木材软化处理与弯曲工艺浅析

摘 要：本文提出鉴于木材缺乏塑性的特点，软化处理可增加木材的塑性，使弯曲加工顺利，认识到软化处理是实木加压弯曲的关键环节。

关键词：木材；软化处理；弯曲

木材从力学角度上看是一种弹性材料，在结构上呈多孔状，木材的这个特性，可以使其弯曲。但是如果要攀得较小的弯曲曲率半径，应在弯曲之前对木材进行软化，增大木材的塑性。

1 木材顺纹压缩弯曲技术

木材顺纹压缩弯曲是先将木材进行软化处理，然后再进行顺纹弯曲。当水分进入木材细胞壁时，由于水是极性分子，可以与纤维素非结晶区中的羟基和半纤维素中羟基形成新的氢键，加大分子链之间的距离，即增大了自由体积，为分子的运动提供了空间。如果分子的振动不够，即使提供了足够的自由体积空间，也无法完全改变木材的软化条件，只有能量和水作为增塑剂一起作用于木材时，才能有效地使木材实现软化。

2 木材软化处理的方法与机理

2.1水热处理（蒸煮法） 水热处理（蒸煮法）软化木材，主要是利用水对纤维素的非结晶区、半纤维素和木素进行润胀，为分子剧烈运动提供自由体积空间，靠由外到里逐渐对木材进行传导加热，使分子获得足够的能量。

组成木材细胞壁的主要成分为：纤维素，半纤维素和木素。木材经水热处理后，一部分半纤维素易分解溶解成液态，纤维素无定型区分子链上的游离羟基吸附水分，使纤维素间隙中水膜增厚，分子间距离增大，吸引力减小，便于在外力作用下产生相对滑移。

木材膨胀形变是水进入到木材的非结晶区内，使木素、半纤维素和纤维素的非结晶区体积膨胀，增大自由体积空间，提高了木材的塑性。加热可以使非结晶区中的木素、纤维素和半纤维素分子能量加大。在水、热的作用下，纤维衰非结晶区湿胀，木素呈粘流态，半纤维素失去其联结作用，木材塑性加大。

水热处理方法有汽蒸和水煮两种，水煮方法会使木材含水串增高，弯曲后干燥时间延长。此外因细胞腔内自由水的存在，在弯曲过程中，易产生静压力而造成废品。目前生产中经常采用汽蒸，主要是饱和蒸汽蒸煮。汽蒸时间与弯曲方材的厚度、含水率、树种和要求的塑化程度有关。蒸煮不足则塑化不好，容易在剧烈弯曲程度下产生破坏；蒸煮过度则顺纹抗拉，使其顺纹抗压强度降低，方材将难以承受在弯曲过程中端面产生的压缩变形而被破坏。所用蒸煮设备应靠近曲木设备，每次蒸煮的木材数量不宜过多，以免表面过分冷却和蒸煮过度。放在蒸煮设备内的木方之间要留出6 mm～8 mm的间隙，使其均匀受热，缩短蒸煮时间，保证弯曲质量。蒸设备直径一般为250 mm～400 mm，不宜太大。锅的长度稍大于弯曲零件的长度。

2.2高频介质加热处理 在高频加热中，介质吸收电能而发热的能力与介质本身的热传导性无关，而是取决于介质本身的介电特性和电场的电参数，即与介质的损耗因素、电场强度的平方、电场频率成正比。高频电场强度越强、频率越高或介质的损耗因素越大，则极性分子（如水）运动的幅度和次数就越大，摩擦产生的热量也越多，加热和干燥的速度就越快。这是一种有效的软化方法，可以在方材弯曲后真接进入干燥定型工序。高频度加热的频率高于300MHz，弯曲木材，波导管谐振腔的电磁波辐射场照射。

木材软化时间随着功率密度、木材含水率和树种的不同面有很大差异。其中功率密度对软化时间影响最大，它直接决定了木材所得加热功率的大小。功率密度越大，木材加热越快，需要的软化时间就越短。

在木材加热至100℃之前，木材含水率的高低对其加热速度影响较大；木材加热至100℃之后，水分开始大量蒸发，随着加热时间的进一延续，三种不同初含水率的木材在升温速度上差异逐渐缩小。

此外，不同树种的木材，由于介电性质的差异，高频软时间也不同。与木材蒸煮法软化相比，高频软化对操作技术要求较高，对加热条件尤其是软化时间的控制要求严格，否则就难以保证软化质量。

3 实木弯曲的工艺

实木弯曲成型可以分成本个阶段：塑化（软化）、弯曲和定型（在模型框架中干燥冷却）。

木材首先需要刨成方材，然后精确地裁成弯曲长度。为达到可弯曲的性能，必须先将加工件进行软化，这表现为温度和湿度的影响。传统的软化方法是蒸煮法，把水分和热量当作木材的软化剂。一般将准备好的木材放在一定条件（压力、温度、湿度）的蒸汽中进行一段时间的软化，时间的长短与木材的初始含水率，树种和木材的厚度有关。木材弯曲最合适的含水率，是木材纤维饱和点的含水率为20%～30%，此时木材强度最小，可产生的变形最大。使用实木软化专用设备，可在较短的时间内以消耗较少的能量将木材转变为可以弯曲的状态。在弯曲时，将工件自由地放在金属薄板中，以扼制弯曲过程中工件外表的拉伸，进而被弯曲成—定的形状。在弯曲过程中，弯曲构件内部将形成张力，这种张力在以后的定型阶段将完全消除。此外.还要对工件进行降温处理，并消除弯曲工艺流程中必须的水分，最好的方法是将其放在低温干燥室中进行干燥，为了使工件保持需要的形状，应将工件夹在一个干燥架上。弯曲后，通过自然冷却可以明显减少内部应力，在含水率低于12%时，使弯曲成型的工件定型，它的形态在湿度增加时也不会发生明显的改变。上述工艺要求对于不同的树种存在很大的差别，总的来讲，针叶材不能进行很好的弯曲，而阔叶材如榆木、白腊木、山毛榉和胡桃揪等能被很好地弯曲。