炭化木的基本概念、分类和用途

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....

炭化木的基本概念、分类和用途

20世纪90年代起，欧洲的芬兰、法国、荷兰、德国等国分别将“炭化木”的研究用于工业生产，其典型的工艺有：Thermo-wood、Retification、Plato-Process和oil-Treatment等。21世纪初，欧洲的“炭化木”出口到中国市场，且中国的高等林业院校、科研和生产单位研制了国产的“炭化木”工业生产设备，由于尺寸稳定性好、耐腐、颜色美观、环境友好，我国生产的“炭化木” 产品，不但投放于国内市场，受到消费者的青睐，而且还出口到日本等国。现对“炭化木”的基本概念、分类和用途；“炭化木”生产的设备和工艺过程；物理力学性能；耐气候性、耐腐性能及加工性能分四期介绍如下。

1、炭化木的基本概念及改性原理

1.1什么是炭化木

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160—230度（常用180—215度）介质加热处理木材，改良木材的品质，降低木材的吸湿和吸水性，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 Wood或

Heat-Treateed Wood.

1.2木材热改性的原理

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....

木材由半纤维素、纤维素、木素和少量的抽提物组成。半纤维素的耐热性能较差，在高温作用下，它首先降解，生成游离醋酸，而释放的醋酸作为一种催化剂，又加速了半纤维素水解成糖类。故加热后，木材中半纤维素含量显著减少，且随着半纤维素的降解，吸湿性的羟基显著减少，从而木材的吸湿性降低，尺寸稳定性提高。此外，游离醋酸的生成，又使腐朽真菌喜爱的食物显著减少，因而从食物链上抑制了腐朽真菌的生长。

纤维素是以结晶区和无定形区共存的长分子链结构。纤维素吸湿性的大小，取决于无定形区的大小及游离羟基的数量。木材加热时，游离醋酸的生成，又降解了无定形区中纤维素的微纤丝，使无定形区减少，使纤维素的结晶度和晶体尺寸增大，这也降低了木材的吸湿性，增加了尺寸稳定性。

木材中含有的少量的抽提物是低分子物质，有树脂酸、萜类化合物、脂肪、蜡、单宁、酚类化合物等。木材加热时，大多数抽提物挥发，也使腐朽真菌的食物减少，从而提高了木材的耐腐性。此外，树脂等化合物的挥发，也改善了木材的油漆和胶合性能。

1.3炭化木的性能特点

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%）。

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）提提物的挥发，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，且可用于不同温度的“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。

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....

8）木材的密度略有降低（约为3%）。

9）木材的搞弯强度降低，但幅度不大。木材的强度与密度有很大关系，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，木材的强度又随着吸着水含水率的降低而增加，故由于含水率降低而产生的强度补尝，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%）。

2.炭化木的分类及对原材料的要求

分类

根据产品的性能及用途的不同，炭化木可分为室内用及室外用两大类。前者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6—8%，其耐腐等级要求为Ⅲ级—稍耐腐；后者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Ⅱ级—耐腐，另外，木材的弦向湿胀和干缩率要求为5—6%。

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。

3.炭化木的用途

用途可分为室内用和室外用两大类。

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，只能用强化地板或是多层实木复合地板，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，故已受到消费者青睐。随着消费者对它的识识不断深化，相信炭化木会在国内外得到越来越广泛的推广应用。

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