孔繁旭 王艷偉 何嘯宇 張子谷 晁 久

（久盛地板有限公司，浙江 湖州 313009)

柚木（Tectona grandisL.f.）天然分布于印度、緬甸、菲律賓和馬來西亞等東南亞地區(qū)，樹高39～45 m，胸徑約1.5 m，氣干密度0.58～0.67 g/cm3[1]，后經(jīng)引種到印度尼西亞、越南、非洲、熱帶美洲與拉丁美洲等國家和地區(qū)。柚木已成為熱帶地區(qū)種植面積最大、單位產(chǎn)值最高的珍貴造林樹種，在世界人工林中占有重要地位。目前，我國柚木人工林主要集中在海南、云南、廣西、廣東等熱帶氣候地區(qū)。隨著國內(nèi)高檔家具、地板等裝飾業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)珍貴用材的需求增多，發(fā)展珍貴樹種速生優(yōu)質(zhì)人工林的呼聲也越來越高[2]。

楊木（Populousspp.）、桉木（Eucalyptusspp.）等常見人工林木材由于存在材質(zhì)軟、密度低、變異性大、尺寸穩(wěn)定性低等缺點(diǎn)，不能直接應(yīng)用于實(shí)木地板，需要經(jīng)過改性處理。已有研究表明，經(jīng)過層狀或整體壓縮等或可成功用于實(shí)木地板，雖然技術(shù)已經(jīng)較為成熟[3]，但產(chǎn)業(yè)化程度仍不高，消費(fèi)者對(duì)這些非珍貴樹種木材應(yīng)用于實(shí)木地板的科學(xué)性、可靠性仍有顧慮。筆者所在團(tuán)隊(duì)通過查閱資料、調(diào)查研究及國產(chǎn)珍貴樹種柚木性質(zhì)相關(guān)的預(yù)備試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其氣干密度約0.50～0.62 g/cm3，明顯高于前述人工林軟質(zhì)木材，較緬甸柚木略低，密度等級(jí)為中等[1]，能夠滿足實(shí)木地板國家標(biāo)準(zhǔn)的使用要求；但其色差較大，雖然經(jīng)水浴晾曬后色差能夠得到改善，但是金黃色質(zhì)感仍與緬甸柚木具有一定差距，且差異干縮較大。

木材熱處理技術(shù)是改良木材吸濕性、尺寸穩(wěn)定性和耐久性等固有缺陷的一項(xiàng)環(huán)保、綠色的物理改性技術(shù)，并可對(duì)木材顏色進(jìn)行定向調(diào)控。近年來，該技術(shù)已被工業(yè)化應(yīng)用，但在熱處理內(nèi)部機(jī)理和生產(chǎn)工藝改良方面，仍需要進(jìn)一步研究[4]。然而不同樹種木材，由于內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)不同，立地條件、密度、干縮濕脹性等均不盡相同，熱處理工藝不可一以貫之。目前，關(guān)于國產(chǎn)人工林柚木的熱處理相關(guān)研究較少[5]。此外，目前地?zé)岘h(huán)境用實(shí)木地板在我國南北方地區(qū)已逐漸普及，因地?zé)岘h(huán)境溫濕度四季變化較大，對(duì)實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性有較高要求[6]。將國產(chǎn)人工林柚木小徑材應(yīng)用于實(shí)木地?zé)岬匕?，可明顯提高其附加值，但其主要問題在于使用過程中的穩(wěn)定性，同樣需要系統(tǒng)地研究其經(jīng)不同熱處理工藝處理后加工制成的實(shí)木地?zé)岬匕宓姆€(wěn)定性。目前尚未報(bào)道采用國產(chǎn)柚木加工制造實(shí)木地?zé)岬匕宓南嚓P(guān)研究。

鑒于此，本文以產(chǎn)自我國云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣的人工林柚木小徑材為研究對(duì)象，采用常壓濕空氣為傳熱介質(zhì)，對(duì)其熱處理材的物理性能（顏色、尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度）及處理工藝（熱處理溫度、時(shí)間）進(jìn)行優(yōu)化，以期為國產(chǎn)柚木的熱處理改性方法及工藝優(yōu)化提供借鑒，為今后國產(chǎn)柚木在實(shí)木地?zé)岬匕逯械墓I(yè)化應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。未來將以優(yōu)化熱處理工藝加工制造幾種地?zé)岬匕瀹a(chǎn)品，并以此為研究對(duì)象，對(duì)其在一定溫濕度（接近地?zé)岘h(huán)境）條件下的尺寸穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 材料

