木材塑性變形的濕熱固定技術及機理研究進展

黃榮鳳

(中國林業科學研究院木材工業研究所 國家林業和草原局木材科學與技術重點實驗室 北京 100091)

壓縮密實化、整形壓縮以及單維和多維彎曲等木材塑性改性技術是木材科學與技術領域的研究熱點，其不僅能夠提高木材密度、硬度、強度和模量等物理力學性能，改善耐磨性、握釘力等加工性能，而且可以改變木材宏、微觀結構和木制品造型，目前已在木材軟化、塑性變形形成和固定及其商業化應用等方面取得很多有價值的進展(Norimoto, 1993； Norimotoetal.， 1993； 李堅， 2009； 李堅等, 2011； 黃栄鳳等， 2012 )。實木層狀壓縮技術，突破木材塑性加工必須進行蒸煮軟化的思路限制，實現了壓縮層位置和壓縮層厚度可調控的定向定位密實化增強和實體木材結構調控(黃栄鳳等， 2012； Gaoetal.， 2016; 2018； 2019； Lietal.， 2018)，大幅降低了木材壓縮的材積損耗和生產成本，有望成為木材塑性改性技術商業化應用的新途徑。將木材部分脫除木質素后再壓縮密實化，以獲得與金屬相當的高強度、高韌性材料的塑性改性技術開發(Songetal., 2018)，進一步拓寬了木材塑性改性技術的應用領域。

木材組分的吸濕、解吸和熱軟化特性，使木材通過干燥或濕熱處理就可以實現彈塑性轉變，同時也可以使塑性變形以干燥變定的形式臨時固定和回復原狀，而這正是導致木材塑性變形不穩定的主要原因。針對塑性變形的回復原因，解決塑性變形的永久固定問題是木材塑性改性技術研究的切入點。采用氣相或液相化學處理的交聯反應(Pfriemetal.， 2012； Bucheltetal.， 2014)和降低木材組分吸濕性的疏水處理(Inoueetal.， 1990； 1991)等化學方法，以及采用熱處理或飽和蒸汽處理釋放木材內應力的物理方法(Inoueetal.， 1993a； 1993b； Dwiantoetal.， 1997； 1998； 1999)，均可永久固定木材塑性變形，但與化學方法相比，熱處理或飽和蒸汽處理因綠色環保、低成本和工藝簡單等特點，更具商業化應用優勢和前景。

木材濕熱軟化后，在外力作用下形成的塑性變形具有不穩定性，變形在干燥條件下是穩定的，但在濕熱條件下幾乎會完全回復到變形前的狀態(Norimoto, 1993； 飯田生穂等， 1987)，因此塑性變形永久固定是木材塑性改性的關鍵科學和技術問題之一。木材塑性變形固定技術主要分為兩大類，即化學藥劑處理方法(Pfriemetal.， 2012； Bucheltetal.， 2014： Inoueetal.， 1990； 1991)和濕熱處理方法。本研究針對塑性變形濕熱固定技術，從塑性變形形成和回復機理入手，在全面分析木材塑性變形固定研究現狀的基礎上，重點闡述木材塑性變形的濕熱固定技術和機理研究進展以及存在的問題以期為突破該項技術的產業化應用瓶頸提供參考。

1 木材塑性變形形成和回復機理

木材塑性加工利用最早可追溯至德國人邁克爾·索耐特(Michael Thonet)1842年發明的木材軟化彎曲成型技術，至今已近160年。20世紀20年代木材壓縮技術發明以來(Walshetal.， 1923； Olesheimer， 1929)，彎曲成型和壓縮密實化技術一直是木材可塑性研究的熱點。

