Термическая обработка ✔ стали ✔ металлов ✔ виды ✔ свойства.

Что такое термообработка и зачем она нужна?

Термическая обработка (термообработка, ТО) — процесс тепловой обработки изделий из металлов и сплавов с целью изменения их структуры и свойств в заданном направлении, заключающийся в нагреве с заданной скоростью до определенной температуры, выдержке в течение определённого времени и последующем охлаждении с заданной скоростью до более низкой температуры.

Задача термообработки — путем нагрева и охлаждения вызвать необратимое изменение свойств вследствие необратимого изменения структуры. Термообработка является одним из важнейших этапов технологического процесса производства металлических изделий. Это одна из самых ответственных и, несмотря на кажущуюся простоту, одна из самых сложных и браконосных операций при изготовлении металлической продукции.

Термообработку применяют как промежуточную операцию для улучшения технологических свойств (обрабатываемости давлением, резанием и др. ) и как окончательную операцию для придания металлу или сплаву такого комплекса механических (а в ряде случаев и физико-химических свойств), который обеспечивает необходимые эксплуатационные характеристики изделия.

Без термообработки невозможно обеспечить достижение надлежащих эксплуатационных характеристик — достаточно сказать, что стандартная для большинства инструментов термообработка (закалка с низким отпуском) повышает твердость и прочность изделий в 3-4 раза!

Еще сложнее обстоит дело с износостойкостью: даже детали, термообработанные по разным режимам на одинаковую твердость и прочность, могут различаться по износостойкости в 1,5-3 раза из-за различий в микроструктуре (по этой причине для ответственных деталей в чертежах оговариваются требования не только к механическим свойствам, но и к микроструктуре).

По указанным причинам термообработка является важнейшим процессом при изготовлении ответственных металлических изделий.

Основные типы термообработки

Термическая обработка подразделяется на три основных типа: собственно термическую (ТО), химико-термическую (ХТО) и деформационно-термическую.

• Собственно термическая обработка предусматривает только температурно-временное воздействие на металл или сплав.
• В том случае, когда при термообработке целенаправленно изменяется химический состав поверхностных слоев металла (сплава), то такая обработка называется химико-термической.
• А если наряду с термическим производится еще и деформационное воздействие, приводящее к в изменению структуры, то такая обработка называется деформационно-термической (её виды: термомеханическая — ТМО, механотермическая — МТО и др.). На рис. 1 приведена краткая классификационная схема основных видов термической обработки металлов и сплавов.

Виды и особенности собственно термической обработки

Собственно термическая обработка включает в себя следующие основные виды:

• Отжиг 1-го рода
• Отжиг 2-го рода
• Закалку с полиморфным превращением
• Закалку без полиморфного превращения
• Отпуск
• Старение

Их используют как для сталей, так и для цветных металлов и сплавов. Каждый из этих видов термообработки подразделяют на разновидности, специфические для различных сплавов.

Особенности отжига I рода

Отжиг I рода — нагрев до определённой температуры металла или сплава, находящегося в нестабильном состоянии в результате предшествовавшей обработки, с целью приведения его в более стабильное состояние — например, для гомогенизации, снятия внутренних напряжений, рекристаллизации.

Основные его подвиды: гомогенизирующий отжиг, релаксационный отжиг (он же — отжиг для снятия внутренних напряжений), дорекристаллизационный отжиг, рекристаллизационный отжиг.

В ООО «Технопарк Импульс» из указанных подвидов применяется главным образом релаксационный отжиг I рода с целью снятия напряжений после электросварки и после некоторых операций механической обработки (шлифовки, полировки) — этот вид отжига.

Особенности отжига II рода

Отжиг II рода (или фазовая перекристаллизация) — нагрев выше температуры полиморфного превращения с последующим непрерывным (неизотермическим) или ступенчатым (изотермическим) охлаждением для получения стабильного структурного состояния сплава.

Обязательным условием неизотермического отжига является достаточно медленное охлаждение, тогда как при изотермическом отжиге это условие необязательно.

Напротив, в ряде случаев рекомендовано максимально быстрое охлаждение металла до температуры изотермической выдержки (например, такой вид отжига, как патентирование, предусматривает максимально быстрое охлаждение до температуры, при которой скорость полиморфного превращения максимальна, с последующей изотермической выдержкой при данной температуре).

Разновидностью полного неизотермического отжига II рода является нормализация (охлаждение на спокойном воздухе). В ООО «Технопарк Импульс» для ответственных изделий из доэвтектоидных сталей в качестве предварительной термообработки (перед последующей закалкой) применяется преимущественно изотермический отжиг (либо нормализация с последующим высоким отпуском, которая приводит к получению почти такой же структуры), а для ответственных изделий из заэвтектоидных сталей — сфероидизирующий отжиг.

Для менее ответственных изделий из доэвтектоидных сталей применяется преимущественно неизотермический отжиг (преимущественно с целью улучшения обрабатываемости при последующей механической обработке).

Особенности закалки с полиморфным превращением

Закалка с полиморфным превращением — нагрев выше температуры поли¬морфного превращения с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния (в ряде случаев — фиксации устойчивого высокотемпературного состояния).

Закалка с полиморфным превращением применяется для подавляющего большинства марок стали. В результате закалки происходят т.н. мартенситное и/или бейнитное превращения.

Мартенситное превращение (МП) — полиморфное превращение, при котором структурный переход высокотемпературной фазы с гранецентрированной кубической (ГЦК) решеткой (аустенита) в низкотемпературную фазу с объемноцентрированной кубической (ОЦК) решёткой (мартенсит) происходит путём их упорядоченного перемещения, причем относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с межатомным расстоянием.

Мартенситное превращение протекает в определённом интервале температур, зависящем преимущественно от состава стали или сплава (температура начала мартенситного превращения обозначается как МН, а температура конца мартенситного превращения — как МК).

Бейнитное (промежуточное) превращение (БП) — полиморфное превращение, протекающее выше температуры начала мартенситного превращения МН, при котором изменение взаимного расположения атомов кристалла из ГЦК-фазы в ОЦК-фазу (бейнит) происходит посредством преобразования сдвига.

Бейнит, при сопоставимых с мартенситом твердости и прочности, обладает гораздо более высокой ударной вязкостью, поэтому для многих изделий, где требуется сочетание высоких прочности и пластичности, получение данной структуры является предпочтительным.

До недавнего времени о мартенситном и бейнитном превращениях говорили только применительно к сталям, однако в последние десятилетия обнаружено существование мартенситного превращения в некоторых сплавах на основе титана, никеля и др. цветных металлов.

Виды закалки с полиморфным превращением

В промышленности применяются следующие виды закалки с полиморфным превращением:

• Закалка с непрерывным охлаждением в одной среде (воде, водных растворах полимеров либо неорганических солей, в масле).
  
  Это самый простой и распространённый вид закалки, но он часто сопряжен либо с получением пониженных механических свойств (как правило, при закалке в масле или растворах полимеров), либо с повышенными значениями закалочных деформаций и риском образования закалочных трещин (как правило, при закалке в воде и водных растворах неорганических солей).

  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс», как правило, применяется только непрерывная закалка в масле и реже — в растворах полимеров, причем преимущественно для изделий небольшого сечения.

• Прерывистая закалка (закалка в двух средах) с быстрым охлаждением (в воде) до температур выше МН и последующим более медленным охлаждением (в масле или на воздухе) в интервале МН — МК. Главную сложность представляет собой точный подбор времени выдержки в каждой из сред (особенно для изделий переменного сечения).
  
  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс» прерывистая закалка (через воду в масло) как правило, применяется только для изделий сравнительно простой формы, причём время выдержки в каждой из сред высчитывается для каждого изделия индивидуально и использованием специализированной программы.
• Закалка с самоотпуском заключается в том, что изделие погружается в закалочную среду на ограниченное время с таким расчётом, чтобы температура поверхности была существенно ниже МН, а температура сердцевины — выше МН, за счёт чего после извлечения изделия из закалочного бака произошло выравнивание температуры по сечению изделия, приводящее к самоотпуску поверхностных слоёв изделия.

  Данный способ закалки резко снижает закалочные напряжения и тем самым уменьшает значения закалочных деформаций и риск образования закалочных трещин. Главную сложность представляет собой точный подбор времени выдержки в каждой из сред (особенно для изделий переменного сечения).

  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс» закалка с самоотпуском (с охлаждением в растворе полимера) как правило, применяется только для изделий сравнительно простой формы, причём время выдержки в каждой из сред высчитывается для каждого изделия индивидуально и использованием специализированной программы, а температура самоотпуска контролируется пирометром, и в случае превышения заданной температуры изделие повторно погружается в закалочный бак (при этом закалка через воду в масло преимущественно применяется для изделий среднего размера, а закалка с самоотпуском — для крупногабаритных изделий).

• Закалка купанием отличается от закалки с самоотпуском тем, что изделие погружается в закалочную среду на ограниченное время и затем выносится на воздух для выравнивания температуры по сечению не один раз, а неоднократно. Главную сложность представляет собой точный подбор времени выдержки в каждой из сред (особенно для изделий переменного сечения).

  По этой причине в ООО «Технопарк Импульс» закалка купанием, применяется только для крупногабаритных и ответственных изделий, для которых особенно велик риск образования закалочных трещин, причём контроль температуры изделия с помощью пирометра проводится при каждом вынимании изделии из закалочного бака.

• Ступенчатая закалка с охлаждением в горячей среде с температурой немного выше МН (как правило, расплаве селитры либо щелочи) с кратковременной (во избежание бейнитного превращения аустенита) выдержкой для выравнивания температуры по сечению и последующим охлаждением на воздухе.

  Данный способ закалки обеспечивает минимизацию закалочных деформаций и уменьшение внутренних напряжений почти до нуля, но применяется в ООО «Технопарк Импульс» только для изделий небольшого размера либо из сталей высокой прокаливаемости, поскольку скорость охлаждения в расплаве селитры не выше, чем в масле.

• Изотермическая закалка проводится по той же схеме, что и ступенчатая — с единственным различием, что выдержка в горячей среде проводится значительно дольше для обеспечения бейнитного превращения аустенита.
• Q-M-B закалка (двухступенчатая мартенситно-бейнитная) проводится по той же схеме, что и изотермическая — с тем отличием, что охлаждение производится в горячей среде с температурой на 10. ..90 оС ниже МН с целью образования в структуре изделия 15…50 % мартенсита, а затем переносится в горячую среду с температурой немного выше МН для обеспечения бейнитного превращения остаточного аустенита.

  Во многих случаях данная структура изделия является оптимальной, однако ввиду технической сложности (необходимости наличия двух закалочных ванн с разной температурой) данный способ закалки применяется только для самых ответственных изделий.

• Q-n-P закалка (закалка с перераспределением углерода) проводится по той же схеме, что и Q-M-B закалка — с тем отличием, что охлаждение производится в горячей среде с температурой на 80…120 оС ниже МН с целью образования в структуре изделия 75…80 % мартенсита.

  Затем процесс переносится в отпускную печь с температурой немного выше МН для обеспечения перераспределения углерода (из мартенсита в остаточный аустенит) и стабилизации остаточного аустенита и выдерживается в течение непродолжительного времени (5…30 минут).
  
  Важным преимуществом перед Q-M-B закалкой является возможность применения вместо расплавленной селитры горячего масла, а также существенное сокращение длительности производственного цикла.

  Перераспределение углерода при выдержке в отпускной печи обеспечивается только для кремнистых сталей, поэтому в ООО «Технопарк Импульс» Q-n-P закалка применяется ограниченно (только для изделий из сталей 30ХГСА, 6ХС и т.п. марок).

• Закалка с обработкой холодом (криогенная обработка) заключается в том, что после охлаждения стали до комнатной температуры производится ее дополнительное охлаждение до температур ниже 0 °С (по возможности — ниже МК).
  
  Данный способ термообработки применяется для высокоуглеродистых и/или высоколегированных сталей, у которых точка МК лежит значительно ниже нуля, с целью максимально полного превращения остаточного аустенита.

  В ООО «Технопарк Импульс» закалка с обработкой холодом (в жидком азоте либо смеси спирта с твердой углекислотой) применяется ограниченно (только для изделий из инструментальных сталей типа ХВГ и ШХ15, а также для особо ответственных цементированных изделий).

Различия между закалкой и отжигом

Принципиальное различие между закалкой и отжигом заключается в том, что для фиксации структурно-неустойчивого состояния охлаждение при закалке должно осуществляться со скоростью больше критической.

Критическая скорость закалки — минимальная скорость охлаждения, при которой подавляются диффузионные превращения, и аустенит превращается в мартенсит. Критическая скорость закалки зависит прежде всего от химического состава сплава и, в определенной степени, от температуры закалки.

Для некоторых высоколегированных сталей (например, быстрорежущих или цементированных) критическая скорость столь мала, что закалка протекает даже при охлаждении на спокойном воздухе — и в этом случае процесс именуется не нормализацией (которая является разновидностью отжига), а воздушной закалкой.

