蒸汽熱處理紅錐木材顏色變化及其材性預(yù)測

李臘梅,謝桂軍,李興偉,曹永建,李怡欣,李萬菊

(廣東省林業(yè)科學(xué)研究院 廣東省森林培育與保護(hù)利用重點實驗室,廣州 510520)

0 引言

高溫?zé)崽幚硎潜容^成熟的木材改性技術(shù),通過傳熱對木材聚合物進(jìn)行化學(xué)降解,從而達(dá)到改善木材性能的目的,已得到廣泛研究。熱處理使木材化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生熱降解或交聯(lián)反應(yīng),從而改變木材顏色,同時改善尺寸穩(wěn)定性和抗微生物能力[1-5],然而熱處理一般會不同程度削弱木材機(jī)械強(qiáng)度[6-9],也有通過對熱處理工藝的精確控制,將熱處理材的力學(xué)損失盡量降低,某些指標(biāo)還可能有所上升[10-12]。近年來研究發(fā)現(xiàn),熱改性木材(Thermal Modified Wood,TMD)對真菌腐爛的抵抗力顯著提高,這是由于熱處理使木材結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分發(fā)生改變引起的[13-14]。與未處理材相比,TMD的平衡含水率降低幅度可高達(dá)50%,因而TMD的濕脹率和干縮率急劇減少[15]。此外,TMD顏色變化也是研究者非常關(guān)注的熱點問題,對木材視覺效果具有重要意義,也對木材的商業(yè)價值產(chǎn)生重要影響。研究人員對馬尾松(Pinusmassoniana)、毛白楊(Populustomentosa)、圓盤豆(Cylicodiscusspp.)、日本落葉松(Larixkaempferi)和樟子松 (Pinussylvestris) 等進(jìn)行的熱處理研究發(fā)現(xiàn)[16-24],熱處理后上述木材的顏色均有不同程度的加深,其機(jī)理歸結(jié)為熱處理使木材中的發(fā)色基團(tuán)和助色基團(tuán)發(fā)生氧化還原反應(yīng),新生成的發(fā)色基團(tuán)的種類和數(shù)量增多,如羰基、苯環(huán)、紫丁香基丙烷及醚鍵等,使得對可見光吸收增加從而加深了木材的顏色。Chen等[25]觀察到木材的褐變現(xiàn)象主要是由多糖的變化引起的。Bourgeois等[26]研究發(fā)現(xiàn),240 ～310 ℃熱處理使木材的明度差(ΔL*)的減少、總色差(ΔE*)的增加是由于半纖維素,特別是戊聚糖含量的減少造成的。Matsuo等[27]認(rèn)為熱處理后木材顏色較深是因為半纖維素降解產(chǎn)物的形成、提取物的變化以及醌等氧化產(chǎn)物的形成。上述一系列研究表明,TMD顏色變化是木材熱處理過程中內(nèi)部組分化學(xué)變化的綜合結(jié)果。

TMD的性能變化程度取決于熱處理強(qiáng)度即處理溫度和時間,通常以力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、防白蟻等級或耐腐等級等性能來表征,但是這些性能測試周期較長、木材破壞大且用量多,而木材顏色是一項較易觀察、可快速且無損測量,并與處理溫度和時間密切相關(guān)的性能,因此探究TMD顏色變化與其尺寸穩(wěn)定性、力學(xué)性能和生物耐久性等的相關(guān)性是優(yōu)化處理工藝和預(yù)測處理材性能的可行途徑之一。Brischke等[28]提到,CIEL*a*b*(國際通用的色彩表示標(biāo)準(zhǔn))色度測量是確定TMD質(zhì)量的一種可行性方法,因為TMD的化學(xué)變化與其機(jī)械力學(xué)、物理性能甚至生物耐久性之間的相關(guān)性已在若干研究中得到證實。一些研究發(fā)現(xiàn)了幾種密切的關(guān)系,包括木材的總顏色變化和機(jī)械特性之間,質(zhì)量損失與熱處理時間和抗彎強(qiáng)度之間,木質(zhì)素或纖維素含量與抗壓強(qiáng)度之間,ΔE*與木材熱降解的質(zhì)量損失之間以及半纖維素的降解、木質(zhì)素的衍生、纖維素的結(jié)晶和機(jī)械特性之間的關(guān)系[29-32]。材色變化是熱處理對木材材性影響最直觀的表現(xiàn),材色變化與木材性能之間必然存在關(guān)系。研究表明,木材熱處理后的ΔE*與木材熱降解的質(zhì)量損失之間存在拋物線相關(guān)性,證實了挪威云杉(Piceaasperata)熱處理后的顏色演變(以明度指數(shù)表示)、處理強(qiáng)度和最終木材的耐腐性之間存在顯著的相關(guān)性[1-2]。Bekhta等[29]對熱處理云杉的色度與力學(xué)性能進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在不同濕度條件下處理材的抗彎強(qiáng)度與色差之間存在良好的線性關(guān)系,因此處理材的色差可用于預(yù)測力學(xué)強(qiáng)度。Brischke等[28]對歐洲云杉(Piceaabies)、樟子松和山毛櫸 (Fagussylvatica)進(jìn)行熱處理,建立了處理材顏色參數(shù)L*(明度指數(shù))、a*(紅綠軸指數(shù))、b*(黃藍(lán)軸指數(shù))與熱處理強(qiáng)度的關(guān)系,并利用處理材顏色對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行控制。王佳鵬[33]、陳爽[34]對毛白楊、云杉熱處理后研究“顏色-力學(xué)強(qiáng)度”的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)毛白楊和云杉熱處理材的顏色L*、a*、b*與抗彎彈性模量、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。綜上,TMD的顏色力學(xué)性能、物理性能和生物耐久性之間存在密切的關(guān)系,可用于相互預(yù)測。

