實(shí)木復(fù)合地板在地?zé)彷椛洳膳h(huán)境中的尺寸穩(wěn)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(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210037；2.圣象集團(tuán)有限公司，江蘇 丹陽 212300)

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實(shí)木復(fù)合地板在地?zé)彷椛洳膳h(huán)境中的尺寸穩(wěn)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(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210037；2.圣象集團(tuán)有限公司，江蘇 丹陽 212300)

本文研究實(shí)木復(fù)合地板在地采暖環(huán)境使用過程中環(huán)境條件、地板結(jié)構(gòu)、裝飾面板材種對地板的尺寸穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明：實(shí)木復(fù)合地?zé)岬匕逑募疽孜鼭衽蛎洠疽赘煽s；地板長度方向尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于寬度方向；結(jié)構(gòu)C的地板尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于結(jié)構(gòu)A和B，且以樺木或黑胡桃為裝飾面板的地?zé)岬匕宄叽绶€(wěn)定性優(yōu)于槭木和桉木；獨(dú)幅實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性優(yōu)于三拼實(shí)木復(fù)合地板。

實(shí)木復(fù)合地板；尺寸穩(wěn)定性；裝飾面板；地板結(jié)構(gòu)；地?zé)彷椛洳膳?/p>

0 引 言

低溫輻射供熱地板(俗稱地?zé)岬匕?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(nèi)循環(huán)流動(dòng)，加熱地板，通過地面以輻射和對流的傳熱方式向室內(nèi)供熱的供暖方式[1]。目前，市場上的地?zé)岬匕逡匀龑訉?shí)木地板和多層實(shí)木地板為主。三層實(shí)木復(fù)合地板由表板、芯板和底板，依照縱向、橫向、縱橫交錯(cuò)排列且經(jīng)高溫高壓壓制而成[2]。多層實(shí)木復(fù)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(huì)隨著外界溫濕度的變化而發(fā)生尺寸變化，從而影響其使用[4]。而實(shí)木復(fù)合地板作為地?zé)岬匕迨褂脮r(shí)，由于地?zé)彷椛洳膳h(huán)境的特殊性，對實(shí)木復(fù)合地板的要求更加嚴(yán)格，要求地板能適應(yīng)瞬間溫度變化和高溫的考驗(yàn)，不發(fā)生變形[5-6]。因此，作為木制產(chǎn)品之一的實(shí)木復(fù)合地板，其尺寸穩(wěn)定性一直是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。

鑒于此，本文主要以實(shí)木復(fù)合地板為研究對象，將其置于地?zé)岘h(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室中，研究不同環(huán)境(夏季高濕環(huán)境、冬季地暖高溫環(huán)境)對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的影響，并研究同種環(huán)境中，裝飾面板和地板結(jié)構(gòu)對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的影響，旨在為地?zé)嵊脤?shí)木復(fù)合地板的使用和維護(hù)提供技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本文所采用的試驗(yàn)材料均為實(shí)木復(fù)合地板，由大亞(江蘇)地板有限公司提供，地板按結(jié)構(gòu)的不同可以分為3種形式，如圖1所示。其中，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)A

(b)結(jié)構(gòu)B

(c)結(jié)構(gòu)C圖1 三種實(shí)木復(fù)合地板結(jié)構(gòu)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(tài)可以分為三拼地板(如圖2所示)和獨(dú)幅地板(如圖3所示)[2]。其中，結(jié)構(gòu)A和結(jié)構(gòu)C的地板裝飾面板形態(tài)有三拼和獨(dú)幅兩種，但是結(jié)構(gòu)B的地板裝飾面板形態(tài)只有獨(dú)幅這一種。所有三拼地板的尺寸規(guī)格均為2 200 mm×205 mm×15 mm，所有獨(dú)幅地板的尺寸規(guī)格均為910 mm×125 mm×15 mm。

圖2 面板為三拼結(jié)構(gòu)Fig.2 Panel structure of three pieces

圖3 面板為獨(dú)幅結(jié)構(gòu)Fig.3 Panel structure of single piece

當(dāng)進(jìn)行不同環(huán)境對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)時(shí)，任意選擇4種地板作為試驗(yàn)試件，本試驗(yàn)中選擇的試件為a-槭木獨(dú)幅結(jié)構(gòu)A，b-黑胡桃獨(dú)幅結(jié)構(gòu)B，c-桉木三拼結(jié)構(gòu)C，d-樺木三拼結(jié)構(gòu)A。

當(dāng)進(jìn)行地板結(jié)構(gòu)和裝飾面板對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇所有結(jié)構(gòu)的不同裝飾面板的實(shí)木復(fù)合地板作為試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備

(1)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境：

本實(shí)驗(yàn)在大亞(江蘇)地板有限公司的地?zé)岵膳h(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)室采用了意大利傲?xí)r公司制造的干燥系統(tǒng)，其型號(hào)為DKC18。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)試件平鋪在聚乙烯薄膜上。熱水管道的溫度通過裝在實(shí)驗(yàn)室墻體外側(cè)的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，室內(nèi)裝有加濕系統(tǒng)，向房間內(nèi)噴入水蒸氣進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)。