Отпуск в термообработке: особенности и виды

Отпуск — нагрев закаленного (с полиморфным превращением) сплава до температуры не выше точки полиморфного превращения для получения более термически стабильного состояния.

После закалки сталь приобретает структуру, состоящую из мартенсита и остаточного аустенита (в ряде случаев — также бейнита), которые являются неравновесными фазами и при последующем нагреве претерпевают превращения. Кроме того, в закаленных заэвтектоидных сталях присутствует вторичный цементит, который не испытывает превращений.

В термообработке выделяют три вида отпуска.

Низкий отпуск

Так называется процесс нагрева закаленной стали до 150 — 350 °С, при котором происходит выделение углерода из мартенсита (образование мартенсита отпуска), образование карбидной фазы (ε-карбида и/или цементита), превращение остаточного аустенита в нижний бейнит и частичное снятие внутренних напряжений.

Данный вид отпуска применяется для изделий, от которых требуется сохранение высокой твёрдости и прочности (в ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом для пик и бойков).

Средний отпуск

Это процесс нагрева закаленной стали до 350 — 500 °С, в результате которого происходит распад мартенсита на феррито-цементитную смесь (троостит отпуска) и более глубокое снятие внутренних напряжений.

Данный вид отпуска применяется для изделий, от которых требуется сохранение высокой прочности и упругости при наличии умеренной пластичности (в ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом для пальцев, стяжек и т. п. крепежа с классом прочности 10.9 и 12.9).

Высокий отпуск

Этот процесс подразумевает нагрев закаленной стали до 500 — 700 °С, который сопровождается распадом мартенсита на феррито-цементитную смесь (сорбит отпуска), дисперсионным твердением сталей, практичеки полным снятием внутренних напряжений.

Данный вид отпуска применяется для изделий, от которых требуется наличие высокой пластичности и ударной вязкости при сохранении сравнительно высокой прочности (в ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом для втулок, гильз и крепежа с классом прочности 8.8 и 9.8).

Особенности закалки без полиморфного превращения

Закалка без полиморфного превращения — нагрев до температур, вызывающих структурные изменения (чаще всего для растворения избыточной фазы) с последующим быстрым охлаждением для получения структурно-неустойчивого состояния — пересыщенного твердого раствора.

Закалка без полиморфного превращения применяется преимущественно для сплавов цветных металлов (алюминиевых, медных, никелевых, титановых и др. ) и лишь для немногих марок стали (преимущественно аустенитных — нержавеющих хромоникелевых типа Х18Н8 и износостойких высокомарганцевых типа 110Г13). В ООО «Технопарк Импульс» он применяется главным образом изделий из нержавеющих сталей типа Х18Н8, Х18Н10Т и т.п., а также изделий из медных и алюминиевых сплавов.

Старение в термообработке: что это и для чего?

Старение — нагрев или длительная выдержка при комнатной температуре — т.н. естественное старение, вызывающий превращения в закаленном без полиморфного превращения сплаве с целью либо упрочнения сплавов (за счёт дисперсионного твердения), либо разупрочнения (за счёт приближения сплава к более равновесному состоянию.

В ООО «Технопарк Импульс» такой способ применяется главным образом для изделий из медных и алюминиевых сплавов.

Что такое химико-термическая обработка?

Химико-термическая обработка (ХТО) заключается в сочетании термического и химического воздействия с целью изменения химического состава, структуры и свойств поверхностного слоя изделия.

Она включает диффузионное насыщение неметаллами (углеродом, азотом, бором, серой, кремнием и кислородом), диффузионное насыщение металлами (диффузионная металлизация — алюминием, хромом, бериллием, титаном, цинком, медью и др.), диффузионное удаление примесей (углерода, кислорода, водорода).

Диффузионное насыщение классифицируется по насыщающему элементу — углероду (цементация), азоту (азотирование), бору (борирование) и т.п. В ряде случаев применяется одновременное насыщение несколькими элементами (например, хромоалитирование — насыщение хромом и алюминием, цианирование и нитроцементация — насыщение углеродом и азотом). ХТО может применяться как окончательная или как предварительная операция перед последующей упрочняющей термической обработкой.

Как правило, скорость диффузии неметаллов существенно выше, чем металлов, поэтому в тех случаях, когда требуется получение достаточно толстых диффузионных слоёв, обычно используется насыщение неметаллами. По этой причине В ООО «Технопарк Импульс» применяются, главным образом, наиболее распространенные из методов ХТО — цементация, нитроцементация, азотирование и карбонитрация. Данные виды ХТО существенно повышают твердость, износостойкость и задиростойкость изделий.

Деформационно-термическая обработка: особенности и виды

Разные виды деформационно-термической обработки разделяются в за-висимости от характера фазовых превращений и способа деформации, причем существенное значение имеет, до или после деформации происходит превращение, а также выше или ниже температуры рекристаллизации производилась деформация.

Если фазовое превращение происходит до деформации, такой вид обработки именуется механотермической обработкой (МТО). Одним из наиболее распространённых видов МТО является холодное волочение проволоки после патентирования. В ООО «Технопарк Импульс» из методов МТО применяется преимущественно алмазное выглаживание.

Если же превращение происходит во время или после деформации, такой вид обработки именуется термомеханической обработкой (ТМО). В зависимости от температуры деформации, различают высокотемпературную ТМО (ВТМО), при которой деформация производится выше температуры полиморфного превращения, и низкотемпературную ТМО (НТМО).

При этом деформация производится ниже температуры полиморфного превращения, но выше температуры мартенситного превращения. В ООО «Технопарк Импульс» ТМО не применяется, поэтому нет смысла останавливаться на нем более подробно.

Вы можете задать специалистам компании Технопарк «Импульс» любой интересующий вас вопрос

Термообработка сварных швов и соединений: процесс выполнения

Различают три разновидности термической обработки деталей. Первая разновидность — это подготовка деталей перед сваркой. Некоторые конфигурации свариваемых изделий (например, трубы больших диаметров) требуют предварительного подогрева до 110 – 120 С0 непосредственно перед сваркой. К некоторым изделиям применяют определенные методы во время сварки. В этой статье мы расскажем, как проводится термообработка сварных швов уже готовых сваренных изделий.

1 / 1

Для чего нужна термообработка

В процессе сварки в металле свариваемых деталей происходят разнообразные процессы. Главные из которых это:

• 
  неравномерный прогрев и охлаждение различных зон;
• 
  фазовые преобразования в металле;
• 
  химическое взаимодействие с окружающим пространством.

Все эти процессы приводят к появлению местных напряжений, которые могут стать причиной возникновения трещин и, в тяжелых случаях, привести к полному разрушению изделия. От всех этих неприятностей поможет избавиться термообработка сварных соединений.

Виды обработки

Термообработка может производиться разными способами в различных режимах. В зависимости от химического состава и геометрических размеров изделия используют следующие виды термообработки.

Стабилизирующий отжиг

Изделие нагревается до температуры 970 градусов, и эта температура поддерживается в течение полутора часов. Далее происходит естественное охлаждение. Метод получил широкое распространение при термообработке высоколегированных сталей.

Термический отдых

Этот процесс предусматривает нагрев металла до 300 С⁰ с последующей выдержкой при этой температуре. Идеальное время выдержки два часа. Кроме снятия напряжения, этот способ снижает количество растворенного водорода в металле шва. Такой метод более всего может пригодиться для обработки изделий с толстыми стенками, где другие методы применить сложно.

Нормализация

Применяется при термической обработке труб малого диаметра. Такие трубы имеют тонкие стенки. В данном случае шов с участком трубы нагревают до 800 градусов и выдерживают около получаса. Таким образом, удается снять только часть напряжений, но это не главное. Главная цель этого вида обработки – придание металлу мелкозернистой однородной структуры.

Высокий отпуск

Подходит для сталей перлитного класса. Время обработки выбирается в пределах нескольких часов. Температуру нагрева доводят до 600 – 700 градусов. Такая обработка решает множество проблем для низколегированных сталей. Остаточное напряжение снимается практически полностью, исчезает закалочная структура.

Аустенизация

Самый высокотемпературный вид. Процессы идут при 1100 градусах в течение 120 – 180 минут. Далее проходит естественное остывание на воздухе. Применяется, в основном, на высоколегированных сталях, придавая им высокую пластичность при незначительных остаточных напряжениях.

Применение различных видов термообработки позволяет повысить прочность сварных швов, увеличить надежность изделий и значительно продлевает срок технической эксплуатации, способствуя повышению коррозионной стойкости металла.

Особенности процесса и применяемое оборудование

Термическая обработка швов требует различных технологий и оборудования. Существует три основных типа оборудования для термической обработки.

Радиационное оборудование — это наиболее простой, а значит, и самый распространенный вид оборудования. Нагрев изделия происходит за счет передачи тепла от нагретой нихромовой проволоки. Между проволокой и изделием прокладывают термостойкий электроизоляционный материал и постепенно увеличивают напряжение на нагревательном элементе (нихромовая проволока). Работа проходит намного быстрее, если нагревательная проволока уже изолирована, и нет необходимости каждый раз изолировать изделие.

Регулировка напряжения может осуществляться различными средствами: от простейших способов переключения отводов на обмотке понижающего трансформатора или устройства гасящих сопротивлений, до высокотехнологичных электронных преобразователей напряжения на тиристорах.

Газопламенное оборудование намного хлопотнее предыдущего вида. Согласитесь, что обеспечить подачу электрического питания намного проще, чем подачу газа. Такие же сложности с регулировкой процесса и контролем параметров. И еще проблематичнее выглядят возможности механизации или автоматизации термообработки сварных швов с применением газопламенного оборудования. Но есть у этого оборудования и одно неоспоримое преимущество – низкая стоимость работ. Это становится понятным при самом приближенном сравнении стоимости электроэнергии и газа.

Индукционные установки

Этот вид термообработки требует специального дорогостоящего оборудования и квалифицированного обслуживания. Промышленность выпускает как переносные индукционные установки, рассчитанные на обработку некрупных деталей в «полевых» условиях, так и многофункциональные гиганты, на основе которых создаются целые производственные участки.

На таких участках используют мощные индукционные установки, вырабатывающие высокочастотное напряжение. Это напряжение подаётся на провода, особым образом расположенные на обрабатываемом изделии. Протекающий в проводах ток, в свою очередь, вызывает появление токов в обрабатываемой детали, которые и разогревают её до нужной температуры.

Индукционные установки используются не только для термообработки сварных швов, но и для разогрева труб в процессе их изгибания. Таким образом, имеется возможность на одной промышленной линии осуществлять разогрев труб перед сваркой, непосредственно сварку труб и термообработку сварных швов. К этому участку обычно примыкает участок приварки фланцев и других деталей.

Необходимо отметить, что все эти процессы легко механизируются и автоматизируются. При наличии необходимого набора датчиков, компьютера и программного обеспечения можно создавать полностью автоматические производственные линии.

Термообработка изделий

Что такое термическая обработка стали

跳过内容

Термическая обработка стали

Существует три вида термической обработки стали. Например, общая термическая обработка, термическая обработка поверхности и химическая термическая обработка. По посреднику, температуре и способу охлаждения при термической обработке каждую классификацию можно разделить на несколько различных процессов термической обработки.

Термическая обработка стали в целом

Термическая обработка стальных отверстий с последующим охлаждением до нужной температуры. Это может изменить все механические свойства. Он включает отжиг, нормализацию, закалку, отпуск. А закалка и отпуск тесно связаны между собой. Люди всегда использовались вместе. Каждая их часть незаменима.

Отжиг

Нагрейте материал, чтобы он приобрел соответствующую температуру. В зависимости от размера и материала выбрать правильное время сохранения тепла. Затем дайте ему медленно остыть. Цель состоит в том, чтобы подготовить материал к закалке. Приведите внутреннюю структуру материала в равновесное состояние. Тогда он приобретет отличные технологические свойства.

Нормализация

Стальной образец нагревают до подходящей температуры и затем охлаждают на воздухе. Его влияние на материал такое же, как отжиг. Но полученная ткань более тонкая. Люди обычно используют его для улучшения характеристик свободной резки мягкой стали. А иногда используют его для окончательной термообработки материала более низкого запроса.

Закалка

Нагрейте стальной материал, чтобы получить нужную температуру и поддерживать ее. Затем сделайте быстрое охлаждение в веществе передатчика воды, масла, неорганических солей и т. д. После закалки стальной материал станет более твердым. Но при этом он становится ломким.

Закалка

Для снижения хрупкости стали. Сталь после закалки длительное время выдерживается в тепле при подходящей температуре выше комнатной и ниже 650°С, а затем охлаждается. Эти четыре шага разовьют различную термообработку в зависимости от температуры и способа охлаждения. Чтобы получить большую прочность и ударную вязкость, необходимо провести обработку, сочетающую закалку и высокотемпературный отпуск. Некоторые легированные стали после закалки образуют пересыщенный твердый раствор. Поставить на длительное время при комнатной температуре. Тогда его твердость, прочность, электрическая магнитность и т. д. улучшатся. Люди называют эту термическую обработку лечением старения.

