實木復合地板在地熱輻射采暖環境中的尺寸穩定性

黃玲玲，尚子劍，姜志華，王素鵬，曹平祥，王惠蕓，陳慶慶

(1.南京林業大學 材料科學與工程學院，南京 210037；2.圣象集團有限公司，江蘇 丹陽 212300)

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實木復合地板在地熱輻射采暖環境中的尺寸穩定性

黃玲玲1，2，尚子劍1，姜志華2，王素鵬2，曹平祥*，王惠蕓1，陳慶慶1

(1.南京林業大學 材料科學與工程學院，南京 210037；2.圣象集團有限公司，江蘇 丹陽 212300)

本文研究實木復合地板在地采暖環境使用過程中環境條件、地板結構、裝飾面板材種對地板的尺寸穩定性的影響。研究結果表明：實木復合地熱地板夏季易吸濕膨脹，冬季易干縮；地板長度方向尺寸穩定性優于寬度方向；結構C的地板尺寸穩定性優于結構A和B，且以樺木或黑胡桃為裝飾面板的地熱地板尺寸穩定性優于槭木和桉木；獨幅實木復合地板的尺寸穩定性優于三拼實木復合地板。

實木復合地板；尺寸穩定性；裝飾面板；地板結構；地熱輻射采暖

0 引 言

低溫輻射供熱地板(俗稱地熱地板)是通過埋藏在地板下面的加熱管道，以溫度不高于60℃的熱水為熱媒，在加熱管內循環流動，加熱地板，通過地面以輻射和對流的傳熱方式向室內供熱的供暖方式[1]。目前，市場上的地熱地板以三層實木地板和多層實木地板為主。三層實木復合地板由表板、芯板和底板，依照縱向、橫向、縱橫交錯排列且經高溫高壓壓制而成[2]。多層實木復合地板是指以珍貴樹種單板為面層，膠合板為基材制成的地板[3]。然而，由于木材是一種多孔性的材料，本身具有吸濕性，會隨著外界溫濕度的變化而發生尺寸變化，從而影響其使用[4]。而實木復合地板作為地熱地板使用時，由于地熱輻射采暖環境的特殊性，對實木復合地板的要求更加嚴格，要求地板能適應瞬間溫度變化和高溫的考驗，不發生變形[5-6]。因此，作為木制產品之一的實木復合地板，其尺寸穩定性一直是國內外研究的重點。

鑒于此，本文主要以實木復合地板為研究對象，將其置于地熱環境模擬實驗室中，研究不同環境(夏季高濕環境、冬季地暖高溫環境)對實木復合地板尺寸穩定性的影響，并研究同種環境中，裝飾面板和地板結構對實木復合地板尺寸穩定性的影響，旨在為地熱用實木復合地板的使用和維護提供技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本文所采用的試驗材料均為實木復合地板，由大亞(江蘇)地板有限公司提供，地板按結構的不同可以分為3種形式，如圖1所示。其中，結構A由4 mm厚裝飾面板，9 mm厚楊木拼板的芯板和2 mm厚楊木背板組成，結構B為1.2 mm厚裝飾單板與膠合板基材組成4 mm厚的面板，9 mm厚楊木拼板的芯板和2 mm厚楊木背板，結構C為1.2 mm厚裝飾面板，7層楊木膠合板芯板和2 mm厚楊木背板。

(a)結構A

(b)結構B

(c)結構C圖1 三種實木復合地板結構的示意圖Fig.1 Schematic illustration of three kinds of solid wood composite floor structure

地板按照裝飾面板的形態可以分為三拼地板(如圖2所示)和獨幅地板(如圖3所示)[2]。其中，結構A和結構C的地板裝飾面板形態有三拼和獨幅兩種，但是結構B的地板裝飾面板形態只有獨幅這一種。所有三拼地板的尺寸規格均為2 200 mm×205 mm×15 mm，所有獨幅地板的尺寸規格均為910 mm×125 mm×15 mm。