干燥狀態下木材塑性變形是非常有限的，但在水、氨氣或低分子的醇、酚等極性液體或氣體環境中木材很容易膨脹，木材組分分子間結合力減弱，由高彈態轉變為塑性態； 同時，高溫會加速分子熱運動，降低木材玻璃化轉變溫度，使木材軟化(李堅等， 2011； Morisatoetal.， 1999)，轉變為塑性態。這種轉變在分子水平上表現為熱或極性分子作用于干燥木材后，纖維素非結晶區、半纖維素和木質素分子間結合力減弱，外力作用下分子鏈間很容易相互位移并在新的位置重新結合，形成纖維素微纖絲與基質界面分子間的相對位置錯移(Norimoto, 1993； Keckesetal.， 2003)，且這種錯移現象也發生在細胞壁的各層級間。木材細胞壁組分的吸濕膨脹性和熱塑性為木材塑性變形提供了可能， 木材的多孔性構造和細胞壁的層狀結構為細胞壁屈曲和彎曲變形提供了空間，因此，濕熱軟化處理的木材，從垂直于纖維方向壓縮，可以發生細胞腔完全消失的大變形(Norimoto, 1993； Liuetal.， 1993； )，也可以發生任意角度的彎曲變形(李堅， 2009)。

塑性變形后的木材在變形束縛狀態下降溫和干燥時，隨著微纖絲表面纖維素、半纖維素和木質素分子中吸附的水分子解吸，分子間形成氫鍵結合，外力作用產生的能量會以彈性能和熵能形式儲存在結晶態的微纖絲和基質中，形成干燥變定； 但如果再次進行濕熱處理，塑性變形會因彈性能和熵能釋放回復原狀。溫度20～100 ℃范圍內壓縮的木材，當濕熱處理溫度達到壓縮溫度時，回復率達85%～95%(Norimoto, 1993； 飯田生穂等， 1987)。可見，塑性變形的形成過程幾乎不改變木材組分的吸濕性和濕熱軟化特性，干燥變定狀態下木材中儲存的能量在濕熱環境下釋放是導致塑性變形不穩定的根本原因。

2 濕熱固定技術研究現狀

木材結構和組成成分特性，使木材濕熱軟化后壓縮、彎曲等塑性變形具有不穩定性，再次處于濕熱環境中時，絕大部分變形會回復原狀，即使是脫木質素后再壓縮獲得與金屬相當的高強度、高韌性材料的塑性改性木材，雖然力學性能顯著提高，但在濕熱環境中同樣會表現出不穩定性(Songetal., 2018)，限制了塑性變形材料的廣泛應用。

濕熱固定技術是以釋放木材內應力方式固定塑性變形的方法，主要包括開放狀態下熱壓變形后直接在壓機內繼續加熱的熱處理，密閉狀態下利用木材中水分增壓至飽和蒸汽壓力的熱處理，干燥變定臨時固定木材置于高溫處理窯內的熱處理，開放或密閉狀態下高頻、微波等電磁波加熱的熱處理等(Inoueetal.， 1993a； 1993b； 1998； 2000； Udakaetal.， 1998； 2003； 2005)，采用的熱源或加熱方式包括溶融金屬加熱、電磁波加熱、飽和蒸汽加熱等(Inoueetal.， 1993a； 1998； Dwiantoetal.， 1997； 1998； Udakaetal.， 1998； 2003)。

塑性變形固定表征主要采用吸濕回復率、吸水回復率和水煮回復率3個參數，真正意義上的永久固定是指理論上固定后的木材，穩定性需要達到在極性溶液中不回彈的水平(Higashiharaetal.， 2000)。無論采用何種濕熱固定處理方法，在降低回復率的同時均會對木材物理力學性能產生一定影響，因此在不降低木材性能的情況下，實現木材塑性變形永久固定是濕熱固定塑性變形研究需要解決的關鍵問題。

2.1 濕熱固定方法與回復率

目前，國內外學者表述的塑性變形永久固定概念是指塑性變形固定處理后的木材在水煮狀態下不發生回復(Norimoto, 1993)。塑性變形固定處理后的木材，如果能達到常溫下吸水至飽水狀態時不發生回復，作為材料使用也是一個重要參考指標； 但近年來，很多研究報道均以24 h吸水試驗結果表征塑性變形固定處理效果，這會影響對處理效果的科學評價。