Способ термомеханической обработки требует эффективного сочетания обработки давлением, деформации и термической обработки. Это заставит стальной материал получить хорошую твердость и ударную вязкость. Термообработку, проводимую в вакуумной атмосфере или в вакууме, называют вакуумной термообработкой. Он не только может предотвратить раскисление материала из легированной стали, но и не обезуглероживает. После обработки поверхность стали остается гладкой. Улучшение характеристик стали.

Термическая обработка поверхности

Это способ только термической обработки стальной поверхности, чтобы изменить ее механические свойства поверхности. Для того, чтобы просто обработать его поверхность без чрезмерного нагрева стали внутри. Необходимо использовать источник тепла с высокой плотностью энергии. Это может дать больше тепловой энергии стальному материалу на единицу площади. Заставьте поверхность стали быстро получить высокую температуру. Основными методами термической обработки поверхности являются закалка пламенем и индукционная термическая обработка. Оксиацетилен, этиленоксид и т. д. являются наиболее полезными источниками тепла.

Химическая термическая обработка

Изменение химического состава, структуры, свойств поверхности стального материала. Это может изменить химический состав поверхностного слоя стального материала. Это большая разница между химической термической обработкой и поверхностной термической обработкой. Способ химико-термической обработки заключается в нагревании материала в среде (газовой, жидкой, твердой), содержащей углерод, азот или другие легирующие элементы в течение длительного времени. Чтобы элементы углерода, азота, бора и хрома попали в его поверхностный слой. После этого также иногда требуются другие термические обработки, такие как закалка и отпуск. Науглероживание, азотирование являются основными методами химико-термической обработки.

Термическая обработка является одним из наиболее важных процессов при производстве деталей машин и форм. Он может контролировать все виды свойств стального материала. Такие как износостойкость, коррозионная стойкость, магнитные свойства и так далее. Используйте правильную термообработку зубчатого колеса, срок его службы будет больше, чем у обычных. Кстати, добавление некоторых легирующих элементов в низкокачественную углеродистую сталь позволило бы улучшить ее свойства. Тогда его можно использовать вместо какой-нибудь жаростойкой стали и нержавейки. И почти вся легированная сталь должна пройти термообработку перед использованием. Термическая обработка является одним из наиболее эффективных технологических приемов, позволяющих максимально улучшить потенциальные свойства стали. Цель термической обработки стали состоит в том, чтобы получить желаемую структуру и свойства. По-настоящему понять влияние термической обработки на свойства стали. Тогда сделать эффективный и правильный способ термообработки действительно важно.

Songshun Steel2020-10-10T04:02:43-04:00

Ссылка для загрузки страницы

Сравнение химических и микромеханических свойств Larix spp. после экологически чистой термической обработки, измеренной методом наноиндентирования на месте

Abstract

Термическая обработка — это экологичный, экологически чистый и мягкий процесс пиролиза, улучшающий размерную стабильность и долговечность древесины. В этом исследовании Larix spp. . Образцы нагревали при 180°С и 210°С в течение 6 ч с азотом, воздухом или маслом в качестве теплопроводных сред. Исследовано влияние высокотемпературной термообработки на микроструктуру, химический состав и микромеханические свойства. Скорость потери массы увеличивалась с повышением температуры, а деградация компонентов древесины приводила к образованию трещин в стенках клеток. Образцы, обработанные воздухом, показали большее количество трещин в стенках ячеек, чем наблюдалось в стенках ячеек древесины, обработанной другими теплопроводными средами. Твердость клеточных стенок увеличивалась после всех термообработок. Кроме того, результаты показали, что термическая обработка снижает ползучести по сравнению с необработанной древесиной.

Введение

Larix spp. ., привлекательный источник продукции из древесины в Китае, массово высаживается из-за его превосходной приспособляемости, быстрого роста и длительного цикла роста. Однако плохая размерная стабильность и долговечность этих видов сильно ограничивает область их применения ¹ . Недавно для решения этих проблем было применено несколько промышленных и экологически чистых процессов термообработки без добавления химических реагентов, включая Retification 9. 0051® , Thermowood ^® , Plato Wood ^® , OHT ^® и так далее ² . Равновесная влажность (ЕМС) и гигроскопичность древесины заметно снижались после термической обработки, что могло предотвратить ряд дефектов внешнего вида, таких как синева и белая гниль. Кроме того, после соответствующей термической обработки можно значительно повысить долговечность древесины, что, соответственно, продлит срок службы изделий из древесины ³ .

Термическая обработка, зеленый процесс, изменяет химический состав древесины посредством пиролиза гемицеллюлозы и части аморфной целлюлозы, испарения экстрактивных веществ и конденсации побочных продуктов ^4,5 . Эта процедура привела к более высокой степени кристалличности целлюлозы, меньшей гидрофильности, улучшению цвета, лучшей размерной стабильности и долговечности древесины ^6,7 . Механические свойства термообработанной древесины, включая прочность на сжатие, модуль упругости, модуль упругости, хрупкость, ударный изгиб и т. д., подробно описаны в ⁸ . Предыдущие исследования показали, что элементный состав (соотношение C/O или содержание C) является полезным маркером для прогнозирования уровня или степени термической обработки ^9,10 . Эти маркеры также могут быть эффективно использованы для прогнозирования стойкости к гниению и механических свойств термообработанной древесины. Кроме того, скорость потери массы также является важной характеристикой термообработки и является параметром, используемым для контроля качества ^11,12 . Массово доказано, что химические превращения соединений и экстрактивных веществ в клеточных стенках древесины вызываются термической обработкой ^13,14 . Эти преобразования в основном зависят от породы древесины, продолжительности обработки, температуры нагрева и т. д. ^15,16,17 .

Если для термической обработки древесины используется воздух в промышленных масштабах, неизбежны более низкое качество и более высокий риск возгорания. Термическая обработка маслом — это новый подход, используемый в коммерческих процессах модификации древесины, который требует крупных капиталовложений в оборудование, сложной технологии и большого расхода растительного масла ¹⁸ . Азот также используется в качестве теплоносителя для термической обработки; необходимое для этого оборудование требует хороших, газонепроницаемых уплотнений, а изделия обладают относительно большей хрупкостью, чем необработанная древесина ¹⁹ . В общем, выбор теплоносителя является основным технологическим условием технологии термообработки древесины и оказывает важное влияние на характеристики древесины. Однако публикаций о влиянии различных тепловых сред или атмосфер на свойства термообработанной древесины немного.

В масштабах макроструктуры и ультраструктуры механические свойства древесины существенно зависят от термической обработки. Основная цель данного исследования заключалась в изучении влияния различных теплоносителей, азота, масла и воздуха, на химический состав, структуру клеточных стенок и микромеханические свойства термически модифицированной древесины.

Экспериментальный

Материалы

Лиственница gmelinii (Rupr.) представляет собой плантационную лесную породу, в основном выращиваемую в северном Китае. 12-летний Larix был выбран из Харбина, провинция Хэйлунцзян, Китай. Образцы были приготовлены из одного и того же бревна размерами 10 мм × 9 мм × 9 мм (продольный, радиальный и тангенциальный размеры). Кончики образцов были обрезаны в форме пирамиды, и все они были из одного и того же кольца роста поздней древесины ¹² . Сначала образцы сушили в печи, а затем помещали в пластиковый пакет для наблюдения с помощью СЭМ и тестирования наноиндентирования.

Термическая обработка

В экспериментах использовались три процесса термообработки с тремя различными теплоносителями: азотом, маслом и воздухом. Образцы древесины подвергали термообработке в атмосфере азота или воздуха (20 мл/мин) и обозначали N1, N2, A1 и A2, где N представлял азот, а A представлял воздух. Другие образцы были пропитаны маслом канолы для термической обработки, а затем высушены в печи для удаления остатков масла из образцов древесины. Эти образцы были обозначены как O1 и O2, где O означает нефть. Все образцы удаляли после охлаждения до комнатной температуры. Подробные параметры термической обработки приведены в таблице 1.

Таблица 1 Подробные параметры термообработки в различных атмосферах.

Полноразмерный стол

Потеря массы

Образцы взвешивали до и после термообработки на аналитических полумикровесах AX205 (Hamilton Inc., Cinnaminson, USA) с точностью 0,001 мг, и соответственно записывали потерю массы:

$$ML( \% )=100\times ({m}_{0}-{m}_{1})/{m}_{0}$$

где м ₀ масса образца после традиционной печной сушки и m ₁ – масса образца после термической обработки и последующей сушки в печи.

Характеристика древесины

Четыре образца размером 7 мм × 7 мм × 2 мм покрывали слоем золота в течение 130 с, приложенный ток составлял 23 мА. Затем образцы монтировались на алюминиевые штифты с помощью токопроводящей пасты. Морфологию поверхности клеточной стенки древесины измеряли с помощью сканирующей электронной микроскопии (FEI, Quanta 200, Hillsboro, Oregon, USA). Химические изменения образцов древесины измеряли с помощью инфракрасного аналитического FTIR (Fourier Transform Infrared Spectrometer, Nicolet, Magna-IR 560 E.S.P, США) до и после термообработки.

Тест наноиндентирования

Метод наноиндентирования использовался для измерения всех образцов древесины с использованием алмазного наконечника Берковича. Образцы были хорошо приготовлены и испытаны в соответствии с процедурой, описанной Xing et al. . (2016).

Результаты и обсуждение

Скорость потери массы

Деградация компонентов древесины и испарение экстрактивных веществ наблюдались по мере постепенного уменьшения массы древесины ²⁰ . Скорость потери массы показала различную степень деградации гемицеллюлозы, поглощение масла и степень термической обработки ²¹ . На рис. 1 показаны скорости потери массы образцов, подвергнутых термообработке с использованием различных теплоносителей. Небольшая скорость потери массы 1,68% и 4,63% наблюдалась для N1 и N2, соответственно, что соответствует испарению летучих экстрактивных веществ, разложению гемицеллюлозы и некоторого количества аморфной целлюлозы и десорбции связанной воды в образцах древесины ^19,22,23 . Более высокая скорость потери массы А2 (10,4%) могла быть связана с сильным пиролизом и окислением компонентов клеточной стенки. Для O1 и O2 масса увеличилась на 34,1% и 21,5% соответственно. Вероятно, это было вызвано проникновением масла в клеточные стенки, просветы и срединные ламели в процессе термической обработки масла.

Рисунок 1

Скорость потери массы при различных процессах термообработки.

Изображение полного размера

FTIR

Спектры FTIR образцов древесины до и после термообработки при 210 °C представлены на рис. 2. В табл. 2 приведены характеристические полосы и типы колебаний образцов в области 800–3500 см ⁻¹ . Спектры FTIR образца, прошедшего термообработку маслом, содержали несколько пиков: 2927 см ^–1 , 2854 см ^–1 , 1740 см ^–1 , 1267 см ⁻¹ и 1163 см ⁻¹ , которые не проявлялись в спектрах других образцов и отмечены красными кружками. Это типичные полосы поглощения триглицеридов жирных кислот, одного из основных компонентов масла канолы, используемого в процессе термической обработки масла, показанные на рис. 3. Термически обработанная древесина в атмосфере N ₂ , масла и воздуха проявляла широкая полоса и низкий пик поглощения при 3336 см ^-1 в их FTIR-спектрах, как показано на рис. 3. Это соответствует валентному колебанию -ОН, в основном принадлежащему полисахаридам. Скорее всего, это было вызвано первичным окислением -ОН, пиролизом ацетильных групп гемицеллюлозы и модификацией аморфной целлюлозы путем дегидратации ^24,25 . Из-за распада ацетильных групп сначала разлагалась гемицеллюлоза, о чем свидетельствует снижение пика 1740 см ^-1 . Это вызвало трещины в клеточной стенке древесины, которые также наблюдались на изображениях СЭМ (рис. 4). Пики при 1604 см ^-1 и 1509 см ^-1 в спектрах всех образцов древесины (N ₂ , масло и воздух) соответствовали колебанию углеродного скелета лигнинбензольных колец ²⁶ , а уширенные пики указывают на то, что ароматические кольца лигнина имеют относительно большое структурное разнообразие. Поэтому поглощался больший диапазон частот. Карбонильная полоса при 1267 см ^-1 образцов N ₂ и термообработанных маслом образцов показали относительно низкую интенсивность, что, вероятно, было связано с расщеплением ацетильных групп в холоцеллюлозе или лигнине. Пик при 896 см ^-1 термообработанного образца N ₂ начал уменьшаться, что соответствует пиранозному растяжению холоцеллюлозы, которое было вызвано деградацией гемицеллюлозы ^27,28 . Все результаты показали, что структура компонентов древесины, особенно гемицеллюлозы, была изменена после обработки N 9. 0119 2 , термическая обработка масла и воздуха ²⁹ . При увеличении присутствия кислорода пики в спектре FTIR образца, подвергнутого термообработке воздухом, еще больше уменьшались, что подтверждало большую степень пиролиза, окисления и структурного разрушения холоцеллюлозы и лигнина ³⁰ . Изменения химического состава древесины включают деацетилирование и деполимеризацию, при которых выделившаяся уксусная кислота катализирует сложные реакции пиролиза и, таким образом, восстанавливает доступные гидроксидные радикальные группы ^31,32,33 . Повышенная подвижность и реакционная способность лигнина привели к реакциям реконденсации и сшивки с образованием новой структуры лигноцеллюлозы ^17,34 .

