本發(fā)明屬于木材加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種木質(zhì)板材的碳化處理方法。
背景技術(shù)：
木材是人們生活中必不可少的物質(zhì)之一，為了增強(qiáng)木材的性能，有時需要對木材進(jìn)行碳化處理。木材經(jīng)過高溫碳化處理后，不僅會使其表面更為美觀，還使其具有防腐及抗生物侵襲、抗變形開裂，耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，并且又具有含水率低、不易吸水、材質(zhì)穩(wěn)定、不變形、完全脫脂不溢脂、隔熱性能好、無特殊氣味等特點(diǎn)。雖然現(xiàn)有的木材碳化處理方法多種多樣，制得的碳化木性能已有很好的改善，但其仍存在一定的缺陷，如現(xiàn)有的碳化處理對木材表面的碳化處理不完全，導(dǎo)致使用過程中仍然會受到微生物的侵襲，且碳化后其表面硬度耐磨度有所下降，影響了其使用性能，因此還需對碳化處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的問題，提供了一種木質(zhì)板材的碳化處理方法，可有效改善板材的碳化特性，增強(qiáng)其使用性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種木質(zhì)板材的碳化處理方法，包括如下步驟：
（1）板材清洗：
將待加工的板材按照設(shè)計要求進(jìn)行分類切割處理，然后用清水對處理后的板材進(jìn)行沖洗清理處理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等雜質(zhì)，最后瀝干表面水分備用；
（2）表面改性處理：
將步驟（1）處理后的板材放入密閉爐內(nèi)，按大小分級碼放好后，再將霧化水蒸汽對板材表面進(jìn)行噴覆處理，同時將密閉爐內(nèi)的壓力提升至3.5~4.0mpa，共同處理25~35min后再對密閉爐進(jìn)行降溫降壓處理，完成后將板材取出備用；
（3）浸泡處理：
將步驟（2）處理后的板材放入表面處理液中，浸泡處理1~2h后將板材取出備用，所述的表面處理液中各成分及對應(yīng)重量百分?jǐn)?shù)為：葡萄糖5~8%、果糖2~4%、五碳醛糖1~3%、棉籽低聚糖1~2%、納米二氧化硅0.5~1.5%，余量為水；
（4）碳化處理：
將步驟（3）處理后的板材放入碳化爐中進(jìn)行碳化處理，其中保持碳化的溫度為480~560℃，保持碳化爐內(nèi)的壓力為3.4~4.2mpa，碳化處理10~15min后將板材取出備用；
（5）冷卻處理：
將步驟（4）碳化處理后的板材取出置于自然條件下冷卻至常溫即可。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的清水為去離子水。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的板材表面始終置于霧化水蒸汽的氛圍中。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的霧化水蒸汽的溫度控制為102~106℃。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的降溫降壓處理于3~6min內(nèi)完成。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的板材與表面處理液的體積比為1：5~7。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的在板材放入表面處理液中浸泡處理的同時，還對板材施加頻率為25~28khz的超聲波處理。在浸泡處理時施加的超聲波處理不僅有利于提升木質(zhì)板材對于表面處理液的有效成分的吸收，同時還利于消除表面改性處理步驟中木質(zhì)板材內(nèi)殘留的應(yīng)力，有助于提升后續(xù)加工的成品率；
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的碳化處理時碳化爐內(nèi)的保護(hù)氣體為氮?dú)狻?/p>
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明針對現(xiàn)有木質(zhì)板材碳化處理的不良現(xiàn)象進(jìn)行了針對性的改進(jìn)處理，其中先將木質(zhì)板材放入密閉爐內(nèi)進(jìn)行表面改性處理，在高壓環(huán)境下，利用高溫水蒸汽對表面進(jìn)行噴蒸處理，一定時間后再快速卸壓降溫，此時能很好的松散木質(zhì)板材表面的纖維結(jié)構(gòu)，同時還能去除表層內(nèi)油脂等利于微生物生長的物質(zhì)成分，并為后續(xù)的碳化處理提供了基礎(chǔ)，之后對其進(jìn)行了特殊的浸泡處理，在浸泡中使用的表面處理液中添加的葡萄糖、果糖、五碳醛糖和棉籽低聚糖成分，將其填充于木質(zhì)板材的表面內(nèi)，可在后期碳化處理時與木質(zhì)板材中的芳烴結(jié)構(gòu)木質(zhì)纖維素結(jié)合生成生物質(zhì)炭材料，即有效提升了碳化率和碳化效果，同時添加的納米二氧化硅能有效的填充固定于碳化層內(nèi)，進(jìn)而提升了整體的抗菌、耐腐、耐磨等效果，最后通過合理的碳化工藝參數(shù)控制，有效完成了木質(zhì)板材的碳化處理操作。