紅錐(Castanopsishystrix)是我國珍貴的闊葉樹種,材質(zhì)優(yōu)良、色澤和紋理美觀,是高檔家居用品、建筑裝修等優(yōu)質(zhì)用材,在我國南方地區(qū)人工林資源已經(jīng)有了快速發(fā)展[35-36],因而開展紅錐的材性研究可為合理開發(fā)和高效利用這些資源提供科學(xué)依據(jù)。本研究以紅錐木材為研究對象,分析不同熱處理溫度和時間對紅錐木材顏色的影響,并探討顏色與其尺寸穩(wěn)定性、抗彎性能和生物耐久性間的相關(guān)性,為顏色作為熱處理紅錐木材性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ),對利用顏色進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紅錐木材,采集于廣西崇左市哨平大榕水紅錐母樹林,樹齡39 a,胸徑約23 cm,紅錐材砍伐后鋸成900 mm(長)×140 mm(寬)×25 mm(厚)的板材,并堆垛自然氣干至含水率為20%以下,待用。

1.2 熱處理方法

蒸汽熱處理方法如下。第1階段,快速將蒸汽發(fā)生器中的水蒸氣升至 400 ℃,再立即向熱處理罐內(nèi)通入水蒸氣;第2階段,通過動態(tài)調(diào)節(jié)熱處理罐內(nèi)壓力,使罐體內(nèi)溫度在20 min內(nèi)升至所需相應(yīng)的熱處理溫度,見表1,并按對應(yīng)的熱處理時間進(jìn)行保溫;第3階段,排氣后開罐冷卻,取出樣品,室溫環(huán)境中放置24 h。

紅錐木材熱處理溫度和熱處理時間組合處理條件見表1,以未進(jìn)行熱處理的素材(CK)作為對照組,每個熱處理條件下樣品數(shù)量10塊,樣品尺寸為900 mm(長)×140 mm(寬)×25 mm(厚)的板材。

1.3 性能檢測

1.3.1 CIEL*a*b*顏色測試

熱處理木材色差使用3 nh精密色差計測量,在每個試件上均勻選取6個測色點,熱處理前后分別在該點上測1次L*、a*和b*的數(shù)值,最終取算術(shù)平均值作為該試件的色度參數(shù)值,其中L*是記錄從黑(0%)到白(100%),a*從綠色(-a*)到紅色(+a*),b*是從藍(lán)色(-b*)到黃色(+b*),再根據(jù)CIEL*a*b*表色系統(tǒng)計算出ΔL*、色度差(Δa*、Δb*)和ΔE*,并以此來討論熱處理溫度和時間對木材顏色變化的影響。

CIEL*a*b*表色系統(tǒng)的計算公式如下。

(1)

(2)

(3)

(4)

1.3.2 尺寸穩(wěn)定性測試

本試驗采用干縮率和濕脹率評價熱處理前后木材的尺寸穩(wěn)定性,按照國家標(biāo)準(zhǔn)《無疵小試樣木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法 第6部分:干縮性測定》(GB/T 1927.6—2021)[37]和《無疵小試樣木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法 第8部分:濕脹性測定》(GB/T 1927.8—2021)[38]測試弦向干縮性、徑向干縮性、體積干縮性和弦向濕脹性、徑向濕脹性、體積濕脹性。

