姜文靜 劉祎

摘 要：深色名貴硬木多為高檔木家具及制品材料，其尺寸穩(wěn)定性嚴(yán)重影響著制品的質(zhì)量和價(jià)值。本文闡明了深色名貴硬木的尺寸穩(wěn)定性提高的方法并對(duì)家具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：深色名貴硬木;尺寸穩(wěn)定性;木材改性;熱處理

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，實(shí)木家具和地板等產(chǎn)品深受消費(fèi)者的喜愛(ài)。尤其是深色名貴硬木家具及制品，因其材色、紋理美觀，強(qiáng)度和硬度極高而深受廣大消費(fèi)者的認(rèn)可。但名貴硬木密度大，干燥困難，尺寸穩(wěn)定性較差，在家具制造及使用的過(guò)程中常常出現(xiàn)離縫、開(kāi)裂、變形等問(wèn)題，造成客戶(hù)及企業(yè)的損失。因此，深色名貴硬木家具設(shè)計(jì)時(shí)要在考慮尺寸穩(wěn)定性的前提下綜合其他因素來(lái)進(jìn)行。

1 深色名貴硬木

深色名貴硬木是指QB/T 2385-2008《深色名貴硬木家具》中所述，產(chǎn)于熱帶、亞熱帶地區(qū)的一類(lèi)商品木材的統(tǒng)稱(chēng)。這類(lèi)木材材質(zhì)有光澤、具特殊香氣、硬重、細(xì)膩、強(qiáng)度高、密度大、花紋美麗，是制作家具、地板及木制工藝品的優(yōu)良材料。

但木材具有吸濕性，其含水率隨著環(huán)境濕度的改變而增減，同時(shí)伴隨著木材的干縮與濕脹。木材的干縮與濕脹具各向異性，軸向的干縮濕脹小，弦向的干縮濕脹最大，因此經(jīng)常會(huì)引起木材制品的尺寸變化。制作好的家具會(huì)出現(xiàn)變形，甚至產(chǎn)生離縫、開(kāi)裂、翹曲等問(wèn)題。

2 木材尺寸穩(wěn)定性改善方法

隨著木材科學(xué)技術(shù)研究的發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)明了多種物理、化學(xué)或生物的方法來(lái)改善木材的性質(zhì)，提高其尺寸穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。具體方法包括真空浸漬處理、涂漆、化學(xué)改性和表面涂層處理等，[1]這些方法大多使用化學(xué)試劑，產(chǎn)品在生產(chǎn)和使用中會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人體有害。而木材熱處理工藝簡(jiǎn)單，處理后木材不會(huì)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害，是一種綠色、環(huán)保的木材改性技術(shù)。

2.1 木材穩(wěn)定性的影響因素

木材的干縮濕脹是由于水分滲到微纖絲間使其間隙膨脹，從而影響了木材的尺寸變化。因此，通過(guò)向木材細(xì)胞間隙內(nèi)添加某種物質(zhì)，使其在水分降低時(shí)不能完全恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，這樣可以提高其尺寸穩(wěn)定性。此外，減少或除去木材中的親水羥基，降低木材的吸濕能力，同樣可以提高木材的尺寸穩(wěn)定性。[2]

2.2 干燥處理提高尺寸穩(wěn)定性

木材經(jīng)過(guò)干燥可以提高其加工質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性。木材干燥方法很多，按照木材中水分排出的方式分為熱力干燥、機(jī)械干燥和化學(xué)干燥等。熱力干燥包括常規(guī)窯干[3]和其他特種干燥。[4，5，6，7，8]木材高頻真空干燥在低溫條件下干燥木材，干燥效率高、質(zhì)量好。[4，5，6，7]此外，冷凍干燥過(guò)程木材中的水由固態(tài)冰直接升華為氣態(tài)，能夠較好地保持木材的微觀構(gòu)造。[8，9，10]生產(chǎn)中針對(duì)不同材性、加工工藝及質(zhì)量要求，木材的干燥方法和工藝也不相同。

2.3 熱處理提高尺寸穩(wěn)定性

木材高溫?zé)崽幚碛址Q(chēng)木材炭化。處理溫度通常為160℃～250℃，導(dǎo)熱介質(zhì)有蒸汽、氮?dú)饣驅(qū)嵊?。?jīng)高溫?zé)崽幚硪欢螘r(shí)間后，木材的組成成分發(fā)生各種物理化學(xué)變化，緩解木材內(nèi)部生長(zhǎng)應(yīng)力和干燥應(yīng)力。[11]

