一、木材热改性的原理

    木材由半纤维素、纤维素、木素和少量的抽提物组成。半纤维素的耐热性能较差，在高温作用下，它首先降解，生成游离醋酸，而释放的醋酸作为一种催化剂，又加速了半纤维素水解成糖类。故加热后，木材中半纤维素含量显著减少，且随着半纤维素的降解，吸湿性的羟基显著减少，从而木材的吸湿性降低，尺寸稳定性提高。此外，游离醋酸的生成，又使腐朽真菌喜爱的食物显著减少，因而从食物链上抑制了腐朽真菌的生长。

    纤维素是以结晶区和无定形区共存的长分子链结构。纤维素吸湿性的大小，取决于无定形区的大小及游离羟基的数量。木材加热时，游离醋酸的生成，又降解了无定形区中纤维素的微纤丝，使无定形区减少，使纤维素的结晶度和晶体尺寸增大，这也降低了木材的吸湿性，增加了尺寸稳定性。

    木材中含有的少量的抽提物是低分子物质，有树脂酸、萜类化合物、脂肪、蜡、单宁、酚类化合物等。木材加热时，大多数抽提物挥发，也使腐朽真菌的食物减少，从而提高了木材的耐腐性。此外，树脂等化合物的挥发，也改善了木材的油漆和胶合性能。

二、碳化木的性能特点

    碳化木是木材超高温热处理的改性产品，它与普通木材相比，有一系列的特点：

    1.吸湿性和吸水性显著降低。由于木材经超高温热处理后，吸湿性的游离羟基官能团大大减少，故木材的吸湿性约可降低51%。

    2.使用时平衡含水率显著降低，尺寸稳定性大幅度提高。由于木材的吸湿性降低，故在同样的空气状态下，碳化木的平衡含水率与常规木材相比，约可降低50%。尺寸稳定性通常是用木材的弦向或径向的湿胀性来表示的，由于碳化木的吸湿性显著降低，因此，其湿胀性也会相应地减少，故尺寸稳定性大幅度提高（约为42%）。

    3.生物耐腐性明显提高，由于炭化过程中木材的半纤维素降解，生成游离醋酸，又高温时木材的抽提物挥发，这些都切断了腐朽真菌的食物链，使碳化木的生物耐腐性提高。

    4.提提物的挥发，有利于木材的胶合和表面涂饰。

    5.木材的颜色美观、均匀、耐久，且可用于不同温度的“炭化”工艺，模拟名贵树种的颜色。

    6.木材的硬度和顺纹抗压强度提高。

    7.木材的弹性模量略有增加。

    8.木材的密度略有降低（约为3%）。

    9.木材的搞弯强度降低，但幅度不大。木材的强度与密度有很大关系，因碳化木密度降低，会引起强度降低；但碳化木吸湿性和平衡含水率降低。在同样的使用环境下，碳化木的含水率显著低于常规木材，木材的强度又随着吸着水含水率的降低而增加，故由于含水率降低而产生的强度补尝，最终使得碳化木抗弯强度的降低幅度不大（约为5%）。

    10.木材的脆性增加，冲击抗弯强度和剪切强度显著降低（前者降低约25%，后者降低约20%）。

三、碳化木的分类及对原材料的要求

   根据产品的性能及用途的不同，碳化木可分为室内用及室外用两大类。前者除了外观质量要求之外，主要的性能要求为尺寸稳定性，其木材弦向湿胀和干缩率要求为6—8%，其耐腐等级要求为Ⅲ级—稍耐腐；后者除了外观质量要求之外，主要的性能要求为生物耐久性，其耐腐等级要求为Ⅱ级—耐腐，另外，木材的弦向湿胀和干缩率要求为5—6%。

   欧洲制造碳化木的现用树种：主要为欧洲赤松（约占39%）、云杉（约占43%），其次为桦木（占8%）、白杨（5%），还有少量的落叶松、桤木、山毛榉等。

   现阶段中国制造碳化木的主要树种：樟子松、铁杉、杉木、白蜡木、柞木、枫桦、荷木、香樟、纤皮玉蕊等。

四、碳化木的用途

   用途可分为室内用和室外用两大类：

   1.室内主要用于：室内装饰、家具、门窗、壁板、地板、桑拿房木结构及地板等。特别是我国北方新型住宅建筑中，有越来越多的采暖地板，过去由于尺寸稳定性过不了关，不能采用实木地板，只能用强化地板或是多层实木复合地板，在地热的环境下，强化和复合地板胶层的甲醛释放，造成的室内空气污染，是个很棘手的问题。而碳化木尺寸稳定性好，可用于地热地板，且没有环境污染问题。

   2.室外主要用于：房屋外墙板、庭院家具、游乐场轻型木构件、露天地板或甲板、田园建筑小品等。由于碳化木脆性增大，故不推荐在重型木结构中使用。碳化木是一种新产品，在中国生产和推广的时间还不长，但由于它尺寸稳定性和耐腐性好，颜色美观、古朴典雅，且环境友好，不需添加任何化学药剂，故已受到消费者青睐。随着消费者对它的识识不断深化，相信碳化木会在国内外得到越来越广泛的推广应用。