某公司研制出ZR-M-301木材防火用阻燃劑，通過國家固定滅火系統(tǒng)和耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心的檢驗(yàn)，加工阻燃木材采用常壓浸漬工藝，阻燃劑在木材中浸漬的載藥量、滲透深度不足，使得實(shí)際生產(chǎn)的阻燃木材達(dá)不到應(yīng)有的阻燃效果。目前常用的木材阻燃劑浸漬方法中，真空加壓處理方法是進(jìn)行木材防腐或阻燃浸漬處理的主要生產(chǎn)設(shè)施，實(shí)踐證明加壓處理是木材阻燃浸漬行之有效的方法，缺點(diǎn)是投資大，操作比較復(fù)雜。本研究以ZR-M-301型木材阻燃劑為浸漬藥液，選擇代表性樹種樟子松和水曲柳，探索在木材阻燃浸漬處理過程中引入超聲波技術(shù)，簡化木材浸漬處理設(shè)備和操作的可行性。
1超聲波空化加壓提高阻燃劑浸注量的可行性超聲波作用于溶液時會產(chǎn)生超聲空化現(xiàn)象，產(chǎn)生數(shù)以萬計的微小氣泡，這些氣泡迅速閉合，會產(chǎn)生一微激波，因此局部有很大的壓強(qiáng)，從理論上講應(yīng)該在木材的表面產(chǎn)生加壓的效果。
11國內(nèi)外超聲波在木材浸漬處理中的應(yīng)用研究NairHU等在對木材進(jìn)行加壓處理的同時，施以聲波或超聲波的作用，改善木材的滲透性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與常規(guī)加壓處理作比較。當(dāng)連續(xù)加壓處理152h，花旗松聲波處理的藥劑吸收量優(yōu)于常規(guī)處理，而這種處理方法對美國西部黃松試材不太理想。WheatPE等采用超聲波技術(shù)，用防腐劑浸漬處理木材。所用白云杉以氟化鈉飽和溶液浸漬后，木材內(nèi)液體的流動性增強(qiáng)，在超聲波頻率47kHz時，氟化鈉離子的吸收量增加。
中國專利木材阻燃超聲波處理工藝，頻率50100kHz，處理櫸木，實(shí)驗(yàn)板材單板厚度1mm，分2次浸漬，木材第1次浸泡在阻燃液中，超聲處理115h，第2次浸泡在阻燃液中，超聲處理152h.
12超聲波空化效應(yīng)121超聲波空化超聲波空化首先是從液體中強(qiáng)度薄弱的地方開始，液體中出現(xiàn)著許多空化核，直徑一般為10-910-8m.空化核產(chǎn)生的原因是：液體中的熱起伏、液體在運(yùn)動過程中混入氣體等。在聲負(fù)壓的作用下，這些空化核就會膨脹而形成空化氣泡。
使液體產(chǎn)生空化的最小壓強(qiáng)稱為該液體的空化閾值，超聲空化閾值與液體溫度、壓力、含氣量以及空化核半徑的大小有關(guān)。引起空化閾值高的因素有：液體中含氣量越少、液體的靜壓力增加、液體的粘度大、超聲波的頻率高等。
122氣泡的運(yùn)動氣泡在聲場的作用下會進(jìn)行振動，但不一定會發(fā)生氣泡閉滅，當(dāng)聲波的頻率小于氣泡的諧振頻率時，氣泡半徑隨著聲壓趨向于負(fù)值而不斷增大，當(dāng)聲壓為正壓力時，由于氣泡表面振動的慣性作用，氣泡仍以某一速度膨脹，達(dá)到某一最大值Rm以后，開始收縮，在正壓力作用下，收縮速度越來越快，迅速閉合。而當(dāng)聲波頻率超過氣泡的諧振頻率時，氣泡進(jìn)行復(fù)雜的振動，但不能使氣泡閉滅。諧振頻率的計算式為：f0=12R03（P0 2R0）式中：為液體表面張力，達(dá)因cm-1；為氣泡中氣體的等壓比熱cp與等容比熱cv之比；為液體介質(zhì)密度，gcm-2；R0為氣泡原始半徑，cm；P0為液體的靜壓力，達(dá)因cm-2.