木材熱處理始于20世紀(jì)早期。芬蘭最早采用蒸汽熱處理木材，發(fā)展至今，其木材熱處理生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，市場(chǎng)上應(yīng)用也最為廣泛。德國(guó)的熱處理技術(shù)的介質(zhì)為熱油，這樣可以避免空氣中的氧氣與木材發(fā)生接觸，且傳熱效率較高。熱油處理的缺陷是處理過(guò)程中木材吸走了大量的熱油，不利于其后續(xù)機(jī)械加工。此外，成本高及廢油循環(huán)利用環(huán)保處理等問(wèn)題也有待解決。[12]

法國(guó)研發(fā)了“Torrefaction”和“Retification”兩種工藝?！癟orrefaction”技術(shù)利用蒸汽來(lái)直接處理生材?！癛etification”技術(shù)以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)介質(zhì)，在含氧量低于2%的氮?dú)馓幚砣萜鲀?nèi)將木材加熱至210℃～240℃。但是這項(xiàng)技術(shù)對(duì)溫度的控制要求較高，處理后木材顏色變深，MOR降低約40%，且脆性增加。[13]

日本最早研究了木材熏煙熱處理技術(shù)。該技術(shù)是燃燒廢棄木材，利用在不完全燃燒的狀況下釋放出來(lái)的煙氣所攜帶的熱能和多種熱分解生成物對(duì)木材進(jìn)行熱處理。熏煙熱處理工藝可以提高木材的尺寸穩(wěn)定性、耐久性及其他物理力學(xué)性能，且處理材顏色變化相對(duì)均勻。[14]

荷蘭的Shell研究開(kāi)發(fā)了“Plato”處理技術(shù)，該工藝分為三個(gè)階段：水熱解階段、調(diào)整含水率階段、熱處理階段。處理后木材弦向脹縮率可降低15%～40%，抗彎強(qiáng)度降低5%～18%。其缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，處理周期長(zhǎng)。[15]

綜合上述熱處理技術(shù)可知，水蒸氣為傳熱介質(zhì)最為方便，被廣泛應(yīng)用;而油作為傳熱介質(zhì)能達(dá)到較高的熱處理溫度;氮?dú)鉄崽幚韯t要求能夠精確地控制熱處理溫度。這些熱處理技術(shù)的不利之處是處理后木材強(qiáng)度損失及材色變化較大，處理材的應(yīng)用受到一定限制。

2.4 化學(xué)處理提高尺寸穩(wěn)定

木材化學(xué)改性總體上分為細(xì)胞壁非反應(yīng)型和細(xì)胞壁反應(yīng)型兩種。細(xì)胞壁非反應(yīng)型改性是在一定條件下，存在于細(xì)胞腔和細(xì)胞壁內(nèi)的改性劑自身發(fā)生縮合反應(yīng)，反應(yīng)物填充細(xì)胞間隙。其中石蠟改性、熱固性樹(shù)脂改性和有機(jī)單體改性屬于這類(lèi)。細(xì)胞壁反應(yīng)型改性是改性劑與木材細(xì)胞壁的組成成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并形成化學(xué)鍵，從而改善提高木材的各項(xiàng)性能。包括乙?；⒖反蓟偷u甲基酰胺類(lèi)化合物改性等。[16]化學(xué)處理提高尺寸穩(wěn)定性需要添加各種化學(xué)試劑，對(duì)人體和環(huán)境都具有一定的危害。

2.5 其他處理方式

木材注蠟改性自古就有，在故宮的史料中也有記載。木材注蠟就是將木材放入蠟中熬煮，被煮的木材要全浸泡在蠟里面，在熬煮的過(guò)程中，蠟將木材中的水分和部分油脂置換出來(lái)后逐步滲透到木材內(nèi)部。處理后的木材不僅能達(dá)到烘干的效果，還能將木材定型。注蠟技術(shù)可以顯著提高木材的尺寸穩(wěn)定性，延長(zhǎng)時(shí)間可以獲得較好的處理效果。

3 家具設(shè)計(jì)與木材尺寸穩(wěn)定性

木材的干縮濕脹是影響家具變形、開(kāi)裂的主要因素。因此，在開(kāi)展家具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮材料的自身性質(zhì)，特別是在家具結(jié)構(gòu)尤其是實(shí)木家具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮。針對(duì)嵌板、大斷面腿足等較寬、較厚的實(shí)木零件設(shè)計(jì)時(shí)不僅要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上限制其收縮，同時(shí)要在設(shè)計(jì)說(shuō)明里要求采用熱處理木材來(lái)加工。此外，在家具受力結(jié)構(gòu)處的材料選用上也應(yīng)該考慮變形和開(kāi)裂的問(wèn)題，適當(dāng)采用改性木材來(lái)加工。深色名貴硬木價(jià)值高、密度大、因此，這類(lèi)家具設(shè)計(jì)時(shí)更要注意材料選用和材料的高其尺寸穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介：姜文靜（1997—），女，本科生，主要從事木材干燥預(yù)處理研究。

通訊作者：劉祎，男，講師，主要從事生命周期評(píng)價(jià)方面的研究。