干燥方式对地采暖用实木地板尺寸稳定性的影响*

贺扬眉 赵 斌 肖俊华

[1.河源职业技术学院，河源 517000； 2.国家家具产品质量监督检验中心（广东），佛山 528000]

目前，常用的地采暖用木质地板有地采暖用实木地板、浸渍纸层压木质地板和实木复合地板，其中地采暖用实木地板以花纹自然和环保舒适等特点受到人们青睐，但实木地板在地采暖高温高湿的环境下容易开裂、翘曲和变形，因此提高地采暖用实木地板的尺寸稳定性极为重要[1-2]。研究表明：表面油饰、树脂浸渍、高温热处理、热压干燥、木材酯化等方法均能提高实木地板的尺寸稳定性[3-4]，其中热压干燥和高温热处理具有环保优势。热压干燥，以下简称压干法，其热压温度在100 ℃以上，能对木材产生高温改性效果，改变木材吸湿膨胀特性，提高木材尺寸稳定性，且不会降低木材强度[5]。传统的木材干燥方式为干燥窑干燥，以下简称烘干法，即通过对流换热方式将木材中的水分带出。目前，企业对实木地板干燥大多采用烘干法[6-7]，随着对地采暖用实木地板尺寸稳定性要求提高，压干法因其诸多优点逐渐受到人们的重视。本文主要探究这两种干燥方式对地采暖用实木地板尺寸稳定性的影响，并通过木材水分吸湿规律分析尺寸稳定性提高的原因，旨在为压干法处理地采暖用实木地板技术研究和产业化提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

8种地采暖用实木地板成品，由大自然家居（中国）有限公司提供。4种不同的树种各为1组，每个树种有烘干法和压干法两种地采暖用实木地板，选用的地板均为榫槽连接，油漆饰面，产品等级均为合格品，且规格相同（910 mm×122 mm×18 mm），具体信息见表1。

表1 试验材料Tab.1 Test materials

1.2 设备

电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9145A，上海一恒科学仪器有限公司；恒温恒湿试验箱，HCP-108，德国memert公司。

1.3 试验方法

1.3.1 尺寸稳定性测试

分别按照GB/T 35913—2018《地采暖用实木地板技术要求》与GB/T 1700—2018《地采暖用木质地板》制作试件，并测试各组试件的耐热尺寸稳定性（收缩率）和耐湿尺寸稳定性（膨胀率）。耐热尺寸稳定性（收缩率）测试方法如下：在每个试件上画出平行于长度方向和宽度方向的中心线，将所有试件放入温度为（20±2）℃、相对湿度为（65±5）%的恒温恒湿箱中处理（24±0.25）h，测量中心线长度和宽度。再将所有试件放入温度为（80±2）℃空气对流干燥箱中处理（24±0.25）h，在原划线位置测量试件的长度和宽度。耐湿尺寸稳定性（膨胀率）测试方法同上，只是在恒温恒湿箱中处理并测量中心线长度和宽度后，再将所有试件放入温度为（40±2）℃、相对湿度（90±5）%的恒温恒湿箱中处理（24±0.25）h，然后在原划线位置测量试件的长度和宽度。收缩率和膨胀率的计算公式参见标准GB/T 1700—2018《地采暖用木质地板》。

1.3.2 平衡含水率测定

每组地板各制成规格为122 mm×20 mm×18 mm的小试样15个，置于温度为20℃、相对湿度为65%的环境下10 d，测量试样质量。然后按照GB/T 1931—2009《木材含水率测定方法》将试样在103 ℃的温度下烘至绝干取出，置于干燥器中冷却至室温后测量其绝干质量，再将绝干试件分别置于温度为20 ℃、相对湿度分别为10%、30%、50%、70%、90%的恒温恒湿箱中进行30 d的平衡处理。其间，每隔5 d取每组中的2个试样进行称重，当前后两次称量的质量差均小于试件质量的0.1%时，即视为试样含水率与环境平衡。