國產(chǎn)人工林柚木，采集自云南省西雙版納傣族自治州勐臘縣，購于西雙版納旌陽林業(yè)有限公司。柚木樹齡為17～18 年；小徑材，小頭直徑基本在17 cm以上（其中小于20 cm的不多于10%，大于25 cm的不少于10%）；材長1 m；樹干通直，不開裂，不翹曲，原木試材滿足GB/T 144—2013《原木檢驗(yàn)》一級(jí)材質(zhì)量要求。

上述國產(chǎn)人工林柚木在制材、干燥后，經(jīng)選板、刨光、沖板、鋸板等工序加工成規(guī)格尺寸為940 mm ×133 mm × 21 mm的試材。試材無開裂、翹曲、蟲眼、變色等可見缺陷，經(jīng)測(cè)量，含水率約10%，氣干密度為0.55～0.67 g/cm3。

1.2 設(shè)備

木材熱處理設(shè)備，杭州太克干燥設(shè)備有限公司；萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，上海京閣儀器設(shè)備有限公司；數(shù)顯游標(biāo)卡尺，精度0.01 mm，溫州三和量具儀器有限公司；電子天平，精度0.001 g，常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，精度±1 ℃，上海錦屏儀器儀表有限公司；恒溫恒濕箱，溫度偏差±2 ℃，濕度偏差+2/-3%，南京泰斯特試驗(yàn)設(shè)備有限公司；CR-400 型電腦色彩色差儀，日本柯尼卡美能達(dá)有限公司；EOS 800D型單反相機(jī)，佳能（中國）有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 國產(chǎn)柚木熱處理工藝

以常壓濕空氣為傳熱介質(zhì)對(duì)國產(chǎn)柚木進(jìn)行熱處理試驗(yàn)，最高熱處理溫度分別為120、140、160、180 ℃和200 ℃，各最高熱處理溫度下的保溫時(shí)間（熱處理時(shí)間）分別為2、4 h和6 h，共進(jìn)行15組熱處理工藝試驗(yàn)。每組試驗(yàn)選取100片國產(chǎn)柚木試材。為減少熱處理設(shè)備內(nèi)部溫度、濕度、風(fēng)速不均勻帶來的工藝條件偏差，每次處理時(shí)將試材碼放在設(shè)備內(nèi)部固定位置。

每組試驗(yàn)熱處理工藝如下，即從室溫開始以5 ℃/h緩慢升至80 ℃并保溫2 h，然后以5 ℃/h升溫至工藝設(shè)定的熱處理溫度并保溫相應(yīng)時(shí)長，最后以5～10 ℃/h降溫至室溫后完成整個(gè)熱處理過程。

1.3.2 國產(chǎn)柚木熱處理材物理性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

每組熱處理工藝中選取設(shè)備內(nèi)部材堆中固定位置的10 片試材，以及預(yù)先準(zhǔn)備的材性相近的未處理國產(chǎn)柚木對(duì)照材若干，測(cè)試顏色、尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)性能等3個(gè)指標(biāo)。測(cè)試方法如下：

1）顏色測(cè)試：①定量測(cè)算顏色變化。試材表面固定選取6 個(gè)測(cè)色點(diǎn)，熱處理前后各測(cè)一次該點(diǎn)的L*、a*和b*數(shù)值。根據(jù)表色系統(tǒng)公式，計(jì)算明度差（ΔL*）、色品指數(shù)差（Δa*，Δb*）、色飽和度差（ΔC*）、色相差（ΔH*）和總體色差（ΔE*）[7-9]；②定性觀察顏色變化。使用預(yù)先安裝固定在三腳架上的照相機(jī)（鏡頭面向工作臺(tái)平面）對(duì)熱處理前后的試材表面拍照。