圖2 面板為三拼結構Fig.2 Panel structure of three pieces

圖3 面板為獨幅結構Fig.3 Panel structure of single piece

當進行不同環境對實木復合地板尺寸穩定性影響的實驗時，任意選擇4種地板作為試驗試件，本試驗中選擇的試件為a-槭木獨幅結構A，b-黑胡桃獨幅結構B，c-桉木三拼結構C，d-樺木三拼結構A。

當進行地板結構和裝飾面板對實木復合地板尺寸穩定性影響的實驗時，選擇所有結構的不同裝飾面板的實木復合地板作為試驗試件，所有試件采用的裝飾單板種類有4種，分別是：1-槭木、2-黑胡桃、3-桉木和4-樺木。

1.2 試驗設備

(1)實驗室環境：

本實驗在大亞(江蘇)地板有限公司的地熱采暖環境模擬實驗室進行，該實驗室采用了意大利傲時公司制造的干燥系統，其型號為DKC18。實驗室布局如圖4所示，水泥地面下鋪有熱水管道，水泥地面上鋪有一層1 mm厚的聚乙烯薄膜，實驗試件平鋪在聚乙烯薄膜上。熱水管道的溫度通過裝在實驗室墻體外側的控制系統進行調節，室內裝有加濕系統，向房間內噴入水蒸氣進行濕度調節。

(2)測量設備：卷尺，游標卡尺等。

圖4 干燥實驗室正視圖Fig.4 Front view of drying laboratory layout

1.3 試驗方法

(1)試驗環境選定方法

試驗分別模擬夏季高濕環境(室內溫度28±2℃，相對濕度80±5%)和冬季高溫環境(室內溫度25±2℃，相對濕度25±5%)[7]，研究任意4種實木復合地板寬度方向的尺寸變化。每種試件有3個重復試件，所有試件總數為12個。

選定冬季高溫環境(室內溫度25±2℃，相對濕度30±5%)，研究3種地板結構和4種裝飾面板對實木復合地板尺寸穩定性的影響。每類試件有3個重復試件，所有試件總數為60個。

(2)測量方法

測量并記錄每塊試件的初始長度和寬度，然后將所有試件裝飾面朝上平鋪在實驗室地面上，相鄰的兩塊試件相鄰但不相接。每隔1 d測量一次試件的長度和寬度并記錄。長度和寬度尺寸的具體測量方法參見實木復合地板國家標準GB/T18103-2013，長度在地板寬度方向兩邊且距地板邊20 mm處用卷尺測量，寬度在地板長度方向兩邊且距地板邊20 mm以及地板長中心處用游標長尺測量，如圖5所示[8]。

圖5 地板長度和厚度測量方法示意圖Fig.5 Schematic diagram of the measurement for length and thickness of the floor

1.4 分析方法

本實驗以地板長度和寬度方向的尺寸變化率表征地板的尺寸穩定性，即實驗處理后地板長度和寬度方向的尺寸相對于其初始尺寸的變化率，具體如公式(1)和公式(2)所示[9]。

(1)

式中：Le為長度方向的尺寸變化率，%；L0為長度方向的初始尺寸，mm；L1為實驗處理后長度方向的尺寸，mm。

(2)

式中：We為寬度方向的尺寸變化率，%；W0為寬度方向的初始尺寸，mm；W1為實驗處理后寬度方向的尺寸，mm。

2 結果和分析

2.1 不同環境對實木復合地板尺寸穩定性的影響

經試驗可知實木復合地板長度方向的尺寸變化很微小，故本節不做具體討論，但下面會對此作出數據比較。

表1是在不同環境下，不同實木復合地板的試件寬度方向的尺寸變化的測量結果。圖6為實木復合地板在不同環境中寬度方向尺寸的變化。其中模擬環境Ⅰ指夏季高濕環境(室內溫度28±2℃，相對濕度80±5%)，模擬環境Ⅱ指冬季高溫環境(室內溫度25±2℃，相對濕度25±5%)。