Рисунок 2

ИК-спектры образцов древесины, подвергнутых трем различным процессам термообработки, и необработанного образца.

Полноразмерное изображение

Таблица 2. Оптическая плотность FTIR термообработанного и необработанного Larix spp . ^23,24 .

Полноразмерный стол

Рисунок 3

Молекулярная формула триглицеридов жирных кислот.

Изображение в натуральную величину

Рисунок 4

Исследование микроструктуры древесины с помощью SEM: ( a ) необработанный образец; ( b ) образец, подвергнутый термообработке в атмосфере азота; ( c ) термообработанный образец в атмосфере воздуха; и ( d ) термообработанный образец в атмосфере масла.

Полноразмерное изображение

SEM

Наблюдения с помощью SEM показали анатомические структуры необработанных образцов N2, A2 и O2, а микрофотографии SEM показаны на рис. 4. Поперечное сечение необработанного образца представляет собой неповрежденную клеточную стенку и средняя пластинка. Для N2 на рис. 4b было несколько небольших трещин в клеточной стенке древесины, и целостность клеточной стенки была все еще относительно высокой, скорость потери массы составляла всего 4,63%. Стенка ячейки А2, образца древесины, подвергнутой воздушной термообработке, сильно пострадала, так как появилось много трещин в слоях S1 и S2 (рис. 4с). Более того, составная средняя пластина А2 также явно испортилась, что сделало образец более хрупким, чем необработанная древесина. Реакции окисления сильно повреждают структуру клеточных стенок древесины, что приводит к снижению механических свойств обработанной воздухом древесины. Это одна из причин применения термообработки в бескислородной атмосфере ¹⁷ . Как потеря массы, так и FTIR-анализ показали, что масло проникло в клеточную стенку образца O2. После поглощения масла и термической обработки изображение O2 показывает бескомпромиссную структуру клеточных стенок древесины (рис. 4d).

Наноиндентирование

Анализ наноиндентирования позволяет одновременно получать данные о высоте и силе от аналитического наконечника. Собранные данные были использованы для определения морфологии поверхности образцов древесины с помощью СЗМ (сканирующей зондовой микроскопии), что показано на рис. 5. Градиентные трехмерные сканирующие изображения были записаны с помощью СЗМ, чтобы отметить пространство для вдавливания, которое было измерено в то же место и называется in situ наноиндентирование. Градиентные 3D-изображения и топографические 3D-изображения также использовались для определения эффективных данных после индентирования. Согласно предыдущим исследованиям ^8,35,36 , изменения в структуре клеточной стенки схематически изображены на рис. 6. Низкоинтенсивная термообработка представляла собой обработку, вызывающую уплотнение целлюлозно-лигнинной структуры, а высокоинтенсивная термообработка – обработка, вызвавшая трещины в клеточной стенке древесины. Термическая обработка вызвала деполимеризацию гемицеллюлозы и уплотнение целлюлозы, что могло улучшить внутреннюю связь лигноцеллюлозной структуры. При высокоинтенсивной термической обработке разрыв цепей гемицеллюлозы, цепей целлюлозы и модифицированного лигнина в конечном итоге ослаблял целостность структуры клеточной стенки и снижал механические свойства древесины на макроскопическом уровне ³⁷ , как показано на рис. 6.

Рисунок 5

Изображения сканирующей зондовой микроскопии: градиентные 3D-изображения и топографические 3D-изображения.

Увеличить

Рис. 6

Моделирование структуры клеточных стенок древесины до и после термообработки.

Изображение полного размера

Модуль упругости древесины варьируется по нескольким причинам, таким как угол микрофибрилл целлюлозы, содержание влаги и основные компоненты. На рисунке 7 показан приведенный модуль упругости стенок клеток термообработанной древесины. Приведенный модуль упругости клеточных стенок S2 N1 в основном оставался таким же, как и у необработанных клеточных стенок. Модуль N2 показал очевидное увеличение с 20,5 ГПа до 22,4 ГПа. Это произошло из-за реакций автоконденсации и сшивки ароматических кольцевых единиц лигнина во время стадии естественного охлаждения 9.0051 38,39 . Термическая обработка положительно влияет на микромеханические свойства клеточных стенок древесины. При участии кислорода в термообработке модуль упругости существенно уменьшился с 21,0 ГПа до 20,1 ГПа после термообработки на воздухе при 210 °С (А2). Большее количество реакций окисления приводило к сильному износу клеточных стенок древесины, что также наблюдалось на микрофотографиях СЭМ. Образец O2 (образец древесины, обработанной маслом и нагретой до 210 °C) показал наибольшее снижение модуля упругости с 20,4 ГПа до 190,1 ГПа. Как правило, после термообработки маслом и воздухом модуль упругости клеточных стенок древесины снижался с повышением температуры обработки, что было связано с сильной деградацией гемицеллюлозы и повреждением целлюлозы. Для N2 модуль упругости образца древесины увеличился, что, скорее всего, было вызвано низкоинтенсивной термообработкой, что определялось плотной целлюлозно-лигнинной структурой и пониженным содержанием влаги после термообработки, как показано на рис. 6.

Рисунок 7

Приведенный модуль упругости клеточных стенок древесины после термической обработки в различных атмосферах.

Изображение полного размера

На рис. 8 показана твердость стенок захода в слое S2 образцов после термообработки. В целом твердость древесины явно увеличивалась после различных термообработок. Твердость N1 и N2 увеличилась с 0,50 Н/мм ² до 0,57 Н/мм ² и 0,59 Н/мм ² соответственно, что согласуется с предыдущими исследованиями и доказывает, что термообработка под N ₂ Условия является хорошей альтернативой передовому производственному процессу для напольных покрытий и конструкционных изделий ^40,41 . Твердость A1 и A2 увеличилась с 0,50 Н/мм ² до 0,58 Н/мм ² и 0,62 Н/мм ² соответственно за счет окисления компонентов древесины. Окисление древесины, обработанной воздухом, вызвало более хрупкие свойства, чем необработанная древесина, что также наблюдалось на микрофотографиях СЭМ. Твердость O1 и O2 увеличилась с 0,50 Н/мм ² до 0,59 Н/мм ² и 0,57 Н/мм ² соответственно. Твердость O2 представляет собой большое отклонение, и поэтому при термообработке маслом следует применять более низкую интенсивность термообработки, когда древесину предполагается использовать в конструкционных условиях. Скорее всего, это было вызвано перестройкой лигнин-целлюлозной микрофибрилловой структуры и модификацией матричной системы клеточных стенок древесины ^12,42 . Термическая обработка обычно вызывала уплотнение целлюлозы, перестройку лигнина, улучшение связей между целлюлозой и лигнином ³ , и образование новых сетчатых структур из лигноцеллюлозы ⁴³ .

Рисунок 8

Твердость клеточных стенок древесины после термической обработки в различных атмосферах.

Изображение в натуральную величину

Для изучения ползучести клеточных стенок на основании измерений наноиндентирования во время этапа удерживания теста ⁴⁴ были получены данные о смещении нагрузки и времени. Этот подход согласовывался с методом постоянной нагрузки, описанным во многих исследованиях 9. 0051 45,46,47 . На рис. 9 показаны максимальные глубины вмятин на образцах термообработанной древесины. После термической обработки выполнялись те же функции нагрузки, а глубина отпечатка клеточной стенки древесины уменьшалась со 157,7 нм до 140,4–149,1 нм, что доказывало, что высокотемпературная термическая обработка может эффективно повышать твердость клеточной стенки. Максимальные глубины отпечатков O1 и O2 показали большие отклонения, что, вероятно, было связано с миграцией канолового масла в составных средних пластинках.

Рисунок 9

Максимальная глубина вмятины образцов древесины после различных процессов термической обработки.

Изображение полного размера

Как показано на рис. 10, коэффициент ползучести термообработанной древесины снизился с 8,44 % до 7,26–8,24 %. Другими словами, обработка повысила прочность клеточных стенок древесины. Основываясь на наблюдениях, термообработка в атмосфере азота явно снижает ползучесть стенок ячеек ^48,49 , а образцы O1 и O2 демонстрируют более высокие отклонения, что прямо связано с наличием масла в стенках ячеек. . Более низкий коэффициент ползучести термообработанной древесины, скорее всего, обусловлен более высоким усилением реакций переконденсации и сшивки лигноцеллюлозных структур ^50,51 .

Рисунок 10

Коэффициент ползучести различных образцов термообработанной древесины.

Увеличить

Выводы

Образцы древесины, термообработанные в различных средах, были испытаны методом наноиндентирования при комнатной температуре. Оценка химического состава, морфологии поверхности и микромеханических свойств показала, что разные теплоносители явно по-разному влияют на свойства древесины. Результаты показали, что деградация увеличивалась с повышением температуры обработки. Из-за поглощения масла масса термообработанных образцов масла явно увеличилась, и триглицеридные жирные кислоты также были обнаружены в образцах, подвергнутых термообработке маслом, по измерениям FTIR. Термическая обработка индуцировала ряд сложных химических реакций, таких как деацетилирование, деполимеризация, сшивка и реконденсация, что, в свою очередь, приводило к трещинам в клеточных стенках. Термическая обработка повысила твердость клеточных стенок, что может быть связано с реакциями конденсации и сшивания лигнина и модифицированной структурой целлюлозы-лигнина. Ячеистые стенки древесины демонстрировали более низкую ползучесть после термической обработки, что является еще одной заметной особенностью термически обработанной древесины.

Ссылки

1. Мохаджерани, А., Вайна, Дж. и Эллкок, Р. Древесина из хромированного арсената меди: обзор продуктов, исследования фильтрата и переработка. Дж. Чистый. Произв. 179 , 292–307 (2018).

   КАС
   Статья

   Google ученый

2. Сивонен Х., Мауну С.Л., Сундхольм Ф., Джамса С. и Виитаниеми П. Магнитно-резонансные исследования термомодифицированной древесины. Хольцфоршунг. 56 (6), 648–654 (2002).

   КАС
   Статья

   Google ученый

3. «>

   Обатая Э. и Хигасихара Т. Обратимые и необратимые изменения размеров термообработанной древесины при попеременном увлажнении и сушке. Дерево. науч. Технол. 51 (4), 739–749 (2017).

   КАС
   Статья

   Google ученый

4. Коркут С., Акгюль М. и Дюндар Т. Влияние термической обработки на некоторые технологические свойства древесины сосны обыкновенной (Pinus sylvestris, L). Биоресурс. Технол. 99 (6), 1861–1868 (2008).

   КАС
   Статья

   Google ученый

5. Эселтин Д., Танапал С., Аннамалай К. и Ранджан Д. Торрефикация древесной биомассы (можжевельника и мескитового дерева) с использованием инертных и неинертных газов. Топливо. 113 (2), 379–388 (2013).

   КАС
   Статья

   Google ученый

6. Gonzálezpeña, M. M. & Hale, M.D.C. Цвет термомодифицированной древесины бука, ели обыкновенной и сосны обыкновенной. Часть 1: Цветовая эволюция и изменение цвета. Хольцфоршунг. 63 (4), 385–393 (2009).

   Google ученый

7. Тан, Т. и др. . Синергетические эффекты тунгового масла и термической обработки на физико-химические свойства бамбуковых материалов. Науч. Респ. 9 , 12824 (2019).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ
   пабмед
   ПабМед Центральный
   Статья

   Google ученый

8. Брандт, Б. и др. . Микромеханика и ультраструктура клеточных стенок пиролизованной древесины хвойных пород. акт. Биоматер. 6 (11), 4345–4351 (2010).

   ПабМед
   Статья

   Google ученый

9. Хаккоу М., Петриссанс М., Бакали И., Жерарден П. и Зулалян А. Изменение смачиваемости и потеря массы при термической обработке древесины. Хольцфоршунг. 59 (1), 35–37 (2005).

   КАС
   Статья

   Google ученый

10. Эрнандес-Мартинес, М. и др. . Прогнозирование общего жира, состава жирных кислот и параметров питания рыбного филе с использованием спектроскопии MID-FTIR и хемометрии. LWT-Еда. науч.-техн. 52 (1), 12–20 (2013).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

11. Чжан, Н. Н., Сюй, М. и Цай, Л. П. Улучшение механических, влагостойких и термических свойств термообработанной каучуковой древесины путем пропитки прекурсором SiO ₂ . Науч. Респ. 9 , 982 (2019).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    пабмед
    ПабМед Центральный
    Статья
    КАС

    Google ученый

12. Xing, D. , Li, J., Wang, X. & Wang, S. In situ измерение клеточной стенки термообработанной древесины при повышенной температуре методом наноиндентирования. Инд. Урожай. Произв. 87 , 142–149 (2016).