2）尺寸穩(wěn)定性測(cè)試：本文僅測(cè)定國產(chǎn)柚木的吸濕尺寸穩(wěn)定性。依據(jù)GB/T 1934.2—2009《木材濕脹性測(cè)定方法》鋸制尺寸穩(wěn)定性測(cè)試試件。每片試材鋸制6個(gè)試件，共60個(gè)；每片對(duì)照材試材鋸制3個(gè)試件，共18個(gè)。所有試件均烘至絕干后置于環(huán)境溫度為（40 ± 0.5） ℃、相對(duì)濕度為（90 ± 2）%的恒溫恒濕箱中進(jìn)行吸濕處理，根據(jù)處理前后試件的質(zhì)量和尺寸變化計(jì)算其在該條件下的吸濕平衡含水率與線性濕脹率。為更直觀評(píng)價(jià)熱處理?xiàng)l件對(duì)國產(chǎn)柚木尺寸穩(wěn)定性的影響效果，引入抗脹率ASE（%）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[10-11]，計(jì)算公式為：

式中：S2為國產(chǎn)柚木熱處理后的線性（軸向、徑向、弦向）濕脹率，%；S1為國產(chǎn)柚木熱處理前的線性（軸向、徑向、弦向）濕脹率，%。

3）力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試：本文僅測(cè)定國產(chǎn)柚木的抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量。依據(jù)GB/T 1929—2009《木材物理力學(xué)試材鋸解及試樣截取方法》，鋸制力學(xué)強(qiáng)度測(cè)試試件，每片試材鋸制3 個(gè)試件，共30 個(gè)；每片對(duì)照材試材鋸制3 個(gè)試件，共18 個(gè)。依據(jù)GB/T 1936.1—2009《木材抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)方法》、GB/T 1936.2—2009《木材抗彎彈性模量測(cè)定方法》分別測(cè)定試件的抗彎強(qiáng)度（MOR）、抗彎彈性模量（MOE）。為更直觀評(píng)價(jià)熱處理?xiàng)l件對(duì)國產(chǎn)柚木力學(xué)性能的影響效果，引入變化率ξ（%）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)[10,12]，計(jì)算公式為：

式中：M2為國產(chǎn)柚木熱處理后的力學(xué)強(qiáng)度，MPa；M1為國產(chǎn)柚木熱處理前的力學(xué)強(qiáng)度，MPa。

2 結(jié)果與分析

2.1 國產(chǎn)柚木熱處理材的顏色

圖1 所示為國產(chǎn)柚木測(cè)定位置熱處理前后顏色的定量變化。橫坐標(biāo)分別表示經(jīng)相同熱處理時(shí)間、不同溫度工藝處理，木材表面ΔL*、Δa*、Δb*、ΔC*、ΔH*和ΔE*等顏色變化評(píng)價(jià)指標(biāo)，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的數(shù)值大小。圖2 所示為國產(chǎn)柚木經(jīng)不同溫度、時(shí)間熱處理前后表面顏色的實(shí)物對(duì)比，直觀展現(xiàn)出隨著熱處理溫度升高和時(shí)間延長，木材表面顏色逐漸變暗（ΔL*減?。?、原色過渡到深（褐）色（ΔH*增大）、色差變小（ΔE*增大），熱處理工藝與這三者表現(xiàn)出較高的相關(guān)性（圖1）。Δa*、Δb*表示顏色偏向紅或綠、黃或藍(lán)的程度，在本文中主要作為ΔC*、ΔH*、ΔE*三者的計(jì)算中間量。ΔC*與熱處理工藝的相關(guān)程度和初始色飽和度有關(guān)，色飽和度表示顏色純度[13]，在色彩學(xué)中，原色飽和度最高，隨著飽和度降低，色彩變得暗淡直至無彩色，即失去色相的色彩。若木材初始色飽和度高、色彩鮮艷，熱處理工藝“軟”，原色為主要顏色，處理后純度減小，色飽和度差為負(fù)；熱處理工藝“硬”，處理后深色為主要顏色，色飽和度差為正，因深色純度可能高于木材原色純度，調(diào)高熱處理工藝，顏色會(huì)繼續(xù)變深，色飽和度差增大。若木材初始色飽和度較低、色彩黯淡，經(jīng)熱處理轉(zhuǎn)化為深褐色，純度增大，色飽和度差為正，并且與熱處理溫度或時(shí)間正相關(guān)。

圖1 國產(chǎn)柚木熱處理材顏色指標(biāo)變化Fig.1 Color change index of heat treated domestic teak wood