環境Ⅰ是模擬南方夏季高濕環境，從表1中可以發現，實木復合地板在該環境中寬度方向的尺寸變大，出現膨脹現象。這是因為夏季環境中相對濕度較高，由于木材的吸濕解吸性，當實木復合地板處于這樣的高濕環境中，木材本身會因為吸收空氣中的水分子而產生濕漲現象[10-11]。環境Ⅱ是模擬北方冬季高溫環境，從表1中可以發現，實木復合地板在該環境中寬度方向的尺寸變小，出現干縮現象。這是因為冬季實木復合地板處于地熱輻射采暖環境中，類似于干燥箱環境，室內溫度由熱水管道經水泥地面傳至實木復合地板表面，在這樣一種熱力作用下，地板中的水分以蒸發的形式排出，從而降低地板的含水率，影響實木復合地板的尺寸穩定性[12]。

通過環境Ⅰ和環境Ⅱ的對比試驗，實木復合地板作為地熱地板長期使用時，由于季節交替而引起地板膨脹和干縮現象，導致地板尺寸不穩定。從圖6中可以發現，同樣處于環境Ⅰ或環境Ⅱ中的實木復合地板試件，由于其裝飾面板或地板結構的不同，尺寸的變化率也各不相同。因此，下面將探討同種環境中裝飾面板和地板結構對實木復合地板尺寸穩定性的影響，目的是選擇合適的面板與結構，提高實木復合地板的尺寸穩定性。

表1 不同環境下實木復合地板寬度方向尺寸變化的測量數據Tab.1 Measured data of dimension change of solid wood composite floor under different conditions in the width direction

注：“-”表示干縮

(a)模擬環境Ⅰ

(b)模擬環境Ⅱ

2.2 地板結構和裝飾面板對實木復合地板長度方向尺寸穩定性的影響

試件均處于模擬環境Ⅱ中，以黑胡桃作為裝飾面板，當地板結構不同時，試件的初始長度(L0)、最終長度(L1)和長度方向的尺寸變化率(Le)的測量結果見表2。

表2 不同結構的實木復合地板長度方向的尺寸變化率Tab.2 Dimension change rate of solid wood composite floor of different structure in the length direction

以裝飾面板形態為獨幅和三拼的結構A作為研究對象，當地板結構不同時，試件的初始長度(L0)、最終長度(L1)和長度方向的尺寸變化率(Le)的測量結果見表3。

表3 不同裝飾的實木復合地板長度方向的尺寸變化率Tab.3 Dimension change rate of solid wood composite floor with different decoration in the length direction

從表1和2中可以看出，地板結構、裝飾面板的形態和種類對實木復合地板長度方向的尺寸變化影響很小，不論是何種結構的地板，也不論是何種裝飾面板的地板，在長度方向上的尺寸變化極小。

2.3 地板結構和裝飾面板對實木復合地板寬度方向尺寸穩定性的影響

2.3.1 地板結構對實木復合地板寬度方向尺寸穩定性的影響

試件均處于模擬環境Ⅱ中，當裝飾面板相同而地板結構不同時，試件的初始寬度(W0)、最終寬度(W1)和寬度方向的尺寸變化率(We)的測量結果見表4。

表4 不同結構的實木復合地板寬度方向的尺寸變化率Tab.4 Dimension change rate of solid wood composite floor with different structure in the width direction

注：“﹣”表示干縮

從表4中可以看出，不論哪種結構的地板，在環境模擬Ⅱ中放置一段時間后寬度方向均出現了干縮現象，三層實木復合地板(結構A和結構B)的尺寸變化率也要比多層實木復合地板(結構C)大，而且在兩種三層實木復合地板中，結構A的尺寸變化率大于結構B。這表明，結構C的尺寸穩定性最好，結構B次之，結構A的尺寸穩定性最差。原因可能是多層實木復合地板是由膠合板作為基材制成的，膠合板每一層之間是用脲醛膠熱壓成型，無法完全避免層與層之間的空隙，這些空隙在木材尺寸變化時起到了一個緩沖作用，減緩了實木復合地板的尺寸變化率。