關于濕熱固定塑性變形問題，日本學者從20世紀90年代開始做了大量研究，結果發現，采用開放式常壓熱處理方法永久固定壓縮變形，需要進行長時間處理，如180 ℃下需要20 h， 200 ℃下需要5 h; 回復率與抗脹縮率之間存在顯著負相關關系，當抗脹縮率達40%時，變形會被完全固定； 采用飽和蒸汽處理，短時間就可以使塑性變形永久固定，如180 ℃下需要8 min， 200 ℃下需要1 min。采用的方法和設備是，在裝有壓機的耐壓容器內對木材進行徑向壓縮后，保持變形狀態向容器內導入飽和蒸汽，應力很快消失； 但飽和蒸汽處理后再進行壓縮，此時的變形經水煮處理后，回復率達50%以上(Norimotoetal.， 1993)。因此，要使壓縮變形永久固定，壓縮后木材在保持變形狀態下進行飽和蒸汽處理是必要的。與常壓熱處理相比，密閉狀態下利用木材中水分增壓至飽和蒸汽壓力的熱處理，永久固定所需時間大幅減少(Inoueetal.， 1993b； 1998； Udakaetal.， 2003)。這些研究中永久固定的試驗結果，是將固定處理后的壓縮木材浸入水中抽真空30 min，之后常壓下在水中放置3.5 h，再放入沸水中煮30 min，進行5個周期的吸水-干燥循環后測得的。

2005年以后，雖然有關于降低壓縮木材回復率方面的研究報道，但多數研究目標都是通過熱處理降低壓縮變形回復率、提高壓縮木材尺寸穩定性，很少提及塑性變形的永久固定(Gongetal.， 2010； Kutnaretal.， 2012； Laineetal.， 2016； Chenetal.， 2020)。Gong等(2010)將楊木(Populusspp.)單面表層密實化后，再進行190、200和210 ℃的常壓熱處理，結果發現200 ℃熱處理可使壓縮木材水煮回復率從32%降至3%，但210 ℃熱處理的壓縮木材回復率為8%，依此推斷200 ℃是降低厚度膨脹率的一個臨界值。Kutnar等(2012)對壓縮后楊木在200 ℃下進行1～3 min的飽和蒸汽處理固定塑性變形，得出壓縮變形固定必須實施200 ℃飽和蒸汽處理的結論，回復率測定采用的是5個周期的24 h吸水-干燥循環試驗方法。Laine等(2016)研究表明，歐洲赤松(Pinussylvestris)壓縮木材經200 ℃熱蒸汽處理6 h后變形回復率小于2%，木材硬度回復率測定采用的是1個周期的24 h吸水回復率。Chen等(2020)將熱壓機單面熱板加熱至150 ℃后，對木材預熱處理30 s，壓縮240 s后再保持壓力1 min，實施木材單面壓縮和固定，采用3個周期的24 h吸水-干燥循環試驗方法測定壓縮木材回復率降至3.6%。王艷偉等(2012)對表層壓縮楊木實施185 ℃、4 h熱處理后，采用抽真空浸水、水煮方法測定的吸水和水煮回復率分別由21.9%和61.7%降至20.4%和44.7%，回復率降低30%和28%。這些研究采用不同回復率測定方法，會對固定處理效果的科學評價產生一定影響。研究表明，相同條件下熱處理固定的壓縮木材，抽真空飽水狀態測定的吸水回復率比24 h吸水回復率高4.60%，水煮狀態測定的吸水回復率比24 h吸水回復率高40%(Xiangetal., 2020)。由于多數研究中回復率測定未涉及水煮狀態，故無法評價塑性變形的永久固定問題。