(2)測量設(shè)備：卷尺，游標(biāo)卡尺等。

圖4 干燥實(shí)驗(yàn)室正視圖Fig.4 Front view of drying laboratory layout

1.3 試驗(yàn)方法

(1)試驗(yàn)環(huán)境選定方法

試驗(yàn)分別模擬夏季高濕環(huán)境(室內(nèi)溫度28±2℃，相對濕度80±5%)和冬季高溫環(huán)境(室內(nèi)溫度25±2℃，相對濕度25±5%)[7]，研究任意4種實(shí)木復(fù)合地板寬度方向的尺寸變化。每種試件有3個(gè)重復(fù)試件，所有試件總數(shù)為12個(gè)。

選定冬季高溫環(huán)境(室內(nèi)溫度25±2℃，相對濕度30±5%)，研究3種地板結(jié)構(gòu)和4種裝飾面板對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的影響。每類試件有3個(gè)重復(fù)試件，所有試件總數(shù)為60個(gè)。

(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(shí)驗(yàn)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(shí)木復(fù)合地板國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(shí)驗(yàn)以地板長度和寬度方向的尺寸變化率表征地板的尺寸穩(wěn)定性，即實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)處理后寬度方向的尺寸，mm。

2 結(jié)果和分析

2.1 不同環(huán)境對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的影響

經(jīng)試驗(yàn)可知實(shí)木復(fù)合地板長度方向的尺寸變化很微小，故本節(jié)不做具體討論，但下面會(huì)對此作出數(shù)據(jù)比較。

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

環(huán)境Ⅰ是模擬南方夏季高濕環(huán)境，從表1中可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)木復(fù)合地板在該環(huán)境中寬度方向的尺寸變大，出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象。這是因?yàn)橄募经h(huán)境中相對濕度較高，由于木材的吸濕解吸性，當(dāng)實(shí)木復(fù)合地板處于這樣的高濕環(huán)境中，木材本身會(huì)因?yàn)槲湛諝庵械乃肿佣a(chǎn)生濕漲現(xiàn)象[10-11]。環(huán)境Ⅱ是模擬北方冬季高溫環(huán)境，從表1中可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)木復(fù)合地板在該環(huán)境中寬度方向的尺寸變小，出現(xiàn)干縮現(xiàn)象。這是因?yàn)槎緦?shí)木復(fù)合地板處于地?zé)彷椛洳膳h(huán)境中，類似于干燥箱環(huán)境，室內(nèi)溫度由熱水管道經(jīng)水泥地面?zhèn)髦翆?shí)木復(fù)合地板表面，在這樣一種熱力作用下，地板中的水分以蒸發(fā)的形式排出，從而降低地板的含水率，影響實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性[12]。

通過環(huán)境Ⅰ和環(huán)境Ⅱ的對比試驗(yàn)，實(shí)木復(fù)合地板作為地?zé)岬匕彘L期使用時(shí)，由于季節(jié)交替而引起地板膨脹和干縮現(xiàn)象，導(dǎo)致地板尺寸不穩(wěn)定。從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，同樣處于環(huán)境Ⅰ或環(huán)境Ⅱ中的實(shí)木復(fù)合地板試件，由于其裝飾面板或地板結(jié)構(gòu)的不同，尺寸的變化率也各不相同。因此，下面將探討同種環(huán)境中裝飾面板和地板結(jié)構(gòu)對實(shí)木復(fù)合地板尺寸穩(wěn)定性的影響，目的是選擇合適的面板與結(jié)構(gòu)，提高實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性。

表1 不同環(huán)境下實(shí)木復(fù)合地板寬度方向尺寸變化的測量數(shù)據(jù)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(huán)境Ⅰ

(b)模擬環(huán)境Ⅱ

2.2 地板結(jié)構(gòu)和裝飾面板對實(shí)木復(fù)合地板長度方向尺寸穩(wěn)定性的影響

試件均處于模擬環(huán)境Ⅱ中，以黑胡桃作為裝飾面板，當(dāng)?shù)匕褰Y(jié)構(gòu)不同時(shí)，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(jié)果見表2。

表2 不同結(jié)構(gòu)的實(shí)木復(fù)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(tài)為獨(dú)幅和三拼的結(jié)構(gòu)A作為研究對象，當(dāng)?shù)匕褰Y(jié)構(gòu)不同時(shí)，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(jié)果見表3。

表3 不同裝飾的實(shí)木復(fù)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(jié)構(gòu)、裝飾面板的形態(tài)和種類對實(shí)木復(fù)合地板長度方向的尺寸變化影響很小，不論是何種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和裝飾面板對實(shí)木復(fù)合地板寬度方向尺寸穩(wěn)定性的影響