2.3.2 裝飾面板種類對實木復合地板寬度方向尺寸穩定性的影響

試件均處于模擬環境Ⅱ中，以裝飾面板形態為獨幅和三拼的結構A作為研究對象，當裝飾面板種類不同時，試件的寬度尺寸隨時間變化的趨勢如圖7和圖8所示。

從圖7和圖8中可以看出，隨著時間的推移，當實木復合地板結構一致時，不論是哪種裝飾面板的地板，其寬度方向的尺寸均變小。其中，槭木和桉木寬度方向的尺寸變化較大，而黑胡桃和樺木寬度方向的尺寸變化較小。這是因為這4種裝飾面板的干縮系數的大小是樺木<黑胡桃<桉木<槭木，干縮系數越小，木材的尺寸變化也就越小[13-17]。這就表明，以樺木或黑胡桃作裝飾面板的地板尺寸穩定性較好。

圖7 結構A面板為獨幅的地板寬度尺寸隨時間變化趨勢Fig.7 Change trend of the width of single piece floor of structure A panel with the time change

圖8 結構A面板為三拼的地板寬度尺寸隨時間變化趨勢Fig.8 Change trend of the width of three pieces floor of structure A panel with the time change

2.3.3 裝飾面板形態對實木復合地板寬度方向尺寸穩定性的影響

試件均處于模擬環境Ⅱ中，當地板結構相同而裝飾面板不同時，三拼和獨幅形態的實木復合地板寬度方向的尺寸變化率如圖9所示。

(a)結構A

(b)結構C圖9 裝飾面板形態不同的實木復合 地板寬度方向的尺寸變化率Fig.9 Dimension changing rate of solid wood composite floor with different shapes of decorative panel in the width direction

從圖9中可以看出，實木復合地板的裝飾面板形態對其寬度方向的尺寸變化率有較大影響。三拼形態的實木復合地板的尺寸變化較大，獨幅形態的尺寸變化較小。

3 結 論

地板的尺寸穩定性是否良好是衡量地板質量的一個重要指標，尤其是以實木復合地板為主的地熱地板，因其使用環境溫濕度變化較大，相比于常溫環境下的地板更易發生尺寸的變化[18]。本文針對3種結構的實木復合地板，研究其長度和寬度方向的尺寸穩定性，并通過對實驗數據的分析得出如下結論和建議。

(1)室內環境的溫度和相對濕度對實木復合地板的尺寸穩定性有很大影響，夏季高濕環境實木復合地板膨脹，冬季高溫環境實木復合地板干縮。

(2)實木復合地板長度方向的尺寸變化幾乎不受地板結構和裝飾面板的影響，尺寸穩定性較好。

(3)實木復合地板寬度方向的尺寸變化較大。從結構方面看，多層實木復合地板(結構C)的尺寸穩定性最好，結構A的三層實木復合地板次之，結構B的三層實木復合地板最差；從裝飾面板種類看，以樺木或黑胡桃作為裝飾面板的地板尺寸穩定性較好，而槭木和桉木作為裝飾面板的地板尺寸穩定性較差；從裝飾面板形態看，獨幅形態的實木復合地板的尺寸穩定性比三拼形態的好。

[1]江 濤，張雙保.淺談低溫熱水地板采暖的特點及應用前景[J].山東林業科技，2009，39(2)：86-87+45.

[2]孟黎鵬，王春明，劉一楠，等.三層實木復合地板的生產工藝及技術要點[J].中國人造板，2011，18(11)：16-19+23.

[3]路則光，孟祥斌，黃河浪，等.工藝改變對多層實木復合地板翹曲度的影響[J].木材加工機械，2005，22(4)：15-17.

