木材壓縮改性技術(shù)研究進(jìn)展

涂登云，陳川富，周橋芳，歐榮賢，王先菊

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣州 510642)

為適應(yīng)木材加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展態(tài)勢，人工林速生材的應(yīng)用逐漸成為我國林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和家具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。我國人工林速生材主要包括楊木、杉木和松木，其顯著特點(diǎn)是蓄積量大和分布廣。然而，因其材質(zhì)疏松、力學(xué)強(qiáng)度低、尺寸穩(wěn)定性差，實(shí)木化高值利用的程度并不高，極大地限制了其應(yīng)用范圍。為實(shí)現(xiàn)軟質(zhì)速生材的實(shí)木化高值利用，木材強(qiáng)化改性成為人工林木材綜合高效利用技術(shù)的研究熱點(diǎn)。木材壓縮改性技術(shù)作為一種木材物理強(qiáng)化改性方法，具有無化學(xué)污染、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，壓縮木具有環(huán)保、強(qiáng)重比高、木材原生態(tài)利用及環(huán)境使用特性良好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于家具、地板、室內(nèi)裝飾、木結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。

木材壓縮改性是對木材進(jìn)行前期熱軟化處理，然后在不破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的條件下，采用機(jī)械壓縮法減小木材細(xì)胞腔體體積，以提高木材密度、改善木材材性的一種物理改性技術(shù)。木材壓縮改性技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代的美國、德國和蘇聯(lián)，我國的壓縮木技術(shù)始于20世紀(jì)50年代末和60年代初，印度始于70年代。20世紀(jì)90年代后，為提高人工林速生材的材性，拓寬速生材的應(yīng)用范圍，木材壓縮改性技術(shù)得到了眾多科研工作者及產(chǎn)業(yè)界的重視[1]。發(fā)展至今，木材壓縮改性技術(shù)已趨于成熟，形成了完備的技術(shù)體系。

筆者在前人所做研究工作的基礎(chǔ)上，從木材壓縮改性類別、木材軟化、壓縮木定型、木材壓縮工藝、壓縮木材性能及應(yīng)用等方面進(jìn)行廣泛論述，以期為后續(xù)研究工作提供參考和借鑒。

1 木材壓縮改性技術(shù)類別

依據(jù)木材壓縮改性時(shí)木材所處環(huán)境不同，可分為封閉式和開放式壓縮改性技術(shù)。封閉式壓縮改性技術(shù)是將木材置于封閉處理罐體中，采用高溫高壓蒸汽軟化處理后，再利用機(jī)械壓縮和高溫定型處理，實(shí)現(xiàn)木材壓縮強(qiáng)化的改性目的。該方法的處理全過程均在同一設(shè)備中完成，具有操作工序少、處理材壓縮回彈小的優(yōu)點(diǎn)，但對設(shè)備要求高且生產(chǎn)效率較低[2]。開放式壓縮改性技術(shù)是木材在大氣環(huán)境下，采用熱機(jī)械設(shè)備對木材進(jìn)行軟化、壓縮和高溫定型，實(shí)現(xiàn)木材壓縮強(qiáng)化的改性方法。該方法的處理過程均在同一設(shè)備中完成，具有設(shè)備投資成本低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢，但處理材的壓縮回彈較大[3]。

依據(jù)木材壓縮改性時(shí)熱壓形式的不同，可分為平壓和輥壓壓縮改性技術(shù)。平壓壓縮改性是將木材放置在熱壓機(jī)的熱平板之間，通過熱平板熱量和機(jī)械力的共同作用實(shí)現(xiàn)木材壓縮強(qiáng)化的改性技術(shù)。根據(jù)熱壓機(jī)的軸數(shù)不同，平壓壓縮改性技術(shù)又可分為單軸平壓法和多軸平壓法。在多軸平壓法中，一種是雙軸方向施壓使木材壓縮形變制得方材，稱之為壓縮整形木[4]。輥壓法是木材從兩個(gè)金屬熱壓輥間通過，迫使木材表層逐漸壓縮形變的處理技術(shù)[5]，適用于表層壓縮木的制造。