圖2 國產(chǎn)柚木熱處理材實(shí)物圖Fig. 2 Real pictures of heat treated domestic teak wood

實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)國產(chǎn)柚木顏色使用需求一般為，經(jīng)熱處理后原色在可接受范圍內(nèi)改變、色差盡可能減?。▽?duì)“可接受范圍”無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若顏色變化過大可能會(huì)影響后期表面涂飾效果，需要平衡兩者關(guān)系，應(yīng)視具體情況而定），這兩點(diǎn)與木材ΔH*、ΔE*有關(guān)。表1 為國產(chǎn)柚木處理的ΔE*具體數(shù)值，反映了該值與人的視覺感覺關(guān)系，結(jié)合圖1、2 對(duì)木材ΔH*、ΔE*進(jìn)行重點(diǎn)分析。

表1 國產(chǎn)柚木熱處理材總體色差Tab.1 ΔE＊ change of heat treated domestic teak wood

在熱處理時(shí)間為2 h或4 h，熱處理溫度為120 ℃或140 ℃時(shí)，ΔE*<3.0，肉眼觀察不到木材顏色改變，ΔH*也很小，對(duì)應(yīng)的顏色實(shí)物圖與測(cè)得的結(jié)果一致。熱處理溫度升至160 ℃時(shí)，ΔE*>3.0，可察覺木材熱處理前后有差異，ΔE*增大，色差減小。熱處理溫度繼續(xù)升高，色差持續(xù)減小，但發(fā)現(xiàn)色相改變明顯，特別當(dāng)熱處理溫度為200 ℃時(shí)。觀察溫度為140 ℃、熱處理時(shí)間為6 h時(shí)，ΔE*>3.0，溫度繼續(xù)升高，ΔE*、ΔH*均大于熱處理時(shí)間為2 h和4 h時(shí)的效果。但在熱處理溫度為160 ℃、熱處理時(shí)間為2 h的工藝條件下，其ΔE*卻明顯大于相同熱處理溫度下熱處理時(shí)間為4 h時(shí)的ΔE*，這與木材表面初始色差有關(guān)。當(dāng)溫度升高至180℃或200 ℃，ΔE*與ΔH*都有顯著增大，特別是ΔH*，觀察顏色實(shí)物圖可見木材顏色已完全轉(zhuǎn)變?yōu)樯詈稚崽幚頊囟?00 ℃、時(shí)間6 h）。熱處理過程中木材化學(xué)組分會(huì)發(fā)生變化，具有顯色作用的木質(zhì)素降解產(chǎn)物與樹脂、抽提物等結(jié)構(gòu)變化進(jìn)而導(dǎo)致顏色變化，其根本原因在于其發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)的含量發(fā)生改變[14-15]。因此，熱處理能使國產(chǎn)柚木顏色由原色過渡到深褐色，同時(shí)降低其表面色差，使其變得柔和，增加其可觀性，生產(chǎn)實(shí)際中可根據(jù)具體需求，控制工藝使木材顏色處于原色至深褐色中的某一區(qū)間范圍[7]。此外，熱處理后木材表面粗糙度改變也可對(duì)其顏色產(chǎn)生影響，需進(jìn)一步研究其作用[16-17]。

2.2 國產(chǎn)柚木熱處理材的尺寸穩(wěn)定性

2.2.1 熱處理材全干吸濕平衡含水率

圖3所示為國產(chǎn)柚木熱處理材全干狀態(tài)在溫度40 ℃、相對(duì)濕度90%環(huán)境下含水率的變化。圖4為熱處理材全干吸濕平衡含水率的變化。表2則為國產(chǎn)柚木熱處理材全干吸濕平衡含水率較對(duì)照材的變化。

圖3 國產(chǎn)柚木熱處理材全干狀態(tài)吸濕過程Fig. 3 Moisture absorption process of heat treated domestic teak wood in dry state

圖4 國產(chǎn)柚木熱處理材全干吸濕平衡含水率Fig. 4 Equilibrium moisture content for adsorption of absolutely dried heat-treated domestic teak wood

