全 文 ：林业科技开发 2015 年第 29 卷第 5 期 73
图 9 干燥机实时能耗显示界面
3 结 论
1)节能监控系统结合了触摸屏技术，使得人机
界面更为友好，可以实现系统各初始参数随时修改设
定。并可对流量、温度、湿度、单板含水率进行实时可
视化监控与在线监测。此外，还可对流量、温度、湿度
变化曲线进行有效记录，为今后的研究提供数据基础。
2)本系统可实现各个子系统的联动和能源利用
效率实时监测，通过相应人机界面实现手 /自动控制
实时切换，操作简单，便于操作人员调试和控制，不仅
降低了生产成本，而且减少了人力资源。在监控人机
界面可以实时调整风机风量以及网带电机的运输速
度，在保证单板干燥质量的同时尽可能增加产量。
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(责任编辑 莫弦丰
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
)
doi:10． 13360 / j． issn． 1000－8101． 2015． 05． 019 中图分类号:TK6
热处理南洋楹木材的热重分析
洪欢1，关明杰1* ，田皓友2
(1．南京林业大学 国家林业局竹材工程研究中心，南京 210037;2． 江苏舜天利华木业有限公司)
摘 要:为考察热处理对南洋楹木材阻燃性能的影响，以过热蒸汽为传热介质和保护性气体，分别在温度为 160，
180 和 200 ℃，时间为 1，2 和 3 h的热处理条件下，对南洋楹木材进行高温热处理，并对经热处理的南洋楹木材和未
处理对照材进行物理性能测定和热重分析。结果表明，热处理不但降低了木材的含水率，而且还降低了木材的密
度;经热处理后，木材的质量损失率变低，说明热处理能改善南洋楹木材的阻燃性能。在相同热处理温度条件下，
热处理时间对质量损失率影响不大;在相同热处理时间条件下，随着热处理温度的升高，质量损失率有所减小。和
延长热处理时间相比，提高热处理温度对增强木材阻燃性能的效果更为明显。
关键词:南洋楹木材;热处理;热重分析;阻燃性能
收稿日期:2015－01－16 修回日期:2015－03－01
基金项目:江苏省自然科学基金(BK2011822);江苏高校优势学科建
设工程资助项目(PAPD)。
作者简介:洪欢(1990 －)，男，硕士生，研究方向为功能人造板。通信
作者:关明杰，女，副教授。E-mail:mingjieguan@ 126． com
Thermogravimetric analysis on heat-treated Albizzia falcata wood∥HONG Huan，GUAN Mingjie，TIAN Haoyou
Abstract:In order to investigate the effect of heat treatment on fire retarding property of Albizzia falcata wood，sample
boards were selected and treated at 160，180 or 200 ℃ for 1，2 or 3 h using superheated steam as heating medium and
shielding gas． Physical property tests and thermogravimetric (TG)analysis were carried out on the treated and control sam-
ples． The results showed that heat treatment reduced not only wood moisture content but also wood density． The heat － trea-
ted wood exhibited less mass loss，which implied that heat treatment could improve the fire retardance of A． falcata wood．
Under the same treating temperature condition，the treating time showed limited influence on the mass loss rate． For the
same treating time，higher treating temperature resulted in less mass loss，indicating that higher treating temperature could
improve fire retarding properties of A． falcata wood more
significantly than prolonged treating time．
Key words:Albizzia falcata wood;heat treatment;thermo-
gravimetric analysis;fire retarding property
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 林产加工与利用
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First author’s address:Bamboo Engineering Ｒesearch and Development Centre of Stafe Forestry Administration，Nanjing
