨性则随着温度的升高都有一个小幅度增大后再急速减小，200 ℃以下的处理温度都能大幅度、有效地提高力学性能，但当处理温度高于200 ℃时其力学性能损失较大，甚至低于素材。保压时间对力学性能影响不大，同一处理温度下保压时间的延长并不能提高力学强度，强度仅在一个较窄的范围内波动。

木材经热处理压缩后含水率较低，脆性较大，力学性能降低。木材力学性能与木材纤维和纤维之间的横向联结强度有关，强度主要靠纤维素与半纤维素的联结来实现。高温热处理使木素软化，半纤维素发生降解，因此破坏了半纤维素、木素与纤维素之间的联结，减少了半纤维素与纤维素的联结点数量，增加了断点数量，致使胞间层劈裂，木材抗弯强度降低。故随着热压温度升高，热处理时间的延长，其力学性能损失增大，在生产中应给予充分考虑。

2.3 不同热压工艺对花旗松压缩木吸水厚度回弹率的影响

不同热压工艺对吸水厚度回弹率的影响如图5所示。

由图5可知，随着热压温度的升高、处理时间的延长，处理材的吸水厚度回弹率有一个逐渐降低的趋势，压缩固定效果较好。

这是由于热压过程中吸水能力强的半纤维素分子链脱水受破坏，而且在高压力下有效地减少了分子之间的距离，使得半纤维、纤维素中非结晶区的羟基之间更容易形成氢键，从而降低了木材的吸水能力，抑制了回弹[8-10]。

图5 不同热压工艺对吸水厚度回弹率的影响

3 结论

(1)在压密过程中，热压温度为影响花旗松压缩木性能的主要因素，处理时间为次要因素。在后续试验中，应重点考虑热压温度。

(2)若只考虑密度增长率，最佳工艺为“热压温度180 ℃，处理时间30 min”；若只考虑力学性能，最佳工艺为“热压温度160 ℃，处理时间45 min”；若只考虑吸水厚度回弹率，最佳工艺为“热压温度220 ℃，处理时间45 min”。综合考虑，最佳工艺为“热压温度200 ℃，处理时间30 min”。

[1] 刘占胜，张勤丽，张齐生.压缩木制造技术[J].木材工业，2000，14(5)：19-21.

[2] 中国木材标准化技术委员会．GB/T 1933-2009 ，木材密度测量方法[S]．北京：中国标准出版社，2009.

[3] 中国木材标准化技术委员会．GB/T1936.1-2009 ，木材抗弯强度试验方法[S]．北京：中国标准出版社，2009.

[4] 中国木材标准化技术委员会．GB/T 1936.2-2009，木材抗弯弹性模量测定方法[S]．北京：中国标准出版社，2009.

[5] 中国木材标准化技术委员会．GB/T 17657-2013，人造板及饰面人造板理化性能试验方法[S]．北京：中国标准出版社，2013.

[6] Kariz M，Kuzman M K，Sernek M，et al.Influence of temperature of thermal treatment on surface densification of spruce[J].Holz als Roh-und Werkstoff，2016(1).

[7] Zhiqiang Gao，Rongfeng Huang，Jianxiong Lu，et al.Sandwich compression of wood：Control of creating density gradient on lumber thickness and properties of compressed wood [J].Wood Science and Technology，2016(50)：833-844.

[8] 沈德君，吴桂华.不同处理方法对杨树木材压缩变形回弹率的研究[J].吉林林业科技，2008，37(5)：34-36.

[9] 邱学海，梁星宇，林雨斌，等.两种压制方法对杨木重组木性能的影响[J].林业机械与木工设备，2017，45(3)：40-43.

[10] 刘一楠，郑海威，刘巍岩，等.杨木单板层积材力学性能足尺检测试验分析[J].森林工程，2016，32(5)：31-34.

(责任编辑 张雅芳)

Probe into the Douglas Fir Veneer Compression Process

LIU Xian-qi1， ZHAO Xiang-yu2， ZHONG Kai2

(1.Zhaoqing Modern Home Furnishing Co.，Ltd.，Zhaoqing Guangdong 526000，China；2.College of Materials and Energy，South China Agricultural University，Guangzhou Guangdong 510642，China)

With 5 mm-thick Douglas fir veneer as the research object，the effect of different treatment temperatures and pressure holding time on the mechanical properties of compressed veneer of Douglas fir are analyzed in the case of hot press temperatures of 160 ℃，180 ℃，200 ℃ and 220 ℃，40% thickness compression rate and holding pressure time of 15 min，30 min and 45 min respectively to explore the optimum compression process.

Douglas fir；compression process；hot press temperature；pressure holding time

2017-04-28

刘献奇(1981-)，男，广西藤县人，助理工程师，本科，主要从事木材加工工艺的研究，E-mail：115263991@qq.com。

TS612

A

2095-2953(2017)08-0025-03

研究与设计