本發(fā)明屬于木材加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種厚重木質(zhì)板材的深度碳化方法。
背景技術(shù)：
碳化木是指在高溫環(huán)境中對木材進(jìn)行同質(zhì)碳化處理后得到的木材，經(jīng)碳化處理后的木材除表面美觀外，還具有防腐及抗生物侵襲，耐高溫的優(yōu)點，并且由于其具有含水率低、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，是理想的家俱及室內(nèi)外裝修材料。
木材的碳化又可分為表面碳化和深度碳化，顧名思義，表面碳化處理的深度較淺，一般用于較薄板材或?qū)π阅芤筝^低的木材處理，而深度碳化處理的深度較深，一般用于較厚板材或?qū)π阅芤筝^高的木材處理，此兩種方式無優(yōu)劣之分，只是加工工藝需求的差異。雖然碳化木有上述較多的優(yōu)點，但通常碳化后木材的抗裂、抗彎曲性能均會下降，對于較厚板材而言，多數(shù)用于主體的支撐、承重，其抗彎曲性能顯然對產(chǎn)品的性能具有重要意義，且其抗裂性能也會影響其使用價值，而目前人們對于較厚板材深度碳化對于板材影響的研究較少，也鮮少見到著重改善、提升其抗裂和抗彎曲性能的處理工藝。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種厚重木質(zhì)板材的深度碳化方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
一種厚重木質(zhì)板材的深度碳化方法，包括如下步驟：
（1）木板裁切：
將待加工木板按加工設(shè)計的要求進(jìn)行裁切，然后用清水沖洗木屑等雜質(zhì)后備用；
（2）木板預(yù)干處理：
將步驟（1）處理后的木板放入干燥窯內(nèi)，將其水含量干燥至18~20%后備用；
（3）深度干燥處理：
1）對步驟（2）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時保持干燥窯內(nèi)的溫度為105~115℃，同時將干燥窯內(nèi)的壓力提升至1~1.5MPa，并對木板施加頻率為53~55 KHz的超聲波進(jìn)行處理，直至木板的水含量干燥至12~14%；深度干燥處理是木板碳化干燥過程中的重中之重，也是開裂發(fā)生率、內(nèi)部破壞程度較大的階段，在水含量12~20%期間，木板截面脫水較快，其縱向應(yīng)力較大，控制溫度為105~115℃，超聲波頻率為53~55 KHz，同時控制超聲波的方向沿木材的縱向，可很好的降低縱向因干燥產(chǎn)生應(yīng)力過大的問題，保持壓力為1~1.5MPa，有利于改善內(nèi)部水分蒸發(fā)時對于木板內(nèi)部結(jié)構(gòu)的沖散作用，保持了原有的力學(xué)特性；
2）對操作1）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時提升干燥窯內(nèi)的溫度為130~135℃，提升壓力至1.8~2.2MPa，提升超聲波頻率至59~61KHz，直至木板的水含量干燥至7~8%；在水含量7~12%期間，木板弦向應(yīng)力較大，此時控制溫度為130~135℃，超聲波頻率為59~61KHz，同時控制超聲波的方向沿木材的弦向，可很好的降低弦向因干燥產(chǎn)生應(yīng)力過大的問題，保持壓力為1.8~2.2MPa，進(jìn)一步保持了原有的力學(xué)特性；
3）對操作2）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時提升干燥窯內(nèi)的溫度為150~155℃，提升壓力至2.5~2.8MPa，提升超聲波頻率至65~67KHz，直至木板的水含量干燥至3~4%；在水含量3~7%期間，木板徑向應(yīng)力較大，此時控制溫度為150~155℃，超聲波頻率為65~67KHz，同時控制超聲波的方向沿木材的徑向，可很好的降低徑向因干燥產(chǎn)生應(yīng)力過大的問題，保持壓力為2.5~2.8MPa，更進(jìn)一步的保持了原有的力學(xué)特性；在上述操作的配合作用下，此階段的干燥開裂率可相比下降50%左右，木板的抗彎曲性能得到很好改善，又能很好的縮短干燥時長；
（4）碳化處理：
將步驟（3）深度干燥處理后的木板放入碳化室內(nèi)，保持室內(nèi)的溫度為205~215℃，同時對木板施加頻率為38~40KHz的超聲波進(jìn)行處理，持續(xù)共同處理2.5~3.5h后，得碳化木板備用；在碳化處理時，其內(nèi)部水分干燥完全，內(nèi)部弦向、徑向應(yīng)力較小，其表面木質(zhì)纖維在高溫條件下碳化，表面和縱向產(chǎn)生應(yīng)力，此時施加超聲波利于改善此應(yīng)力，同時還能均化木板表面溫度的均勻性，進(jìn)而提高碳化處理效果，縮短處理時長，并有利于提高木板內(nèi)部的穩(wěn)定性；