從圖、表可以看出，熱處理溫度高、時(shí)間長，吸濕平衡含水率低。國產(chǎn)柚木在120 ℃下熱處理不同時(shí)長后，吸濕平衡含水率均高于其他熱處理溫度工藝的平衡含水率。熱處理溫度為120 ℃時(shí)，熱處理2 h的熱處理材和對(duì)照材相比，兩者吸濕過程曲線近似重合；而熱處理4 h或6 h的熱處理材的吸濕過程曲線則略低于對(duì)照材。說明熱處理溫度120 ℃時(shí)的3 個(gè)時(shí)間因素水平對(duì)國產(chǎn)柚木的吸濕平衡含水率影響較小。如表2 所示，在熱處理溫度為140 ℃時(shí)，熱處理時(shí) 間2 h（下 降6.01%）、4 h（下 降8.91%）、6 h（下降11.31%）的吸濕平衡含水率變化率均有不同程度的增大。隨著溫度升高、時(shí)間延長，下降率增大更明顯。熱處理溫度在200 ℃情況下，3 個(gè)時(shí)間因素水平條件下的吸濕平衡含水率分別下降13.63%、26.35%和37.32%，熱處理時(shí)間對(duì)平衡含水率的影響規(guī)律更明顯（負(fù)相關(guān)）。國產(chǎn)柚木熱處理材吸濕平衡含水率具有上述表現(xiàn)的主要原因?yàn)椋瑹崽幚砜墒鼓静陌肜w維素降解，木材細(xì)胞壁中羥基減少，吸濕性降低；隨著溫度和時(shí)間的增長，降低程度更大[18-19]。木材吸濕平衡含水率降低對(duì)其尺寸穩(wěn)定性具有提高作用的原因在于，熱處理材吸濕滯后區(qū)間大。就地?zé)岬匕宥?，地?zé)峒揖迎h(huán)境一年四季溫度變化范圍并不大，影響其平衡含水率的主要因素是空氣濕度（夏季雨季濕度高，冬季干燥）。木材吸濕滯后區(qū)間大，雖然環(huán)境濕度變化大，但木材含水率不變或改變很小，因此木材尺寸穩(wěn)定性好[20]。木材吸濕滯后的本質(zhì)原因可歸結(jié)為水分子吸附木材細(xì)胞壁的數(shù)量減少[21]。

表2 國產(chǎn)柚木熱處理材全干吸濕平衡含水率變化率Tab.2 Change rate of equilibrium moisture content for adsorption of absolutely dried heat treated domestic teak wood/%

2.2.2 熱處理材全干吸濕尺寸變化率

圖5 為國產(chǎn)柚木熱處理材不同紋理方向上全干狀態(tài)吸濕尺寸變化率，表3 為上述吸濕尺寸變化率較對(duì)照材的變化程度，以熱處理材的抗脹率進(jìn)行描述。

具體而言，隨著熱處理溫度升高和時(shí)間延長，木材軸向、徑向和弦向吸濕尺寸變化率均有降低趨勢(shì)，與吸濕平衡含水率變化規(guī)律一致，但相關(guān)程度不如后者。由于木材吸濕是環(huán)境水分?jǐn)U散遷移并吸附于木材細(xì)胞壁的過程，試件不同紋理方向共同吸濕，因此受不同試件材性差異性原因影響小；而木材尺寸變化率（單一方向）受濕脹系數(shù)、材性影響大，木材不同部位、紋理方向吸濕時(shí)木材尺寸變化的變異性大。國產(chǎn)柚木小徑材節(jié)子較多，由于節(jié)子的紋理和密度與木材不同，干縮（濕脹）方式與木材不一致，造成節(jié)子周圍的木材易產(chǎn)生裂紋；橫切面髓心區(qū)域比例高，固有的生長應(yīng)力大，影響干縮（濕脹）作用規(guī)律[22]；木材固有的干縮（濕脹）異向性也使得不同紋理方向的拉伸（壓縮）存在相互作用應(yīng)力；雖然在本試驗(yàn)制取試件過程中力求做到使其軸向、徑向、弦向有明顯區(qū)分，但這并不能保證試件測(cè)量位置所在方向與對(duì)應(yīng)的紋理方向完全重合。上述原因均會(huì)影響試件的尺寸變化規(guī)律。

從圖5可以看出，軸向、徑向、弦向的尺寸變化率大小為弦向>徑向>軸向。軸向尺寸變化率小，一般均滿足生產(chǎn)需要。如表3所示，當(dāng)熱處理溫度為140 ℃和160 ℃、處理時(shí)間2～6 h時(shí)，木材的尺寸穩(wěn)定性改善明顯。當(dāng)熱處理溫度為200 ℃、處理時(shí)間為6 h時(shí)，熱處理材徑向、弦向抗脹率分別達(dá)到-37.96%、-35.19%，但高于180 ℃時(shí)會(huì)對(duì)木材的表面顏色和力學(xué)強(qiáng)度造成較大影響。因 此，還需結(jié)合以上性能對(duì)熱處理工藝進(jìn)行優(yōu)選。

