1 概述

　　木材是天然环保材料，深受人们喜爱。然而，木材也存在着诸多不足，如使用过程中，会随周围环境的温湿度变化而产生干缩和湿涨，从而造成木制品变形和开裂。此外，未经处理的木材易遭受菌类和昆虫的侵袭，产生霉变、腐朽和虫蛀^[1] 。为了弥补上述不足，并延长木制品使用寿命，人们采用多种办法对其进行处理和功能性改良。近来在芬兰、法国、荷兰、德国等木材工业发达的国家兴起了研究和推广热改性材的新潮流^[2] 。所谓热改性材就是将木材置于180℃－230℃的高温环境中进行热改性，通过降低木材组分中的羟基浓度，减小木材的吸湿性，增加木材的尺寸稳定性；同时 木材组分在热改性过程中，发生了复杂的化学反应，生成游离醋酸，使腐朽真菌喜爱的食物显著减少，从而增进了木材的耐腐性^[3,4] 。这种改性处理是环境友好的处理技术，与化学药剂改性方法相比，热改性生产过程中污染很少、处理工艺较简单，且使用过程中不会因化学药剂的流失而降低防腐 效果，也不会对人体造成伤害。故热改性材是一种很有前途的木材改性产品。我们在实验室试验研究的基础上，已在浙江南浔世友木业有限公司完成生产性试验，批 量的生产炭化木地板已投放市场，受到用户的欢迎。

2 热改性设备的研制

　　小试设备：实验室的小试设备由高温干燥、炭化箱，蒸汽发生器和控制仪组成。干燥箱内外壁皆由不锈钢板整体焊成，以保证耐腐和气密性。由材堆一侧 的铸铝轴流风机鼓动箱内气流循环，由电热管对干燥箱和蒸汽发生器加热，保证箱内能达到干球温度240℃左右及湿球温度100℃左右的高温高湿环境。采用铂 热电阻（Pt 100）测量和控制干燥箱内的介质状态。

　　生产性设备：生产性的干燥、炭化一体窑（见图1）由南京林业大学干燥技术研究所研究设计，委托星楠干燥设备公司加工。热源采用导热油，以保证窑 内达到高温的环境。窑壳为全金属装配式，材料为不锈钢和铝合金，以保证窑的耐腐、气密和保温性。窑内干燥间净空尺寸：长×宽×高＝8500×4600× 3700mm，外加顶部通风机间高1300mm。可装预刨的地板坯料约30m3。散热器为轧片式不锈钢管覆铝翅片的排管组装式，装于材堆顶部风机的一侧。 5台轴流风机通过横轴分别由窑外的电动机驱动。强力的气流循环保证通过材堆有较高的风速。窑内装有热功率强大的蒸汽发生器，产生大量的水蒸气，作为保护气 体，以保证安全和工艺的需要。窑内两侧气道顶部还装有喷洒雾化水的管道，热改性阶段结束后，喷洒雾化水，既可提高降温速度，又能进一步增加窑内介质的湿 度，以满足调湿处理的需要。窑内温湿度的测量用Pt 100热电阻温度计，干燥和热改性过程用PLC程序控制。

图1. 生产性热改性窑
Fig. 1. Thermo-modified kiln in commercial scale

3 试材和工艺

　　试材为预刨和预干的地板坯料，尺寸为：长×宽×厚＝930×125×20mm。树种有白腊木、柞木、香樟、荷木等。前2个树种由东北供货商从俄 罗斯进口；后2个树种由云南材供货商提供。板材先在常规窑中预干到约9％～10％的含水率，然后进热改性窑进一步干燥和热改性。也可将湿材板坯直接装入热 改性窑，在同一窑内先经常规干燥至约10％的含水率，再高温干燥，然后进行超高温热改性。

　　工艺过程分为如下三个阶段：

　　（1）升温和干燥　已预干至9％～10％含水率的地板坯料进窑后，从室温开始升温并进行常规干燥，待窑内温度升至100℃后，再进行高温干燥。整个高温干燥过程中都有充足的水蒸气作保护气体，以保证木材质量，故此处的高温干燥实质上为常压过热蒸汽干燥。

　　（2）超高温热改性　干燥过程结束后，热改性过程开始，将窑内温度较快升至处理温度185℃，并保持数小时，使板材厚度上颜色及材性均匀。处理过程中更需要水蒸气保护，以保证工艺过程的安全。

　　（3）调湿处理　木材经超高温热改性后， 其含水率很低，不能直接使用，必须在窑内调湿处理，这时除蒸汽发生器产生大量的水蒸气之外，还可向窑内喷洒雾化水，让全干的板材均匀吸收足够的水蒸气，使 其含水率与将来的使用环境相匹配：若用作地采暖地板，需调湿至4％～6％的含水率；若用作北方室内地板，含水率为6％～8％；南方室内地板以9％～11％ 为佳。

　　（4）冷却出窑　调湿处理后的板材需要冷却至夏天60℃，冬天30℃的温度，才能出窑。温度在100℃以上的阶段，主要靠喷雾化水冷却。蒸发器产生的大量常压湿饱和蒸汽，对高温板材也有冷却作用。

4 材性检测

4.1 物理性能

　　浙江南浔世友木业有限公司工业规模生产的超高温热改性地板坯料，先经生产流水线片检，从合格的板