（5）調(diào)質(zhì)處理：
在步驟（4）碳化處理后，先將木板的溫度降至160~165℃，然后調(diào)節(jié)木板的水含量為1.8~2.3%，再將木板的溫度降至110~120℃，并調(diào)節(jié)木板的水含量為4~5%，最后將木板的溫度降至55~60℃，同時調(diào)節(jié)木板的水含量為6.5~7.5%后，將碳化木板取出，放于常溫常壓條件下自然冷卻，最終對木板表面進(jìn)行打磨處理即可。對木板進(jìn)行溫度、水分的調(diào)質(zhì)處理，可進(jìn)一步提升碳化后木板的穩(wěn)定性，增強了其耐久、抗開裂和抗彎曲性能。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的待加工木板的厚度不小于18mm。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的干燥窯內(nèi)的溫度控制為70~80℃。
進(jìn)一步的，步驟（3）中操作1）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的縱向施加，操作2）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的弦向施加，操作3）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的徑向施加。
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的縱向施加。
進(jìn)一步的，步驟（5）中所述的降溫和調(diào)濕處理是通過通入低溫霧化水實現(xiàn)。
進(jìn)一步的，所述低溫霧化水的溫度為2~4℃。
本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明在木板干燥、碳化處理時，嚴(yán)格控制了溫度條件，減少了溫度對板材的不良影響，同時進(jìn)行的不同條件超聲波處理，搭配高壓的處理方式，能很好改善各個階段木材內(nèi)弦向、徑向和縱向的應(yīng)力不同，而可能導(dǎo)致開裂發(fā)生的現(xiàn)象，最大限度的降低了對木材內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，維持了原有木材的抗彎曲性能，還能使得木板表面碳化處理的更為均勻，整個碳化處理的效率也得到很好提升。最終在各步驟的配合作用下，本發(fā)明碳化處理工藝能很好的改善木板的抗裂、抗彎曲性能，分別較常規(guī)木板下降在8%、5%以內(nèi)，而較傳統(tǒng)方法處理后其抗裂、抗彎曲性能分別降低了40%、20%左右有顯著的改善效果，同時本發(fā)明工藝的整個處理時長縮短了30~40%，效率更高，有很好的推廣價值。
具體實施方式
實施例1
一種厚重木質(zhì)板材的深度碳化方法，包括如下步驟：
（1）木板裁切：
將待加工木板按加工設(shè)計的要求進(jìn)行裁切，然后用清水沖洗木屑等雜質(zhì)后備用；
（2）木板預(yù)干處理：
將步驟（1）處理后的木板放入干燥窯內(nèi)，將其水含量干燥至18~20%后備用；
（3）深度干燥處理：
1）對步驟（2）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時保持干燥窯內(nèi)的溫度為105℃，同時將干燥窯內(nèi)的壓力提升至1MPa，并對木板施加頻率為53KHz的超聲波進(jìn)行處理，直至木板的水含量干燥至12~13%；
2）對操作1）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時提升干燥窯內(nèi)的溫度為130℃，提升壓力至1.8MPa，提升超聲波頻率至59KHz，直至木板的水含量干燥至7~8%；
3）對操作2）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時提升干燥窯內(nèi)的溫度為150℃，提升壓力至2.5MPa，提升超聲波頻率至65KHz，直至木板的水含量干燥至3~4%；
（4）碳化處理：
將步驟（3）深度干燥處理后的木板放入碳化室內(nèi)，保持室內(nèi)的溫度為205℃，同時對木板施加頻率為38KHz的超聲波進(jìn)行處理，持續(xù)共同處理2.5h后，得碳化木板備用；
（5）調(diào)質(zhì)處理：
