压缩木——未来木材行业的绿色航标 我国属于少林国家，随着森林结构的变化，原始森林所提供的大径级木材愈来愈少，人工林、间伐林和速生丰产林提供的幼龄材、小径木越来越多。在这种情况下，改良木材的某些特性，对提高木材的使用价值显得尤为重要。

　　压缩木是木材通过热压处理而制成的一种质地坚硬、密度大、强度高的强化处理材料。木材经压缩密实后，其组织构造、物理力学性质都发生了重大变化——力学强度增强，木材变形将变小，耐磨性、耐久性好，从而有效地改善了木材的性能，提高了木材的利用价值。

　　压缩木技术研究历史很久。早在20世纪30年代，美国、德国的军用飞机上为防雷达就使用了压缩木。40年代日本东京大学木质研究所也采用高温加压方式生产出山毛榉、桦木强化木材。世界各国对压缩木的研究，目的是提高人工林软质材的强度、加工性能及扩大人工林木材的用途。

　　压缩处理的直接后果就是使木材的密度加大，从而使木表硬度和耐磨性等表面物理性能得到了极大的提高。这种表面硬度性能极强的压缩木可以将软质速生人工林代替硬质阔叶材使用。比如，压缩木用在弦乐器上，可取代红木等昂贵树种做背板，不但品质更好，而且成本可降低十几倍，促进了民乐器的普及。

　　在日本，一些企业都在积极利用压缩技术开发地板材料，市场上已有山毛榉和栎木压密地板销售。另外，压密单板木塑化技术、水蒸气预处理压密单板插入装饰板和基材之间的地板等也在研制。

　　压缩木在使木材密度增加的同时，弯曲弹性模量和弯曲强度等强度性能也都能得到提高。因此，压缩木可以作为住宅内楼梯扶手、家具的腿、框架、各种工艺品、装饰家具、各种工具类的手柄和图章料等要求高强度性能的材料。木材经压缩密实后，其组织构造和物理力学性质都发生了重大变化，力学强度增强，变形很小，耐磨性和耐久性更好，也是一种很好的雕刻材料。

　　3）装饰性、加工性的提高 木材经过压缩密化后，木材的重量感和硬度感显著增强，加热等处理过程又使木材本身的色泽产生了变化，增强了材料的高档感。因此，压缩木可以作为昂贵而稀缺的黑檀、紫檀等高级木材的替代材料。不仅如此，原木经过压缩整形后，年轮、木射线的形状和间距将随着各个方向压缩程度的不同，压缩时树皮的存在与否而产生很大变化。如果用于刨切，可产生出各种各样具有不同纹理花纹的薄木，所以压缩整形木还可用来制造薄木，用于木材表面装饰中。

　　另外，木材本来是不均质的材料，经压密处理使材质变得均匀，更易于切削加工、雕刻和微细加工和饰面加工等。

　　压缩木树种以选择材质均匀、纹理直、水不溶性抽出物含量低的木材为宜。抽出物含量高的木材如松木、北美黄杉（花旗松）等则不适宜制作压缩木，因为树脂状物质对木素的流动和充分压缩有干扰作用，不易得到稳定的产品。

　　根据使用要求不同，在压缩前对木材需进行不同的预处理。如水热处理、药物处理、金属化处理、浸渍树脂处理、微波加热处理等，与之相对应则产生了普通压缩木、药物压缩木、金属化压缩木、表面压密材和压缩整形木等新型木材。

　　压缩木树种以选择材质均匀、纹理直、水不溶性抽出物含量低的木材为宜。抽出物含量高的木材如松木、北美黄杉(花旗松)等则不适宜制作压缩木,因为树脂状物质对木素的流动和充分压缩有干扰作用,不易得到稳定的产品。

　　木材在压缩之前必须软化，否则压缩时细胞壁会发生破坏。软化方法一般有水热处理法和化学药物处理法。水热处理法包括：水煮，汽蒸和微波加热处理；药物处理法包括：液氨，气态氨，氨水，联氨，尿素以及碱处理等。常用的软化方法多为水热处理法，也有用氨水软化的压缩木研究。