根據(jù)木材壓縮改性時(shí)木材被壓縮程度的不同，可分為整體和層狀壓縮改性技術(shù)，二者同屬于單軸壓縮改性方法。整體壓縮法是將木材置于熱壓機(jī)中，整體軟化后在一定壓縮率下實(shí)現(xiàn)木材整體壓縮強(qiáng)化的改性技術(shù)。該方法所制得的壓縮木沿壓縮方向上木材的密度分布較均勻[6]。層狀壓縮法是對木材的表層或芯層進(jìn)行熱濕軟化，通過控制壓縮層位置和厚度制備層狀壓縮木的改性技術(shù)。采用該方法可制得單側(cè)表層壓縮木[7-8]、雙側(cè)表層壓縮木[9]和層狀壓縮木[10]。

2 木材軟化研究進(jìn)展

2.1 木材軟化原理

在木材壓縮改性之前，需對木材進(jìn)行充分的軟化處理，促使木材內(nèi)部相鄰纖絲間、微纖絲間和微晶間產(chǎn)生相對滑移，且滑移的位置可被固定，從而減少壓縮時(shí)所需要的壓力，亦可在一定程度上保持被壓縮層細(xì)胞壁的完整性。為實(shí)現(xiàn)木材軟化，可使用化學(xué)藥劑(如氨水)浸漬法使木質(zhì)素、半纖維素和纖維素的非結(jié)晶區(qū)的體積膨脹，增大分子鏈段之間的自由體積空間，進(jìn)而提高木材的塑性[11]。同樣，水作為極性分子進(jìn)入木材細(xì)胞壁后，也可以與纖維素的非結(jié)晶區(qū)、半纖維素中的羥基形成新的氫鍵結(jié)合，從而使分子鏈之間的距離增大。特別是當(dāng)木材含水率達(dá)到纖維飽和點(diǎn)時(shí)，分子鏈段間的自由體積膨脹至最大，是木材壓縮的最佳狀態(tài)[12]。值得注意的是，如果分子間的振動(dòng)不夠，即分子熱運(yùn)動(dòng)的能量不足，即使具備足夠的自由體積空間，也無法完全改善木材的塑性。因此，只有能量和增塑劑共同作用于木材時(shí)，才能有效提高木材的塑化特性，進(jìn)而提高木材的壓縮性能。

2.2 木材軟化方法

木材軟化方法可分為化學(xué)軟化法和物理軟化法。化學(xué)軟化法所使用的化學(xué)藥劑主要包括液態(tài)氨、氨水、氣態(tài)氨、亞胺、堿液、尿素和單寧酸等，其中氨類藥劑對木材的軟化效果最佳[11]。物理軟化法則是利用水分子對纖維素的非結(jié)晶區(qū)、半纖維素和木質(zhì)素的潤脹作用，以及在熱量的協(xié)同作用下，使得細(xì)胞壁分子鏈獲得足夠的能量而產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)，達(dá)到木材軟化的目的。相比于化學(xué)軟化法，物理軟化法由于未添加化學(xué)藥劑，具有環(huán)保、工藝簡單和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，更具有潛在的商業(yè)化應(yīng)用前景。依據(jù)加熱介質(zhì)的不同，物理軟化法可分為熱壓板加熱軟化法、蒸汽加熱軟化法和高頻、微波加熱軟化法。Tu等[6]采用熱壓板加熱軟化法對低含水率的楊木進(jìn)行軟化處理后，經(jīng)過機(jī)械壓縮制得整體壓縮木，此種軟化方法處理全過程均在熱壓機(jī)中進(jìn)行，具有工藝簡單、處理能耗低等優(yōu)勢。井上雅文等[4]利用封閉式木材壓縮改性技術(shù)，首先采用蒸汽加熱軟化法對木材進(jìn)行軟化處理，然后沿木材徑向壓縮制得整體壓縮木。劉一星等[13]將原木置于密閉高溫高壓處理罐體中，采用高溫高壓蒸汽對其進(jìn)行軟化處理，而后經(jīng)過雙軸壓縮制得整形壓縮木。由于高溫蒸汽的作用，木材軟化充分，但此種軟化方法對設(shè)備要求高，操作、管理復(fù)雜，在工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域受到一定限制。采用高頻加熱法和微波加熱法亦可實(shí)現(xiàn)木材的充分軟化[14-15]，但前提是木材的初始含水率不能低于30%，因此，針對低含水率的木材需要進(jìn)行增濕處理。此種木材軟化方法所具有的優(yōu)勢是軟化效率高、軟化層位置可控，但設(shè)備投資成本也相對較高。