木材阻燃劑的液體性質(zhì)近似于水，取表面張力值為7275達(dá)因cm-1，=14，=1gcm-2，則可求得不同氣泡直徑R0時的氣泡諧振頻率，見。
木材阻燃劑中不同氣泡原始直徑D0時的氣泡諧振頻率f0/kHz1040100160200400600800100017002000R0/m330803320165855433217123空化氣泡閉合時產(chǎn)生激波的強(qiáng)度當(dāng)氣泡閉合時，產(chǎn)生激波壓力，假設(shè)Rm為氣泡膨脹達(dá)到某一最大值以后開始收縮的最大值，當(dāng)氣泡被壓縮到R時，氣泡表面處距離氣泡中心1587R處的壓力最大，閉合氣泡產(chǎn)生激波的壓力峰值為：PmaxP044/3RmR3顯然，Rm/R的比值越大，閉合時產(chǎn)生的激波強(qiáng)度越大，氣泡在閉合過程中，氣泡壓縮到最小半徑時，產(chǎn)生的壓強(qiáng)最大，根據(jù)上式估算，局部壓力可達(dá)5107Pa實(shí)際上氣泡半徑的最大值Rm取決于聲強(qiáng)、振幅和頻率，頻率較低時，氣泡能膨脹到相當(dāng)大時閉合，產(chǎn)生的激波更強(qiáng)。
2試驗(yàn)方案、試驗(yàn)結(jié)果與討論21試驗(yàn)方案211試驗(yàn)方案設(shè)計思路木材試樣樟子松和水曲柳邊材，試樣尺寸100mm20mm30mm，每組試樣數(shù)量5個。選擇不同的浸漬方法，使用ZR-M-301型木材阻燃劑，按照有關(guān)試驗(yàn)的規(guī)范做試樣的阻燃劑浸漬深度、載藥率試驗(yàn)。
工業(yè)生產(chǎn)中，木材阻燃浸漬壓力一般為10MPa，保壓時間一般30180min.本實(shí)驗(yàn)以壓力浸漬數(shù)據(jù)作為比較的基準(zhǔn)，比較超聲波輻射浸漬與壓力浸漬的浸注能力差別。超聲波輻射浸漬選擇2種工作狀況：一是單獨(dú)的超聲波輻射浸漬；二是木材試樣經(jīng)微波處理后再超聲波輻射浸漬，因?yàn)閴毫n的壓力是一段時間內(nèi)恒定推動力，用以克服木材微觀結(jié)構(gòu)中導(dǎo)管、管胞、紋孔、浸提物充填或紋孔閉塞等阻燃劑流動阻力，而超聲波空化效應(yīng)產(chǎn)生的激波壓力是瞬間壓力，若木材微觀構(gòu)造中阻燃劑浸漬通道不暢，流動阻力會很大，利用微波加熱處理先打通木材內(nèi)部構(gòu)造的水汽通道，可以使超聲輻射浸漬的效果更明顯。
212試驗(yàn)裝置壓力浸漬容器用氧彈式熱量計改造而成，用氮?dú)馄空{(diào)節(jié)加壓在氧彈中形成浸漬壓力；超聲波加壓浸漬實(shí)驗(yàn)使用超聲波清洗機(jī)，KQ-50B型，工作頻率40kHz；微波加熱處理改善木材滲透性裝置使用家用微波爐。
213超聲波試驗(yàn)參數(shù)頻率、聲強(qiáng)、輻射時間等超聲波頻率：頻率低激波強(qiáng)度高，空化閾值低，但氣泡的諧振頻率下直徑大。綜合來看，頻率低的頻率空化作用較強(qiáng)，從超聲在各種行業(yè)應(yīng)用的文獻(xiàn)中可以看出，超聲波工作頻率一般都選擇在2040kHz范圍。從應(yīng)用性及經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，選擇超聲波工作頻率40kHz為超聲波輻射浸漬試驗(yàn)頻率。超聲波聲強(qiáng)：超聲波聲強(qiáng)越高，空化效果越強(qiáng)，一般在工業(yè)應(yīng)用中聲強(qiáng)的平均水平為0305Wcm-2超聲波輻射時間：為了與壓力浸漬方法比較，超聲波輻射浸漬時間定為30min.真空或較高的壓力（02MPa）下空化作用的強(qiáng)度顯著下降，超聲波輻射浸漬試驗(yàn)應(yīng)在大氣壓下敞口操作。
22試驗(yàn)結(jié)果壓力浸漬、超聲波輻射浸漬、微波處理后超聲波輻射浸漬樹種、阻燃劑浸入深度、載藥率關(guān)系見。
壓力浸漬、超聲波輻射浸漬和微波（關(guān)于微波殺菌）處理后超聲波輻射浸漬條件下樹種、阻燃劑浸入深度、載藥率關(guān)系樹種浸漬能力參數(shù)壓力浸漬10MPa30min超聲波輻射浸漬30min微波處理后超聲波輻射浸漬30min水曲柳縱向浸入深度/mm152橫向浸入深度/mm54截面全浸透載藥率/10520611167樟子松縱向浸入深度/mm12453橫向浸入深度/mm2907載藥率/431031246：微波處理參數(shù)：水曲柳強(qiáng)度高2min，樟子松強(qiáng)度高15min.