　　1．2 压缩变形的固定及其机理 木材作为一种天然弹塑性材料，虽然在一定条件下可以被压缩而不破坏其结构，但是尺寸稳定性差。当浸入水中或放在潮湿的空气中时，会吸收水分，并有恢复原来尺寸的趋势。压缩变形的固定，是实现软质木材强化并保持其物理力学性质稳定的关键。方法主要有：用低分子量树脂以及非甲醛系药剂和无毒化学药剂为催化剂组成的交联体系浸渍木材、热处理、高温高压汽蒸处理等。

　　近年来,日本和我国的一些学者借助X射线衍射仪、红外吸收光谱和化学分析光电子能谱等各种手段,对压缩变形固定的机理进行了研究。表面压密材所使用的低分子量树脂有PF树脂、MF树脂、乙二醛树脂等,其作用机理是在高温热压过程中,树脂之间及树脂与木材自由基之间发生的化学交联作用,使变形固定。但是以甲醛等醛类为交联剂、以无机酸类为催化剂的这类交联反应不仅污染环境、有害人体健康,而且可降低木材的物理力学性能。近年来也有以气相SO2催化的甲醛反应,尽管减少了木材的化学降解,但仍会污染环境,难以在实际应用中推广。因此,探索用于木材交联反应的非甲醛系交联体系,改变催化作用过程,揭示新型交联剂与催化剂的反应机理,成为普遍关注的前沿研究之一。

　　木材在压缩状态下进行热处理,纤维素和半纤维素发生分解和聚合,β纤维素减少,而α及γ纤维素增多。热处理木材的结晶度有所减小,与未经热处理的压缩木相比,热处理会引起压缩木纤维方向M0R和M0E的降低,处理温度越高、时间越长,其降低程度越大;热处理后压缩木密度大体不变,硬度、耐磨耗性下降,透湿性、吸湿性减小,疏水性提高,材色变暗。分别在空气中加热、真空中加热和应用熔融金属加热等3种加热方法,固定合欢树木材的压缩变形的研究结果表明,变形的恢复随木材重量损失率的增加而降低,二者之间关系可用双曲线方程表达,当重量损失率为4%时的固定效果最好[2,3]。

　　高温汽蒸法是指木材在压缩状态下,用水蒸气处理,使压缩变形得到固定。木材先经汽蒸处理再压缩,与先压缩然后在压缩状态下进行汽蒸处理有不同的效果,后者远远优于前者[4]。用高温高压水蒸气处理,木材中的化学成分发生了降解,降解产物又重新组合形成新的键型；细胞壁物质中的醇、醚键数量下降;木材中的木素、半纤维素发生降解,产生了醛基或酮基;纤维素结构虽不起显著变化,但部分起了加水分解、微纤丝切断、融合的变化,结晶度和结晶区宽度增大。有少量石墨碳存在,从而使木材细胞壁物质排列更加有序,结合强度提高,木材表面硬度和耐磨度增大;处理后的压密材的机械自由基浓度明显降低[5、6]。

　　板材软化处理－横向压缩-高温处理-冷却-出料 -高温高压汽蒸处理-普通压缩木是木材不经过特殊处理直接压缩而成，其制造方法通常有3种：

　　工艺一 将木块喷蒸处理，使含水率达到17％～20％，内部温度升至85℃以上。然后将木块在热压机中横向压缩，压板温度一般在120℃以上。木块压缩时可以采用分段施压的方法，压力逐次增大，通常都在 10 MPa以上（与树种、软化程度、压板的温度有关）；也可以在一恒定的压力下压缩，达到规定厚度后，保温 40～60 min。之后在保持压力的条件下，自然冷却至压缩木中心温度降至30～40 C时出料。这种工艺生产的压缩木，由于热压温度较低，时间较短，不足以完全固定压缩变形，压缩木在一定的外界环境（温湿度）中厚度有所回弹。所以此工艺生产的压缩木还应放于室内调质一段时间，以消除其内部应力后再加工；或者将其置于恒温恒湿的条件下加工，加工后的成品立即进行浸油或涂饰处理。