3 壓縮木定型研究進(jìn)展

木材經(jīng)過軟化-機(jī)械壓縮，壓縮層內(nèi)部存在殘余壓縮應(yīng)力，如若在壓縮應(yīng)力沒有釋放的情況下解除壓縮荷載，極易造成壓縮層形變的恢復(fù)[16-17]。雖然制得的壓縮木在低濕度環(huán)境中會(huì)保持較高的穩(wěn)定性，但在濕熱交替變化的環(huán)境條件下，壓縮木會(huì)發(fā)生部分或全部回彈[18]。因此，在壓縮木制備過程中實(shí)現(xiàn)壓縮層形變的固定具有極大的挑戰(zhàn)性。目前，固定壓縮木形變的方法主要包括物理定型法和化學(xué)定型法。

物理定型方法是在沒有外來化學(xué)物質(zhì)添加的條件下，僅依靠熱濕作用，促使木材的細(xì)胞壁化學(xué)組分發(fā)生軟化及部分半纖維素的熱降解，半纖維素和纖維素分子鏈段之間相互靠近形成新的氫鍵結(jié)合，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞壁的定型[19]；而部分半纖維的熱降解亦可導(dǎo)致木質(zhì)素和纖維素之間的連接松弛[20]，促使壓縮應(yīng)力釋放，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞腔變形的定型。依據(jù)加熱介質(zhì)不同，物理定型法可分為熱壓板定型法、熱處理定型法、高溫高壓蒸汽定型法和高頻微波加熱定型法。鄔飛宇等[21]、Bao等[22]采用熱壓法對木材進(jìn)行密實(shí)化處理，而后原位升溫對壓縮木進(jìn)行熱處理，所制得的壓縮木熱處理材呈現(xiàn)出較低的吸濕性及較高的尺寸穩(wěn)定性。由于木材的壓縮密實(shí)化和定型均在同一設(shè)備中完成，處理工藝簡單，是有望普及的壓縮木定型方法。以高溫濕空氣[23]或常壓過熱蒸汽[20, 24]為介質(zhì)的熱處理定型法亦可顯著降低壓縮木的彈性恢復(fù)率,提高壓縮木的尺寸穩(wěn)定性。杜超等[25]首先采用常壓過熱蒸汽對楊木進(jìn)行熱處理，而后進(jìn)行壓縮密實(shí)化，結(jié)果表明處理材的吸水厚度膨脹率為13.9%，弦向尺寸穩(wěn)定性增加了46%。相比于高溫?zé)崽幚矶ㄐ头ǎ愿邷仫柡驼羝蛶哼^熱蒸汽為介質(zhì)的高溫高壓定型法對壓縮木的定型效果較好[26-27]，處理時(shí)間較短，但由于蒸汽壓力的存在，此種定型方法對處理設(shè)備的要求較高。采用高頻、微波加熱方式亦可對壓縮木進(jìn)行定型處理，其作用原理主要是在電磁波的作用下，木材內(nèi)部具有正負(fù)極性的偶極子產(chǎn)生劇烈運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)被加熱物體的自身發(fā)熱[28]，相比于高溫高壓蒸汽處理法，該方法具有加熱速度快、處理時(shí)間短、適用于大斷面尺寸的壓縮木定型處理等優(yōu)點(diǎn)[29]。

