木材压缩密实化是人工林速生木材性能改良和高附加值利用的绿色改性方法。探讨压缩密实化过程中木材内部含水率和温度分布规律对压缩层位置、厚度选择性控制的作用机制,研究压缩木材后期变形固定新方法及其机理,可以有效降低压缩过程中木材材积的损耗率、提高压缩木材的产品质量,为人工林速生木材高效益、高性能加工利用提供科学指导,具有重要的理论意义和实际应用价值。本研究采用毛白杨(Populus tomentosa)人工林速生木材作为试验材料,研究了180℃预热处理过程中木材内部含水率和温度分布规律并建立了相应的模型,探讨了无定型高聚物玻璃化转变和屈服应力的湿热响应规律;根据木材内部的湿热分布规律,通过调控浸水时间、压缩量、预热时间和压机闭合时间实现了压缩层厚度和位置的选择性控制并分析了可控性机理;采用180℃常压和0.3 MPa过热蒸汽对压缩木材进行了变形固定处理,对比了常压和0.3 MPa过热蒸汽处理对压缩木材的变形固定效果,探讨了过热蒸汽处理前后压缩木材主成分和微观结构变化及其对变形固定的作用,测定分析了压缩木材物理、力学性能的变化规律。本论文的主要研究结论如下:(1)预热处理过程中,随着预热时间的延长木材内部峰值含水率沿着厚度方向按幂函数y=0.7616x0.3645由木材表面向中心层移动,峰值含水率逐渐降低。当预热时间为120s时峰值含水率由木材表面向中心层移动了 4.00mm左右,峰值含水率由27.16%下降至15.82%。同时,预热处理过程中木材内部温度分布表现为内低外高的趋势,随着预热时间延长至600 s,表层和中心层的温差由90℃逐渐降低至60℃左右。(2)通过预热时间对木材含水率分布的调控,层状压缩木材压缩层形成位置随着预热时间在木材厚度方向上按幂函数y=0.0845x0.6869由木材表面向中心层移动,压缩层形成位置与峰值含水率位置间呈现显著的线性相关关系,其决定系数为0.99。压缩层平均气干密度为0.69～0.89 g/Cm3之间,未压缩层平均气干密度仍然保持在0.44 g/cm3左右。通过压缩量和湿热分布的调控,表层压缩木材的压缩层厚度逐渐增加,压缩量为2～18 mm时,压缩层厚度可以控制在3.01～14.51mm左右。(3)基于木材屈服应力对湿热的响应规律,通过调控木材内部的含水率和温度分布梯度,细胞壁内无定型高聚物在水分塑化作用和温度热作用的双重影响下,木材内部形成了分层软化效应。预热处理初期这种分层软化效应表现为木材表层和中心层的屈服应力分别为1.50 MPa和5.96 MPa左右,形成的屈服应力差达到4.46 MPa。(4)压缩量增加表层压缩木材的变形回复率降低,压缩量18mm时压缩木材吸湿、吸水回复率比压缩2 mm降低了 7.26%和19.8%。蒸汽压力可以显著降低压缩木材变形回复率,180℃、0.3MPa过热蒸汽处理2h后,压缩木材平均吸湿、吸水回复率由12.92%和62.16%分别显著降低至1.48%和13.06%,而且方差分析表明压缩量对回复率的影响差异不显著。同时,过热蒸汽处理前后压缩木材的抗弯弹性模量、抗弯强度、抗压强度和硬度差异不显著。其中,过热蒸汽处理后压缩木材(压缩量为10 mm)的抗弯弹性模量、抗弯强度、硬度和表面硬度比对照材分别提高了 52.59、36.44、122.03 和 129.61%。(5)压缩处理引起木材细胞壁产生微裂隙等微观变化,为过热蒸汽处理过程中高温蒸汽的扩散提供了有效通道。过热蒸汽处理过程中,压缩木材表面的疏水性提高,蒸馏水初始接触角由103°增加至136°。木材内半纤维素发生脱乙酰化反应,产生的醋酸催化了半纤维素降解为低聚糖,减少了强吸湿性基团的数量;纤维素的相对结晶度由53.75%增加至58.07%,结晶区微纤丝发生重排和有序化取向,结晶区宽度由2.83 nm增加至3.90 nm。