1 概述

　　木材是天然環(huán)保材料，深受人們喜愛。然而，木材也存在著諸多不足，如使用過程中，會隨周圍環(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裂。此外，未經(jīng)處理的木材易遭受菌類和昆蟲的侵襲，產(chǎn)生霉變、腐朽和蟲蛀^[1] 。為了彌補上述不足，并延長木制品使用壽命，人們采用多種辦法對其進行處理和功能性改良。近來在芬蘭、法國、荷蘭、德國等木材工業(yè)發(fā)達的國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)境中進行熱改性，通過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 木材組分在熱改性過程中，發(fā)生了復雜的化學反應，生成游離醋酸，使腐朽真菌喜愛的食物顯著減少，從而增進了木材的耐腐性^[3,4] 。這種改性處理是環(huán)境友好的處理技術，與化學藥劑改性方法相比，熱改性生產(chǎn)過程中污染很少、處理工藝較簡單，且使用過程中不會因化學藥劑的流失而降低防腐 效果，也不會對人體造成傷害。故熱改性材是一種很有前途的木材改性產(chǎn)品。我們在實驗室試驗研究的基礎上，已在浙江南潯世友木業(yè)有限公司完成生產(chǎn)性試驗，批 量的生產(chǎn)炭化木地板已投放市場，受到用戶的歡迎。

2 熱改性設備的研制

　　小試設備：實驗室的小試設備由高溫干燥、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) 的鑄鋁軸流風機鼓動箱內(nèi)氣流循環(huán)，由電熱管對干燥箱和蒸汽發(fā)生器加熱，保證箱內(nèi)能達到干球溫度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）測量和控制干燥箱內(nèi)的介質(zhì)狀態(tài)。

　　生產(chǎn)性設備：生產(chǎn)性的干燥、炭化一體窯（見圖1）由南京林業(yè)大學干燥技術研究所研究設計，委托星楠干燥設備公司加工。熱源采用導熱油，以保證窯 內(nèi)達到高溫的環(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×寬×高＝8500×4600× 3700mm，外加頂部通風機間高1300mm。可裝預刨的地板坯料約30m3。散熱器為軋片式不銹鋼管覆鋁翅片的排管組裝式，裝于材堆頂部風機的一側(cè)。 5臺軸流風機通過橫軸分別由窯外的電動機驅(qū)動。強力的氣流循環(huán)保證通過材堆有較高的風速。窯內(nèi)裝有熱功率強大的蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生大量的水蒸氣，作為保護氣 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，熱改性階段結束后，噴灑霧化水，既可提高降溫速度，又能進一步增加窯內(nèi)介質(zhì)的濕 度，以滿足調(diào)濕處理的需要。窯內(nèi)溫濕度的測量用Pt 100熱電阻溫度計，干燥和熱改性過程用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

　　試材為預刨和預干的地板坯料，尺寸為：長×寬×厚＝930×125×20mm。樹種有白臘木、柞木、香樟、荷木等。前2個樹種由東北供貨商從俄 羅斯進口；后2個樹種由云南材供貨商提供。板材先在常規(guī)窯中預干到約9％～10％的含水率，然后進熱改性窯進一步干燥和熱改性。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，然后進行超高溫熱改性。

　　工藝過程分為如下三個階段：

　　（1）升溫和干燥　已預干至9％～10％含水率的地板坯料進窯后，從室溫開始升溫并進行常規(guī)干燥，待窯內(nèi)溫度升至100℃后，再進行高溫干燥。整個高溫干燥過程中都有充足的水蒸氣作保護氣體，以保證木材質(zhì)量，故此處的高溫干燥實質(zhì)上為常壓過熱蒸汽干燥。

　　（2）超高溫熱改性　干燥過程結束后，熱改性過程開始，將窯內(nèi)溫度較快升至處理溫度185℃，并保持數(shù)小時，使板材厚度上顏色及材性均勻。處理過程中更需要水蒸氣保護，以保證工藝過程的安全。

　　（3）調(diào)濕處理　木材經(jīng)超高溫熱改性后， 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，對高溫板材也有冷卻作用。

4 材性檢測

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)的超高溫熱改性地板坯料，先經(jīng)生產(chǎn)流水線片檢，從合格的板