本發(fā)明碳化處理方法能有效的提升對木質(zhì)板材的碳化效果，其表面碳化層的厚度得到有效提升，其表層材料的碳化率也得到很好提高，同時合理添加的納米二氧化硅又增強(qiáng)了表層的密度和力學(xué)特性，加工的次品率明顯降低，具有很好的使用價值。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種木質(zhì)板材的碳化處理方法，包括如下步驟：
（1）板材清洗：
將待加工的板材按照設(shè)計要求進(jìn)行分類切割處理，然后用清水對處理后的板材進(jìn)行沖洗清理處理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等雜質(zhì)，最后瀝干表面水分備用；
（2）表面改性處理：
將步驟（1）處理后的板材放入密閉爐內(nèi)，按大小分級碼放好后，再將霧化水蒸汽對板材表面進(jìn)行噴覆處理，同時將密閉爐內(nèi)的壓力提升至3.5mpa，共同處理25min后再對密閉爐進(jìn)行降溫降壓處理，完成后將板材取出備用；
（3）浸泡處理：
將步驟（2）處理后的板材放入表面處理液中，浸泡處理1h后將板材取出備用，所述的表面處理液中各成分及對應(yīng)重量百分?jǐn)?shù)為：葡萄糖5%、果糖2%、五碳醛糖1%、棉籽低聚糖1%、納米二氧化硅0.5%，余量為水；
（4）碳化處理：
將步驟（3）處理后的板材放入碳化爐中進(jìn)行碳化處理，其中保持碳化的溫度為480~500℃，保持碳化爐內(nèi)的壓力為3.4mpa，碳化處理10min后將板材取出備用；
（5）冷卻處理：
將步驟（4）碳化處理后的板材取出置于自然條件下冷卻至常溫即可。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的清水為去離子水。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的板材表面始終置于霧化水蒸汽的氛圍中。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的霧化水蒸汽的溫度控制為102~106℃。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的降溫降壓處理于3~4min內(nèi)完成。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的板材與表面處理液的體積比為1：5。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的在板材放入表面處理液中浸泡處理的同時，還對板材施加頻率為25khz的超聲波處理。
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的碳化處理時碳化爐內(nèi)的保護(hù)氣體為氮?dú)狻?/p>
實(shí)施例2
一種木質(zhì)板材的碳化處理方法，包括如下步驟：
（1）板材清洗：
將待加工的板材按照設(shè)計要求進(jìn)行分類切割處理，然后用清水對處理后的板材進(jìn)行沖洗清理處理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等雜質(zhì)，最后瀝干表面水分備用；
（2）表面改性處理：
將步驟（1）處理后的板材放入密閉爐內(nèi)，按大小分級碼放好后，再將霧化水蒸汽對板材表面進(jìn)行噴覆處理，同時將密閉爐內(nèi)的壓力提升至3.8mpa，共同處理30min后再對密閉爐進(jìn)行降溫降壓處理，完成后將板材取出備用；
（3）浸泡處理：
將步驟（2）處理后的板材放入表面處理液中，浸泡處理1.5h后將板材取出備用，所述的表面處理液中各成分及對應(yīng)重量百分?jǐn)?shù)為：葡萄糖7%、果糖3%、五碳醛糖2%、棉籽低聚糖1.5%、納米二氧化硅1%，余量為水；
（4）碳化處理：
將步驟（3）處理后的板材放入碳化爐中進(jìn)行碳化處理，其中保持碳化的溫度為500~530℃，保持碳化爐內(nèi)的壓力為3.8mpa，碳化處理12min后將板材取出備用；
（5）冷卻處理：
將步驟（4）碳化處理后的板材取出置于自然條件下冷卻至常溫即可。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的清水為去離子水。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的板材表面始終置于霧化水蒸汽的氛圍中。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的霧化水蒸汽的溫度控制為102~106℃。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的降溫降壓處理于4~5min內(nèi)完成。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的板材與表面處理液的體積比為1：6。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的在板材放入表面處理液中浸泡處理的同時，還對板材施加頻率為26khz的超聲波處理。