化學(xué)定型方法是向木材中添加化學(xué)物質(zhì)，使木材分子形成新的連接方式或使木材內(nèi)部形成凝聚結(jié)構(gòu)或使壓縮木材內(nèi)部形成憎水基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)壓縮木的定型。依據(jù)所使用的化學(xué)物質(zhì)的不同，化學(xué)定型法可分為樹脂處理法和交聯(lián)化反應(yīng)處理法。樹脂處理法是采用低分子量的樹脂溶液對木材進(jìn)行浸漬處理，待樹脂浸漬入木材細(xì)胞腔，結(jié)合熱機(jī)械壓縮改性處理，實(shí)現(xiàn)樹脂的熱固化以膠結(jié)木材壓縮后的相鄰細(xì)胞壁，從而抑制壓縮層的吸濕彈性恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞腔形變的固定[30]。Gabrielli等[31]、柴宇博等[32]采用不同的浸漬方法(常壓浸漬、真空浸漬和真空加壓浸漬)和各類樹脂對木材進(jìn)行浸漬處理，而后壓縮制得壓縮木，研究結(jié)果表明，壓縮木的彈性恢復(fù)率顯著降低，部分細(xì)胞腔形變甚至完全被固定。Pfriem等[33]用糠醇和馬來酸酐混合溶液以真空和加壓浸漬的方式對山毛櫸木材進(jìn)行處理，然后機(jī)械壓縮密實(shí)化，制得的壓縮木材呈現(xiàn)出較低的回彈率。交聯(lián)化反應(yīng)處理法是將低分子量的化學(xué)試劑浸漬進(jìn)木材細(xì)胞壁中，在加熱或者催化助劑存在的條件下，促使其與細(xì)胞壁分子相互鍵合形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞壁形變的固定[31]。方桂珍等[34-35]采用多元羧酸類化合物以常壓或加壓浸漬方式對木材進(jìn)行處理，然后機(jī)械壓縮制得壓縮木，結(jié)果表明壓縮木的尺寸穩(wěn)定性得到顯著提升。Rassam等[36]以納米銀溶液對預(yù)壓縮木材進(jìn)行浸漬處理，而后機(jī)械壓縮強(qiáng)化，所制得的壓縮木呈現(xiàn)較低的彈性恢復(fù)率。

4 壓縮木的制備工藝

4.1 整體壓縮木制造工藝

目前，整體壓縮木的制備技術(shù)主要包括封閉式木材壓縮改性技術(shù)和開放式木材壓縮改性技術(shù)。采用封閉式木材壓縮改性技術(shù)制備整體壓縮木的工藝主要包括3種：第1種是將木材置于帶有壓縮裝置的密閉高溫高壓處理罐體中，采用高溫高壓蒸汽對木材進(jìn)行軟化處理，待木材的芯層溫度達(dá)到85 ℃后，啟動(dòng)機(jī)械壓縮裝置實(shí)現(xiàn)木材的整體壓縮處理[37]；第2種木材壓縮工藝是在第1種工藝的基礎(chǔ)上將熱平板溫度控制在160～220 ℃，對壓縮木進(jìn)行熱壓保溫處理，之后降溫至60 ℃卸壓出料；第3種木材壓縮工藝是將經(jīng)過軟化處理的木材壓縮至目標(biāo)厚度，并在壓縮狀態(tài)下采用180～200 ℃的飽和水蒸氣對壓縮木進(jìn)行熱處理，之后強(qiáng)制冷卻至60 ℃卸壓出料[2]。相比于第1種木材壓縮工藝，第2和第3種工藝所制得的整體壓縮木呈現(xiàn)出較高的尺寸穩(wěn)定性。采用開放式木材壓縮改性技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn)木材的整體壓縮。第1種開放式木材壓縮工藝：首先采用蒸煮法對木材進(jìn)行軟化處理，然后采用熱壓機(jī)壓縮制得整體壓縮木；第2種工藝：首先將樹脂注入木材，而后機(jī)械壓縮制得壓縮木[38]；第3種工藝：采用熱空氣、蒸汽或者熱壓板對木材進(jìn)行預(yù)熱軟化處理，然后機(jī)械壓縮制得整體壓縮木[6]。

4.2 壓縮整形木制造工藝

壓縮整形木的制備是基于木材的濕熱軟化特性和可塑化的原理，經(jīng)壓縮整形處理可使木材從原木直接加工成方形材以及其他規(guī)則截面形狀的木材。壓縮整形木的制造工藝主要包括微波加熱軟化聯(lián)合機(jī)械壓縮、高溫水蒸氣軟化聯(lián)合機(jī)械壓縮[13]和高溫高壓蒸煮軟化聯(lián)合機(jī)械壓縮[39]3種形式。采用加熱軟化-機(jī)械壓縮的壓縮整形木制造技術(shù)可將軟質(zhì)速生材加工成優(yōu)質(zhì)材，如小徑級原木經(jīng)過軟化處理(微波軟化、高溫水蒸氣軟化、高溫高壓蒸煮軟化等)，然后機(jī)械壓縮制得壓縮整形木，其木射線、年輪的形狀和位置均隨著各個(gè)壓縮方向壓縮程度的不同而產(chǎn)生顯著的變化，再將壓縮整形木進(jìn)行刨切和砂光處理，其表面可呈現(xiàn)出奇特的紋理圖案，實(shí)現(xiàn)了劣材優(yōu)用。