23討論超聲波輻射浸漬的處理方法對水曲柳和樟子松樹種不合適，可能是由于木材微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)管、管胞、紋孔尺寸很小，再加上浸提物充填或紋孔閉塞等原因，使阻燃劑浸漬通道不暢，超聲波輻射試驗(yàn)聲強(qiáng)的強(qiáng)度和輻射時間無法克服阻燃劑流動阻力造成的。
微波處理后與超聲波輻射組合處理方法阻燃劑浸漬效果明顯，對水曲柳木材試樣，微波處理后超聲波輻射浸漬30min的阻燃劑浸漬效果與壓力10MPa、30min的壓力浸漬時的阻燃劑浸漬效果相當(dāng)；對樟子松木材試樣，微波處理后超聲波輻射浸漬30min的阻燃劑浸漬效果相當(dāng)于壓力10MPa、浸漬30min的壓力浸漬時的阻燃劑浸漬效果的60.
壓力浸漬法處理的試樣截面上，阻燃劑大多集中于木材試樣橫向表面下，試樣截面中心部位阻燃劑含量比較少。從木材阻燃效果的角度考慮，在載藥量基本相當(dāng)?shù)那疤嵯?，希望在阻燃木材截面?nèi)阻燃劑應(yīng)該分布均勻。為比較阻燃劑的分布情況，將壓力浸漬試樣試件和微波處理后超聲波輻射浸漬試樣在長度方向的1/2處切斷，用雙刃刀片挑出木絲用打火機(jī)做點(diǎn)燃試驗(yàn)，可以明顯發(fā)現(xiàn)，微波處理后超聲波輻射浸漬試樣阻燃劑分布更均勻。
3結(jié)論
1）對于水曲柳和樟子松木材試樣，用微波處理和超聲波輻射浸漬組合的方法強(qiáng)化阻燃劑浸漬是可行的。對于水曲柳來說，基本上相當(dāng)于10MPa壓力浸漬條件下的阻燃劑浸注量水平。
2）單一采用超聲波輻射浸漬的處理方法對水曲柳和樟子松樹種不合適。
3）木材微波處理生產(chǎn)線國內(nèi)多家企業(yè)可以生產(chǎn)，超聲波輻射浸漬裝置是底部有多個超聲波換能器并聯(lián)的浸漬槽，可以專門設(shè)計生產(chǎn)。
率隨光照的加強(qiáng)、溫度的升高而升高，到中午前后達(dá)到峰值，下午隨光照強(qiáng)度和氣溫的降低而降低，故呈單峰曲線。比較4種常綠植物的蒸騰速率的峰值和日平均值，珊瑚樹>海桐>桂花>大葉黃楊，并不與4種植物葉片的組織水高低一致，但與自由水的高低順序較為一致，表明植物組織中自由水的含量越高，水分散失越快，蒸騰速率也越高。
雖然4種植物的蒸騰速率日變化為單峰曲線，但4種常綠植物的凈光合速率仍然為雙峰曲線，可能與中午溫度過高有關(guān)，溫度過高，與光合作用有關(guān)的各種酶的活性下降，導(dǎo)致光合速率也降低。4種植物的凈光合速率的峰值和日均值以海桐為最高，其次為珊瑚樹，大葉黃楊最低，與光合色素中總?cè)~綠素及葉綠素a含量高低一致，并且與4種植物對光照的響應(yīng)有關(guān)，海桐的光補(bǔ)償點(diǎn)低，而光飽和點(diǎn)高，表明海桐既能適應(yīng)較低的光照，又能適應(yīng)較高的光照，故光合能力較強(qiáng)。
植物對環(huán)境的調(diào)節(jié)作用，既受到植物的生理特性、植物樹冠、葉片的形態(tài)結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素的影響，同時還受到大氣中光照、溫度、風(fēng)等外因的影響。4種常綠植物冠內(nèi)溫度與大氣比較，以海桐差異最大，大葉黃楊幾乎沒有差異，主要與樹冠的形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，海桐枝葉濃密，樹冠表面積大，光線不易直射到樹冠內(nèi)，故溫度比大氣中低；大葉黃楊枝葉稀疏，易受外界環(huán)境影響，因此，幾乎與大氣中沒有差異，4種植物樹冠外圍的濕度和CO2含量均與大氣中的濕度和CO2含量呈顯著差異，濕度的大小和CO2濃度高低與植物蒸騰速率和凈光合速率關(guān)系密切，蒸騰速率強(qiáng)，樹冠外圍的濕度高，凈光合速率高，釋放出的氧氣就多，CO2的相對含量就低。就吸塵能力來講，海桐的葉片小且光滑平整，不易吸收灰塵，吸塵能力差，而珊瑚樹葉片大，成V形，吸塵能力較強(qiáng)。擴(kuò)展閱讀：關(guān)于微波殺菌
