本发明属于木材加工技术领域，具体涉及一种木质板材的碳化处理方法。
背景技术：
木材是人们生活中必不可少的物质之一，为了增强木材的性能，有时需要对木材进行碳化处理。木材经过高温碳化处理后，不仅会使其表面更为美观，还使其具有防腐及抗生物侵袭、抗变形开裂，耐高温的优点，并且又具有含水率低、不易吸水、材质稳定、不变形、完全脱脂不溢脂、隔热性能好、无特殊气味等特点。虽然现有的木材碳化处理方法多种多样，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，如现有的碳化处理对木材表面的碳化处理不完全，导致使用过程中仍然会受到微生物的侵袭，且碳化后其表面硬度耐磨度有所下降，影响了其使用性能，因此还需对碳化处理工艺进行改进。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种木质板材的碳化处理方法，可有效改善板材的碳化特性，增强其使用性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种木质板材的碳化处理方法，包括如下步骤：
（1）板材清洗：
将待加工的板材按照设计要求进行分类切割处理，然后用清水对处理后的板材进行冲洗清理处理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等杂质，最后沥干表面水分备用；
（2）表面改性处理：
将步骤（1）处理后的板材放入密闭炉内，按大小分级码放好后，再将雾化水蒸汽对板材表面进行喷覆处理，同时将密闭炉内的压力提升至3.5~4.0mpa，共同处理25~35min后再对密闭炉进行降温降压处理，完成后将板材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的板材放入表面处理液中，浸泡处理1~2h后将板材取出备用，所述的表面处理液中各成分及对应重量百分数为：葡萄糖5~8%、果糖2~4%、五碳醛糖1~3%、棉籽低聚糖1~2%、纳米二氧化硅0.5~1.5%，余量为水；
（4）碳化处理：
将步骤（3）处理后的板材放入碳化炉中进行碳化处理，其中保持碳化的温度为480~560℃，保持碳化炉内的压力为3.4~4.2mpa，碳化处理10~15min后将板材取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）碳化处理后的板材取出置于自然条件下冷却至常温即可。
进一步的，步骤（1）中所述的清水为去离子水。
进一步的，步骤（2）中所述的板材表面始终置于雾化水蒸汽的氛围中。
进一步的，步骤（2）中所述的雾化水蒸汽的温度控制为102~106℃。
进一步的，步骤（2）中所述的降温降压处理于3~6min内完成。
进一步的，步骤（3）中所述的板材与表面处理液的体积比为1：5~7。
进一步的，步骤（3）中所述的在板材放入表面处理液中浸泡处理的同时，还对板材施加频率为25~28khz的超声波处理。在浸泡处理时施加的超声波处理不仅有利于提升木质板材对于表面处理液的有效成分的吸收，同时还利于消除表面改性处理步骤中木质板材内残留的应力，有助于提升后续加工的成品率；
进一步的，步骤（4）中所述的碳化处理时碳化炉内的保护气体为氮气。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明针对现有木质板材碳化处理的不良现象进行了针对性的改进处理，其中先将木质板材放入密闭炉内进行表面改性处理，在高压环境下，利用高温水蒸汽对表面进行喷蒸处理，一定时间后再快速卸压降温，此时能很好的松散木质板材表面的纤维结构，同时还能去除表层内油脂等利于微生物生长的物质成分，并为后续的碳化处理提供了基础，之后对其进行了特殊的浸泡处理，在浸泡中使用的表面处理液中添加的葡萄糖、果糖、五碳醛糖和棉籽低聚糖成分，将其填充于木质板材的表面内，可在后期碳化处理时与木质板材中的芳烃结构木质纤维素结合生成生物质炭材料，即有效提升了碳化率和碳化效果，同时添加的纳米二氧化硅能有效的填充固定于碳化层内，进而提升了整体的抗菌、耐腐、耐磨等效果，最后通过合理的碳化工艺参数控制，有效完成了木质板材的碳化处理操作。本发明碳化处理方法能有效的提升对木质板材的碳化效果，其表面碳化层的厚度得到有效提升，其表层材料的碳化率也得到很好提高，同时合理添加的纳米二氧化硅又增强了表层的密度和力学特性，加工的次品率明显降低，具有很好的使用价值。
具体实施方式
实施例1
一种木质板材的碳化处理方法，包括如下步骤：
（1）板材清洗：
将待加工的板材按照设计要求进行分类切割处理，然后用清水对处理后的板材进行冲洗清理处理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等杂质，最后沥干表面水分备用；
（2）表面改性处理：
将步骤（1）处理后的板材放入密闭炉内，按大小分级码放好后，再将雾化水蒸汽对板材表面进行喷覆处理，同时将密闭炉内的压力提升至3.5mpa，共同处理25min后再对密闭炉进行降温降压处理，完成后将板材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的板材放入表面处理液中，浸泡处理1h后将板材取出备用，所述的表面处理液中各成分及对应重量百分数为：葡萄糖5%、果糖2%、五碳醛糖1%、棉籽低聚糖1%、纳米二氧化硅0.5%，余量为水；
（4）碳化处理：
将步骤（3）处理后的板材放入碳化炉中进行碳化处理，其中保持碳化的温度为480~500℃，保持碳化炉内的压力为3.4mpa，碳化处理10min后将板材取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）碳化处理后的板材取出置于自然条件下冷却至常温即可。
进一步的，步骤（1）中所述的清水为去离子水。