在步驟（4）碳化處理后，先將木板的溫度降至160℃，然后調(diào)節(jié)木板的水含量為1.8~2.0%，再將木板的溫度降至110℃，并調(diào)節(jié)木板的水含量為4~4.5%，最后將木板的溫度降至55℃，同時調(diào)節(jié)木板的水含量為6.5~7%后，將碳化木板取出，放于常溫常壓條件下自然冷卻，最終對木板表面進(jìn)行打磨處理即可。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的待加工木板的厚度不小于18mm。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的干燥窯內(nèi)的溫度控制為70℃。
進(jìn)一步的，步驟（3）中操作1）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的縱向施加，操作2）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的弦向施加，操作3）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的徑向施加。
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的縱向施加。
進(jìn)一步的，步驟（5）中所述的降溫和調(diào)濕處理是通過通入低溫霧化水實現(xiàn)。
進(jìn)一步的，所述低溫霧化水的溫度為2℃。
實施例2
一種厚重木質(zhì)板材的深度碳化方法，包括如下步驟：
（1）木板裁切：
將待加工木板按加工設(shè)計的要求進(jìn)行裁切，然后用清水沖洗木屑等雜質(zhì)后備用；
（2）木板預(yù)干處理：
將步驟（1）處理后的木板放入干燥窯內(nèi)，將其水含量干燥至18~20%后備用；
（3）深度干燥處理：
1）對步驟（2）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時保持干燥窯內(nèi)的溫度為115℃，同時將干燥窯內(nèi)的壓力提升至1.5MPa，并對木板施加頻率為55 KHz的超聲波進(jìn)行處理，直至木板的水含量干燥至13~14%；
2）對操作1）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時提升干燥窯內(nèi)的溫度為135℃，提升壓力至2.2MPa，提升超聲波頻率至61KHz，直至木板的水含量干燥至7~8%；
3）對操作2）處理后的木板繼續(xù)進(jìn)行干燥處理，此時提升干燥窯內(nèi)的溫度為155℃，提升壓力至2.8MPa，提升超聲波頻率至67KHz，直至木板的水含量干燥至3~4%；
（4）碳化處理：
將步驟（3）深度干燥處理后的木板放入碳化室內(nèi)，保持室內(nèi)的溫度為215℃，同時對木板施加頻率為40KHz的超聲波進(jìn)行處理，持續(xù)共同處理3.5h后，得碳化木板備用；
（5）調(diào)質(zhì)處理：
在步驟（4）碳化處理后，先將木板的溫度降至165℃，然后調(diào)節(jié)木板的水含量為2~2.3%，再將木板的溫度降至120℃，并調(diào)節(jié)木板的水含量為4.5~5%，最后將木板的溫度降至60℃，同時調(diào)節(jié)木板的水含量為7~7.5%后，將碳化木板取出，放于常溫常壓條件下自然冷卻，最終對木板表面進(jìn)行打磨處理即可。
進(jìn)一步的，步驟（1）中所述的待加工木板的厚度不小于18mm。
進(jìn)一步的，步驟（2）中所述的干燥窯內(nèi)的溫度控制為80℃。
進(jìn)一步的，步驟（3）中操作1）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的縱向施加，操作2）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的弦向施加，操作3）所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的徑向施加。
進(jìn)一步的，步驟（4）中所述的超聲波處理時聲波的方向沿木板的縱向施加。
進(jìn)一步的，步驟（5）中所述的降溫和調(diào)濕處理是通過通入低溫霧化水實現(xiàn)。
進(jìn)一步的，所述低溫霧化水的溫度為4℃。
對比實施例1
本對比實施例1與實施例1相比，在步驟（3）深度干燥處理的整個過程中，不進(jìn)行增壓處理操作，除此外的方法步驟均相同。
對比實施例2
本對比實施例2與實施例2相比，其在步驟（3）深度干燥處理、步驟（4）碳化處理中各階段施加的超聲波方向均不相同，具體為實施例2對應(yīng)的弦向、徑向和縱向中的另外兩個中的任意一個，除此外的方法步驟均相同。
對照組
現(xiàn)有的木材深度碳化處理工藝。
為了對比本發(fā)明效果，選用同一批次的厚度為25mm的榆木板材，切割成規(guī)格一樣后，隨機均分為五組，分別對應(yīng)用上述五種方式進(jìn)行處理，下表為相應(yīng)的對比數(shù)據(jù)：
由上表可以看出，本發(fā)明處理工藝能很好的保持木板的抗裂、抗彎曲性能，同時還能提高成品率，縮短制作時長，有很好的推廣價值。