4.3 層狀壓縮木制造工藝

層狀壓縮木是指對木材的表層或者中間層進(jìn)行壓縮密實(shí)，形成壓縮層與未壓縮層同時(shí)存在的壓縮木[3]。壓縮層的分布位置主要有3種類型，分別是壓縮層位于壓縮木的表層(表層壓縮木)、內(nèi)層和芯層[40]。在20世紀(jì)90年代，日本首先進(jìn)行了表層壓縮木的研究，主要以水或樹脂作為木材表層的增塑劑，采用熱平板或微波軟化法[9,15]對木材表層進(jìn)行軟化處理，然后經(jīng)過機(jī)械壓縮制得表層壓縮木。木材的表層壓縮改性工藝與刨花板和中密度纖維板的熱壓工藝相類似，所控制的熱壓工藝參數(shù)主要包括熱壓溫度、木材含水率、熱壓時(shí)間、閉合速度、熱壓壓力、木材壓縮率等[41]。其中熱壓溫度是表層壓縮木制造工藝中極為關(guān)鍵的工藝參數(shù)，通過控制上下熱平板溫度趨于一致，可制備具有對稱剖面密度分布的表層壓縮木。熱壓溫度不僅決定壓縮木密實(shí)層的形成，也對壓縮木的變形回彈、表面硬度、握釘力、耐磨性等產(chǎn)生影響[42-44]。為實(shí)現(xiàn)壓縮層的位置位于木材內(nèi)層或者芯層，需要對木材進(jìn)行分層軟化處理，在木材內(nèi)部的不同層面上形成屈服應(yīng)力差[40]。研究表明，木材熱壓工藝參數(shù)預(yù)熱時(shí)間和預(yù)熱溫度對層狀壓縮木的剖面密度分布具有顯著影響，預(yù)熱時(shí)間增加，密實(shí)層向中間層移動(dòng)，同時(shí)密實(shí)層的厚度增大[10]。

4.4 非對稱單側(cè)表層壓縮木制造工藝

整體壓縮木和雙側(cè)表層壓縮木的制造需要以較大的材積損失為代價(jià)。針對壓縮木的特定用途，諸如作為地板、桌椅面板、墻板等制品，僅對木材的單側(cè)表面的力學(xué)性能有較高的要求，因此，單側(cè)表層壓縮木是最好的選擇。單側(cè)表層壓縮木是指在木材壓縮方向上只有一個(gè)面的表層被壓縮，木材內(nèi)部沿壓縮方向形成非對稱結(jié)構(gòu)的密度分布[8]。有關(guān)研究表明，熱壓溫度、木材含水率、閉合時(shí)間、保壓時(shí)間、熱壓壓力等壓縮工藝參數(shù)對單側(cè)表層壓縮木的剖面密度分布具有顯著影響：熱壓溫度增大，單側(cè)表層壓縮木的峰值密度呈現(xiàn)出增大的變化趨勢[45-46]；木材含水率增大，壓縮木的密實(shí)化區(qū)域增大[7]；閉合時(shí)間對密實(shí)層的厚度具有顯著影響，閉合時(shí)間增大，密實(shí)層厚度增大，但壓縮木的峰值密度降低[47]；保壓時(shí)間延長，木材冷端部分產(chǎn)生明顯變形，所制得的壓縮木易產(chǎn)生瓦彎變形[48]，但延長保壓時(shí)間有助于降低壓縮木的變形回彈[49]，因此為保證壓縮木的質(zhì)量，應(yīng)合理設(shè)定木材的保壓時(shí)間；熱壓壓力對木材壓縮密實(shí)層的形成具有顯著的影響，為保證木材壓縮層的形成，熱壓壓力應(yīng)高于木材的屈服應(yīng)力。然而，木材的屈服應(yīng)力因樹種、木材組織構(gòu)造、壓縮方向、木材含水率和溫度的不同而差異顯著[50]，因此在保證木材軟化的原則下，應(yīng)根據(jù)樹種及壓縮木用途，合理設(shè)定壓縮工藝參數(shù)，獲得理想的單側(cè)表層壓縮木。

