实木复合地板在地热辐射采暖环境中的尺寸稳定性

黄玲玲，尚子剑，姜志华，王素鹏，曹平祥，王惠芸，陈庆庆

(1.南京林业大学 材料科学与工程学院，南京 210037；2.圣象集团有限公司，江苏 丹阳 212300)



实木复合地板在地热辐射采暖环境中的尺寸稳定性

黄玲玲1，2，尚子剑1，姜志华2，王素鹏2，曹平祥*，王惠芸1，陈庆庆1

(1.南京林业大学 材料科学与工程学院，南京 210037；2.圣象集团有限公司，江苏 丹阳 212300)

本文研究实木复合地板在地采暖环境使用过程中环境条件、地板结构、装饰面板材种对地板的尺寸稳定性的影响。研究结果表明：实木复合地热地板夏季易吸湿膨胀，冬季易干缩；地板长度方向尺寸稳定性优于宽度方向；结构C的地板尺寸稳定性优于结构A和B，且以桦木或黑胡桃为装饰面板的地热地板尺寸稳定性优于槭木和桉木；独幅实木复合地板的尺寸稳定性优于三拼实木复合地板。

实木复合地板；尺寸稳定性；装饰面板；地板结构；地热辐射采暖

0 引 言

低温辐射供热地板(俗称地热地板)是通过埋藏在地板下面的加热管道，以温度不高于60℃的热水为热媒，在加热管内循环流动，加热地板，通过地面以辐射和对流的传热方式向室内供热的供暖方式[1]。目前，市场上的地热地板以三层实木地板和多层实木地板为主。三层实木复合地板由表板、芯板和底板，依照纵向、横向、纵横交错排列且经高温高压压制而成[2]。多层实木复合地板是指以珍贵树种单板为面层，胶合板为基材制成的地板[3]。然而，由于木材是一种多孔性的材料，本身具有吸湿性，会随着外界温湿度的变化而发生尺寸变化，从而影响其使用[4]。而实木复合地板作为地热地板使用时，由于地热辐射采暖环境的特殊性，对实木复合地板的要求更加严格，要求地板能适应瞬间温度变化和高温的考验，不发生变形[5-6]。因此，作为木制产品之一的实木复合地板，其尺寸稳定性一直是国内外研究的重点。

鉴于此，本文主要以实木复合地板为研究对象，将其置于地热环境模拟实验室中，研究不同环境(夏季高湿环境、冬季地暖高温环境)对实木复合地板尺寸稳定性的影响，并研究同种环境中，装饰面板和地板结构对实木复合地板尺寸稳定性的影响，旨在为地热用实木复合地板的使用和维护提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本文所采用的试验材料均为实木复合地板，由大亚(江苏)地板有限公司提供，地板按结构的不同可以分为3种形式，如图1所示。其中，结构A由4 mm厚装饰面板，9 mm厚杨木拼板的芯板和2 mm厚杨木背板组成，结构B为1.2 mm厚装饰单板与胶合板基材组成4 mm厚的面板，9 mm厚杨木拼板的芯板和2 mm厚杨木背板，结构C为1.2 mm厚装饰面板，7层杨木胶合板芯板和2 mm厚杨木背板。

(a)结构A

(b)结构B

(c)结构C图1 三种实木复合地板结构的示意图Fig.1 Schematic illustration of three kinds of solid wood composite floor structure

地板按照装饰面板的形态可以分为三拼地板(如图2所示)和独幅地板(如图3所示)[2]。其中，结构A和结构C的地板装饰面板形态有三拼和独幅两种，但是结构B的地板装饰面板形态只有独幅这一种。所有三拼地板的尺寸规格均为2 200 mm×205 mm×15 mm，所有独幅地板的尺寸规格均为910 mm×125 mm×15 mm。

图2 面板为三拼结构Fig.2 Panel structure of three pieces

图3 面板为独幅结构Fig.3 Panel structure of single piece

当进行不同环境对实木复合地板尺寸稳定性影响的实验时，任意选择4种地板作为试验试件，本试验中选择的试件为a-槭木独幅结构A，b-黑胡桃独幅结构B，c-桉木三拼结构C，d-桦木三拼结构A。

当进行地板结构和装饰面板对实木复合地板尺寸稳定性影响的实验时，选择所有结构的不同装饰面板的实木复合地板作为试验试件，所有试件采用的装饰单板种类有4种，分别是：1-槭木、2-黑胡桃、3-桉木和4-桦木。

1.2 试验设备

(1)实验室环境：

本实验在大亚(江苏)地板有限公司的地热采暖环境模拟实验室进行，该实验室采用了意大利傲时公司制造的干燥系统，其型号为DKC18。实验室布局如图4所示，水泥地面下铺有热水管道，水泥地面上铺有一层1 mm厚的聚乙烯薄膜，实验试件平铺在聚乙烯薄膜上。热水管道的温度通过装在实验室墙体外侧的控制系统进行调节，室内装有加湿系统，向房间内喷入水蒸气进行湿度调节。