圖5 國產(chǎn)柚木熱處理材吸濕尺寸變化率Fig. 5 The dimensional change rate for adsorption of heat-treated domestic teak wood

表3 國產(chǎn)柚木熱處理材抗脹率Tab.3 Average anti-swelling rate of heat treated domestic teak wood/%

2.3 國產(chǎn)柚木熱處理材力學(xué)強(qiáng)度

圖6為國產(chǎn)柚木經(jīng)不同工藝熱處理后的力學(xué)強(qiáng)度。表4、5所示為熱處理材力學(xué)強(qiáng)度的變化率（ξ）。由數(shù)據(jù)可知，熱處理材抗彎強(qiáng)度，在熱處理溫度120 ℃、熱處理時(shí)間2～6 h內(nèi)，及熱處理溫度140 ℃、熱處理時(shí)間2、4 h條件下，數(shù)值基本集中在對(duì)照材均值附近。熱處理溫度140 ℃、6 h及之后的熱處理工藝所對(duì)應(yīng)數(shù)值基本呈減小、增大的循環(huán)變化規(guī)律（圖6a、b）。而在熱處理溫度140 ℃、時(shí)間6 h，熱處理溫度180 ℃、時(shí)間2 h，熱處理溫度200 ℃、時(shí)間2 h時(shí)，力學(xué)強(qiáng)度均值有所提高，說明短時(shí)、高溫，長時(shí)、低溫作用對(duì)木材力學(xué)強(qiáng)度影響小，合理確定木材熱處理工藝，可以保持其力學(xué)強(qiáng)度[23-25]。熱處理溫度160～200 ℃，時(shí)間6 h，熱處理材抗彎強(qiáng)度基本低于對(duì)照材極小值67.27 MPa，高溫、長時(shí)間處理使其抗彎強(qiáng)度有明顯下降；熱處理材抗彎彈性模量，未發(fā)現(xiàn)較對(duì)照材有明顯下降（表5）。但200℃條件下，隨著時(shí)間的延長2～6 h，會(huì)導(dǎo)致彈性模量的降低。木材力學(xué)強(qiáng)度降低的主要原因是其內(nèi)部化學(xué)成分的降解[26-27]。

表4 人工林國產(chǎn)柚木熱處理材抗彎強(qiáng)度變化率Tab.4 Change rate of average bending strength of heat treated domestic teak wood/%

表5 人工林國產(chǎn)柚木熱處理材抗彎彈性模量變化率Tab.5 Change rate of average modulus of elasticity for bending of heat-treated domestic teak wood/%

圖6 國產(chǎn)柚木熱處理材力學(xué)強(qiáng)度Fig.6 Mechanical strength of heat treated domestic teak wood

從圖6c、d可以看出，熱處理溫度高，處理材力學(xué)強(qiáng)度降低明顯。熱處理溫度為200 ℃時(shí)，處理材的力學(xué)強(qiáng)度隨著處理時(shí)間增加顯著降低。因此尋求熱處理材力學(xué)強(qiáng)度下降的臨界點(diǎn)十分必要。

2.4 國產(chǎn)柚木較優(yōu)熱處理工藝的確定

結(jié)合前文熱處理對(duì)國產(chǎn)柚木物理性能的影響規(guī)律分析，優(yōu)選試驗(yàn)條件下熱處理工藝，并設(shè)計(jì)如下熱處理工藝得分公式作為評(píng)價(jià)方法。

式中：α為顏色的權(quán)重系數(shù)；β為尺寸穩(wěn)定性的權(quán)重系數(shù)；γ為力學(xué)強(qiáng)度的權(quán)重系數(shù)。