Forestry University，Nanjing 210037，China
南洋楹是热带地区著名速生优良树种，具有材质
均匀、材性稳定、易干燥等优点。南洋楹木材弹性模
量(约为 7． 5 GPa)较低，刚性较差，强度较低，质软而
轻(密度约为 0． 35 g /cm3)，不适合作承重构件，但其
加工性能良好，可用作民用家具材［1－2］。目前，我国
进口的南洋楹板材主要用于制作高档实木复合门板
的芯板，这种门板需要满足建筑材料阻燃防火性能的
要求。因此，提高板材的阻燃性能对于推广南洋楹复
合门板具有十分重要的意义。
常用的木材阻燃方法主要有化学和物理法。化
学法以阻燃药剂处理木材为主，是目前研究最多的阻
燃处理方法［3－5］，物理法目前主要是将木材和不燃或
难燃材料复合成板材以达到阻燃效果［6］。热分析法
为研究木材及木质人造板的阻燃机理和评价阻燃性
能提供了有效的手段［7］。
热分析法包括热重分析(TG)、差示扫描量热法
(DSC)、差热分析(DTA)以及热机械分析法等［8－10］。
热处理主要用于提高木材防腐性，热处理后的木材药
剂残留量较少，环境污染少，是当前绿色环保产品研
究的热点［11］。热处理是对木材进行高温处理，木材
性质会发生一定的变化。前人研究大多集中在热处
理工艺和热处理后的物理化学性能上［12－16］，而有关
热处理木材阻燃性能的研究鲜见报道。
笔者采用过热蒸汽为加热介质和保护气体对南
洋楹木材进行热处理，并测定热处理材的物理性能，
采用热重分析仪研究热处理材的热解性能，以期为改
善木材阻燃性能提供理论依据并拓宽木材阻燃手段。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
南洋楹木材，取自江苏舜天利华木业有限公司，
密度 0． 3 g /cm3 左右，含水率约为 8． 5%。
1． 2 试材热处理
热处理设备选用 THX－3 型木材炭化箱，辅助设
备为 DZG－4． 5E型电加热蒸汽锅炉。
根据已有的相关文献［12］，热处理温度不能过低，
也不能过高，一般取 160 ～ 240 ℃。本试验以 160，
180 和 200 ℃3 个温度梯度在炭化箱内对试材进行热
处理，热处理的时间分别设为 1，2 和 3 h。待炭化箱
内温度降至 40 ～ 60 ℃后将试材取出。
1． 3 物理性能测试
热处理结束后，将热处理材置于恒温恒湿箱中
调制至平衡状态。分别参照 GB /T 1931 —2009《木
材含水率测定方法》和 GB /T 1933—2009《木材密度
测定方法》测定木材的含水率和气干密度，并按如下
公式计算热处理后的木材质量损失率:Δm =(m1 －
m2)/m1 ×100%。式中，m1 为热处理前气干状态下的
试材质量，m2 为热处理后气干状态下的试材质量。
1． 4 热重分析测试方法
选用德国 NETZSCH公司的 TG 209 F3 Tarsus热
重分析仪。热重分析材料为 9 种不同热处理条件下
的南洋楹木材和未处理对照材。将试材用手工钢锯
制成粉末，将过 0． 25 mm 筛的粉末用于热重分析试
验。热重试验以氮气保护气，保护气流量 20 mL /
min，吹扫气流量 30 mL /min，升温速度 15 ℃ /min，热
解温度范围 35 ～ 800 ℃。
2 结果与分析
2． 1 物理性能分析
表 1 为热处理材及对照材的物理性能，热处理降
低了木材的含水率，而且热处理温度越高，热处理时
间越长，木材的含水率越低。这是因为木材中存在的
水分可分为自由水、化学水和吸着水 3 部分，热处理
后自由水全部蒸发，部分化学水和吸着水被除去。
表 1 对照材及热处理材的物理性能
指 标 对照材
160 ℃ 180 ℃ 200 ℃
1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h
平衡含水率 /% 8． 80 6． 77 6． 49 6． 15 6． 02 5． 05 4． 67 4． 39 3． 97 3． 94
气干密度 /(g·cm －3) 0． 30 0． 27 0． 26 0． 25 0． 26 0． 25 0． 24 0． 23 0． 21 0． 19
质量损失率 /% － 10 13 16 13 16 20 23 30 36
热处理降低了木材的气干密度，且热处理温度越
高，热处理时间越长，木材的气干密度越低。热处理
温度的提高和热处理时间的延长都增大了木材的质
量损失率，主要是由于高温热处理过程中木材内部一
些成分发生了变化，少量纤维素和木质素参与化学
反应，部分抽提物挥发，部分半纤维素发生降解，致
使木材中的“实质”物质减少，最终导致木材密度的
降低。
林产加工与利用 欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗
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2． 2 热重分析
图 1 为不同热处理温度下的木材 TG 曲线，表 2
为热处理材及对照材的热解质量损失率。由图 1 可
以看出，样品热解曲线比较接近，曲线主要可以分成
3 个温度区间:35 ～ 250，250 ～ 375 和 375 ～ 800 ℃。
在 35 ～ 250 ℃时，样品热分解速度缓慢，木材在 35 ～
120 ℃阶段处于部分热降解及水分蒸发状态，蒸发的
水分包括自由水、分子中的结晶水及物理吸附水［17］。
半纤维素发生剧烈降解的温度范围是 225 ～ 325
℃［18］，随着温度的继续升高，木材内部开始发生热降
解反应。在温度达到 200 ℃之前半纤维素基本不发
