在冷却阶段保持压力是永久固定木材密度的决定性因素。当实验室液压机压缩木材时，它会机械地变形细胞结构以提高密度和强度。如果在样品冷却到低于水的沸点之前释放压力，材料将发生“回弹”，恢复到其原始厚度，从而抵消该过程的益处。
冷却阶段并非被动过程；它是将木材的几何形状固定到位的积极机制。通过在材料压缩至低于 100°C 时保持压力，压机固化了塌陷的细胞壁，确保致密化是永久性的而非暂时的。
结构固化的力学原理
细胞结构的塌陷
液压机的首要目标是实现径向压缩，通常将木材厚度减小 10% 至 50%。
这种机械力会导致木材细胞的内部腔体塌陷。其结果是材料整体密度显著增加，这是提高抗弯强度和硬度的基础。
木质素塑化的作用
在加热阶段（通常在 170°C 至 200°C 之间），木材的木质素等成分会软化并变得柔韧。
这种“塑化”状态使木材能够被压缩而不会断裂。然而，当木材处于高温状态时，这种变形仍然是不稳定且可逆的。
防止弹性恢复
木材具有天然的“形状记忆”或弹性恢复能力。
如果在木材仍然很热且木质素柔软时移除液压，内部应力会迫使纤维回弹。这将导致已实现的密度立即损失，并恢复到原始尺寸。
为何在压力下冷却至关重要
“锁定”温度阈值
主要参考标准规定，必须保持压力直至温度降至水的沸点以下。
跨越此热阈值可确保木材内的水分在释放压力时不会迅速汽化和膨胀。这可以防止内部蒸汽压力将层压板吹开或引起表面缺陷。
稳定粘弹性张力
持续的保压时间允许纤维内的粘弹性张力得到释放。
在温度下降期间保持恒定力（例如，4 N/mm²），压机迫使木材完成其变形稳定。这有效地消除了导致体积回弹的残余应力。
确保尺寸耐久性
最终产品在后续暴露于湿气时抵抗膨胀的能力在此阶段确定。
冷却过程中的正确固定会形成稳定的交叉层压木材 (CLT) 组件。没有这一步骤，木材仍然容易发生显著的厚度膨胀，从而使致密化过程对于结构应用毫无用处。
应避免的常见陷阱
过早释放压力
在样品中心达到目标冷却温度之前释放液压是导致最常见错误的因素。
这会导致立即回弹，厚度不受控制地增加。它会损害机械性能，特别是降低了该工艺旨在产生的硬度和抗应力能力。
过热和化学降解
虽然热量对于软化木材是必需的，但过高的温度或过长的加热时间会降解纤维素和木质素。
需要精确的温度控制才能达到最佳塑化状态，而不会燃烧化学键。过度降解会导致产品变脆，虽然密度高但缺乏抗剪强度。
为您的目标做出正确选择
为了在实验室液压机上获得一致的结果，请将您的工艺参数与您的特定材料目标相匹配：
- 如果您的主要关注点是尺寸稳定性：在释放任何液压之前，确保冷却循环持续到样品核心温度远低于 100°C。
- 如果您的主要关注点是机械强度：优化压缩比（最高 50%），并严格控制加热温度，以防止纤维素纤维降解。
- 如果您的主要关注点是工艺效率：使用具有精确压力梯度控制的压机，在不引起冲击或翘曲的情况下管理从加热到冷却的过渡。
木材致密化的成功不在于您施加压力的力度，而在于您在冷却过程中控制压力释放的细致程度。
总结表：
| 工艺阶段 | 操作与机理 | 结果 |
|---|---|---|
| 加热阶段 | 木质素塑化（170°C-200°C） | 软化木材，使其变形而不破裂 |
| 压缩 | 径向厚度减小（10%-50%） | 塌陷细胞结构以增加密度 |
| 冷却阶段 | 在 100°C 以下保持压力 | 锁定几何形状并防止弹性回弹 |
| 最终状态 | 粘弹性张力释放 | 确保尺寸稳定性和耐久性 |
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参考文献
- S.C. Pradhan, Kevin Ragon. Influence of densification on structural performance and failure mode of cross-laminated timber under bending load. DOI: 10.15376/biores.19.2.2342-2352
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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