高温热处理竹材表界面性能改良研究
摘 要
我国竹材资源丰富，竹材的刚度好、强度大，化学成分与木材类似，现已成为木材的最佳替代品。但竹材含有丰富的淀粉、糖类及蛋白质等营养物质，容易产生腐朽、霉变和开裂变形。由于热处理技术能有效改善竹材的尺寸稳定性以及防霉防腐性能，再加上它是一种绿色无污染的改性方法，目前热处理技术已广泛应用于竹材的改性，但同时热处理技术也会影响竹材的表面润湿性和胶合性能。因此需对高温热处理竹材表界面进行改性目前在相关领域的学者对竹材表界面改性进行了深入的研究和实验并取得了不错的成果。因此本文从竹材热处理研究概况和热处理对竹材性能影响以及竹材表界面改性三方面进行了综述。
关键词：竹材；热处理；植酸处理；表界面
正文
1竹材热处理研究概况
1.1竹材热处理发展
竹材作为一种重要的可再生资源,具有强重比高、硬度大、韧性好、纹理美观等优点,但同时也存在易虫蛀和霉腐、尺寸稳定性差等缺点。因此,通过研究竹材处理工艺来改善竹材性能对创造经济价值和社会效益有重大意义[1]。竹材高温热处理是将竹材放入高温、无氧或者低氧的环境中进行一段时间热处理的物理改性技术。根据保护及传热介质的不同,高温热处理可分为蒸汽、热油和惰性气体3种处理工艺。由于蒸汽获得途径容易且性价比高,因此目前高温(过热)蒸汽处理工艺被广泛采用。高温热处理后,由于竹木材料的一些化学成份发生改变导致其化学性质性质和物理性质发生了永久改变,例如湿度不同而导致的干缩湿胀性减小,生物耐久性提高,颜色加深,平衡含水率降低，pH值降低,隔热性能提高, 因此可长期在室外使用[2]。与其他的化学改性方法相比较而言，热处理的工艺流程简单，产生的污染物较少并且对人体没有伤害，是一种不会对环境造成负担的改性方法，因此广泛应用于木材的改性处理，但是我国关于竹材热处理技术方面的研究发展相对较少[3]。参考木材热处理技术，竹材热处理是经过一系列的高温改性处理，使竹材表面及内部的组织结构及化学成分发生变化，从而提高其尺寸稳定性和耐水耐候性的热处理方法[4]。
竹木材料热处理技术对于林业的发展起着十分重要的作用，主要有以下几个方面。一是在热处理过程中，温度的升高会使得竹木材料内部的内应力消除或减小，在往后的加工应用过程中不易发生弯曲变形，竹木材料的尺寸稳定性得到提高。二是热处理过程中消耗了霉菌赖以生存的水分和营养物质，竹木材料的防霉防腐性能得到显著提高。三是由于热处理改善了竹木材料的组织、结构和性能，不仅使得竹木材料的利用率和产品质量大大提升，而且减少了加工过程中产生的浪费，再加上生长周期短的速生材的大规模种植，很大程度上改善了目前竹木材料供不应求的现状[5]。
1.2热处理工艺
真空热处理是在真空的条件下利用木材热解释放的气体作为介质来进行热处理的方法[6]。与常规热处理方法相比，真空热处理可实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉表面从而使工件达到良好的质量和精度。我国的真空热处理设备也在不断的更新和发展，六十年代初从苏联引进了用钨丝加热、金属辐射屏隔热的热壁式真空炉，八十年代又先后从美国、日本、德国等引进了高压气淬炉和高流率气淬炉，这为我国自主研发热处理炉做出了重要贡献。从七十年代开始，我国开始自主研发热处理炉，短短几年，北京、上海等地都制造出了国产热处理炉，这些成果促进了我国真空热处理技术的发展，缩短了与发达国家之间的差距。进入九十年代以来，我国科研人员瞄准世界先进技术水平，不断创新研制新设备，努力达到国际先进水平。近几年国内外又取得了重大突破，利用气体控制、加热、冷却的高速真空热处理炉逐渐取代了传统热处理炉[7]。目前实验中通常采用的真空热处理工艺是将烘干的试件放入高温热处理箱中加热，抽真空并保持一定的温度，然后逐步冷却，通过温度的变化来改变材料表面或内部的组织结构或者使其化学成分改变，从而改善材料性能。
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