2 结果与分析

2.1 耐热尺寸稳定性

采用烘干法和压干法的4个树种地采暖用实木地板的耐热尺寸稳定性检测结果见表2。

表2 耐热尺寸稳定性检测结果Tab.2 Test results of heat resistance dimensional stability

由表2可知，番龙眼、印茄、朴木、栎木4个树种的地采暖用实木地板，不管是径向还是轴向，压干法处理的收缩率都比烘干法要小，说明压干法处理能有效提高地采暖用实木地板的耐热尺寸稳定性。采用烘干法的4种地采暖用实木地板在径向上收缩率最大值为0.18%，压干法的收缩率最大值为0.10%。4个树种的地采暖用实木地板，采用压干法比烘干法收缩率分别降低53.8%、60.0%、47.1%、44.4%；在轴向上，4种地采暖用实木地板，采用烘干法的收缩率最大值为1.20%，压干法的收缩率最大值为0.75%，采用压干法的4种地采暖用实木地板，比烘干法的收缩率分别降低70.9%、55.6%、37.0%、37.5%。

2.2 耐湿尺寸稳定性

采用烘干法和压干法的4个树种地采暖用实木地板的耐湿尺寸稳定性检测结果见表3。

表3 耐湿尺寸稳定性检测结果Tab.3 Test results of wet resistance dimensional stability

由表3可知，番龙眼、印茄、朴木、栎木4个树种在径向上采用压干法没有明显的优势，其中番龙眼和印茄采用压干法比烘干法膨胀率还要大，这是因为木材在径向的膨胀率本来就较小，再加上长度方向尺寸较大所致。 4个树种在轴向上，其压干法处理的耐湿尺寸稳定性均比烘干法要小，说明压干法处理能有效提高地采暖用实木地板轴向上的耐湿尺寸稳定性。轴向上，4个树种的地采暖用实木地板采用烘干法的膨胀率最大值为1.03%，压干法膨胀率最大值为0.86%，压干法膨胀率比烘干法分别降低43.2%、31.8%、23.4%、16.5%。

2.3 综合分析

从2.1和2.2的分析可知，压干法能有效提高实木地板的尺寸稳定性，根据前人的研究成果，热压法对实木地板尺寸稳定性的提高机理主要是游离羟基的减少和细胞壁刚度的增加[8-9]。为了探究压干法对实木地板尺寸稳定性的影响，本文通过检测8组试件在不同相对湿度下的平衡含水率EMC，从木材水分吸湿规律，进行分析验证，揭示地采暖用实木地板尺寸稳定化机理。

不同湿度环境下8组试件的等温平衡含水率变化曲线如图1所示。从图中不难看出，不同湿度条件下压干法试件的平衡含水率都低于烘干法。因此，干燥方式对实木地板尺寸稳定性的影响规律与对平衡含水率的影响规律基本一致，表明经过压干法处理后收缩率和膨胀率的降低主要与木材吸湿能力的降低有关，一般被认为是高温改性的效果。在高温条件下，木材中存在的水分容易导致半纤维素快速降解，使得半纤维分子的聚合度显著降低，分子链上游离羟基减少，同时高温提高了纤维素分子链结构的活性，使得干燥过程中分子链结构发生“架桥”反应，使无定形区内微纤丝向结晶区聚拢和重组，且游离羟基之间的结合变得更容易。此外，压干法处理导致细胞壁结构更加密实也是尺寸稳定性提高的一个重要原因。

图1 8组试件等温平衡含水率变化曲线Fig.1 The changing curves of isothermal equilibrium moisture content of eight groups

3 结论

本研究以烘干法和压干法处理8种地采暖用实木地板，研究了压干法对地采暖用实木地板尺寸稳定性的影响，并通过木材水分吸湿特性分析了压干法提高地采暖用实木地板尺寸稳定性机理，结论如下：

1）压干法能有效提高地采暖用实木地板的耐热尺寸稳定性。番龙眼、印茄、朴木、栎木4个树种的地采暖用实木地板，采用压干法的试件径向收缩率比烘干法的分别降低53.8%、60.0%、47.1%、44.4%，轴向收缩率分别降低70.9%、55.6%、37.0%、37.5%。

2）压干法对地采暖用实木地板径向耐湿尺寸稳定性影响不大，但能大幅度提高其轴向耐湿尺寸稳定性。4个树种的地采暖用实木地板，采用压干法的试件膨胀率比烘干法的分别降低43.2%、31.8%、23.4%、16.5%。

3）采用压干法提高地采暖地板尺寸稳定性与热压后木材吸湿能力的降低有关，而木材吸湿能力的降低是多种因素综合作用的结果：半纤维素的降解、分子链结构活性的增强和纤维素结晶度的增加。