实木层状压缩与整体压缩的区别及优势

基金项目：国家林业局林业科技成果国家级推广项目“实体木材层状压缩技术推广应用（[2017] 25号）”。

作者简介：黄荣凤（1963—），女，中国林科院木材工业研究所研究员。

研究背景

木材压缩技术最早出现于20世纪30年代的美国和德国，最初的压缩木用来替代金属材料，使用在军用飞机上，防止被雷达发现。直到90年代，以改善软质木材的性能、拓宽人工林木材的应用范围为目标的木材压缩技术研究，才受到世界各国学者和产业界的重视。

经过20多年的研究，木材压缩技术，特别是湿热软化的木材压缩技术，在木材软化、塑性变形、压缩木材的性能变化、压缩变形固定及其机理、压缩方式和压缩工艺等方面逐步完善，并形成了湿热软化处理后的原木整形压缩、锯材整体压缩、单板压缩、锯材表层压缩，以及高频加热软化和变形固定等压缩木加工技术体系，在木材工业界推广应用。但到目前为止，木材整体压缩技术并未实现工业化应用。

层状压缩是将木材的表层或者中间层进行压缩密实，形成压缩层和未压缩层同时存在的一种压缩技术。水热控制下的层状压缩方式是一种新型压缩方式，是利用木材的多孔性和各向异性的特点，通过工艺过程设计实现的。主要工艺流程包括：木材水热分布调控、热压过程及压力控制、压缩定型、压缩变形固定和压缩材水分平衡处理等工序。这种压缩方式不仅克服了单纯高温热软化表层压缩存在的压缩层厚度小，压缩断面密度呈线性梯度分布的缺点，而且由于压缩层形成的位置和厚度具有可控性，能够依据材料的要求，通过木材内部湿热分布的调控，形成“内强外弱”或“外强内弱”的效果（图1），增加材料硬度、强度和刚度等力学性能。

注：深色部分为压缩层。从左至右分别为表层压缩量5 mm、表层压缩量10 mm、中间层压缩量5 mm、中间层压缩量10 mm的压缩木和对照材

图1 表层压缩和中间层压缩木材实物照片

实木层状压缩与整体压缩的主要区别

图2 整体压缩后的压缩木材与压缩前木材的厚度对比

传统的整体压缩技术是通过增加压缩率，提高木材密度（图2），实现改善木材力学性能的目的。

低密度的日本柳杉，通过整体压缩，木材密度可提高到0.80 g/cm³以上，力学性能显著提高。以此研究结果为参考，我国主要人工林树种杨木、杉木和柳杉素材，密度分别约0.40、0.38和0.28 g/cm³，如果采用整体压缩方式提高硬度，为达到家具、地板等常用硬阔叶树木材的水平，则整体压缩率需要达到50%-140%，不仅增加了制造成本，而且由于压缩应力大，压缩变形很难固定。虽然采用饱和蒸汽压力方式可以实现压缩变形的永久固定，但由于设备成本和生产成本高，亦很难实现工业化应用。

实木层状压缩，是通过水热分布调控，仅将需要压缩增强的层面或者部位进行压缩，其余部分几乎不压缩，实现了木材的选择性定向压缩，通过控制压缩量，实现木材力学性能的改善。

以杨木为例，上下表层合计压缩5 mm计，换算成压缩率为20%，就可以在板材的上下表层分别形成一个厚度2 mm以上、平均密度0.80 g/cm³以上的压缩层（图3）；以表层压缩层厚度2 mm的杨木板材加工的实木地板，硬度可以达到3H以上。

3 层状压缩后的压缩木材与压缩前木材的厚度对比

层状压缩过程由于压缩量小，所需压力仅为整体压缩的50%左右，经过热蒸汽加压热处理后，压缩变形回弹率降低至1.50%以下。

的内容，

实木层状压缩的优势

实木层状压缩方式实现了压缩密实化的可选择性和定向性，在材料使用性能达到产品要求的前提下，能够最大限度地降低压缩率，有效节约木材，降低压缩木制造成本。表现在：

1）层状压缩技术在低压缩率下，能够显著提高木材的硬度和强度等性能，有效降低生产成本；

2）层状压缩所需压力小，压缩变形的回弹率低；

3）层状压缩是通过湿热调节实现的，加工成本主要包括热量消耗和人工成本，生产过程简单，成本低，绿色环保；

4）产品具有轻质、高表面硬度、高强度的特性。用表层压缩木材加工的实木地板，由于表层密度高，中心层密度低，使地板富有弹性，脚感更柔和舒适；

5）树种适应性广。密度低于0.7 g/cm³的所有针阔叶材树种都可以采用层状压缩技术压缩增强。

注：从左至右为柳杉、杉木、樟子松、杨木、坎诺漆、奥古曼。

图4 不同树种的压缩木

经过多年的基础研究和生产实验，实木层状压缩技术已经形成了系列专利技术（zl201010522617.1，zl201310044738.3，zl201020580419.6，zl201720651024.2）和产品，知识产权体系比较完整，并在两家企业成功地完成了年产10万㎡和年产40万㎡的生产试验，技术成熟度高，为技术推广和应用已进行了比较充分的前期研究和生产实践。

实木层状压缩技术是一种在无任何化学药剂添加情况下的木材改性技术，能够提升低密度人工林木材的品质，使其达到家具、地板等木制品加工对高品质实木板材的要求，为低密度木材利用开辟新径，在木制品加工产业具有广泛的应用前景。