| 1 概述
木材是天然環(huán)保材料，深受人們喜愛(ài)。然而，木材也存在著諸多不足，如使用過(guò)程中，會(huì)隨周?chē)h(huán)境的溫濕度變化而產(chǎn)生干縮和濕漲，從而造成木制品變形和開(kāi)裂。此外，未經(jīng)處理的木材易遭受菌類(lèi)和昆蟲(chóng)的侵襲，產(chǎn)生霉變、腐朽和蟲(chóng)蛀[1] 。為了彌補(bǔ)上述不足，并延長(zhǎng)木制品使用壽命，人們采用多種辦法對(duì)其進(jìn)行處理和功能性改良。近來(lái)在芬蘭、法國(guó)、荷蘭、德國(guó)等木材工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家興起了研究和推廣熱改性材的新潮流[2]
。所謂熱改性材就是將木材置于180℃－230℃的高溫環(huán)境中進(jìn)行熱改性，通過(guò)降低木材組分中的羥基濃度，減小木材的吸濕性，增加木材的尺寸穩(wěn)定性；同時(shí)
木材組分在熱改性過(guò)程中，發(fā)生了復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成游離醋酸，使腐朽真菌喜愛(ài)的食物顯著減少，從而增進(jìn)了木材的耐腐性[3,4]
。這種改性處理是環(huán)境友好的處理技術(shù)，與化學(xué)藥劑改性方法相比，熱改性生產(chǎn)過(guò)程中污染很少、處理工藝較簡(jiǎn)單，且使用過(guò)程中不會(huì)因化學(xué)藥劑的流失而降低防腐
效果，也不會(huì)對(duì)人體造成傷害。故熱改性材是一種很有前途的木材改性產(chǎn)品。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，已在浙江南潯世友木業(yè)有限公司完成生產(chǎn)性試驗(yàn)，批
量的生產(chǎn)炭化木地板已投放市場(chǎng)，受到用戶(hù)的歡迎。
2 熱改性設(shè)備的研制
小試設(shè)備：實(shí)驗(yàn)室的小試設(shè)備由高溫干燥、炭化箱，蒸汽發(fā)生器和控制儀組成。干燥箱內(nèi)外壁皆由不銹鋼板整體焊成，以保證耐腐和氣密性。由材堆一側(cè)
的鑄鋁軸流風(fēng)機(jī)鼓動(dòng)箱內(nèi)氣流循環(huán)，由電熱管對(duì)干燥箱和蒸汽發(fā)生器加熱，保證箱內(nèi)能達(dá)到干球溫度240℃左右及濕球溫度100℃左右的高溫高濕環(huán)境。采用鉑
熱電阻（Pt 100）測(cè)量和控制干燥箱內(nèi)的介質(zhì)狀態(tài)。
生產(chǎn)性設(shè)備：生產(chǎn)性的干燥、炭化一體窯（見(jiàn)圖1）由南京林業(yè)大學(xué)干燥技術(shù)研究所研究設(shè)計(jì)，委托星楠干燥設(shè)備公司加工。熱源采用導(dǎo)熱油，以保證窯
內(nèi)達(dá)到高溫的環(huán)境。窯殼為全金屬裝配式，材料為不銹鋼和鋁合金，以保證窯的耐腐、氣密和保溫性。窯內(nèi)干燥間凈空尺寸：長(zhǎng)×寬×高＝8500×4600×
3700mm，外加頂部通風(fēng)機(jī)間高1300mm。可裝預(yù)刨的地板坯料約30m3。散熱器為軋片式不銹鋼管覆鋁翅片的排管組裝式，裝于材堆頂部風(fēng)機(jī)的一側(cè)。
5臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)通過(guò)橫軸分別由窯外的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。強(qiáng)力的氣流循環(huán)保證通過(guò)材堆有較高的風(fēng)速。窯內(nèi)裝有熱功率強(qiáng)大的蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生大量的水蒸氣，作為保護(hù)氣
體，以保證安全和工藝的需要。窯內(nèi)兩側(cè)氣道頂部還裝有噴灑霧化水的管道，熱改性階段結(jié)束后，噴灑霧化水，既可提高降溫速度，又能進(jìn)一步增加窯內(nèi)介質(zhì)的濕
度，以滿(mǎn)足調(diào)濕處理的需要。窯內(nèi)溫濕度的測(cè)量用Pt 100熱電阻溫度計(jì)，干燥和熱改性過(guò)程用PLC程序控制。
圖1. 生產(chǎn)性熱改性窯
Fig. 1. Thermo-modified kiln in commercial scale
3 試材和工藝
試材為預(yù)刨和預(yù)干的地板坯料，尺寸為：長(zhǎng)×寬×厚＝930×125×20mm。樹(shù)種有白臘木、柞木、香樟、荷木等。前2個(gè)樹(shù)種由東北供貨商從俄
羅斯進(jìn)口；后2個(gè)樹(shù)種由云南材供貨商提供。板材先在常規(guī)窯中預(yù)干到約9％～10％的含水率，然后進(jìn)熱改性窯進(jìn)一步干燥和熱改性。也可將濕材板坯直接裝入熱
改性窯，在同一窯內(nèi)先經(jīng)常規(guī)干燥至約10％的含水率，再高溫干燥，然后進(jìn)行超高溫?zé)岣男浴?/p>
工藝過(guò)程分為如下三個(gè)階段：
（1）升溫和干燥 已預(yù)干至9％～10％含水率的地板坯料進(jìn)窯后，從室溫開(kāi)始升溫并進(jìn)行常規(guī)干燥，待窯內(nèi)溫度升至100℃后，再進(jìn)行高溫干燥。整個(gè)高溫干燥過(guò)程中都有充足的水蒸氣作保護(hù)氣體，以保證木材質(zhì)量，故此處的高溫干燥實(shí)質(zhì)上為常壓過(guò)熱蒸汽干燥。
（2）超高溫?zé)岣男浴「稍镞^(guò)程結(jié)束后，熱改性過(guò)程開(kāi)始，將窯內(nèi)溫度較快升至處理溫度185℃，并保持?jǐn)?shù)小時(shí)，使板材厚度上顏色及材性均勻。處理過(guò)程中更需要水蒸氣保護(hù)，以保證工藝過(guò)程的安全。
（3）調(diào)濕處理 木材經(jīng)超高溫?zé)岣男院螅?
其含水率很低，不能直接使用，必須在窯內(nèi)調(diào)濕處理，這時(shí)除蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生大量的水蒸氣之外，還可向窯內(nèi)噴灑霧化水，讓全干的板材均勻吸收足夠的水蒸氣，使
其含水率與將來(lái)的使用環(huán)境相匹配：若用作地采暖地板，需調(diào)濕至4％～6％的含水率；若用作北方室內(nèi)地板，含水率為6％～8％；南方室內(nèi)地板以9％～11％
為佳。
（4）冷卻出窯 調(diào)濕處理后的板材需要冷卻至夏天60℃，冬天30℃的溫度，才能出窯。溫度在100℃以上的階段，主要靠噴霧化水冷卻。蒸發(fā)器產(chǎn)生的大量常壓濕飽和蒸汽，對(duì)高溫板材也有冷卻作用。
4 材性檢測(cè)
4.1 物理性能
浙江南潯世友木業(yè)有限公司工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的超高溫?zé)岣男缘匕迮髁希冉?jīng)生產(chǎn)流水線(xiàn)片檢，從合格的板
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