(2)测量设备：卷尺，游标卡尺等。

图4 干燥实验室正视图Fig.4 Front view of drying laboratory layout

1.3 试验方法

(1)试验环境选定方法

试验分别模拟夏季高湿环境(室内温度28±2℃，相对湿度80±5%)和冬季高温环境(室内温度25±2℃，相对湿度25±5%)[7]，研究任意4种实木复合地板宽度方向的尺寸变化。每种试件有3个重复试件，所有试件总数为12个。

选定冬季高温环境(室内温度25±2℃，相对湿度30±5%)，研究3种地板结构和4种装饰面板对实木复合地板尺寸稳定性的影响。每类试件有3个重复试件，所有试件总数为60个。

(2)测量方法

测量并记录每块试件的初始长度和宽度，然后将所有试件装饰面朝上平铺在实验室地面上，相邻的两块试件相邻但不相接。每隔1 d测量一次试件的长度和宽度并记录。长度和宽度尺寸的具体测量方法参见实木复合地板国家标准GB/T18103-2013，长度在地板宽度方向两边且距地板边20 mm处用卷尺测量，宽度在地板长度方向两边且距地板边20 mm以及地板长中心处用游标长尺测量，如图5所示[8]。

图5 地板长度和厚度测量方法示意图Fig.5 Schematic diagram of the measurement for length and thickness of the floor

1.4 分析方法

本实验以地板长度和宽度方向的尺寸变化率表征地板的尺寸稳定性，即实验处理后地板长度和宽度方向的尺寸相对于其初始尺寸的变化率，具体如公式(1)和公式(2)所示[9]。

(1)

式中：Le为长度方向的尺寸变化率，%；L0为长度方向的初始尺寸，mm；L1为实验处理后长度方向的尺寸，mm。

(2)

式中：We为宽度方向的尺寸变化率，%；W0为宽度方向的初始尺寸，mm；W1为实验处理后宽度方向的尺寸，mm。

2 结果和分析

2.1 不同环境对实木复合地板尺寸稳定性的影响

经试验可知实木复合地板长度方向的尺寸变化很微小，故本节不做具体讨论，但下面会对此作出数据比较。

表1是在不同环境下，不同实木复合地板的试件宽度方向的尺寸变化的测量结果。图6为实木复合地板在不同环境中宽度方向尺寸的变化。其中模拟环境Ⅰ指夏季高湿环境(室内温度28±2℃，相对湿度80±5%)，模拟环境Ⅱ指冬季高温环境(室内温度25±2℃，相对湿度25±5%)。

环境Ⅰ是模拟南方夏季高湿环境，从表1中可以发现，实木复合地板在该环境中宽度方向的尺寸变大，出现膨胀现象。这是因为夏季环境中相对湿度较高，由于木材的吸湿解吸性，当实木复合地板处于这样的高湿环境中，木材本身会因为吸收空气中的水分子而产生湿涨现象[10-11]。环境Ⅱ是模拟北方冬季高温环境，从表1中可以发现，实木复合地板在该环境中宽度方向的尺寸变小，出现干缩现象。这是因为冬季实木复合地板处于地热辐射采暖环境中，类似于干燥箱环境，室内温度由热水管道经水泥地面传至实木复合地板表面，在这样一种热力作用下，地板中的水分以蒸发的形式排出，从而降低地板的含水率，影响实木复合地板的尺寸稳定性[12]。

通过环境Ⅰ和环境Ⅱ的对比试验，实木复合地板作为地热地板长期使用时，由于季节交替而引起地板膨胀和干缩现象，导致地板尺寸不稳定。从图6中可以发现，同样处于环境Ⅰ或环境Ⅱ中的实木复合地板试件，由于其装饰面板或地板结构的不同，尺寸的变化率也各不相同。因此，下面将探讨同种环境中装饰面板和地板结构对实木复合地板尺寸稳定性的影响，目的是选择合适的面板与结构，提高实木复合地板的尺寸稳定性。

表1 不同环境下实木复合地板宽度方向尺寸变化的测量数据Tab.1 Measured data of dimension change of solid wood composite floor under different conditions in the width direction

注：“-”表示干缩

(a)模拟环境Ⅰ

(b)模拟环境Ⅱ

2.2 地板结构和装饰面板对实木复合地板长度方向尺寸稳定性的影响

试件均处于模拟环境Ⅱ中，以黑胡桃作为装饰面板，当地板结构不同时，试件的初始长度(L0)、最终长度(L1)和长度方向的尺寸变化率(Le)的测量结果见表2。

表2 不同结构的实木复合地板长度方向的尺寸变化率Tab.2 Dimension change rate of solid wood composite floor of different structure in the length direction

以装饰面板形态为独幅和三拼的结构A作为研究对象，当地板结构不同时，试件的初始长度(L0)、最终长度(L1)和长度方向的尺寸变化率(Le)的测量结果见表3。

表3 不同装饰的实木复合地板长度方向的尺寸变化率Tab.3 Dimension change rate of solid wood composite floor with different decoration in the length direction

