近年来，许多国家对天然林采取不同程度的禁伐或禁止出口等保护措施。自20世纪 60 年代起，我国大力推广速生人工林种植，目前人工林面积居世界首位，其中杉木（Cunninghamia lanceolata）是我国最主要的人工林树种之一。由于生长周期短，速生材存在尺寸稳定性差、密度低、耐候性差等缺点。通过对杉木等速生材进行改性处理，提高其性能，增加经济附加值等具有重要意义[1]。随着人们环保意识的增强，非化学药剂处理的木材制品获得了越来越广阔的市场空间，其中木材热处理技术占据了重要位置，近年来开发了比较成熟且已商业化推广的木材热处理技术[2-3]。热处理是一种不添加任何化学药品的木材改性方法，一般是在150 ～ 260 ℃的缺氧环境中进行，可提高木材尺寸稳定性、耐腐性等[4]。

热处理木材的质量损失主要受树种和热处理条件的影响。Esteves和Pereira[5]研究发现：对不同树种木材，采用不同热处理工艺，质量损失率在5.7% ～15.2%之间。热处理过程中木材的质量损失对其性能具有重要影响，有必要进行研究。Zaman等[6]在水蒸汽介质中对欧洲赤松（Pinus sylvestris）和白桦（Betula platyphylla）进行热处理，在相同处理条件下，针叶材（赤松）的质量损失小于阔叶材（白桦）的质量损失。热处理材的质量损失随热处理温度升高而增加，一般在200 ℃或更高处理温度下可观察到处理材质量加速损失。Yalcin等[7]在热处理白蜡木（Fraxinusspp.）的研究中发现：热处理温度低于200 ℃时，处理材质量损失率很小，当温度达到200 ℃时，质量损失率迅速增加。热处理通常会导致木材力学性能降低[8]，总体而言，静曲强度（MOR）随热处理程度加深而不断下降[9]。Bekhta等[10]在100、150、200 ℃ 下热处理云杉（Picea asperata）24 h，其 MOR平均下降44% ～ 50%，弯曲弹性模量（MOE）下降4% ～9%。张乃华等[11]研究表明：热处理马尾松（Pinus massoniana）的MOR和MOE均随热处理温度升高和时间延长逐渐降低。

木材力学性能的行为机制体现在细胞壁结构与性能上[12-13]，木材细胞壁主要由纤维素、半纤维素和木质素3种高分子化合物组成，它们的降解与分布影响处理材的力学性能。Malek 等[14]基于巴尔沙木（Ochroma lagopus）细胞壁的多尺度结构，建立了包括细胞壁形态、微纤丝角度、细胞壁层厚度的力学性能模型，但此模型不能反映热处理对木材细胞壁力学性能的作用机制。Tiryaki和Hamzacebi[15]采用人工神经网络模型对热处理山毛榉（Fagus longipetiolata）和云杉的MOR、MOE进行了预测，但人工神经网络模型不能直观揭示热处理工艺与性能之间的作用关系，因此有必要建立经验或理论分析预测模型。有研究[16]表明：热处理材的质量损失影响其力学性能，在木材热处理过程中，半纤维素最先开始热分解，释放的乙酸作为解聚催化剂，进一步催化多糖分解，是热处理木材发生质量损失的主要原因。Mburu等[17]研究发现：当质量损失率高于16%时，热处理材的力学性能开始显著降低。因此，建立质量损失与力学性能的关系模型，将有利于通过热处理过程中实时监测木材质量损失而快速推测处理材的力学性能。

本研究采用不同热处理温度（160、180、200、220 ℃）和时间（1、2、3、4、5、6 h），在氮气氛围下，对人工杉木薄片进行热处理。通过考察热处理温度和时间对木材质量损失率和静曲强度的影响，分别构建质量损失率和静曲强度的经验预测模型，以及质量损失率与静曲强度之间的关系模型。

1 材料与方法

1.1 材 料

杉木（Cunninghamia lanceolata）产自浙江省开化市，气干材。在热处理过程中为了使试件温度分布比较均匀，采用厚度为1 mm的薄片试件，试件尺寸为 51 mm（轴向） × 13 mm（径向） × 1 mm（弦向），试验前在60 ℃真空干燥箱（DZF-6 050）处理4 h，预处理后试材含水率约为3%。

1.2 试验方法

1.2.1 热处理方法

本试验对高温烘箱（KSL-1200X）进行改进，增加了氮气输入和输出通道，使烘箱空腔形成氮气保护氛围。首先将待处理试样在常温下放入烘箱后通入20 min氮气，排除烘箱空腔中的空气，之后以10 ℃/min的升温速率升至目标温度并保持，热处理完成后快速打开烘箱取出试件，并保存在干燥器中冷却至室温。结合工业常用热处理温度范围，本研究的热处理温度分别为160、180、200和220 ℃，热处理时间分别为 1、2、3、4、5、6 h，氮气流量 150 mL/min，对照组未进行热处理，每个试验重复6次。

1.2.2 杉木质量损失测试