得分公式的具體含義為，將熱處理材顏色、尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度作為3個(gè)考核項(xiàng)，分別乘以相對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)（α、β、γ）。即，顏色方面，總體色差大、色相差小，熱處理效果好，得分高；尺寸穩(wěn)定性方面，吸濕平衡含水率變化率小、徑向（弦向）抗脹率小，熱處理效果好，得分高；力學(xué)強(qiáng)度方面，抗彎強(qiáng)度變化率大，熱處理效果好，得分高。權(quán)重系數(shù)之間不同的比值，代表對(duì)熱處理材不同指標(biāo)的重視程度。在此以熱處理材顏色∶尺寸穩(wěn)定性∶力學(xué)性能 = 0.3∶0.6∶1、0.3∶1∶0.6、0.6∶0.3∶1、0.6∶1∶0.3、1∶0.3∶0.6、1∶0.6∶0.3等6種權(quán)重系數(shù)比例組合對(duì)熱處理工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)。

按該公式計(jì)算之前，將數(shù)值歸一化處理。公式計(jì)算結(jié)果如圖7所示。從圖中可以看出，不同比例權(quán)重系數(shù)熱處理工藝-得分曲線有不同表現(xiàn)。工藝得分峰值集中在熱處理溫度-時(shí)間為160 ℃-2 h，200 ℃-2 h，140 ℃-4 h，200 ℃-4 h，140 ℃-6 h，200 ℃-6 h附近。觀察到國產(chǎn)柚木在熱處理溫度為200 ℃時(shí)，表面易出現(xiàn)裂紋，則不考慮涉及該溫度的工藝。較高得分工藝的統(tǒng)計(jì)如表6所示?？梢?，熱處理溫度-時(shí)間為180 ℃-2 h（高溫、短時(shí)熱處理）為多數(shù)權(quán)重系數(shù)比例下較優(yōu)工藝；當(dāng)以熱處理顏色指標(biāo)重視程度最高時(shí)（權(quán)重系數(shù)比1∶0.3∶0.6及1∶0.6∶0.3），對(duì)力學(xué)強(qiáng)度的重視程度不同，最終獲得的工藝也不同，熱處理溫度180 ℃時(shí)，時(shí)間6 h對(duì)顏色、尺寸穩(wěn)定性有明顯改善，而時(shí)間2 h則更考慮力學(xué)強(qiáng)度下降的影響。觀察圖7可看出，熱處理溫度-時(shí)間為140 ℃-6 h（低溫、長時(shí)熱處理）是較低溫度下的較優(yōu)工藝。

表6 國產(chǎn)柚木熱處理較優(yōu)工藝Tab.6 Some better technologies of heat treatment for domestic teak wood

圖7 國產(chǎn)柚木熱處理工藝評(píng)價(jià)Fig. 7 Evaluation of heat-treated domestic teak wood

3 結(jié)論

1）國產(chǎn)柚木隨著熱處理溫度升高、時(shí)間延長，木材表面顏色變暗、色差減小。熱處理溫度為120 ℃和140 ℃，處理時(shí)間為2 h和4 h時(shí)，木材顏色改變不明顯；延長熱處理時(shí)間或升高溫度后，木材的顏色發(fā)生明顯改變；熱處理時(shí)間為6 h、溫度為200 ℃，此時(shí)熱處理材已完全轉(zhuǎn)變?yōu)樯詈稚?/p>

2）國產(chǎn)柚木經(jīng)熱處理后，吸濕平衡含水率、尺寸變化率均減小。熱處理溫度-時(shí)間為140 ℃-6 h時(shí)，試件的吸濕平衡含水率下降，尺寸穩(wěn)定性有明顯改善；熱處理溫度-時(shí)間為200 ℃-6 h時(shí)，熱處理材的尺寸穩(wěn)定性改善更明顯。

3）熱處理溫度在140 ℃以下時(shí)，處理材的抗彎性能和對(duì)照材相比沒有明顯變化。當(dāng)熱處理溫度-時(shí)間為140 ℃-6 h、180 ℃-2 h、200 ℃-2 h時(shí)，試件的抗彎強(qiáng)度均值有所提高；熱處理溫度為160 ～200 ℃時(shí)，隨著溫度升高、時(shí)間延長，試件的抗彎強(qiáng)度明顯下降。試驗(yàn)條件下的較高溫度（200 ℃）熱處理有利于提高試件的抗彎彈性模量，但與熱處理時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。

4）綜合考慮國產(chǎn)柚木熱處理材顏色、尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)強(qiáng)度等方面的多個(gè)指標(biāo)，得出熱處理溫度-時(shí)間為180 ℃-2 h和140 ℃-6 h為較優(yōu)工藝。