    КАС
    Статья

    Google ученый

13. Борувка В., Дудик Р., Зейдлер А. и Холечек Т. Влияние природных условий и качества березовой древесины на ее свойства и использование после термической обработки. Часть I. Упругие и прочностные свойства, отношение к воде и размерная стабильность. Леса. 10 , 189 (2019).

    Артикул

    Google ученый

14. Приади Т. и Хизироглу С. Характеристика термообработанных пород древесины. Матер. Дизайн. 49 , 575–582 (2013).

    Артикул

    Google ученый

15. Эдлунд М.Л. и Джермер Дж. Долговечность термообработанной древесины. Хольц. Алс. Ро-унд. Веркстофф. 60 (1), 1–6 (2002).

    Артикул

    Google ученый

16. Бакар Б.Ф.А., Хизироглу С. и Тахир П.М. Свойства некоторых термомодифицированных пород древесины. Матер Дизайн. 43 , 348–355 (2013).

    Артикул

    Google ученый

17. Хуанг, X., Кокафе, Д., Кокаефе, Ю., Болук, Ю. и Краузе, К. Структурный анализ термообработанной поверхности березы (Betule papyrifera) во время искусственного выветривания. Заяв. Серф. науч. 264 (1), 117–127 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

18. Окон, К. и др. . Модификация древесины китайской пихты (Cunninghamia lanceolata L.) путем термической обработки силиконовым маслом с предварительной обработкой в ​​микроволновой печи. Holz как Roh-und Werkstoff. 76 (1), 1–8 (2017).

    MathSciNet

    Google ученый

19. Кевин, К. и др. . Сравнение химического состава и стойкости к разложению термически обработанной древесины, отвержденной в различных инертных средах: азот или вакуум. Полим. Деград. Удар. 98 (2), 677–681 (2013).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

20. Хаккоу М., Петриссанс М., Зулалян А. и Жерарден П. Исследование изменений смачиваемости древесины при термической обработке на основе химического анализа. Полим. Деград. Стабил. 89 (1), 1–5 (2005).

    КАС
    Статья

    Google ученый

21. Chaouch, M., Pétrissans, M., Pétrissans, A. & Gérardin, P. Использование элементного состава древесины для прогнозирования интенсивности термической обработки и устойчивости к гниению различных пород древесины хвойных и лиственных пород. Полим. Деград. Стабил. 95 (12), 2255–2259 (2010).

    КАС
    Статья

    Google ученый

22. Алмейда, Г., Сантос, Д. В. Б. и Перре, П. Мягкий пиролиз быстрорастущих пород дерева (карибская сосна и эвкалипт розы): изменение размеров, предсказанное глобальной потерей массы. Биомасса. Биоэнерг. 70 (3), 407–415 (2014).

    КАС
    Статья

    Google ученый

23. Сандак А., Сандак Дж. и Аллегретти О. Контроль качества термомодифицированной в вакууме древесины с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области. Вакуум. 114 , 44–48 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

24. Котилайнен Р. А., Тойванен Т. Дж. и Ален Р. Дж. Мониторинг химических изменений в хвойной древесине при нагревании методом FTIR. Дж. Вуд. хим. Технол. 20 (3), 307–320 (2000).

    КАС
    Статья

    Google ученый

25. Салка, Э. А. и Хизироглу, С. Оценка твердости и качества поверхности различных пород древесины в зависимости от термической обработки. Матер. Дизайн. 62 (10), 416–423 (2014).

    Артикул

    Google ученый

26. Томак, Э. Д., Хьюз, М., Йилдиз, У. К. и Виитанен, Х. Совместное воздействие термообработки бором и маслом на свойства древесины бука и сосны обыкновенной. Часть 1: Выщелачивание бора, термогравиметрический анализ и химический состав. Дж. Матер. науч. 46 (3), 598–607 (2011).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

27. Chang, C.W., Kuo, W.L. & Lu, K.T. О влиянии термообработки на адгезию, отделку и устойчивость к гниению кедра японского (Cryptomeria japonica D. Don) и акации Formosa (Acacia confuse Merr.(Leguminosae) ). Леса. 10 , 586 (2019).

    Артикул

    Google ученый

28. Туонг, В. М. и Ли, Дж. Изменения химического состава и некоторых физических свойств заболони гибрида акации, вызванные термической обработкой. Хольцфоршунг. 65 (1), 67–72 (2010).

    Артикул

    Google ученый

29. Эванс, П. А. Отличие «твердой» древесины от «мягкой» с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье и спектроскопии с преобразованием Фурье. Спецтохим. Акта. А. 47 (9-10), 1441–1447 (1991).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

30. Чен Ю., Фань Ю., Гао Дж., Чабалала М. А. и Старк Н. М. Спектроскопический анализ роли экстрактивных веществ в обесцвечивании черной акации под воздействием тепла (Robinia pseudoacacia). Дерево. Матер. науч. англ. 7 (4), 209–216 (2012).

    КАС
    Статья

    Google ученый

31. Тджердсма Б.Ф., Бунстра М., Пицци А., Текели П. и Милитц Х. Характеристика термически модифицированной древесины: молекулярные причины улучшения характеристик древесины. евро. Дж. Вуд. Произв. 56 (3), 149–153 (1998).

    КАС
    Статья

    Google ученый

32. Ши, Дж. Л., Кокаефе, Д., Амберджи, Т. и Чжан, Дж. Сравнительное исследование гнилостного грибка и устойчивости к подземным термитам термомодифицированной и обработанной ACQ-C древесины. Хольц. Ро. Веркстофф. 65 (5), 353–358 (2007).

    КАС
    Статья

    Google ученый

33. Weiland, J.J. & Guyonnet, R. Исследование химических модификаций и разложения грибками термически модифицированной древесины с помощью DRIFT-спектроскопии. евро. Дж. Вуд. Произв. 61 (3), 216–220 (2003).

    КАС
    Статья

    Google ученый

34. Kocaefe, D., Huang, X., Kocaefe, Y. & Boluk, Y. Количественная характеристика химической деградации термообработанных деревянных поверхностей при искусственном атмосферном воздействии с использованием XPS. Прибой. Интерфейс. Анальный. 45 (2), 639–649 (2013).

    КАС
    Статья

    Google ученый

35. Kocaefe, D. & Saha, S. Сравнение защитной эффективности акриловых полиуретановых покрытий, содержащих экстракты коры, на трех термообработанных североамериканских породах древесины: деградация поверхности. Заяв. Серф. науч. 258 (13), 5283–5290 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

36. Zollfrank, C. & Fromm, J. Ультраструктурное развитие клеточной стенки хвойных пород во время пиролиза. Хольцфоршунг. 63 (2), 248–253 (2009).

    КАС
    Статья

    Google ученый

37. Эстевес, Б. М. и Перейра, Х. М. Модификация древесины путем термической обработки: обзор. Биоресурсы. 4 (1), 370–404 (2009).

    КАС

    Google ученый

38. Бергандер А. и Салмен Л. Свойства клеточных стенок и их влияние на механические свойства волокон. J. Mater Sci. 37 (1), 151–156 (2002).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

39. Элизабет В. и Герд В. Поведение лигнина при термической обработке древесины. Инд. Урожай. Произв. 27 (2), 157–162 (2008).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

40. «>

    Гиндл, В., Гупта, Х.С., Шоберл, Т., Лихтенеггер, Х.К. и Фрацль, П. Механические свойства клеточных стенок древесины ели методом наноиндентирования. Заяв. физ. А-Матер. 79 (8), 2069–2073 (2004).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    КАС
    Статья

    Google ученый

41. Мэн Ю., Ся Ю., Янг Т. М., Цай З. и Ван С. Вязкоупругость клеточных стенок древесины с разным содержанием влаги, измеренная методом наноиндентирования. РСК. Доп. 5 (59), 47538–47547 (2015).

    КАС
    Статья

    Google ученый

42. Xin, Z.W. и др. . Оценка эффектов сжатия в сочетании с термической обработкой методом наноиндентирования (НИ) клеточных стенок тополя. Хольцфоршунг. 68 (2), 167–173 (2014).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

43. Нгила, И. Г., Петриссанс, М. и Герардин, П. Химическая реактивность термообработанной древесины. Дерево. науч. Технол. 41 (2), 157–168 (2007).

    Артикул
    КАС

    Google ученый

44. Goodall, R. & Clyne, T. W. Критическая оценка извлечения параметров ползучести из данных наноиндентирования, полученных при комнатной температуре. акт. Матер. 54 (20), 5489–5499 (2006).

    КАС
    Статья

    Google ученый

45. Song, M., Liu, Y. & He, X. Ползучесть при наноиндентировании ультрамелкозернистых композитов Al2O3, армированных частицами меди. Матер. науч. англ. А-Структура. 560 (10), 80–85 (2013).

    КАС
    Статья

    Google ученый

46. Таффетани, М., Готтарди, Р., Гастальди, Д., Райтери, Р. и Вена, П. Пороупругий отклик суставного хряща с помощью испытаний на ползучесть при наноиндентировании на различных характерных длинах. Мед. англ. физ. 36 (7), 850–858 (2014).

    КАС
    пабмед
    Статья

    Google ученый

47. Пэн Г. и др. . Наноиндентирующая ползучесть нелинейного вязкоупругого полипропилена. Полим. Тест. 43 , 38–43 (2015).

    КАС
    Статья

    Google ученый

48. Керивин В. и др. . Анализ вязкоупругого поведения льняных волокон в микро- и наномасштабах. Композиции Часть. А-прил. С. 68 , 219–225 (2015).

    КАС
    Статья

    Google ученый

49. Печник, С. М., Корти, Д., Мафф, Д. и Споленак, Р. Прочность на излом систем эстетических стоматологических покрытий с помощью наноиндентирования и анализа сечения волокон. Дж. Мех. Поведение Биомед. 47 , 1–11 (2015).

    КАС
    Статья

    Google ученый

50. «>

    Stanzltschegg, S., Beikircher, W. & Loidl, D. Сравнение механических свойств термически модифицированной древесины на уровне годичных колец и клеточных стенок с помощью инструментальных испытаний на вдавливание. Хольцфоршунг. 63 (4), 443–448 (2009).

    КАС

    Google ученый

51. Чу, Д. и др. . Более экологичный подход к побочным продуктам производства термообработанной древесины тополя: анализ выбросов летучих органических соединений и антимикробной активности их конденсата. Дж. Чистый. Произв. 213 , 521–527 (2019).

    КАС
    Статья

    Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Выражаем искреннюю благодарность Национальному фонду естественных наук Китая (31700484), научно-исследовательскому проекту Сельскохозяйственного университета Внутренней Монголии (NDYB 2017-4), благодаря которому данное исследование было финансировано. поддерживается.

Информация об авторе

Авторы и филиалы

1. Колледж материаловедения и художественного дизайна, Сельскохозяйственный университет Внутренней Монголии, Хух-Хото, 010018, Китай Китай

   Цзянь Ли

2. Центр возобновляемых источников углерода Университета Теннесси, Ноксвилл, Теннесси, 37996, США

   Сикун Ван

Авторы

1. Dong Xing

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

2. Jian Li

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

3. Siqun Wang

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

Вклады

Д. Син и С.К. Ван разработал эксперимент. Д. Син подготовил образцы древесины, провел исследование характеристик, собрал данные и обсудил их с Дж. Ли и С.К. Ван. Д. Син написал рукопись. Все авторы рассмотрели рукопись.

Автор, ответственный за переписку

Переписка с
Донг Син.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Эту статью цитирует

• Различия вязкоупругих свойств между слоем вторичной стенки S2 и составной средней пластиной термообработанной древесины

  • Донг Ван
  • Элин Сян
  • Ланьинг Линь

  Наука и технология древесины (2022)

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Влияние термической обработки на химический состав древесины ясеня :: Биоресурсы

Выбохова Э., Кучерова В., Андор Т., Балажова З. и Велькова В. (2018). « Влияние термической обработки на химический состав древесины ясеня «, BioRes. 13(4), 8394-8408.

Реферат

Древесину ясеня обыкновенного ( Fraxinus excelsior L.) подвергали термообработке в печи при температурах 160, 180 и 200 °С и при атмосферном давлении в присутствии воздуха в течение 3, 6, 9 и 12 ч. Исследовано влияние термической обработки на химический состав древесины. Содержание экстрактивных веществ первоначально увеличивалось до 200 °С и 3 ч. Однако при увеличении продолжительности лечения она уменьшалась. Гемицеллюлозный моносахарид (D-ксилоза) деградировал при всех условиях обработки и приводил к снижению содержания холоцеллюлозы. В случае лигнина наблюдалось деметоксилирование и образование более конденсированных структур. Это привело к увеличению содержания лигнина при температурах 180 и 200 ºC. Процесс окисления начался уже при 160 °C. Это привело к образованию новых карбонильных или карбоксильных групп, которые способствовали изменению цвета, т.е. , потемнение древесины. Сначала наблюдалось повышение кристалличности целлюлозы, а затем ее снижение. Максимум достигается при температурах 160 и 180°С в течение 9 ч обработки и при температуре 200°С в течение 6 ч.