从表1和2中可以看出，地板结构、装饰面板的形态和种类对实木复合地板长度方向的尺寸变化影响很小，不论是何种结构的地板，也不论是何种装饰面板的地板，在长度方向上的尺寸变化极小。

2.3 地板结构和装饰面板对实木复合地板宽度方向尺寸稳定性的影响

2.3.1 地板结构对实木复合地板宽度方向尺寸稳定性的影响

试件均处于模拟环境Ⅱ中，当装饰面板相同而地板结构不同时，试件的初始宽度(W0)、最终宽度(W1)和宽度方向的尺寸变化率(We)的测量结果见表4。

表4 不同结构的实木复合地板宽度方向的尺寸变化率Tab.4 Dimension change rate of solid wood composite floor with different structure in the width direction

注：“﹣”表示干缩

从表4中可以看出，不论哪种结构的地板，在环境模拟Ⅱ中放置一段时间后宽度方向均出现了干缩现象，三层实木复合地板(结构A和结构B)的尺寸变化率也要比多层实木复合地板(结构C)大，而且在两种三层实木复合地板中，结构A的尺寸变化率大于结构B。这表明，结构C的尺寸稳定性最好，结构B次之，结构A的尺寸稳定性最差。原因可能是多层实木复合地板是由胶合板作为基材制成的，胶合板每一层之间是用脲醛胶热压成型，无法完全避免层与层之间的空隙，这些空隙在木材尺寸变化时起到了一个缓冲作用，减缓了实木复合地板的尺寸变化率。

2.3.2 装饰面板种类对实木复合地板宽度方向尺寸稳定性的影响

试件均处于模拟环境Ⅱ中，以装饰面板形态为独幅和三拼的结构A作为研究对象，当装饰面板种类不同时，试件的宽度尺寸随时间变化的趋势如图7和图8所示。

从图7和图8中可以看出，随着时间的推移，当实木复合地板结构一致时，不论是哪种装饰面板的地板，其宽度方向的尺寸均变小。其中，槭木和桉木宽度方向的尺寸变化较大，而黑胡桃和桦木宽度方向的尺寸变化较小。这是因为这4种装饰面板的干缩系数的大小是桦木<黑胡桃<桉木<槭木，干缩系数越小，木材的尺寸变化也就越小[13-17]。这就表明，以桦木或黑胡桃作装饰面板的地板尺寸稳定性较好。

图7 结构A面板为独幅的地板宽度尺寸随时间变化趋势Fig.7 Change trend of the width of single piece floor of structure A panel with the time change

图8 结构A面板为三拼的地板宽度尺寸随时间变化趋势Fig.8 Change trend of the width of three pieces floor of structure A panel with the time change

2.3.3 装饰面板形态对实木复合地板宽度方向尺寸稳定性的影响

试件均处于模拟环境Ⅱ中，当地板结构相同而装饰面板不同时，三拼和独幅形态的实木复合地板宽度方向的尺寸变化率如图9所示。

(a)结构A

(b)结构C图9 装饰面板形态不同的实木复合 地板宽度方向的尺寸变化率Fig.9 Dimension changing rate of solid wood composite floor with different shapes of decorative panel in the width direction

从图9中可以看出，实木复合地板的装饰面板形态对其宽度方向的尺寸变化率有较大影响。三拼形态的实木复合地板的尺寸变化较大，独幅形态的尺寸变化较小。

3 结 论

地板的尺寸稳定性是否良好是衡量地板质量的一个重要指标，尤其是以实木复合地板为主的地热地板，因其使用环境温湿度变化较大，相比于常温环境下的地板更易发生尺寸的变化[18]。本文针对3种结构的实木复合地板，研究其长度和宽度方向的尺寸稳定性，并通过对实验数据的分析得出如下结论和建议。

(1)室内环境的温度和相对湿度对实木复合地板的尺寸稳定性有很大影响，夏季高湿环境实木复合地板膨胀，冬季高温环境实木复合地板干缩。

(2)实木复合地板长度方向的尺寸变化几乎不受地板结构和装饰面板的影响，尺寸稳定性较好。

(3)实木复合地板宽度方向的尺寸变化较大。从结构方面看，多层实木复合地板(结构C)的尺寸稳定性最好，结构A的三层实木复合地板次之，结构B的三层实木复合地板最差；从装饰面板种类看，以桦木或黑胡桃作为装饰面板的地板尺寸稳定性较好，而槭木和桉木作为装饰面板的地板尺寸稳定性较差；从装饰面板形态看，独幅形态的实木复合地板的尺寸稳定性比三拼形态的好。

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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

江苏省前瞻性联合研究项目(BY2015006-04)；江苏省高校科研成果产业化推进项目(JHB2011-13)；林业科学技术推广项目(2015-18)

黄玲玲，博士研究生。研究方向：木材加工装备工程。

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

黄玲玲，尚子剑，姜志华，等.实木复合地板在地热辐射采暖环境中的尺寸稳定性[J].森林工程，2016，32(6)：38-43.

TS 653

A

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