木工所在超硬木质复合材料（木钢）研究方面取得重要进展

　　木工所联合英国诺森比亚大学、加拿大阿尔伯塔大学以及林化所等研究团队，受树木自然木质化过程的启发，成功研发出一种超硬木质复合材料（WBC），相关成果发表于《Advanced Materials》（五年平均IF=30.2）。这种材料比硬度与镁合金相当，可以抵挡子弹冲击，为可持续高性能材料开辟了新方向。
　　树木从幼苗到参天大树的过程中，酚类聚合物木质素凭借其交联特性，以壳状结构包裹纤维束使细胞壁逐渐硬化，最终支撑起整棵树的重量。研究团队巧妙模拟了这一机制：将低分子量酚醛树脂（PF）注入超薄木单板（0.2毫米）的细胞壁，增强壳状结构的含量和密度。通过PF交联固化后显著提升细胞壁硬度。同时利用低分子量PF增塑的作用，进一步压缩密实化木材，强化纤维素骨架内的相互作用，最终形成超硬木质复合材料。这种细胞壁级强化技术突破了传统木材增强方法的局限——既避免了碱处理脱木质素的环境污染，又解决了传统层压材料易受湿度影响尺寸稳定性的难题。
　　实验数据显示，超硬木质复合材料的詹氏硬度高达是普通杨木的19.5倍，甚至超过蛇纹木等名贵硬木；布氏硬度达40.7 HB，比硬度与镁合金AZ61相当，优于不锈钢和铝合金。它具有优异的静、动态抗穿刺性能，可抵挡箭矢和子弹等高速冲击，背板无穿透损伤。
　　超硬木质复合材料的热释放率比普通木材降低52.5%，烟雾生成减少59%，火灾中可形成致密碳层阻隔氧气；导热系数仅0.12 W/m·K，优于多数商用保温材料；耐腐等级达到Ⅱ级，白蚁存活率降低71.5%，使用寿命大幅延长；生命周期评估显示，其全球变暖潜力、酸化、臭氧消耗、对呼吸系统及人类健康影响均低于钢材、混凝土结构材料，且甲醛释放量检测值与实木相当。
　　超硬木质复合材料潜在应用包括：抗震、防爆等建筑结构；可移动轻量化防弹墙、防洪堤等设施；公路护栏、减震带、船舶板等耐冲击部件。
　　该研究以“A Natural Lignification Inspired Super-Hard Wood-based Composites with Extreme Resilience”为题发表于《Advanced Materials》。木工所黄宇翔副研究员和英国诺森比亚大学Kaixin Jiang为共同第一作者，木工所余养伦研究员、林化所张代晖研究员、加拿大阿尔伯塔大学Xuehua Zhang教授和英国诺森比亚大学Ben Bin Xu教授为共同通讯作者。(黄宇翔)
　　　　中国林科院 　2025-04-27

关键词 木质复合材料  硬度  图片