過熱蒸汽加壓熱處理是將壓縮木材在水蒸氣壓力環境中固定塑性變形的一種處理方法。黃榮鳳等(2019)在160 ℃熱壓機上對樺木(Betulaspp.)和番龍眼(Pometiaspp.)地板基材進行2 mm表層微壓縮后，在180 ℃、0.3 MPa過熱蒸汽壓力下實施2 h蒸汽壓力熱處理，在溫度40 ℃、相對濕度90%條件下測定2種微壓縮木材吸濕回復率，結果發現番龍眼木材的吸濕回復率由17.7%降至1.7%，樺木木材的吸濕回復率由22.2%降至4.3%，說明樹種本身固有的吸濕性對處理效果也會產生影響。表層壓縮楊木在200 ℃、0.3 MPa過熱蒸汽壓力下實施2 h熱處理，可將吸水回復率和水煮回復率由常壓處理的9.7%和24.6%降至2.6%和5.0%左右； 在相同處理溫度和時間條件下，與常壓熱處理相比，0.3 MPa過熱蒸汽加壓熱處理可使壓縮木材的回復率降低67%以上，表明蒸汽壓力對塑性變形固定效果極顯著(高志強等， 2017； Gaoetal., 2019)。與常壓熱處理相比，過熱蒸汽加壓熱處理可在較短時間內有效固定塑性變形。

2.2 濕熱固定與性能的關系

開放狀態下常壓熱處理與密閉狀態下飽和蒸汽處理永久固定塑性變形，水煮后不發生回復所需溫度和時間差異很大，同時對物理力學性能的影響也存在顯著差異。如前所述，常壓熱處理固定塑性變形所需時間遠比飽和蒸汽處理所需時間長，由此帶來的強度損失也會增加5倍以上，色差增加1倍以上。為更清晰了解常壓熱處理和飽和蒸汽處理永久固定塑性變形的研究現狀和效果，從采用的方式、設備、工藝參數以及永久固定引起的物理力學性能變化方面進行整理歸納，結果如表1所示。

目前采用的所有處理方法，永久固定塑性變形的必要條件為溫度達到180 ℃以上。與開放式熱處理相比，采用密閉式熱處理，相同熱處理溫度下塑性變形永久固定時間大幅縮短，強度損失和顏色變化也顯著減少。密閉式處理時間延長至3 h，強度損失達30%，說明無論是開放式還是密閉式，長時間熱處理均會大幅降低木材的力學性能。利用木材中水分的密閉式熱處理，密閉框內壓力大小取決于木材中水分總量，因此高頻或熱壓機加熱下的密閉框內處理均對木材含水率有嚴格要求，框內蒸汽壓力達到飽和狀態時，抑制壓縮變形回復的效果與飽和蒸汽處理相近(Inoueetal.， 1993b； Udakaetal.， 2003)。

表1 濕熱處理方法固定塑性變形的工藝條件和性能研究結果匯總

此外，塑性變形固定處理會降低壓縮木材硬度。單面壓縮楊木經200 ℃左右蒸汽熱處理后，硬度約降低38%； 壓縮率40%～50%的歐洲赤松，在200 ℃蒸汽環境中處理2～6 h，硬度明顯下降，甚至會降低至壓縮前的水平(Laineetal.， 2016)。但楊木表層壓縮木材在180 ℃、0.3 MPa過熱蒸汽環境中處理2 h，硬度沒有顯著降低(Gaoetal.， 2019)。

從研究內容看，目前多數研究關注處理溫度和時間對永久固定的影響以及揭示其作用機理的化學分析和表征，綜合分析永久固定與性能變化關系的研究報道并不多。

綜上可知， 2005年以前的研究，多數塑性變形固定表征均涉及吸濕、吸水和水煮3種回復率，但之后以水煮回復率表征固定效果的研究報道較少，吸水回復率表征主要采用單周期或多周期的24 h吸水回復率，且不是在常壓下浸水，也未進行減壓吸水處理，塑性變形固定研究主要關注在使用狀態下不回彈，關于機理的研究沒有獲得更多進展，多數報道均引用前人機理研究成果解釋回復率降低的原因。目前采用的塑性變形固定處理方法存在永久固定和木材性能變化的相互制約等適用性問題(Inoueetal.， 1993a； Rautkarietal.， 2014)，其作用機理尚未得到科學解釋。