5 壓縮木的性能及應(yīng)用

5.1 壓縮木的性能

軟質(zhì)木材經(jīng)過壓縮強(qiáng)化改性后，木材原有的組織構(gòu)造、物理性能和力學(xué)性能均發(fā)生了顯著變化。研究和認(rèn)識壓縮木的性能對正確使用壓縮木乃至改進(jìn)木材壓縮改性技術(shù)均具有重要的指導(dǎo)意義，一直受到眾多科研工作者和生產(chǎn)廠商的廣泛關(guān)注。采用木材整體壓縮強(qiáng)化改性技術(shù)可顯著減小木材的孔隙率，增加木材的密度，壓縮木的早材與晚材的密度差減小，材質(zhì)更加均勻，整體壓縮木的各項(xiàng)物理力學(xué)性能均有大幅提高[51-52]。相比于整體壓縮木，單側(cè)表層壓縮木的突出特點(diǎn)是剖面密度呈非對稱分布，單側(cè)表層密度可到達(dá)1.24 g/cm3[8]。木材經(jīng)過壓縮整形改性處理，壓縮整形木的表面硬度和耐磨性均比對照材有大幅度的提高[13]。壓縮率作為影響壓縮木力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，隨著壓縮率的增加，壓縮木的抗彎強(qiáng)度和抗彎彈性模量均呈現(xiàn)出線性增大的變化趨勢[49,53]。

木材經(jīng)壓縮改性處理，其材質(zhì)變得均勻，更易于雕刻、切削加工、微細(xì)加工和飾面加工[4]。不同樹種的木材由于具有不同的微觀、宏觀構(gòu)造，壓縮改性處理對不同木材的加工性能的影響不盡相同。相比于素材的機(jī)械加工特性，壓縮改性處理的楊木機(jī)械加工質(zhì)量具有顯著提升[54]。壓縮改性處理對木材的涂飾性能沒有產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至可以使得木材的涂飾性能得到小幅度改善。如研究人員采用意楊木材進(jìn)行單側(cè)表層壓縮-熱處理，并測試了處理材的涂飾特性，測試結(jié)果表明，漆膜硬度、漆膜附著力和耐磨轉(zhuǎn)數(shù)均得到提高，各向性能指標(biāo)符合實(shí)木地板國家標(biāo)準(zhǔn)要求[8]。

5.2 壓縮木的應(yīng)用

雖然木材壓縮改性技術(shù)的誕生時(shí)間較早，但是其研發(fā)、應(yīng)用的高速成長期是從21世紀(jì)初開始的。其中的一個(gè)突出表現(xiàn)就是關(guān)于木材壓縮改性技術(shù)專利的大量申請與授權(quán)，我國與日本的相關(guān)專利申請量占據(jù)全球?qū)＠暾埩康?0%[55]。發(fā)展至今，木材壓縮改性技術(shù)已從單一型向集成型轉(zhuǎn)變，逐漸將木材壓縮改性技術(shù)與功能型木材改性技術(shù)相結(jié)合，所制得的改性處理材具有廣泛的用途。

1)在實(shí)木制品中的應(yīng)用：由于壓縮木具有較高的力學(xué)性能及優(yōu)異的加工性能，其制品主要應(yīng)用在木地板、家具部件和木制工藝品等領(lǐng)域。諸如，單側(cè)壓縮的意楊木材可制造實(shí)木地板[8]；酚醛樹脂浸漬壓縮楊木亦適用于實(shí)木地板的制造[54]；乙酰化壓縮楊木適用于制造實(shí)木地板、家具及戶外木棧道等高附加值的產(chǎn)品[51]；壓縮防腐木由于同時(shí)存在較高的力學(xué)強(qiáng)度和防腐性能，其制品可在戶外家具領(lǐng)域應(yīng)用[56]。采用壓縮木制造木制工藝品是壓縮木的另一種實(shí)木化利用途徑，由于壓縮木的力學(xué)強(qiáng)度和耐磨耐久性滿足工藝品的使用要求，普遍得到了消費(fèi)者的認(rèn)可。目前，壓縮木制造的工藝品主要是木梳[57]，其梳理流暢性好，物理性能符合制梳的要求，具有巨大的消費(fèi)市場。