Скачать PDF

Статья полностью

Влияние термической обработки на химический состав древесины ясеня

Ева Выбохова, ^а, * Вера Кучерова, ^а Томаш Андор, ^b Жанета Балажова, ^c и Вероника Велькова ^d

Древесина ясеня обыкновенного ( Fraxinus excelsior  L.) подвергалась термообработке в печи при температуре 160, 180 и 200 ºC и при атмосферном давлении в присутствии воздуха в течение 3, 6, 9 и 12 дней. час Исследовано влияние термической обработки на химический состав древесины. Содержание экстрактивных веществ первоначально увеличивалось до 200 °С и 3 ч. Однако при увеличении продолжительности лечения она уменьшалась. Гемицеллюлозный моносахарид (D-ксилоза) деградировал при всех условиях обработки и приводил к снижению содержания холоцеллюлозы. В случае лигнина наблюдалось деметоксилирование и образование более конденсированных структур. Это привело к увеличению содержания лигнина при температурах 180 и 200 ºC. Процесс окисления начался уже при 160 °C. Это привело к образованию новых карбонильных или карбоксильных групп, которые способствовали изменению цвета 9.0988 т.е. , потемнение древесины. Сначала наблюдалось повышение кристалличности целлюлозы, а затем ее снижение. Максимум достигается при температурах 160 и 180°С в течение 9 ч обработки и при температуре 200°С в течение 6 ч.

Ключевые слова: Термическая обработка; Ясень; лигнин; холоцеллюлоза; сахариды; FTIR-спектроскопия

Контактная информация: a:   Кафедра химии и химической технологии, Технический университет в Зволене, Зволен, Словацкая Республика; b: Кафедра деревоведения, Технический университет в Зволене, Зволен, Словацкая Республика; c: Институт иностранных языков, Технический университет в Зволене, Зволен, Словацкая Республика; d: Департамент противопожарной защиты, Технический университет в Зволене, Зволен, Словацкая Республика;

* Автор, ответственный за переписку:vybohova@tuzvo. sk

ВВЕДЕНИЕ

Термическая обработка древесины — это экологически безопасный процесс для улучшения таких свойств, как цвет, стабильность размеров или устойчивость к микробиологическому воздействию (Hill 2006; Esteves and Pereira 2009; Tolvaj et al . 2014). Несмотря на то, что использовались различные процессы термообработки, основные различия видны в условиях процесса (температура, продолжительность, этапы процесса, атмосфера кислорода или азота, обработка паром, влажный или сухой процесс, использование масел, режимы управления,  и т. д. ) (Militz 2002; Базяр 2012).

Изменение некоторых физико-механических свойств древесины, например. , цвет, плотность, равновесное содержание влаги, ударная вязкость, модуль упругости, модуль разрыва и сопротивление истиранию в результате термической обработки упоминаются в нескольких исследованиях. Эти изменения в значительной степени зависят от условий обработки и пород древесины и тесно связаны с изменениями химических компонентов древесины во время термической обработки (Бунстра 9). 0988 и др. . 2007 г.; Нимз и др. 2010; Да Силва и др. . 2013; Качикова и др. . 2013; Дзуренда 2014; Танкут и др. . 2014; Кадемартори и др. . 2015 г.; Канделябр и др. . 2016; Кучерова и др. . 2016; Завадски и др. . 2016; Зеленкевич и др. 2018).

Воздействие тепла на древесину приводит к обезвоживанию, гидролизу, окислению, деполимеризации и разложению компонентов древесины. При низких температурах от 20 до 100 ºC из древесины удаляются вода и летучие экстрактивные вещества. При температуре до 100 ºC в древесине происходят важные химические реакции. Деацетилирование гемицеллюлоз происходит в начале лечения. Наличие ацетильных групп, которые являются термолабильными и приводят к образованию уксусной кислоты, является важным фактором термического разложения гемицеллюлозы. Реакции деполимеризации менее упорядоченных углеводов (гемицеллюлозы и аморфной целлюлозы) катализируются уксусной кислотой (Candelier и др. . 2016), что приводит к образованию олигосахаридов и моносахаридов. Следовательно, эти сахариды дегидратируются с образованием фурфурола и гидроксиметилфурфурола (Tjeerdsma and Militz 2005). Изменения в содержании гемицеллюлозы и структуре приводят к потере прочности на изгиб и растяжение. Деградация макромолекулы целлюлозы считается основным фактором, влияющим на потерю прочности на разрыв (Boonstra et al . 2007). Образование окрашенных продуктов разложения и окисления гемицеллюлоз и экстрактивных веществ приводит к потемнению древесины. Интенсивность обесцвечивания зависит от интенсивности тепла (Bekhta and Niemz 2003; Kačík and Kubovský 2011; Chen и др. . 2012).

Термическая стабильность древесины зависит от доли химических компонентов в породе древесины. Согласно Фенгелю и Вегенеру (1984), твердая древесина менее термически стабильна, чем хвойная. В целом доля гемицеллюлозы в лиственных породах выше, чем в хвойных. Что касается неглюкозных сахарных единиц, присутствующих в древесине, доля пентозанов (ксилозы и арабинозы) в лиственных породах выше, чем доля гексозанов (глюкозы, галактозы и маннозы), где пентозаны более подвержены термическому разложению. Кроме того, лиственные породы имеют больше ацетильных групп, чем хвойные. Присутствие ацетильных групп приводит к образованию уксусной кислоты, что вызывает катализируемую кислотой деградацию полисахаридов.

Повышение жесткости нагревания вызывает разрыв цепи целлюлозы с сопутствующим снижением степени полимеризации целлюлозы и степени кристалличности. Кристаллическая целлюлоза разлагается при температуре от 300 до 340 ºC. Однако аморфные участки целлюлозы более подвержены термическому разложению. Эти области, скорее всего, демонстрируют такое же термическое поведение, как и гексозные компоненты гемицеллюлозы (Kim et al . 2001).

Лигнин подвергается термическому разложению в широком диапазоне температур. Это связано с тем, что различные кислородные функциональные группы в макромолекуле лигнина обладают разной термической стабильностью и их расщепление происходит при разных температурах (Brebu and Vasile 2010). На начальных стадиях нагревания наблюдалось разложение лигнина за счет восстановления структурных единиц, связанных арилэфирными связями (Качикова и др. . 2008 г.; Виндейзен и Вегенер, 2008 г.). При более высоких температурах обработки происходили реакции сшивки и конденсации, что приводило к увеличению доли лигнина в древесине (Nuopponen et al , 2004; Hill 2006; Windeisen and Wegener 2008; Kačík et al . 2016). Увеличение относительного содержания лигнина при термической обработке также может быть вызвано разложением гемицеллюлоз и целлюлозы (Wikberg and Maunu 2004; Tumen et al 9).0989 . 2010 г.; Да Силва и др. . 2013).

Древесина ясеня обыкновенного

( Fraxinus excelsior  L.) твердая, твердая и превосходит общепринятые стандарты по прочности и гибкости. Благодаря этим превосходным свойствам это одна из самых ценных пород древесины (Klement et al . 2008). Термически обработанный ясень используется для облицовки и настила во влажной среде, например, . , в ванных комнатах, саунах и снаружи.

Целью данного исследования является объяснение химических изменений древесины ясеня в процессе термической обработки при различных технологических условиях (температура и время). Содержание экстрактивных веществ, лигнина и холоцеллюлозы определяли общепринятыми аналитическими методами. Для определения содержания основных сахаридов (глюкозы и ксилозы) использовали высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ). Кроме того, химические изменения в древесине также отслеживались с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ

Материалы

Древесина ясеня обыкновенного

( Fraxinus excelsior  L.), используемая в исследованиях, была из Центральной Словакии. Образцы готовили из одного ствола для снижения изменчивости свойств. Образцы были бездефектными, размерами 32 мм × 32 мм × 120 мм (ширина × толщина × длина). Образцы были разделены на 13 групп. Двенадцать групп подверглись термической обработке в определенных условиях, а одна группа осталась без обработки (контрольный образец). Перед термической обработкой все образцы сушили в печи при 103 ± 2 ºC и измеряли их массу.

Методы

Термическая обработка

Двенадцать групп по 15 образцов в каждой были подвергнуты термообработке в лабораторной печи при атмосферном давлении в присутствии воздуха. Обработку проводили в течение 3, 6, 9 и 12 ч при трех различных температурах 160, 180 и 200°С. Время повторного нагрева печи до необходимой температуры после закладки образцов составляло 10 мин. После обработки образцы помещали в эксикатор над силикагелем, охлаждали и повторно взвешивали. Рассчитывали потерю массы при термообработке.

Химический анализ

Образцы древесины были механически измельчены до опилок. Фракции от 0,5 до 1,0 мм экстрагировали в аппарате Сокслета смесью этанола и толуола в соответствии с ASTM D1107-96 (2013). Содержание лигнина определяли в соответствии с ASTM D1106-96 (2013 г.), а содержание холоцеллюлозы определяли в соответствии с Wise et al. . (1946).

Качественный и количественный анализы сахаридов были выполнены в соответствии с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) (Sluiter и др. . 2011). В анализе использовали ВЭЖХ-хроматограф Agilent 1200 (Agilent Technologies, Санта-Клара, Калифорния, США), оснащенный колонкой Aminex HPX-87P и детектором показателя преломления. При анализе при 80 ºC в качестве элюента использовалась сверхчистая вода со скоростью потока 0,5 мл/мин. Глюкозу и ксилозу обнаруживали и количественно определяли с использованием целлобиозы в качестве внутреннего стандарта. Два образца гидролизовали параллельно, и каждый гидролизат анализировали дважды.

FTIR-спектроскопия

FTIR-спектры древесины и целлюлозы, выделенные по методу Зейферта (Seifert 1956), были записаны на FTIR-спектрометре Nicolet iS10, оборудованном приспособлением для отбора проб Smart iTR с ослабленным полным отражением (ATR) с алмазным кристаллом (Thermo Fisher Scientific, Madison, Висконсин, США). Спектры измерены в диапазоне волновых чисел от 4000 до 650 см ^-1 . Использовались разрешение 4 см ^-1 и 64 сканирования на образец. Для каждого образца выполняли шесть измерений, определяли и оценивали средние спектры. Программное обеспечение OMNIC 8.0 (Thermo Fisher Scientific, Мэдисон, Висконсин, США) использовалось для оценки спектров. Общий индекс кристалличности (A ₁₃₇₀ /A ₂₉₀₀ ) по Нельсону и О’Коннору (1964) определяли для оценки кристалличности целлюлозы.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Наиболее заметным эффектом термической обработки было потемнение древесины (рис. 1). Интенсивность обесцвечивания увеличивалась с увеличением температуры и продолжительности термообработки. Потемнение древесины часто объясняется образованием продуктов окисления и разложения компонентов древесины (Bekhta and Niemz 2003; Chen и др. . 2012). Согласно Шринивасу и Панди (2012), снижение легкости указывает на то, что во время термообработки образуются многие компоненты, поглощающие видимый свет. Некоторые авторы (Hon and Minemura 2001; Poncsak et al . 2006; Esteves et al . 2008) объясняли образование низкомолекулярных сахаров через реакции деградации гемицеллюлоз и образование хинонов через  реакции окисления. Чен и др.  (2012) отметили, что реакции конденсации лигнина и некоторых экстрактивных веществ и образование побочных продуктов способствуют увеличению интенсивности красного тона на образце древесины. Кроме того, потемнение цвета происходит с увеличением количества лигнина в структуре термообработанной древесины (Ates et al.  2009).

Управление 160_3 160_6 160_9 160_12 180_3 180_6 180_9 180_12 200_3 200_6 200_9 200_12

Рис. 1.  Влияние условий обработки (температура (от 160 до 200 ºC) и время (от 3 до 12 ч)) на цвет ясеня

Нагрев дров привел к уменьшению массы образцов. Степень потери массы зависела от температуры и времени обработки. Данные, представленные в таблице 1, представляют собой прямое влияние нагрева без влияния на содержание влаги. Значительное увеличение потери массы было связано с потерей макромолекулярных компонентов. Относительно химических характеристик наблюдались изменения содержания экстрактивных веществ и лигнина, снижение содержания холоцеллюлозы при увеличении жесткости обработки.