表1中開放式常壓熱處理和密閉式加壓熱處理的分類方式，實際上與從熱處理和飽和蒸汽處理2方面研究塑性變形固定的思路是一致的， 2005年以前塑性變形固定機理研究主要從這2方面展開。

3 濕熱固定機理

熱處理和飽和蒸汽處理固定塑性變形的研究報道很多，其以降低回復率為核心，通過分析處理溫度和時間對應力釋放、細胞壁構造、組分分子結構和化學性能的影響，從細胞水平到分子水平探討濕、熱處理永久固定塑性變形的作用機理(Higashiharaetal.， 2000； 2003； 2004)。

3.1 熱處理固定

熱處理是最早使用的非常有效的塑性變形固定方法。Stamm等(1937)就開始熱處理固定塑性變形研究，發現將壓縮木材在保持變形狀態下繼續進行高溫熱處理后，木材平衡含水率降低，尺寸穩定性提高，推測是由于熱處理導致相鄰纖維素分子的羥基發生脫水、縮合等分子間交聯反應；但進一步研究發現，將熱處理固定后的木材放入18%氫氧化鈉水溶液或吡啶溶液中，變形幾乎完全回復，由此否定了發生交聯反應的推測(Stamm， 1964)，認為尺寸穩定性提高是吸濕性高的半纖維素向吸濕性低的糠醛等轉化引起的，因為糠醛在水中不容易膨脹，但是在堿性水溶液和吡啶溶液中極易膨脹(Seborgetal.， 1953)。

綜上可知，熱處理溫度160 ℃時木材組分尤其是部分半纖維素發生分解，超過180 ℃分解加劇，此時木質素也發生降解，纖維素分子聚合程度提高(Dwiantoetal.， 1998)?；谀静臉藴驶瘧υ?60 ℃左右急劇降低(圖1)，且標準化殘余應力與變形回復率(set recovery, SR)之間幾乎是通過原點的極顯著線性相關關系(圖2)，推斷應力降低與變形固定機制關系極其密切。熱處理后再形成塑性變形不能充分固定的研究結果(Dwiantoetal.， 1997)進一步說明，只有在塑性變形狀態下進行熱處理，使分子鏈斷裂，有效釋放內應力，才能使變形得以固定。

圖1 熱處理下木材標準化應力與溫度的關系(Dwianto et al., 1998)

圖2 熱處理下標準化殘余應力與變形回復率的關系 (Dwianto et al., 1998)

3.2 飽和蒸汽處理固定

飽和蒸汽處理固定塑性變形的研究表明，木材內應力顯著下降的溫度在120 ℃左右(圖3)，隨著溫度升高，相對應力從0.65降至0.1以下?；跇藴驶瘹堄鄳εc變形回復率(SR)的關系不受溫度和時間影響(圖4)，Dwianto等(1999)認為從二者間曲線變化規律可獲得處理過程中分子結構和微觀構造信息。具體解釋為：SR>0.93，殘余應力降低是由于軟化壓縮時發生少量不可回復的細胞壁損傷； DR在0.93～0.60范圍內，半纖維素降解進程中溫度和時間的協同作用引起分子結構變化；DSR在0.60～0.20范圍內，殘余應力少量降低，DR卻顯著降低，該區域是變形固定的關鍵區域(Higashiharaetal.， 2000； Dwiantoetal.， 1999)，在該區域內，分子結構發生變化，即分子間因交聯反應和纖維素結晶度增加等形成了某種聚合結構(Dwiantoetal.， 1996； Tanahashietal.， 1989)，但Higashihara等(2000)從這部分變形在非水系的高極性二甲基亞砜(DMSO)等溶液中幾乎完全回復推斷，此時只是形成了某種臨時性聚合結構，并未因交聯反應或纖維素結晶度增加等形成永久性穩定結構； DR<0.20，不僅半纖維素，木質素也發生降解，但這部分變形在非水系溶液中不發生回復的比例也很小。