1.3.3 力學(xué)性能測試

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《無疵小試樣木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法 第9部分:抗彎強(qiáng)度測定》(GB/T 1927.9—2021)[37]和《無疵小試樣木材物理力學(xué)性質(zhì)試驗方法 第10部分:抗彎彈性模量測定》(GB/T 1927.10—2021)[40]]測試木材抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量。

1.3.4 防白蟻測試

按照國家標(biāo)準(zhǔn) 《木材防腐劑對白蟻毒效實驗室試驗方法》(GB/T 18260—2015)[41]進(jìn)行防白蟻測試。

1.3.5 防腐測試

按照林業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《木材防腐劑對腐朽菌毒性實驗室試驗方法》(LY/T 1283—2011)[42]進(jìn)行耐腐測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理材顏色分析

由圖1和圖2可知, 蒸汽熱處理對紅錐木材的L*、a*、b*以及ΔL*、ΔE*影響顯著。隨著處理溫度的升高和時間的延長,L*呈逐步降低趨勢,a*、b*呈緩慢升高趨勢,ΔL*、ΔE*均緩慢升高,表明木材的顏色在處理過程中逐步變暗、變深,由淺黃色逐步過渡到棕褐色。此外,隨熱處理溫度升高和時間延長,a*和b*升高趨勢較緩慢,且呈現(xiàn)波動趨勢,而L*在溫度超過170 ℃后快速降低,說明在熱處理過程中,木材顏色變化主要集中在L*的變化上。在處理時間相同時,ΔL*和ΔE*隨著處理溫度的升高而明顯增加,且升高幅度加快;1.5 h和3.0 h下的ΔL*和ΔE*相差不大,變化緩慢, 時間延長到4.5 h且溫度高于170 ℃以后,ΔL*和ΔE*的變化幅度增加,這說明ΔL*、ΔE*與熱處理溫度和熱處理時間都相關(guān),是二者綜合影響的結(jié)果,而且溫度的影響程度更大。綜合考慮上述結(jié)果,本研究選用L*、ΔL*和ΔE*的變化值作為熱處理強(qiáng)度的綜合值,進(jìn)而探究顏色變化與熱處理木材理化力學(xué)性能的相關(guān)性。

圖1 熱處理紅錐木顏色L*a*b*的變化Fig.1 The change of color parameters L*a*b* of heat treated Castanopsis hystrix wood

圖2 熱處理紅錐木顏色參數(shù)ΔE*和ΔL*的變化Fig.2 The change of color parameters ΔE* and ΔL* of heat treated Castanopsis hystrix wood

2.2 顏色與尺寸穩(wěn)定性相關(guān)性分析

圖3和圖4分別是水蒸氣熱處理前后紅錐木材干縮率和濕脹率的變化規(guī)律,與CK相比,熱處理木材干縮率和濕脹率總體呈現(xiàn)降低趨勢,說明熱處理有效提高了紅錐木材的尺寸穩(wěn)定性,這是由于在高溫?zé)崽幚磉^程中,纖維素、半纖維素等發(fā)生降解,導(dǎo)致木材中的親水基團(tuán)(如羥基等)減少,因而木材吸濕性降低尺寸穩(wěn)定性得到提高。由圖3可得,全干弦向干縮率(Total drying chord shrinkage,TDCS)、氣干弦向干縮率(Air drying chord shrinkage,ADCS)、全干徑向干縮率(Total drying radial shrinkage,TDRS)、氣干徑向干縮率(Airdrying radial shrinkage,ADRS)、全干體積干縮(Total drying volume shrinkage,TDVS)和氣干體積干縮率(Airdrying volume shrinkage,ADVS)最大降低幅度分別為35.3%、34.7%、27.9%、55.7%、28.3%和36.4%。由圖4可知,弦向濕脹率(全干→氣干,CS1)、弦向濕脹率(全干→濕材,CS2)、徑向濕脹率(全干→氣干,RS1)、徑向濕脹率(全干→濕材,RS2)、體積濕脹率(全干→氣干,VS1)和體積濕脹率(全干→濕材,VS2)降低最大幅度分別為54.5%、36.0%、68.3%、69.3%、54.1%和38.1%。

圖3 熱處理紅錐木的干縮率Fig.3 Drying shrinkage rate of heat treated Castanopsis hystrix wood