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的碳化處理時碳化爐內(nèi)的保護(hù)氣體為氮?dú)狻?/p>
實(shí)施例3
一種木質(zhì)板材的碳化處理方法，包括如下步驟：
（1）板材清洗：
將待加工的板材按照設(shè)計要求進(jìn)行分類切割處理，然后用清水對處理后的板材進(jìn)行沖洗清理處理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等雜質(zhì)，最后瀝干表面水分備用；
（2）表面改性處理：
將步驟（1）處理后的板材放入密閉爐內(nèi)，按大小分級碼放好后，再將霧化水蒸汽對板材表面進(jìn)行噴覆處理，同時將密閉爐內(nèi)的壓力提升至4.0mpa，共同處理35min后再對密閉爐進(jìn)行降溫降壓處理，完成后將板材取出備用；
（3）浸泡處理：
將步驟（2）處理后的板材放入表面處理液中，浸泡處理2h后將板材取出備用，所述的表面處理液中各成分及對應(yīng)重量百分?jǐn)?shù)為：葡萄糖8%、果糖4%、五碳醛糖3%、棉籽低聚糖2%、納米二氧化硅1.5%，余量為水；
（4）碳化處理：
將步驟（3）處理后的板材放入碳化爐中進(jìn)行碳化處理，其中保持碳化的溫度為530~560℃，保持碳化爐內(nèi)的壓力為4.2mpa，碳化處理15min后將板材取出備用；
（5）冷卻處理：
將步驟（4）碳化處理后的板材取出置于自然條件下冷卻至常溫即可。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的清水為去離子水。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的板材表面始終置于霧化水蒸汽的氛圍中。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的霧化水蒸汽的溫度控制為102~106℃。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的降溫降壓處理于5~6min內(nèi)完成。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的板材與表面處理液的體積比為1：7。
進(jìn)一步的，步驟（3）中所述的在板材放入表面處理液中浸泡處理的同時，還對板材施加頻率為28khz的超聲波處理。
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的碳化處理時碳化爐內(nèi)的保護(hù)氣體為氮?dú)狻?/p>
對比實(shí)施例1
本對比實(shí)施例1與實(shí)施例2相比，省去步驟（2）表面改性處理，除此外的方法步驟均相同。
對比實(shí)施例2
本對比實(shí)施例2與實(shí)施例2相比，在步驟（3）浸泡處理時省去超聲波處理操作，除此外的方法步驟均相同。
對比實(shí)施例3
本對比實(shí)施例3與實(shí)施例2相比，省去步驟（3）浸泡處理，除此外的方法步驟均相同。
對照組
現(xiàn)有常規(guī)的木質(zhì)板材碳化處理方法。
為了對比本發(fā)明效果，選用同一批桐木板材作為實(shí)驗(yàn)對象，將其預(yù)加工成相同規(guī)格大小后（長寬高為：100cm×100cm×5cm），再隨機(jī)分為六組，其中五組分別用上述實(shí)施例2、對比實(shí)施例1、對比實(shí)施例2、對比實(shí)施例3、對照組所述的方法進(jìn)行碳化處理，另一組不做任何處理作為空白對照組，完成后并對處理后的木質(zhì)板材進(jìn)行品質(zhì)檢測，具體對比數(shù)據(jù)如下表1所示：
表1
注：上表1中所述的白腐失重率和褐腐失重率是對板材耐腐性能反應(yīng)的指標(biāo)，具體是對木質(zhì)板材進(jìn)行腐朽實(shí)驗(yàn)，通過失重率來進(jìn)行評價，試菌為彩絨革蓋菌（對應(yīng)白腐失重）（由中國林科院提供）、臥孔菌（對應(yīng)褐腐失重）（由廣東亞熱微生物研究所提供），實(shí)驗(yàn)對象表面受菌侵染3個月，刮去表面菌絲和雜質(zhì)后，在100℃±5℃的烘箱中烘至恒重，每塊實(shí)驗(yàn)對象表面分別稱重；所述的開裂率是將處理后的木質(zhì)板材放入最大溫差為55℃（最高溫度控制為70~75℃）、相對濕度為80~85%的模擬實(shí)驗(yàn)箱中，統(tǒng)計四個月后各組木板的開裂率。
由上表1可以看出，本發(fā)明處理方法能有效的提升碳化木質(zhì)板材表面的硬度，以及整體的耐腐特性，且不易開裂，加工特性好，使用價值較高。