180 ℃飽和蒸汽處理和熱處理后木材化學成分和力學性能變化的研究表明，飽和蒸汽處理60 min，木材堿性抽提物含量顯著減少，質量損失率和熱水抽提物含量增加，屈服應力、抗彎強度和變形回復率降低與半纖維素減少趨勢一致。結合上述基于DMSO等高極性溶液中的回復試驗結果推斷，飽和蒸汽處理下塑性變形永久固定是由于半纖維素降解、溶脫釋放了木材內應力，且纖維素和木質素間形成了疏水性結構。熱處理720 min，隨著處理時間增加，木材堿性抽提物含量增加，α-纖維素含量降低，但屈服應力和抗彎強度未發生顯著降低，變形回復率降低與α-纖維素減少趨勢一致。由此推斷，熱處理下塑性變形永久固定是由于纖維素熱降解釋放了木材內應力，降低了塑性變形回復原狀的能力(Higashiharaetal.， 2004)。

圖3 飽和蒸汽處理下標準化應力與溫度的關系(Dwianto et al., 1999)

圖4 飽和蒸汽處理下標準化殘余應力與變形回復率的關系[根據Dwianto等(1999)中的圖繪制]

Navi等(2015)首次從半纖維素水解能角度對壓縮密實化變形固定給出解釋，即壓縮變形儲存的能量提供了半纖維素水解所需活化能。變形固定處理時間、變形固定過程需要釋放的活化能、環境相對濕度及由環境濕度和水的pH決定的系數間存在著如下關系：

t(T,h)=αeEA/RT。

(1)

式中t為變形固定處理時間；T為處理溫度；h為相對濕度；EA為變形固定過程中釋放的活化能； RT為實測溫度；α為熱處理過程中由環境濕度和水的pH決定的系數。

通過計算獲得變形固定過程需要釋放的活化能在98.5～118.4 kJ·mol-1之間，與相對濕度無關，該數值與Springer(1966)、Mittal等(2009)和Gréman等(2011)得出的用于水解木聚糖的活化能約118 kJ·mol-1是一致的。

綜合分析熱處理和飽和蒸汽處理永久固定塑性變形機理的研究結果認為，基質分子間的交聯反應形成穩定的結構， 分子鏈斷裂使微纖維和基質中應力松弛， 親水的細胞壁成分，特別是半纖維素形成聚合物阻止其再次發生水軟化，這3種基本機制的綜合作用是濕熱固定塑性變形的根本原因(Inoueetal.， 1993a； Itoetal.， 1998； Udakaetal.， 2005)。此后的多數研究引用了這些結果，以解釋熱處理降低回復率的機制(Gongetal.， 2010； Kutnaretal.， 2012； Laineetal.， 2016； Chenetal.， 2020； Gaoetal.， 2019)。

3.3 過熱蒸汽加壓熱處理固定

圖5 過熱蒸汽處理后夾層壓縮木材橫截面的SEM

圖6 過熱蒸汽處理對木材夾層壓縮固定的作用機理

4 存在的問題

熱處理、飽和蒸汽處理和過熱蒸汽加壓熱處理固定塑性變形機理研究，主要是以降低回復率為核心，通過分析處理溫度、時間和壓力對應力釋放、細胞壁構造、組分分子結構和化學性能的影響，從細胞水平到分子水平探討濕熱處理永久固定塑性變形的作用機理(Higashiharaetal.， 2000； 2003； 2004)，但由于這些研究缺乏永久固定與物理、力學性能變化的關聯性探討，結果很難在實際應用中發揮作用。