Что касается химических компонентов древесины, экстрактивные вещества были компонентом древесины, на который больше всего повлияла термическая обработка. В необработанной древесине определено содержание экстрактивных веществ 3,8%. Начальное снижение содержания экстрактивных веществ при проведении термообработки при 160 ºC могло быть связано с удалением летучих. В последующем содержание экстрактивных веществ увеличивалось. Продолжительность 3-часовой термообработки при температуре 200°С привела к увеличению содержания экстрактивных веществ до 6,9%. Это объяснялось выделением продуктов разложения лигнина и сахаридов в экстракционной смеси или их реакциями конденсации с экстрактивными веществами, изначально присутствующими в необработанной древесине. Этот результат был сопоставим с результатами других исследований (Wang et al , 2015; Severo et al , 2016). Согласно Pelaez-Samaniego et al.  (2014), снижение содержания экстрактивных веществ в более жестких условиях может быть связано с крекингом и удалением летучих веществ из лигниновых интермедиатов или с образованием дополнительного кокса в результате дальнейшей поликонденсации. Сильная положительная корреляция между общей цветовой разницей и содержанием экстрактивных веществ была обнаружена Кучеровой и др. . (2016) и Чабалова и др.  (2018 г.). На основании указанного вывода сделан вывод о том, что повышенное содержание экстрактивных веществ может быть одной из причин потемнения древесины.

Таблица 1.   Потеря массы и химические характеристики термообработанного ясеня

В необработанной древесине определено содержание лигнина 22,2%. Термообработка при температуре 160°С привела к незначительному снижению содержания лигнина. Это было вызвано реакциями разложения, поддерживающими образование различных продуктов распада фенолов (Hill 2006). Однако содержание лигнина увеличивалось при проведении термообработки при температурах 180 и 200 ºC. Это могло быть следствием реакций конденсации лигнина с продуктами расщепления гемицеллюлозы или сшивания макромолекул лигнина (Nuopponen 9).0988 и др. . 2004 г.; Викберг и Мауну, 2004 г.; Тюмень и др. . 2010 г.; Да Силва и др. . 2013). Увеличение содержания лигнина способствует увеличению общей цветовой разницы (Качикова и др. 2013; Кучерова и др. 2016).

Холоцеллюлоза — общая полисахаридная фракция древесины, состоящая из целлюлозы и гемицеллюлоз, которая в необработанной древесине ясеня составила 79,5%. Содержание холоцеллюлозы уменьшилось из-за нагревания. Снижение было более заметным при более высоких температурах. Для объяснения описанных изменений определяли содержание D-глюкозы и D-ксилозы (таблица 2). Исходя из этих результатов, можно сделать вывод о том, что разложение гемицеллюлоз началось уже при 160°С. По сравнению с гемицеллюлозами целлюлоза более термически стабильна, особенно благодаря своей кристаллической структуре. Полученные результаты были подтверждены ранее опубликованными данными (Ален и др. . 2002 г.; Брито и др. . 2008 г.; Эстевес и др. . 2008 г.; Гонсалес-Пена и др. . 2009 г.; Де Моура и др. . 2012 г.; Гаврон и др.  2014; Ван и др. . 2015 г.; Кучерова и др. . 2016).

Таблица 2.   Содержание основных моносахаридов в термообработанной древесине ясеня

Уменьшение содержания гемицеллюлозы – высокогидрофильного полимера – уменьшает количество свободных гидроксильных групп. Это приводит к увеличению размерной стабильности и стойкости к гниению термомодифицированной древесины (Dubey и др.  2012; Ли и др.  2016). Взаимосвязь между полисахаридной фракцией и физическими и/или механическими свойствами термообработанной древесины до настоящего времени изучалась многими исследователями. Значимые степенные регрессии для содержания гемицеллюлозы с модулем упругости (MOE), модулем разрыва (MOR) и легкостью были найдены Kačíková et al.  (2013 г.). Сильные положительные нагрузки для легкости, сине-желтой хроматической координаты, равновесного содержания влаги и содержания холоцеллюлозы и ксилозы наблюдались Чабаловой и др.  (2018 г.). Кроме того, сильные положительные корреляции MOR и MOE с содержанием глюкозы и ксилозы были обнаружены Kučerová et al. (2016).

Дополнительная ценная информация была получена с помощью FTIR-спектроскопии. Дифференциальные спектры (рис. 2) показали изменения компонентов древесины, вызванные термической обработкой. Они представлены в области отпечатков пальцев (от 1800 до 800 см ^-1 ), где произошло большинство специфических вибраций. Интенсивность изменений варьировала в зависимости от условий лечения. Сравнение дифференциальных спектров показало, что температура нагрева оказывает большее влияние на интенсивность пиков, чем время термообработки.

Рис. 2(а). Дифференциальные FTIR-спектры термообработанной древесины ясеня при 160 ºC

Рис. 2(б). Дифференциальные FTIR-спектры термообработанной древесины ясеня при 180 ºC

Рис. 2(в). Дифференциальные FTIR-спектры термообработанной древесины ясеня при 200 ºC

Рис. 2(г). Дифференциальные FTIR-спектры древесины ясеня, термообработанного в течение 3 ч

Рис. 2(д). Дифференциальные FTIR-спектры древесины ясеня, термообработанного в течение 6 ч

Рис. 2(е). Дифференциальные FTIR-спектры древесины ясеня, термообработанного в течение 9 часов

Рис. 2(ж). Дифференциальные FTIR-спектры древесины ясеня, прошедшей термообработку в течение 12 ч

Пик поглощения при 1732 см ^-1  соответствует несопряженным валентным колебаниям С=О в лигнине, а также карбонильным и карбоксильным группам в гемицеллюлозах. В процессе термической обработки древесины интенсивность увеличивалась. Это могло быть вызвано процессами окисления, раскрытием глюкопиранозного кольца или расщеплением β-алкиларилэфирных связей в лигнине (Windeisen 9).0988 и др. . 2009 г.; Эстевес и др.  2013; Озгенч и др. . 2017). Кроме того, с увеличением тяжести лечения наблюдался сдвиг максимума в сторону меньших волновых чисел. Согласно Эстевесу и др. . (2013), это может быть связано с увеличением количества карбонильных или карбоксильных групп в компонентах древесины в результате окисления. Их образование способствовало потемнению термически нагруженной древесины (Chen et al . 2012).

Козырек 1593 см ^-1  был отнесен к ароматическим скелетным и валентным колебаниям C=O. Этот пик в обработанной древесине расширился примерно до 1597 см ^-1  и его интенсивность увеличилась. Уширение этого пика указывает на увеличение структурного разнообразия вокруг ароматических колец. Увеличение интенсивности этого пика может быть связано с увеличением относительного содержания лигнина в обработанной древесине (Esteves et al , 2013; Cademartori et al , 2015; Wang et al . 2015).

Валентные колебания ароматического кольца демонстрируются также полосой поглощения при 1506 см ^-1 . Согласно Hon and Shiraishi (2000), это волновое число типично для лигнина древесины лиственных пород, состоящего из гваяцильных (G) и сирингильных (S) звеньев. Из-за термической нагрузки она сместилась до 1512 см ^-1 , что характерно для гваяцильных звеньев. Об упомянутом смещении сообщали и другие авторы (Windeisen et al , 2009; Tuong and Li 2010; Wang et al . 2015) и может быть вызван деметоксилированием лигнина.

Другая полоса поглощения, представляющая лигнин, располагалась при волновом числе 1459 см ^-1 (ароматическая деформация C–H и асимметричный изгиб –CH ₃  и –CH ₂ ). Интенсивность его нарастала с увеличением тяжести лечения. Подобные изменения в древесине бука также наблюдали Özgenc et al. (2017). Однако в спектрах древесины ели и сосны снижение ее интенсивности обнаружено цитируемыми авторами.

Пик при 1420 см ^-1 коррелирует с асимметричными деформациями C-H в гемицеллюлозах и лигнине. Интенсивность несколько уменьшилась после обработки при температуре 160°С.

При волновом числе 1232 см ^-1  (сирингильное кольцо и удлинение С–О в лигнине и ксилане) наблюдалось снижение интенсивности пика и его уширение. Это говорит о том, что ксилан разложился и образовалась более конденсированная структура лигнина (Esteves et al . 2013).

Деградация гемицеллюлоз также проявлялась в уменьшении интенсивности пика при 1370 см ^-1  (деформация C–H в углеводах) и при 1156 см ^-1  (колебание C–O–C в углеводах) соответственно. . Гемицеллюлозы являются наиболее термолабильными компонентами макромолекулярных клеточных стенок. При нагревании древесины в первую очередь разлагаются гемицеллюлозы, что приводит к образованию различных летучих соединений (Hill 2006).

Пик поглощения с максимумом при 1325 см ^-1  в спектре необработанной древесины был результатом наложения трех разных пиков. Два из этих пиков были отнесены к целлюлозе (при 1332 см ¹  для ОН при плоском изгибе и при 1316 см ¹  для СН ₂  волнения), а третий был отнесен к лигнину (около 1329 см ¹  для S-кольца плюс G-кольцо в сжатом состоянии). Термическая обработка привела к уширению пиков на этом участке спектров.

Интенсивность пика на 896 см ^-1  (-(1,4)-гликозидная связь и деформация C-H в целлюлозе) не показали значительных изменений. Озгенч и др. (2017) обнаружили, что изменение интенсивности этого пика зависит от породы древесины. Если в древесине бука изменений не наблюдалось, то в хвойных породах наблюдалось снижение его интенсивности.

Рис. 3. Общий индекс кристалличности целлюлозы

На начальном этапе термообработки степень кристалличности целлюлозы увеличилась. На более поздних стадиях наблюдалось снижение (рис. 3). Изменения кристалличности более значительны при более высоких температурах. Максимальная кристалличность была обнаружена через 9ч обработки при температурах 160 и 180°С или через 6 ч при 200°С. Первоначальное увеличение кристалличности может быть вызвано деградацией аморфных областей и перестройкой или переориентацией квазикристаллических областей целлюлозы. С другой стороны, снижение кристалличности целлюлозы может быть связано с увеличением количества цепных реакций разрыва, которые усиливают аморфный характер целлюлозы (Bhuiyan et al. , 2000; Kong et al. , 2017). Более высокая кристалличность целлюлозы приводит к низкой химической реактивности, более высокой термической стабильности и более высокой прочности на растяжение (Hill 2006; Poletto и др. . 2012).

ВЫВОДЫ

1. Значительные изменения полисахаридов были вызваны термической обработкой древесины ясеня. Содержание холоцеллюлозы снижалось уже при 3-часовой термообработке при температуре 160°С, что было обусловлено деструкцией менее термостойких гемицеллюлоз. Было очевидно, что в термообработанной древесине происходило снижение содержания D-ксилозы и изменение интенсивности характеристических полос гемицеллюлозы в FTIR-спектрах. Интенсивность деградации увеличивалась с увеличением интенсивности нагрева.
2. Содержание лигнина в начале несколько снижалось при температуре 160°С, а при более высоких температурах увеличивалось. В макромолекуле лигнина наблюдается деметоксилирование и образование более конденсированных структур.
3. Первоначальное увеличение содержания экстрактивных веществ могло быть вызвано выделением продуктов разложения основных компонентов древесины в экстракционную смесь или реакциями их конденсации с экстрактивными веществами, изначально присутствующими в необработанной древесине.
4. Новые карбонильные или карбоксильные группы образуются в результате окисления при всех условиях обработки. Возможно, это способствовало потемнению древесины при термической обработке.
5. Сначала наблюдалось повышение кристалличности целлюлозы, а затем ее снижение. Максимум достигается при температурах 160 и 180°С в течение 9 ч обработки и при температуре 200°С в течение 6 ч.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Эта статья была поддержана агентством VEGA Министерства образования, науки, исследований и спорта Словацкой Республики № 1/0806/17 (50%) и № 1/0387/18 (50%).

ССЫЛКИ

Ален Р., Котилайнен Р. и Заман А. (2002). «Термохимическое поведение ели европейской ( Picea abies ) при температуре от 180 ºC до 225 ºC», Wood Sci. Технол.  36(2), 163–171. DOI: 10.1007/s00226-001-0133-1

ASTM D1106-96 (2013). «Стандартный метод определения нерастворимого в кислоте лигнина в древесине», ASTM International, West Conshohocken, PA.

ASTM D1107-96 (2013). «Стандартный метод определения растворимости древесины в этаноле и толуоле», ASTM International, West Conshohocken, PA.

Атес, С., Акилдиз, М., и Оздемир, Х. (2009). «Влияние термической обработки на древесину сосны калабрийской ( Pinus brutia Ten. )», BioResources 4(3), 1032-1043. DOI: 10.15376.biores/4.3.1032-1043

Базяр, Б. (2012). «Стойкость к гниению и физические свойства термически обработанной маслом осины», BioResources 7(1), 696-705. DOI: 10.15376/biores.7.1.0696-0705

Бехта П. и Нимц П. (2003). «Влияние высокой температуры на изменение цвета, размерной стабильности и механических свойств древесины ели», Holzforschung  57(5), 539-546. DOI: 10.1515/hf.2003.080

Бхуян, Т. Р., Хираи, Н., и Собуэ, Н. (2000). «Изменения кристалличности древесной целлюлозы при термообработке в сухих и влажных условиях», Journal of Wood Science 46(6), 431-436. DOI: 10.1007/BF00765800

Boonstra, M.J., Van Acker, J., Tjeerdsma, B.F., and Kegel, E.V. (2007). «Прочность термомодифицированной древесины хвойных пород и ее связь с полимерными конструкционными компонентами древесины»,  Энн .  Для. науч.  64(7), 679-690. DOI: 10.1051/лес: 2007048

Бребу М. и Василе К. (2010 г.), «Термическая деградация лигнина — обзор», Cell. хим. Технол.  44(9), 353–363.