圖4 熱處理紅錐木的濕脹性Fig.4 Wet swelling rate of heat treated Castanopsis hystrix wood

研究表明,木材的濕脹和干縮與木材中水分子的吸濕和解濕行為密切相關(guān),木材3大組分中,半纖維素分子鏈親水基團(tuán)較多,吸濕性最強(qiáng),纖維素次之,木質(zhì)素最弱,這是由3大組分內(nèi)部的結(jié)晶形態(tài)和親水基團(tuán)共同決定的[43-44]。關(guān)于熱穩(wěn)定性,半纖維素?zé)岱€(wěn)定性最差,在熱處理過程中最先降解,當(dāng)溫度較高時纖維素非結(jié)晶區(qū)會發(fā)生降解,木質(zhì)素?zé)岱€(wěn)定性較好,但是在高溫作用下也將發(fā)生交聯(lián)和縮合反應(yīng)[45-47]。通常在熱處理溫度超過180 ℃后,木材會發(fā)生半纖維素降解、木質(zhì)素交聯(lián)縮合和纖維素結(jié)晶度增大等一系列反應(yīng),但也存在樹種和熱處理方式等差異,起始降解溫度及相同溫度下反應(yīng)的劇烈程度可能存在差異[48-49]。圖3和圖4顯示在整個升溫過程中,干縮率和濕脹率呈現(xiàn)先下降、后升高、再下降的波動趨勢。根據(jù)已知研究成果分析,在150 ～170 ℃的熱處理,主要發(fā)生半纖維素部分降解,分子鏈親水基團(tuán)斷裂,使木材對水分的吸濕和解濕行為減弱,從而干縮率、濕脹率降低;在170 ℃或190 ℃出現(xiàn)干縮率和濕脹率升高的現(xiàn)象,在這一溫度區(qū)間纖維素非結(jié)晶區(qū)會發(fā)生降解,有氧氣存在時還會發(fā)生氧化反應(yīng)[43],這會導(dǎo)致部分基團(tuán)轉(zhuǎn)化為親水基團(tuán),從而使干縮率、濕脹率升高;隨著處理溫度到達(dá)190 ～210 ℃時,木材內(nèi)發(fā)生半纖維素、纖維素等依次降解、木質(zhì)素交聯(lián)縮合等反應(yīng),使分子鏈親水基團(tuán)進(jìn)一步減少,對水分的吸濕和解濕行為降低,因而干縮率和濕脹率性降低。還有研究表明,紅錐木的干縮性、濕脹性除了與熱處理溫度、時間相關(guān),還與木材基本密度等相關(guān)[34],即取樣部位的影響會一定程度影響干縮和濕脹的變化規(guī)律。

圖5是經(jīng)不同溫度和時間處理后的紅錐木L*、ΔE*與ADVS、VS2的相關(guān)性分析。由圖5可知,熱處理木材的L*、ΔE*與ADVS、VS2的相關(guān)性不明顯,可以認(rèn)為在本試驗所涉處理溫度和時間范圍內(nèi)熱處理紅錐木的顏色變化與尺寸穩(wěn)定性不具相關(guān)性。

圖5 熱處理紅錐木顏色參數(shù)與尺寸穩(wěn)定性相關(guān)性分析Fig.5 Correlation analysis of color parameters and dimension stability of heat treated Castanopsis hystric wood

2.3 顏色與抗彎性能相關(guān)性分析

圖6和圖7是不同溫度和時間處理后的紅錐木抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量的變化規(guī)律。與CK相比,熱處理后木材的抗彎強(qiáng)度有不同幅度減小,抗彎強(qiáng)度降幅在3.1%～30.2%,其中,210 ℃、4.5 h處理的木材抗彎強(qiáng)度降幅最大,達(dá)30.2%,150 ℃、1.5 h處理降幅最小,為3.1%,力學(xué)強(qiáng)度基本未受影響;熱處理后木材的抗彎彈性模量也呈現(xiàn)不同幅度減小,降幅在3.7%～20.7%,其中210 ℃、3.0 h組的抗彎彈性模量降幅最大,達(dá)20.7%,170 ℃、1.5 h組降幅最小,為3.7%。這與孔繁旭等[7]的總結(jié)發(fā)現(xiàn)基本一致,不同樹種木材熱處理后抗彎強(qiáng)度降低20%～40%,抗彎彈性模量降低10%～50%。

圖6 熱處理紅錐木的抗彎強(qiáng)度Fig.6 The bending strength value of heat treated Castanopsis hystrixc wood