綜上分析濕熱處理固定塑性變形技術和機理研究進展認為，2005年后進入一個瓶頸期，以往研究實際上只局限在2個極端，一端是干燥狀態下依靠提高溫度和延長時間釋放木材內應力的熱處理，另一端是接近飽水狀態下依靠高溫高壓釋放木材內應力的飽和蒸汽處理。由于這些研究只關注塑性變形固定的最終條件，即通過長時間加熱或直接通入飽和蒸汽使木材內部溫度達到180 ℃，未考慮影響塑性變形固定和木材性能熱、質傳遞等重要的過程因素，因此并不能獲得最佳的塑性變形固定條件和方法。常壓熱處理過程中，濕熱不能迅速、均勻地由木材表面傳遞至中心部位，熱處理固定塑性變形時間長，必然會增加強度損失。同樣在180 ℃下固定塑性變形，熱處理和飽和蒸汽處理永久固定塑性變形時間分別為20 h和10 min，相差120倍，帶來的強度損失率分別為36%和5%，相差7倍以上，色差分別為29和12，相差2.5倍以上(Inoueetal.， 1993b)。

從處理方法、設備要求和處理效果看，熱處理雖然簡單易行，但永久固定與木材性能變化的相互制約問題嚴重。飽和蒸汽處理時間短，對木材性能影響小，但對設備和處理條件要求很高。飽和蒸汽處理至少要滿足以下條件：1) 可承受至少1 MPa以上壓力的耐壓容器； 2) 處理過程中木材始終處于夾持狀態； 3) 夾持裝置可耐受的負載不低于變形形成時的加載載荷，即3 MPa以上； 4) 可短時間內提供1 MPa以上蒸汽壓力的鍋爐。

從理論上分析，塑性變形的濕熱固定機理應該有3種作用，即有氧狀態下的氧化作用、有水狀態下的水解作用以及單純的熱作用，3種作用可以獨立存在，也可能同時存在，但是3種作用下應力釋放機理與木材性能變化間制約關系的研究報道很少。目前，雖然采用濕熱處理方法理論上已經實現塑性變形的永久固定，但這些技術并未實現產業化應用，究其原因主要在于塑性變形濕熱固定機理研究不全面，導致利用現有技術和方法固定塑性變形會降低木材性能，而且也未開發出適合產業化應用的設備。濕熱處理永久固定塑性變形過程中，應力釋放從過程到最終結果的完整理論和技術體系成為限制塑性改性技術產業化應用的瓶頸。

5 展望

木材壓縮密實化、木構件彎曲成型處理后，如何降低回彈率，如何使塑性變形得到永久固定，是木材壓縮和木構件彎曲成型加工技術的研究重點。與化學處理固定塑性變形相比，濕熱處理方法因綠色環保、低成本和工藝簡單等特點，更具有商業化應用優勢和前景。目前研究已經證實濕熱處理方法可以實現塑性變形的永久固定，說明該方向具有進一步深入研究的價值。

濕熱處理固定塑性變形存在的問題需要從濕熱源供給和木材自身特性2方面展開研究。木材屬于低導熱性能材料，多數木材氣干狀態下的導熱系數為0.1～0.2 W·m-1K-1，全干狀態下的導熱系數比氣干狀態還低0.03 W·m-1K-1左右。因此，加快熱傳遞速度，在短時間內使木材整體均勻加熱至永久固定所需溫度，是縮短塑性變形永久固定時間的有效途徑。木材自身特性是不可改變的，但是通過濕熱供給調控可有效改變濕熱傳遞速度。

從理論上分析，過熱蒸汽加壓熱處理可以兼顧水分和熱對木材內應力釋放的雙重作用， 蒸汽壓力不僅能夠加快熱、質在木材中的傳遞速度，而且能夠提高加熱過程中木材整體的濕熱均勻度和木材塑性變形永久固定效果。但要解決塑性變形的濕熱固定技術應用問題，需濕熱處理過程中從水分的作用、熱作用和氧化作用及其相互作用機理，熱、質傳遞規律，濕熱作用下木材內應力釋放的作用機制等方面開展深入研究。