什么是木材碳化？

木材碳化，又称木材高温热处理（Thermal Modification），是以水蒸气、惰性气体、油、水等为导热介质，在160～250℃温度下，对木材进行短期热解

木材碳化，又称木材高温热处理（Thermal Modification），是以水蒸气、惰性气体、油、水等为导热介质，在160～250℃温度下，对木材进行短期热解处理的一种环保型木材物理保护技术。高温下对木材的处理可以使得木材组分发生物理变化和化学变化，从而可以改善木材的尺寸稳定性、耐久性和颜色。热处理后木材性质的改变状况，很大程度上取决于木材树种的不同和工艺条件的差异。

近10年来，欧洲的荷兰、法国、德国和芬兰。已经实现了木材碳化技术的工业化应用。此外，日本、加拿大等国家和我国台湾地区，也对碳化木材进行了多方面的研究，并取得了一定成果。

木材碳化的原理

木材碳化主要作用于半纤维素、纤维素无定形区和连接纤维素与半纤维素的氢键。

比如我们将木材加热数小时至175℃左右，无氧状况，部分半纤维素会降解，羟基等亲水结构减少，木材对湿度的稳定性会增强；结晶比例增加，木材尺寸稳定性强度增强；木素网状体横向连接增加亦增强了木材的稳定性、强度；过程中产生的甲酸、乙酸、酚类化合物更是可以延缓腐化延长保存期限。

当然，具体工艺流程（温湿度曲线）每个生产商都有自己的标准，它需要多次试错与总结。

加热的温湿度和时间要非常精准：温度超过了纤维素、半纤维素的玻璃化后，时间一长，它们大量降解后极易出现强度下降等负面情况；同样，氢键的过量减少也将让整体强度降低。

碳化对木材性质的影响

1.密度降低

主要来源于半纤维素的部分损失。 大多数研究表明5- 8％的半纤维素的降解几乎不会牺牲结构强度。

2.强度增加

在适当的温度下进行碳化处理，木材的强度会增加，但是过量、过热的碳化会让强度下降。

3.水分含量降低

所有木材都会吸收大气中的水分，平衡含水率（EMC）与相对湿度和内部结构相关。 在碳化过程中由于羟基等亲水基团的部分损失，木材吸收水分的能力降低。

因此，碳化木材不仅在给定的相对湿度下具有更低的EMC，并且EMC随相对湿度升高的增量也会降低，故木材在体积上不易膨胀和收缩。

从上图表可以看出，碳化木材对湿度的敏感度明显降低，这给予了它更好的稳定度

碳化能够提高木材的尺寸稳定性，除去或缓释木材内应力，原因在于，半纤维素特别是多糖醛苷发生化学变化后，变成弱吸湿性单体；此外，纤维素分子链内羟基相互结合而构成氢键。

4.颜色加深

从上面的图中可以看出，随着碳化温度的升高，颜色越来越深。碳化木材颜色的变化，主要是由化合物变化，半纤维素、木素、某些抽提化合物的降解引起。

5.防腐能力提升

碳化提高木材防腐性能的可能原因是，碳化过程中，木材组分发生了改变，切断了菌类生存所需的营养物质来源；同时，含水率的降低抑制了菌类生长，使耐腐性得以提高。