生降解，在 200 ～ 250 ℃温度范围内只有少量半纤维
素发生轻微的热降解反应，木材在此阶段的质量损失
率较小。由图 1 中的曲线及表 2 中的 35 ～ 250 ℃温
度区间段数据可知，此阶段热处理材的质量损失率都
小于对照材，主要原因是热处理降低了木材的含水
率，导致热处理材失水量变少。样品在 250 ～ 375 ℃
温度范围内热解较为迅速，其中，木质素的分解温度
在 250 ～ 500 ℃左右，纤维素则在 325 ～ 375 ℃阶段逐
渐分解［18］，而在 250 ～ 375 ℃阶段纤维素分解速度加
快，同时，木质素、半纤维素也在分解，因此，这段曲线
斜率最大。在 375 ～ 800 ℃阶段，热分解又变缓，此阶
段部分木质素和少量纤维素继续分解。
由表 2 可知，热处理材最终质量损失率基本都低
于对照材。这是因为热处理材的含水率和“实质”物
质含量都小于对照材，且由表 1 可知，热处理后的木
材已产生失重，使得热处理材在热重燃烧试验过程中
可燃烧物质和可挥发成分变少，木材的质量损失率变
小，最终的成炭率变高，成炭量增加，木材挥发物减
少，炭化程度变高。通常，有焰燃烧对火势的蔓延起
着决定性的作用，因此，可以通过增加成炭量而减少
可燃性挥发物的生成，在一定程度上抑制有焰燃烧。
阻燃的成炭量增加理论认为:产炭量可作为阻燃效果
的评价标准，产炭量越高，木材的阻燃效果越好［19］。
图 1 不同热处理温度下的木材 TG曲线
表 2 对照材及不同热处理温度木材的热解质量损失率
温度范围 /
℃
热解质量损失率 /%
对照材
160 ℃ 180 ℃ 200 ℃
1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h 1 h 2 h 3 h
35 ～ 250 10． 33 8． 32 6． 81 7． 70 7． 10 6． 94 6． 10 7． 26 6． 50 5． 67
250 ～ 375 58． 65 62． 66 60． 80 58． 20 62． 51 62． 41 62． 45 59． 57 56． 20 57． 76
375 ～ 797 22． 54 15． 73 18． 21 20． 86 16． 10 16． 48 16． 72 17． 88 22． 96 20． 80
35 ～ 797 91． 52 86． 71 85． 82 86． 76 85． 71 85． 87 85． 27 84． 71 85． 66 84． 23
2． 3 热处理温度及处理时间对热重分析的影响
表 2 可知:相同热处理温度下，热处理时间的不
同对木材最终质量损失率的影响不大;相同热处理时
间条件下，热处理温度的提高对热处理材的最终质量
损失率影响也不大，但有下降趋势。表 3 为热处理条
件对木材阻燃性能的评价方案与结果分析，可以看
出，热处理温度所对应的极差 Ｒ 大于热处理时间，说
明提高热处理温度比延长热处理时间对增强木材阻
燃性能的效果更为明显。
表 3 热处理条件对木材阻燃性能评价方案与结果分析
试验号 热处理温度 /℃ 热处理时间 /h 质量损失率 /%
1 160 1 86． 71
2 160 2 85． 82
3 160 3 86． 76
4 180 1 85． 71
5 180 2 85． 87
6 180 3 85． 27
7 200 1 84． 71
8 200 2 85． 66
9 200 3 84． 23
K1 86． 43 85． 71
K2 85． 62 85． 78
K3 84． 87 85． 42
极差 Ｒ 1． 56 0． 36
欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗欗 林产加工与利用
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图 2 为不同热处理温度下的木材 DTG 曲线，可
以看出，热处理材的最大质量损失速率及其对应的温
度均大于对照材，对照材最大质量损失速率对应的温
度为 350． 49 ℃。160 ℃热处理材 1，2，3 h 的最大质
量损失速率对应的温度分别为 353． 94，364． 72 和
371． 81 ℃;180 ℃热处理材 1，2，3 h的最大质量损失
速率对应的温度分别为 357． 59，357． 64 和 364． 79
℃;200 ℃热处理材 1，2，3 h 的最大质量损失速率对
应的温度分别为 364． 69，357． 60 和 364． 68 ℃。与对
照材相比，热处理材的最大质量损失速率对应的温度
都有所升高，说明热处理材延迟了达到最大质量损失
速率的时间，为火灾救生提供了宝贵时间。
图 2 不同热处理温度下的木材 DTG曲线
3 结 论
1)热处理不仅降低了木材的含水率，而且使木
材的“实质”物质减少，降低了木材的密度。
2)与对照材相比，热处理材的最终质量损失率
均有所减小，即热处理材成炭率变高，说明热处理增
强了木材的阻燃性能。
3)热处理时间对于处理材的最终质量损失率影
响不大，随着热处理温度的提高，热处理材的最终质
量损失率有所降低，说明延长热处理时间对于增强木
材的阻燃性能几乎没有影响，而提高热处理温度在一
定程度上可增强木材的阻燃性能。
4)与对照材相比，热处理材的最大质量损失速率
对应的温度都有所升高，说明热处理材延迟了达到最
大质量损失速率的时间，为火灾救生提供了宝贵时间。
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(责任编辑 莫弦丰)
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