　　工艺二 改变工艺一中的热压温度和时间。选用热压板的温度分别为160，180，200，220℃，在保持热压压力的情况下，相对应的保温时间为30，20，5，3h。然后降温至 60 C以下出料，其压缩变形几乎完全被固定。经浸泡、水煮试验，其变形恢复率几乎为零。但是长时间的高温热处理会影响压缩木的力学性质，并导致材色和含水率的变化。

　　工艺三 在一个内部带有压缩装置的密闭高温高压处理罐中，用高温高压蒸汽软化木材，然后将其压缩，并在压缩状态下用高温高压汽蒸处理，用180C或者 200C的饱和水蒸气相应处理 8 min或者 1min钟。然后强制冷却至60 C以下出料。经浸泡、水煮试验，其变形恢复率几乎为零，压缩变形几乎完全被固定。处理后的压缩木的力学性质、颜色和含水率只发生很小的变化。这种工艺同样适用于表面压密材和压缩整形木。

　　l）板材干燥－表层浸水－微波加热－横向压缩－高温处理－冷却－出料- 高温高压汽蒸处理

　　2）板材干燥－减压－浸渍树脂－干燥－横向压缩－冷却－出料

　　20世纪90年代日本首先进行了表面压密材的研究。用水或者低分子量水溶性树脂浸入干燥材表面一定深度，表层经微波加热软化后压缩、定型、制得表面压密材。用水浸泡的表面压密材，虽然与未处理材相比在耐磨性、硬度上都有很大的增加，但是经水热恢复试验，压缩变形几乎完全恢复。为了固定表面压密层，采用上述工艺二或者工艺三中的方法，可以完全固定表层的压缩变形。用树脂浸泡的表面压密材，其表面硬度与压缩残余变形量、树脂浓度成正比，耐磨性与压缩残余变形量有关，而与树脂的浓度无关。随着树脂浓度的增加，增重率（WPG）和抗胀率（ASE）增加，压缩恢复率减少。用树脂浓度为15％以上的PF树脂浸渍的木材，径向压缩变形几乎完全被固定。用树脂浓度为25％的MF树脂浸渍木材，经浸泡、水煮试验，压缩变形也可完全被固定。

　　原木剧截－剥皮－微波加热软化－四个方向压缩－两次加热处理－冷却－出料

　　压缩整形技术是日本小林好纪等90年代初开发的一种利用中小径级间伐材的新技术。该方法是利用微波加热 10～20 cm的小径原木，在温度达到100℃ 以上时，在压缩机内以 5 mm／min的速度从四个方向热压压缩成方材。压缩机热压板的温度在100℃以上。由于原木内部水分分布的差异，原木内部会产生最高可达20℃的温度差。之后采用二次加热以固定整形形状。

　　木材经压缩密实后，其组织构造、物理力学性质发生了重大变化。随着压缩术密度的增加，其强度、冲击韧性和硬度呈直线关系增长，其耐磨性增加最快。但是当压缩程度超过一定值时，木材强度的增加便有所缓慢，在实际生产中，要根据压缩木的具体用途来确定压缩木的密度。压缩木的抗腐力并没有增加，但由于密实化减缓了微生物侵害的速度。

　　具有优良物理力学性能的压缩木可以代替硬阔叶树材广泛应用于室内装饰、家具、建筑、纺织器材、器具柄和工具模型等。原木经过压缩整形后，年轮、木射线的形状、间距随着各个方向压缩程度的不同、压缩时树皮的存在与否而产生很大变化。如果用于刨切，可产生出各种各样、具有不同纹理花纹的薄木。所以，压缩整形木还可用来制造薄木，用于木材表面装饰中。也为中小径级人工林木材的高附加值加工利用开辟新径。

　　随着天然林资源日渐减少，如何有效利用人工林工材资源已成为全世界共同研究开发的重要课题。可以预测，木材压密化技术将是提高人工林木材性能、并利用其性能开发新产品最有前景的方法。未来高效率、高质量地生产压缩木的短周期生产工艺和设备的开发，以及绿色环保产品的生产，将是压缩木发展的方向。