Брито, Дж. О., Силва, Ф. Г., Леао, М. М., и Алмейда, Г. (2008). «Изменение химического состава древесины эвкалипта и сосны, подвергнутой термической обработке», Bioresource Technol.  99(18), 8545-8548. DOI: 10.1016/j.biortech.2008.03.069

Чабалова И., Качик Ф., Лаганя Р., Выбохова Э., Бубеникова Т., Чанова И. и Дуркович Дж. (2018). «Влияние термической обработки на химические, физико-механические свойства дуба черешчатого ( Quercus robur L.) древесина», BioResources 13(1), 157-170. DOI: 10.15376/biores.13.1.127-170

Кадемартори, П.Х.Г., Миссио, А.Л., Маттос, Б.Д., и Гатто, Д.А. (2015). «Влияние термической обработки на технологические свойства древесины двух видов Eucalyptus », An. акад. Бюстгальтеры. Cиенц.  87(1), 471–481. DOI: 10.1590/0001-3765201520130121

Кандельер, К., Тевенон, М. Ф. , Петриссанс, А., Дюмарке, С., Жерардин, П., и Петриссанс, М. (2016). «Контроль термической обработки древесины и ее влияние на устойчивость к гниению: обзор», Энн. За. науч.  73(3), 571-583. DOI: 10.1007/s13595-016-0541-x

Чен Ю., Гао Дж., Фань Ю., Чабалала М.А. и Старк Н.М. (2012). «Вызванные нагреванием химические и цветовые изменения древесины черной акации ( Robinia pseudoacacia ) без экстрактивных веществ», BioResources 7(2), 2236-2248. DOI: 10.15376/biores.7.2.2236-2248

Да Силва, М. Р., Мачадо, Г. Д. О., Брито, Дж. О., и Калил Младший, К. (2013). «Прочность и жесткость термически ректифицированной древесины эвкалипта при сжатии», Мат. Рез.-Иберо-Ам. J. 16(5), 1077-1083. DOI: 10.1590/S1516-14392013005000086

Де Моура, Л.Ф., Брито, Дж.О., и Да Силва, Ф.Г. (2012). «Влияние термической обработки на химические характеристики древесины из Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden в различных атмосферных условиях», Cerne 18(3), 449-455. DOI: 10.1590/S0104-77602012000300012

Дубей, М.К., Панг, С., и Уокер, Дж. (2012). «Изменения химического состава, цвета, размерной стабильности и грибковой устойчивости Pinus radiata D. Древесина Дона с термообработкой маслом, Holzforschung 66(1), 49-57. DOI: 10.1515/hf.2011.117

Дзуренда, Л. (2014). «Окрашивание древесины бука при термической обработке насыщенным водяным паром», Acta Fac. Xylologiae  56(1), 13–22.

Эстевес, Б., Грака, Дж., и Перейра, Х. (2008). «Экстрактный состав и суммарный химический анализ термически обработанной древесины эвкалипта», Holzforschung 62(3), 344-351. DOI: 10.1515/HF.2008.057

Эстевес Б., Велес Маркес А., Домингуш И. и Перейра Х. (2013). «Химические изменения термообработанной древесины сосны и эвкалипта под контролем с помощью FTIR», Maderas-Cienc. Технол . 15(2), 245-258. DOI: 10.4067/S0718-221X2013005000020

Эстевес, Б.М., и Перейра, Х.М. (2009). «Модификация древесины путем термообработки: обзор», BioResources 4(1), 370-404. DOI: 10.15376/biores.4.1.0370-0404

Фенгель, Д., и Вегенер, Г. (1984). Древесина: химия, ультраструктура, реакции , Вальтер де Грюйтер, Берлин, Германия.

Гаврон, Дж., Антчак, А., Борисяк, С., Завадский, Дж., и Купчик, А. (2014). «Изучение содержания глюкозы и ксилозы кислотным гидролизом древесины ясеня ( Fraxinus excelsior L.) после термической модификации в азоте методом ВЭЖХ», BioResources 9(2), 3197-3210. DOI: 10.15376/biores.9.2.3197-3210

Гонсалес-Пена, М.М., Керлинг, С.Ф., и Хейл, доктор медицинских наук (2009). «О влиянии тепла на химический состав и размеры термомодифицированной древесины», Полим. Деград. Стабил. 94(12), 2184-2193. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2009.09.003

Хилл, Калифорния (2006). Модификация древесины: химические, термические и другие процессы, John Wiley & Sons, Чичестер, Англия, Великобритания. DOI: 10.1002/0470021748

Хон, Д.Н.С., и Минемура, Н. (2001). «Цвет и обесцвечивание», в: Wood and Cellulosic Chemistry , Marcel Dekker, New York, NY, pp. 385-442.

Хон, Д.Н.С., и Сираиси, Н. (2000). Химия древесины и целлюлозы, Марсель Деккер, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

Качик Ф. и Кубовский И. (2011). «Химические изменения древесины бука под действием лазерного излучения CO ₂ », J. Photoch. Фотобио. А  222(1), 105–110. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2011.05.008

Качик Ф., Луптакова Дж., Шмира П., Насветтрова А., Качикова Д. и Вацек В. (2016). «Химические изменения лигнина древесины сосны во время термической стерилизации», BioResources 11(2), 3442-3452. DOI: 10.15376/biores.11.2.3442-3452

Качикова Д., Качик Ф., Бубеникова Т. и Кошикова Б. (2008). «Влияние огня на изменения лигнина древесины ели», Wood Res.-Slovakia 53(4), 95-103.

Качикова Д., Качик Ф., Чабалова И. и Дуркович Дж. (2013). «Влияние термической обработки на химические, механические и цветовые характеристики древесины ели европейской», Bioresource Technol.  144, 669–674. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.06.110

Клемент И., Рех Р. и Детвай Дж. (2008). «Jaseň štíhly [Европейский ясень]», в: Základné Charakteristiky Lesných Drevín  [ Основные характеристики лесных деревьев ], Národné Lesnicke Centrum, Зволен, Словакия, стр. 1-4.

Конг Л., Чжао З., Хе З. и Йи С. (2017). «Влияние обработки паром на кристалличность и температуру стеклования Eucalyptus grandis ᵡ E. urophylla», Results in Physics 7, 914-919. DOI: 10.1016/j.rinp.2017.02.017

Кучерова В., Лаганя Р., Выбохова Э. и Хирошова Т. (2016). «Влияние химических изменений при термической обработке на цвет и механические свойства древесины пихты», BioResources  11(4), 9079-9094. DOI: 10.15376/biores.11.4.9079-9094

Ли, Л., Ван, X., и Ву, Ф. (2016). «Химический анализ уплотнения, сушки и термической обработки сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L.) в процессе горячего прессования», BioResources 11(2), 3856-3874. DOI: 10.15376/biores.11.2.3856-3874

Милиц, Х. (2002). «Технологии термообработки в Европе: Научная база и современное технологическое состояние», в: Повышение долговечности пиломатериалов и изделий из инженерной древесины , Общество лесных товаров, Мэдисон, Висконсин, стр. 239-249.

Нельсон, М., Л., и О’Коннор, Р. Т. (1964). «Связь некоторых инфракрасных полос с кристалличностью целлюлозы и типом кристаллической решетки. Часть II. Новое инфракрасное соотношение для оценки кристалличности в целлюлозах I и II», Journal of Applied Polymer Science , 8(3), 1325-1341.

Нимц П., Хофманн Т. и Ретфалви Т. (2010). «Исследование химических изменений в структуре термомодифицированной древесины», Мадерас-Сиенс. Текнол.  12(2), 69-78. DOI: 10.4067/SO718-221X2010000200002

Нуоппонен М., Вуоринен Т., Джамса С. и Виитаниеми П. (2004). «Термические изменения в хвойной древесине, изученные с помощью FTIR и УФ-резонансной рамановской спектроскопии», J. Wood Chem. Технол.  24(1), 13-26. DOI: 10.1081/WCT-120035941

Озгенч О., Дурмаз С., Боячи И. Х. и Экси-Кочак Х. (2017). «Определение химических изменений в термообработанной древесине с помощью НПВО-ИК-Фурье и спектроскопии комбинационного Фурье-Фурье»,  Спектрохим. Акта А Мол. биомол. Спектроск.  171, 395–400. DOI: 10.1016/j.saa.2016.08.026

Пелаес-Саманьего, М. Р., Ядама, В., Гарсия-Перес, М., Лоуэлл, Э., и Макдональд, А. Г. (2014). «Влияние температуры во время торрефикации древесины на образование жидких промежуточных продуктов лигнина», J. Anal. заявл. Пирол.  109, 222–233. DOI: 10.1016/j.jaap.2014.06.008

Полетто, М., Заттера, А.Дж., Форте, М.М., и Сантана, Р.М. (2012). «Термическое разложение древесины: влияние компонентов древесины и размера кристаллитов целлюлозы», Биоресурс Технол 109(1), 148-153. DOI: 10.1016/j.biortech.2011.11.122

Пончак, С., Кокафе, Д., Буазара, М., и Пишетт, А. (2006). «Влияние высокотемпературной обработки на механические свойства березы ( Betula papyrifera )», Wood Sci. Технол. 40(8), 647-663. DOI: 10.1007/s00226-006-0082-9

Зайферт, К. (1956). «Zur Frage der Cellulose — Schnellbestimmung nach der Acetylaceton — Methode», Das Papier 14(3), 104–106.

Северо, Э.Т.Д., Калонего, Ф.В., Сансиголо, К.А., и Бонд, Б. (2016). «Изменения химического состава и устойчивости к гниению термомодифицированной древесины Hevea brasiliensis », PLOS One 11(3), e0151353. DOI: 10.1371/journal.pone.0151353

Слютер, А., Хеймс, Б., Руис, Р., Скарлата, К., Слютер, Дж., Темплтон, Д., и Крокер, Д. (2011). Определение структурных углеводов и лигнина в биомассе: лабораторная аналитическая процедура (LAP)  (NREL/TP-510-42618), Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, Голден, Колорадо,

Сринивас, К., и Панди, К. (2012). «Фотодеградация термически модифицированной древесины», J. Photoch. Фотобио. В  117, 140-145. DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2012.09.013

Танкут Н., Танкут А. Н. и Зор М. (2014). «Механические свойства термообработанного деревянного материала, используемого при изготовлении уличной мебели для сидения», тюрк. Дж. Агрик. За.  38(1), 148–158. ДОИ: 10.3906/tar-1211-9

Tjeerdsma, B.F., and Militz, Ć. Х. (2005). «Химические изменения в гидротермически обработанной древесине: FTIR-анализ комбинированной гидротермической и сухой термообработанной древесины», Holz Roh Werkst. 63, 102-111. DOI: 10.1007/s00107-004-0532-8

Толвай Л., Немет Р., Пастори З., Бейо Л. и Такац П. (2014). «Стабильность цвета термически модифицированной древесины при кратковременной фотодеградации», BioResources 9(4), 6644-6651. DOI: 10.15376/biores.9.4.6644-6651

Тюмен И., Айдемир Д., Гундуз Г., Унер Б. и Четин Х. (2010). «Изменения в химической структуре термически обработанной древесины», BioResources 5(3), 1936-1944. DOI: 10.15376/biores.5.3.1936-1944

Туонг, В.М., и Ли, Дж. (2010). «Влияние термической обработки на изменение цвета и стабильность размеров гибридной древесины акации», BioResources  5(2), 1257-1267. DOI: 10.15376/biores.5.2.1257-1267

Ван, X., Ву, З., Фанг, Л., Вей, П., Фей, Б., и Лю, Дж. (2015). «Изменения химического состава, кристалличности и преобразование Фурье инфракрасных спектров Эвкалиптовая пленка  древесина при различных температурах вакуумной термообработки», Forest Prod. J.  65(7–8), 346–351. DOI: 10.13073/FPJ-D-13-00099

Викберг, Х., и Мауну, С.Л. (2004). «Характеристика термически модифицированной твердой и мягкой древесины с помощью ЯМР C-13 CPMAS»,  Carbohyd. Полм.  58(4), 461–466. DOI: 10.1016/j.carbpol.2004.08.008

Windeisen, E., Bächle, H., Zimmer, B., and Wegener, G. (2009). «Взаимосвязь между химическими изменениями и механическими свойствами термически обработанной древесины», Holzforschung  63(6), 773–778. DOI: 10.1515/HF.2009.084

Виндайзен, Э., и Вегенер, Г. (2008). «Поведение лигнина при термической обработке древесины», Ind. Crop. Произв. 27(2), 157-162. DOI: 10.1016/j.