2)在木結(jié)構(gòu)連接件中的應(yīng)用：近年來，在木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域應(yīng)用壓縮木的研究得到了眾多科研工作者的青睞。壓縮木可制成木銷釘連接件，以替代金屬連接件應(yīng)用于大跨度的木框架結(jié)構(gòu)中[58-59]。為進(jìn)一步研究分析木銷釘連接件的承載力，Elhoujeyri等[60]對直徑為16 mm的云杉壓縮木銷釘和直徑為12 mm的鋼榫釘承載力進(jìn)行測試及對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間的承載力相當(dāng)，且在剪切試驗(yàn)中壓縮木銷釘不會(huì)像金屬銷釘那樣引起木材構(gòu)件的破碎。亦可將壓縮木制成木塊連接件。Anshari等[61]研究發(fā)現(xiàn)在膠合梁上插入壓縮木塊，膠合梁的抗彎強(qiáng)度和承載力得到顯著提高。

3)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用：在20世紀(jì)20年代，日本開始研究壓縮木，壓縮木制品主要應(yīng)用在紡織制造業(yè)。蘇聯(lián)在1956年以前也大量采用壓縮木制造梭子。20世紀(jì)70年代印度采用壓縮木代替進(jìn)口的鵝耳櫪木材，制造織布機(jī)木梭。20世紀(jì)80年代，紡織工業(yè)上首先申請了關(guān)于壓縮技術(shù)的專利。壓縮木相比于金屬材料具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特性，在飛機(jī)制造[4]、熱軋機(jī)制造[62]等領(lǐng)域亦可得到廣泛的應(yīng)用，具有高值化利用的潛力。

6 展 望

木材壓縮改性技術(shù)相關(guān)研究已有百年歷史，除了早期在紡織工業(yè)中有過大量應(yīng)用，近代木材壓縮改性技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用幾乎停滯不前。因此，對于木材壓縮改性技術(shù)，有必要在以下幾方面展開研究并取得突破：

1)高效型木材壓縮改性技術(shù)開發(fā)。木材在熱濕作用下的致密化路徑、壓縮形變回彈機(jī)理等尚未探明。在木材壓縮改性過程中需要消耗大量的時(shí)間和能源，勢必造成生產(chǎn)成本的提高和經(jīng)營效益的降低；因此，開發(fā)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保、高效的木材壓縮改性技術(shù)，以突破制造成本和效率的瓶頸，有助于擴(kuò)寬壓縮木的商業(yè)化應(yīng)用空間。

2)復(fù)合型木材壓縮改性技術(shù)開發(fā)。將木材壓縮改性技術(shù)與其他改性技術(shù)聯(lián)合形成復(fù)合型功能改性技術(shù)，其目的是在充分利用木材自身特有的結(jié)構(gòu)屬性，開發(fā)具備功能性的新型材料，賦予壓縮木表面疏水自潔凈、防霉抑菌以及阻燃抑煙等功能，使壓縮木和其他天然林木材之間的競爭不局限于強(qiáng)度、密度，而是功能價(jià)值的競爭，從而實(shí)現(xiàn)壓縮木的高附加值應(yīng)用。

3)森林-壓縮木價(jià)值鏈評估分析。木材的有效利用貫穿其整個(gè)價(jià)值鏈，包括森林管理、采伐、加工、安裝、使用、壽命結(jié)束及焚燒和能量回收等階段。在壓縮木產(chǎn)品開發(fā)過程中，需要綜合考慮木材壓縮改性過程對產(chǎn)品性能、環(huán)境和使用壽命的影響，有針對性地確定壓縮木密度和木材壓縮部位，以準(zhǔn)確定位壓縮木的價(jià)值，做到適才適用，實(shí)現(xiàn)木材壓縮改性技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。