2.3.1 地板結(jié)構(gòu)對實(shí)木復(fù)合地板寬度方向尺寸穩(wěn)定性的影響

試件均處于模擬環(huán)境Ⅱ中，當(dāng)裝飾面板相同而地板結(jié)構(gòu)不同時(shí)，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(jié)果見表4。

表4 不同結(jié)構(gòu)的實(shí)木復(fù)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(jié)構(gòu)的地板，在環(huán)境模擬Ⅱ中放置一段時(shí)間后寬度方向均出現(xiàn)了干縮現(xiàn)象，三層實(shí)木復(fù)合地板(結(jié)構(gòu)A和結(jié)構(gòu)B)的尺寸變化率也要比多層實(shí)木復(fù)合地板(結(jié)構(gòu)C)大，而且在兩種三層實(shí)木復(fù)合地板中，結(jié)構(gòu)A的尺寸變化率大于結(jié)構(gòu)B。這表明，結(jié)構(gòu)C的尺寸穩(wěn)定性最好，結(jié)構(gòu)B次之，結(jié)構(gòu)A的尺寸穩(wěn)定性最差。原因可能是多層實(shí)木復(fù)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(shí)起到了一個(gè)緩沖作用，減緩了實(shí)木復(fù)合地板的尺寸變化率。

2.3.2 裝飾面板種類對實(shí)木復(fù)合地板寬度方向尺寸穩(wěn)定性的影響

試件均處于模擬環(huán)境Ⅱ中，以裝飾面板形態(tài)為獨(dú)幅和三拼的結(jié)構(gòu)A作為研究對象，當(dāng)裝飾面板種類不同時(shí)，試件的寬度尺寸隨時(shí)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(shí)間的推移，當(dāng)實(shí)木復(fù)合地板結(jié)構(gòu)一致時(shí)，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?yàn)檫@4種裝飾面板的干縮系數(shù)的大小是樺木<黑胡桃<桉木<槭木，干縮系數(shù)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(wěn)定性較好。

圖7 結(jié)構(gòu)A面板為獨(dú)幅的地板寬度尺寸隨時(shí)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(jié)構(gòu)A面板為三拼的地板寬度尺寸隨時(shí)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(tài)對實(shí)木復(fù)合地板寬度方向尺寸穩(wěn)定性的影響

試件均處于模擬環(huán)境Ⅱ中，當(dāng)?shù)匕褰Y(jié)構(gòu)相同而裝飾面板不同時(shí)，三拼和獨(dú)幅形態(tài)的實(shí)木復(fù)合地板寬度方向的尺寸變化率如圖9所示。

(a)結(jié)構(gòu)A

(b)結(jié)構(gòu)C圖9 裝飾面板形態(tài)不同的實(shí)木復(fù)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(shí)木復(fù)合地板的裝飾面板形態(tài)對其寬度方向的尺寸變化率有較大影響。三拼形態(tài)的實(shí)木復(fù)合地板的尺寸變化較大，獨(dú)幅形態(tài)的尺寸變化較小。

3 結(jié) 論

地板的尺寸穩(wěn)定性是否良好是衡量地板質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，尤其是以實(shí)木復(fù)合地板為主的地?zé)岬匕?，因其使用環(huán)境溫濕度變化較大，相比于常溫環(huán)境下的地板更易發(fā)生尺寸的變化[18]。本文針對3種結(jié)構(gòu)的實(shí)木復(fù)合地板，研究其長度和寬度方向的尺寸穩(wěn)定性，并通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出如下結(jié)論和建議。

(1)室內(nèi)環(huán)境的溫度和相對濕度對實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性有很大影響，夏季高濕環(huán)境實(shí)木復(fù)合地板膨脹，冬季高溫環(huán)境實(shí)木復(fù)合地板干縮。

(2)實(shí)木復(fù)合地板長度方向的尺寸變化幾乎不受地板結(jié)構(gòu)和裝飾面板的影響，尺寸穩(wěn)定性較好。

(3)實(shí)木復(fù)合地板寬度方向的尺寸變化較大。從結(jié)構(gòu)方面看，多層實(shí)木復(fù)合地板(結(jié)構(gòu)C)的尺寸穩(wěn)定性最好，結(jié)構(gòu)A的三層實(shí)木復(fù)合地板次之，結(jié)構(gòu)B的三層實(shí)木復(fù)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(wěn)定性較好，而槭木和桉木作為裝飾面板的地板尺寸穩(wěn)定性較差；從裝飾面板形態(tài)看，獨(dú)幅形態(tài)的實(shí)木復(fù)合地板的尺寸穩(wěn)定性比三拼形態(tài)的好。

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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(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015006-04)；江蘇省高校科研成果產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目(JHB2011-13)；林業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣項(xiàng)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(shí)木復(fù)合地板在地?zé)彷椛洳膳h(huán)境中的尺寸穩(wěn)定性[J].森林工程，2016，32(6)：38-43.

TS 653

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