圖7 熱處理紅錐木的抗彎彈性模量Fig.7 The modu1us of elasticity in bending value of heat treated Castanopsis hystrix wood

由圖6和圖7可知,隨熱處理溫度升高和時間延長,抗彎強(qiáng)度總體趨勢為緩慢減小,但在190 ℃、3.0 h和170 ℃、4.5 h出現(xiàn)小幅度增加;抗彎彈性模量的波動趨勢較大,總體呈現(xiàn)先降、后升、再降趨勢,出現(xiàn)升高時溫度集中在170 ℃和190 ℃。因為在此溫度區(qū)間存在纖維素非結(jié)晶區(qū)降解[43],相對結(jié)晶度會增加,使熱處理材強(qiáng)度和剛性增強(qiáng),即抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量會有小幅增加。再根據(jù)吳再興等[50]的綜述表明,相對一致的研究結(jié)論是熱處理后木材抗彎強(qiáng)度降低,個別樹種或者條件下也存在階段性增加可能;至于抗彎彈性模量,不同研究發(fā)現(xiàn)的變化趨勢則不盡一致,抗彎彈性模量變化規(guī)律與處理溫度、時間、樹種、木材含水率和取樣部位等都有關(guān),例如在較低溫度下熱處理有可能因為含水率降低、木材剛度增加而提高抗彎彈性模量,當(dāng)溫度過高時則使得抗彎彈性模量降低,這些因素的綜合影響會導(dǎo)致變化規(guī)律的波動。

圖8是不同溫度和時間處理后的紅錐木L*、ΔE*與抗彎性能的相關(guān)性分析。由圖8可知,熱處理材的L*、ΔE*與抗彎強(qiáng)度、抗彎彈性模量的關(guān)系相關(guān)性不明確,可以認(rèn)為在本試驗所涉處理溫度和時間范圍內(nèi)熱處理紅錐木的顏色變化與其抗彎性能不具相關(guān)性,通過顏色變化預(yù)判抗彎性能不具參考價值。

圖8 熱處理紅錐木顏色參數(shù)與抗彎性能相關(guān)性分析Fig.8 Correlation analysis of color parameters and bending perfomance of heat treated Castanopsis hystrix wood

2.4 顏色與防白蟻性能相關(guān)性分析

圖9是不同溫度和時間處理后的紅錐木材受白蟻蛀蝕的結(jié)果,上部分為熱處理紅錐木經(jīng)白蟻蛀蝕后的失重率,下部分為熱處理紅錐木材經(jīng)白蟻蛀蝕后的白蟻存活率。根據(jù)《木材防腐劑對白蟻毒效實驗室試驗方法》(GB/T 18260—2015)要求判定,熱處理紅錐木材的最高完好等級為7.0,因而可以認(rèn)為本試驗所涉溫度(150 ～210 ℃)和時間(1.5～4.5 h)處理的紅錐木材隨著野外使用時間的延長,都將易遭受白蟻蛀蝕,這也與相關(guān)文獻(xiàn)報道是相符的[51]。隨著熱處理溫度和時間的增加,白蟻蛀蝕木材的失重率呈增加趨勢,白蟻蛀蝕紅錐木材后其存活率也較高,意味著熱處理紅錐木的處理溫度越高、時間越長,越易被白蟻蛀蝕。

圖9 熱處理紅錐木的白蟻蟻蛀測試Fig.9 The termite decay test of heat treated Castanopsis hystrix wood

圖10是經(jīng)不同溫度和時間處理后的紅錐木ΔL*、ΔE*與白蟻蛀蝕結(jié)果的相關(guān)性分析。由圖10可知,熱處理材的ΔL*、ΔE*均與經(jīng)白蟻蟻蛀后的木材質(zhì)量損失和白蟻存活率存在二階拋物線的關(guān)系;ΔL*、ΔE*的增大,蟻蛀后的木材質(zhì)量損失、白蟻存活率也增大,說明在本試驗所涉溫度和時間范圍內(nèi)隨著木材的顏色加深,防白蟻效果降低。

圖10 熱處理紅錐木顏色參數(shù)與防白蟻性能相關(guān)性分析Fig.10 Correlation analysis of color parameter and termite control performance of heat treated Castanopsis hystrix wood