[4]尹思慈.木材學[M].北京：中國林業出版社，1996，48-80.

[5]宋玉森，李 敏.低溫地板輻射采暖的節能效果[J].低溫建筑技術，1999，21(3)：57-58.

[6]蓋志科.低溫熱水地板輻射供暖的優點及施工要點[J].山西建筑，2001，27(4)：129-130.

[7]丁 濤，顧煉百，江 寧.高溫熱處理實木地板的尺寸穩定性[J].木材工業，2008，22(6)：37-39.

[8]中國林業科學研究院木材工業研究所.GB/T 18103-2013 實木復合地板[S].北京：中國標準出版社，2013.

[9]王 齊，周志芳，何金存，等.環境因素對體育館木地板尺寸穩定性的影響[J].木材工業，2014，28(2)：39-41.

[10]李賢軍，傅 峰，蔡智勇，等.高溫熱處理對木材吸濕性和尺寸穩定性的影響[J].中南林業科技大學學報，2010，30(6)：92-96.

[11]賈瀟然，鄭拓宇，潘宇峰，等.理論分析循環風速對木材常規干燥速率的影響[J].林業科技，2016，41(2)：28-31.

[12]朱政賢.木材干燥[M].北京：中國林業出版社，1999.

[13]Wang X，Li L.Dimensional stability of face veneer of parquet impregnated with UF resin [J].Wood Processing Machinery，2010，3：009.

[14]楊家駒.中國主要樹種木材物理力學數據換算表[J].中國木材，2001，13(3)：37-41.

[15]杜國興.木材的干縮特性及其干裂勢的研究[J].南京林業大學學報，1993，17(1)：55-60.

[16]Ma E，Shi J S Y.Dimensional Responses of Wood Subjected to Cyclical Temperature Changes[C].57th SWST International Convention 7th Wood Structure and Properties Conference 6th European Hardwood.2014：701.

[17]Chauhan S S，Aggarwal P.Effect of moisture sorption state on transverse dimensional changes in wood[J].HolzalsRohund Werkstoff，2004，62(1)：50-55.

[18]Blanchet P.Long-term performance of engineered wood flooring when exposed to temperature and humidity cycling [J].Forest products journal，2008，58(9)：37.

The Dimension Stability of Solid Wood Parquet Flooringin the Radiant Floor Heating Environment

Huang Lingling，Shang Zijian ，Jiang Zhihua，Wang Supeng，Cao Pingxiang*，Wang Huiyun，Chen Qingqing

(1.College of Material Science and Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037；2.PowerDekor Group Co.，Ltd，Danyang 212310)

In this paper，the influence of environmental conditions，floor structure and decorative panel species on the dimension stability of the floor were investigated in the process of using solid wood parquet flooring in the Radiant Floor Heating Environment.Research results showed that the solid wood composite geothermal floor was easy to absorb moisture and easy expand to in the summertime and dry shrinkage in the wintertime.The floor dimension was more stable in the length direction than that in the width direction.The dimension stability of the floor structure C was better than that of the structure A and B，and the stability of geothermal floor decorated with birch or walnut panel was better than the one with maple and oak.The dimension stability of the single solid wood composite floor was better than the three pieces in one.

Solid wood parquet flooring；dimension stability；decorative panel；structure of flooring；radiant floor heating

2016-05-03

江蘇省前瞻性聯合研究項目(BY2015006-04)；江蘇省高校科研成果產業化推進項目(JHB2011-13)；林業科學技術推廣項目(2015-18)

黃玲玲，博士研究生。研究方向：木材加工裝備工程。

*通信作者：曹平祥，博士,教授。研究方向：木材加工裝備工程。E-mail：steinc@homagchinagf.com

黃玲玲，尚子劍，姜志華，等.實木復合地板在地熱輻射采暖環境中的尺寸穩定性[J].森林工程，2016，32(6)：38-43.

TS 653

A

1001-005X(2016)06-0038-06