进一步的，步骤（2）中所述的板材表面始终置于雾化水蒸汽的氛围中。
进一步的，步骤（2）中所述的雾化水蒸汽的温度控制为102~106℃。
进一步的，步骤（2）中所述的降温降压处理于3~4min内完成。
进一步的，步骤（3）中所述的板材与表面处理液的体积比为1：5。
进一步的，步骤（3）中所述的在板材放入表面处理液中浸泡处理的同时，还对板材施加频率为25khz的超声波处理。
进一步的，步骤（4）中所述的碳化处理时碳化炉内的保护气体为氮气。
实施例2
一种木质板材的碳化处理方法，包括如下步骤：
（1）板材清洗：
将待加工的板材按照设计要求进行分类切割处理，然后用清水对处理后的板材进行冲洗清理处理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等杂质，最后沥干表面水分备用；
（2）表面改性处理：
将步骤（1）处理后的板材放入密闭炉内，按大小分级码放好后，再将雾化水蒸汽对板材表面进行喷覆处理，同时将密闭炉内的压力提升至3.8mpa，共同处理30min后再对密闭炉进行降温降压处理，完成后将板材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的板材放入表面处理液中，浸泡处理1.5h后将板材取出备用，所述的表面处理液中各成分及对应重量百分数为：葡萄糖7%、果糖3%、五碳醛糖2%、棉籽低聚糖1.5%、纳米二氧化硅1%，余量为水；
（4）碳化处理：
将步骤（3）处理后的板材放入碳化炉中进行碳化处理，其中保持碳化的温度为500~530℃，保持碳化炉内的压力为3.8mpa，碳化处理12min后将板材取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）碳化处理后的板材取出置于自然条件下冷却至常温即可。
进一步的，步骤（1）中所述的清水为去离子水。
进一步的，步骤（2）中所述的板材表面始终置于雾化水蒸汽的氛围中。
进一步的，步骤（2）中所述的雾化水蒸汽的温度控制为102~106℃。
进一步的，步骤（2）中所述的降温降压处理于4~5min内完成。
进一步的，步骤（3）中所述的板材与表面处理液的体积比为1：6。
进一步的，步骤（3）中所述的在板材放入表面处理液中浸泡处理的同时，还对板材施加频率为26khz的超声波处理。
进一步的，步骤（4）中所述的碳化处理时碳化炉内的保护气体为氮气。
实施例3
一种木质板材的碳化处理方法，包括如下步骤：
（1）板材清洗：
将待加工的板材按照设计要求进行分类切割处理，然后用清水对处理后的板材进行冲洗清理处理，洗去表面的砂子、泥垢、木屑等杂质，最后沥干表面水分备用；
（2）表面改性处理：
将步骤（1）处理后的板材放入密闭炉内，按大小分级码放好后，再将雾化水蒸汽对板材表面进行喷覆处理，同时将密闭炉内的压力提升至4.0mpa，共同处理35min后再对密闭炉进行降温降压处理，完成后将板材取出备用；
（3）浸泡处理：
将步骤（2）处理后的板材放入表面处理液中，浸泡处理2h后将板材取出备用，所述的表面处理液中各成分及对应重量百分数为：葡萄糖8%、果糖4%、五碳醛糖3%、棉籽低聚糖2%、纳米二氧化硅1.5%，余量为水；
（4）碳化处理：
将步骤（3）处理后的板材放入碳化炉中进行碳化处理，其中保持碳化的温度为530~560℃，保持碳化炉内的压力为4.2mpa，碳化处理15min后将板材取出备用；
（5）冷却处理：
将步骤（4）碳化处理后的板材取出置于自然条件下冷却至常温即可。
进一步的，步骤（1）中所述的清水为去离子水。
进一步的，步骤（2）中所述的板材表面始终置于雾化水蒸汽的氛围中。
进一步的，步骤（2）中所述的雾化水蒸汽的温度控制为102~106℃。
进一步的，步骤（2）中所述的降温降压处理于5~6min内完成。
进一步的，步骤（3）中所述的板材与表面处理液的体积比为1：7。
进一步的，步骤（3）中所述的在板材放入表面处理液中浸泡处理的同时，还对板材施加频率为28khz的超声波处理。
进一步的，步骤（4）中所述的碳化处理时碳化炉内的保护气体为氮气。
对比实施例1
本对比实施例1与实施例2相比，省去步骤（2）表面改性处理，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例2
本对比实施例2与实施例2相比，在步骤（3）浸泡处理时省去超声波处理操作，除此外的方法步骤均相同。
对比实施例3
本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤（3）浸泡处理，除此外的方法步骤均相同。
对照组
现有常规的木质板材碳化处理方法。
为了对比本发明效果，选用同一批桐木板材作为实验对象，将其预加工成相同规格大小后（长宽高为：100cm×100cm×5cm），再随机分为六组，其中五组分别用上述实施例2、对比实施例1、对比实施例2、对比实施例3、对照组所述的方法进行碳化处理，另一组不做任何处理作为空白对照组，完成后并对处理后的木质板材进行品质检测，具体对比数据如下表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对板材耐腐性能反应的指标，具体是对木质板材进行腐朽实验，通过失重率来进行评价，试菌为彩绒革盖菌（对应白腐失重）（由中国林科院提供）、卧孔菌（对应褐腐失重）（由广东亚热微生物研究所提供），实验对象表面受菌侵染3个月，刮去表面菌丝和杂质后，在100℃±5℃的烘箱中烘至恒重，每块实验对象表面分别称重；所述的开裂率是将处理后的木质板材放入最大温差为55℃（最高温度控制为70~75℃）、相对湿度为80~85%的模拟实验箱中，统计四个月后各组木板的开裂率。
由上表1可以看出，本发明处理方法能有效的提升碳化木质板材表面的硬度，以及整体的耐腐特性，且不易开裂，加工特性好，使用价值较高。