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热处理技术在现代林业中的应用

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  摘要:详细阐述了利用热处理技术在应用到木材中的原理和方法,初步探索了热处理技术在速生材的应用领域,分析了热处理技术在速生材的应用意义,系统地总结了热处理技术在未来林业加工使用中的前景。为大面积种植速生林,大力发展现代林业奠定了坚实的基础。
  关键词:热处理技术;现代林业;速生材;尺寸稳定性
  1热处理技术概述
  热处理(high-temperature treatment)是指材料在固态下,通过加热、保温和冷却的手段,以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中,热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770~222年,中国人在生产实践中就已发现,钢铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
  一般来讲,热处理技术的用途主要在以下3个方面:①改变零件或者毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸;②可以提高硬度、强度,使经过热处理的材料提高使用寿命;③可以降低硬度、强度,使材料易于加工。
  2热处理技术在林业中的应用
  热处理技术现代应用到林业方面,被称为木材热处理(wood high-temperature treatment),与应用到金属等方面要求的温度不同,因木材的特殊性,一般是在保护性气体环境中,在160~250°C温度下,对木材进行短期热解处理是一种环保型木材物理保护技术,热处理后有以下非曲直个方面的优点:一是热处理能够提高木材的尺寸稳定性,除去或缓释木材内应力;二是热处理提高木材防腐性能;三是提高木材的疏水性;四是改变木材的颜色。社会发展的需求,对木材产生了极大地需求,因而引起了对林业提高了要求。一般来讲,木材热处理技术在林业的用途主要在以下3个方面:
  2.1改善速生材尺寸稳定性
  木材热处理较突出地改良效果是提高处理材的尺寸稳定性,一定温度范围内的加热可起到消除木材内部生长应力的作用,减少由此引起的变形,从而显著改善尺寸稳定性。因速生材生长周期较短,木材材质相对疏松,尺寸稳定性较差,利用木材热处理除去或缓释木材内应力,使得半纤维素特别是多糖醛苷发生化学变化后,变成弱吸湿性单体;此外,纤维素分子链内羟基相互结合而构成氢键,可提高速生材的尺寸稳定性。
  2.2提高木材防腐性能
  速生材耐腐性相对较差,基本原理是将木材的有效营养成分炭化,通过切断腐朽菌生存的营养链来达到防腐的目的。热处理过程中,木材组分发生了改变,切断了菌类生存所需的营养物质来源;同时,含水率的降低抑制了菌类生长,使耐腐性得以提高。
  2.3改善林业中对木材供不应求的现状
  由于一般林木生长周期较长,成材较晚,随着社会的发展,人们对于生活品质要求越来越高,因此在使用家具铺设地板时也越来越考究,木地板和实木家具是一种环保优质的选择。速生材生长较快但难以达到所需林木要求,因此对速生材进行热处理改性,不仅提高了木材性能,也解决了目前木材供不应求的局面,改善了现代林业面临的林木难题,为进一步发展经济打下了坚实的基础。
  随着研究的不断深入,技术的不断革新。热处理工艺不能仅仅拘泥于锯材和原木作为对象,也要考虑尝试推广到各种饰面板和人造板产品上应用,如将热处理薄木应用到复合人造板的表层和在人造板表层上,或者碳化人造板表面,增加其表面疏水的效果。
  3木材热处理技术发展的意义
  一是木材热处理作为一种改善木材性能的手段已经有较长的历史了,木材进行热处理后木材的吸湿性降低,尺寸稳定性改善;抗各种生物降解能力提高。在欧洲已有比较成熟的工艺应用于实际生产。
  二是当前森林资源结构发生了变化,大径级原木的数量已经非常有限,而人工速生丰产林的小径级、低质原木及抚育间伐材逐渐成为木材加工的主要原料,因此如何针对原料的种类研究相关的热处理工,使得低质材优用,提高木材使用价值是十分必要的。
  三是人类所生存的生态环境越来越恶化,这是由人类对白然的认识不足和物欲膨胀引起的,为了生态环境的可持续发展,不走过去那种先发展后治理的老路,在将热处理工艺应用于实际生产的同时,就要考虑到对热处理过程所可能产生的各种对环境有害的废液、废气等污染物处理。是加大对热处理技术研究的一项重大任务。同時,有必要对木材进行热处理的同时辅以其他的木材改性方法(如染色等)进行研究,实现多种木材改性方法在一个工艺中完成。对于未来林业的发展有着重大的意义。
  4木材热处理技术在林业发展中的前景
  木材热处理的研究已有数十年的历史,其在速生材的工业化生产及推广应用虽已取得成效,但在研究过程中还存在诸多问题,热处理设备要求有待提高,同时存在耗能大、生产周期长的诸多不足,但能够有效地解决我国木材紧缺的问题。将为林业技术创新带来方向,为广大消费者对于木材的需求提供有力支撑,具体体现在以下4个方面:一是现代经济发展逐渐提高,对木材需求逐渐增加,木材改性是现代林业发展所急需的;二是现代林业发展中,速生材是木材市场上的重要组成部分。提高生长较快的速生材改性研究是林业发展的一个大方向;三是提高生长较快的速生材改性研究是林业发展的一个大方向;四是热处理技术是一种环境友好型改性方法,是林业技术创新发展的必经之路。
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