2.5 顏色與耐腐性能相關(guān)性分析

圖11是經(jīng)不同溫度和時間處理后的紅錐木耐腐測試結(jié)果,上、下部分分別為熱處理紅錐木經(jīng)褐腐菌、白腐菌侵害后的木材失重率。由圖11可知,150 ℃處理的紅錐木木材失重率低于25%而處于耐腐等級;170 ℃及以上溫度處理的紅錐木木材失重率大部分低于44%,而高于25%處于稍耐腐等級,有部分大于44%甚至達(dá)到不耐腐等級。整體而言,隨著熱處理溫度的升高,熱處理紅錐木材的耐腐性能整體降低。相關(guān)研究表明,熱處理木材不只是改善木材的耐腐性能,也有可能降低木材的耐腐性能。Sivonen等[52]研究了褐腐菌對熱處理松木(Pinus)和未熱處理松木的腐蝕情況,發(fā)現(xiàn)只有經(jīng)過220 ℃以上高溫?zé)崽幚砗蟮玫降乃深惸静牟拍塬@得比較好的耐腐性能。Hakkou等[53]研究了在10種不同的溫度范圍(20 ～280 ℃)及惰性氣體氛圍條件下對山毛櫸(Fagussylvatica)木材進(jìn)行熱處理,發(fā)現(xiàn)超過180 ℃處理的木材耐久性顯著增加,而280 ℃處理的木材已經(jīng)抑制了腐朽的發(fā)生。此外,熱處理的歐洲山楊(Populustremula)和歐洲赤松(Pinussylvestris)耐密粘褶菌(Gloeophyllumtrabeum),不耐褐腐菌(Moniliniafructicola)[49]。因而本研究的熱處理紅錐木材隨著熱處理溫度的增加而降低耐腐性能是符合實際情況的。

圖12是經(jīng)不同溫度和時間處理后的紅錐木ΔL*、ΔE*與耐腐試驗結(jié)果的相關(guān)性分析。由圖12可知,熱處理材的ΔL*、ΔE*分別與經(jīng)褐腐菌、白腐菌侵害后的木材質(zhì)量損失存在二階拋物線的關(guān)系,ΔL*、ΔE*的增大,褐腐菌、白腐菌侵害后的木材質(zhì)量損失先增大后減小,說明防白蟻效果先降低后有所回升,雖然耐腐測試表明本研究所涉溫度和時間范圍內(nèi)處理的紅錐木耐腐效果沒有得到有效改善,但從圖11中木材質(zhì)量損失率趨勢以及圖12趨勢線可預(yù)測,在進(jìn)一步增強(qiáng)處理強(qiáng)度的情況下,紅錐木材的耐腐性可能會得到改善。

圖12 熱處理紅錐木顏色參數(shù)與耐腐性能相關(guān)性分析Fig.12 Correlation analysis of color parameters and corrosion resistance of heat treated Castanopsis hystrix wood

3 結(jié)論

1)隨著處理溫度的升高和時間的延長,熱處理紅錐木材的L*逐步降低,a*、b*緩慢升高,ΔL*、ΔE*均逐步緩慢升高,說明紅錐木材的顏色在處理過程中逐步加深;干縮率和濕脹率總體呈現(xiàn)降低趨勢,最大降幅分別為55.7%和69.7%,有效提高了紅錐木材的尺寸穩(wěn)定性;抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量均有不同幅度減小,與素材相比,抗彎強(qiáng)度降幅在3.1%～30.2%,其中,210 ℃、4.5 h處理的木材降幅最大,150 ℃、1.5 h組降幅最小;抗彎彈性模量降幅在3.7%～20.7%,其中210 ℃、3.0 h處理的木材降幅最大,170 ℃、1.5 h組降幅最小。

2)熱處理紅錐木的顏色與防白蟻性能具有顯著相關(guān)性,其ΔL*、ΔE*分別與經(jīng)白蟻蟻蛀后的木材質(zhì)量損失率、白蟻存活率存在二階拋物線的關(guān)系,可以有效預(yù)測顏色變化與生物耐久性的關(guān)系。

3)本試驗所涉熱處理溫度和時間范圍內(nèi),熱處理紅錐木的防白蟻性能和耐腐性能未得到改善,但從二階拋物線趨勢圖可預(yù)測,在進(jìn)一步增加處理強(qiáng)度的情況下,防白蟻性能和耐腐性能可能會得到改善。為進(jìn)一步探索熱處理紅錐木耐腐性能以及與熱處理強(qiáng)度的相關(guān)性,可通過工藝優(yōu)化確保木材力學(xué)性能滿足使用要求的前提下,開展更廣域的溫度和時間范圍的熱處理研究。