干燥方式對(duì)地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的影響*

賀揚(yáng)眉 趙 斌 肖俊華

[1.河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河源 517000； 2.國(guó)家家具產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東），佛山 528000]

目前，常用的地采暖用木質(zhì)地板有地采暖用實(shí)木地板、浸漬紙層壓木質(zhì)地板和實(shí)木復(fù)合地板，其中地采暖用實(shí)木地板以花紋自然和環(huán)保舒適等特點(diǎn)受到人們青睞，但實(shí)木地板在地采暖高溫高濕的環(huán)境下容易開裂、翹曲和變形，因此提高地采暖用實(shí)木地板的尺寸穩(wěn)定性極為重要[1-2]。研究表明：表面油飾、樹脂浸漬、高溫?zé)崽幚?、熱壓干燥、木材酯化等方法均能提高?shí)木地板的尺寸穩(wěn)定性[3-4]，其中熱壓干燥和高溫?zé)崽幚砭哂协h(huán)保優(yōu)勢(shì)。熱壓干燥，以下簡(jiǎn)稱壓干法，其熱壓溫度在100 ℃以上，能對(duì)木材產(chǎn)生高溫改性效果，改變木材吸濕膨脹特性，提高木材尺寸穩(wěn)定性，且不會(huì)降低木材強(qiáng)度[5]。傳統(tǒng)的木材干燥方式為干燥窯干燥，以下簡(jiǎn)稱烘干法，即通過(guò)對(duì)流換熱方式將木材中的水分帶出。目前，企業(yè)對(duì)實(shí)木地板干燥大多采用烘干法[6-7]，隨著對(duì)地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性要求提高，壓干法因其諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸受到人們的重視。本文主要探究這兩種干燥方式對(duì)地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的影響，并通過(guò)木材水分吸濕規(guī)律分析尺寸穩(wěn)定性提高的原因，旨在為壓干法處理地采暖用實(shí)木地板技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

8種地采暖用實(shí)木地板成品，由大自然家居（中國(guó)）有限公司提供。4種不同的樹種各為1組，每個(gè)樹種有烘干法和壓干法兩種地采暖用實(shí)木地板，選用的地板均為榫槽連接，油漆飾面，產(chǎn)品等級(jí)均為合格品，且規(guī)格相同（910 mm×122 mm×18 mm），具體信息見表1。

表1 試驗(yàn)材料Tab.1 Test materials

1.2 設(shè)備

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9145A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；恒溫恒濕試驗(yàn)箱，HCP-108，德國(guó)memert公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 尺寸穩(wěn)定性測(cè)試

分別按照GB/T 35913—2018《地采暖用實(shí)木地板技術(shù)要求》與GB/T 1700—2018《地采暖用木質(zhì)地板》制作試件，并測(cè)試各組試件的耐熱尺寸穩(wěn)定性（收縮率）和耐濕尺寸穩(wěn)定性（膨脹率）。耐熱尺寸穩(wěn)定性（收縮率）測(cè)試方法如下：在每個(gè)試件上畫出平行于長(zhǎng)度方向和寬度方向的中心線，將所有試件放入溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為（65±5）%的恒溫恒濕箱中處理（24±0.25）h，測(cè)量中心線長(zhǎng)度和寬度。再將所有試件放入溫度為（80±2）℃空氣對(duì)流干燥箱中處理（24±0.25）h，在原劃線位置測(cè)量試件的長(zhǎng)度和寬度。耐濕尺寸穩(wěn)定性（膨脹率）測(cè)試方法同上，只是在恒溫恒濕箱中處理并測(cè)量中心線長(zhǎng)度和寬度后，再將所有試件放入溫度為（40±2）℃、相對(duì)濕度（90±5）%的恒溫恒濕箱中處理（24±0.25）h，然后在原劃線位置測(cè)量試件的長(zhǎng)度和寬度。收縮率和膨脹率的計(jì)算公式參見標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1700—2018《地采暖用木質(zhì)地板》。

1.3.2 平衡含水率測(cè)定

每組地板各制成規(guī)格為122 mm×20 mm×18 mm的小試樣15個(gè)，置于溫度為20℃、相對(duì)濕度為65%的環(huán)境下10 d，測(cè)量試樣質(zhì)量。然后按照GB/T 1931—2009《木材含水率測(cè)定方法》將試樣在103 ℃的溫度下烘至絕干取出，置于干燥器中冷卻至室溫后測(cè)量其絕干質(zhì)量，再將絕干試件分別置于溫度為20 ℃、相對(duì)濕度分別為10%、30%、50%、70%、90%的恒溫恒濕箱中進(jìn)行30 d的平衡處理。其間，每隔5 d取每組中的2個(gè)試樣進(jìn)行稱重，當(dāng)前后兩次稱量的質(zhì)量差均小于試件質(zhì)量的0.1%時(shí)，即視為試樣含水率與環(huán)境平衡。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐熱尺寸穩(wěn)定性

采用烘干法和壓干法的4個(gè)樹種地采暖用實(shí)木地板的耐熱尺寸穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 耐熱尺寸穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Test results of heat resistance dimensional stability

由表2可知，番龍眼、印茄、樸木、櫟木4個(gè)樹種的地采暖用實(shí)木地板，不管是徑向還是軸向，壓干法處理的收縮率都比烘干法要小，說(shuō)明壓干法處理能有效提高地采暖用實(shí)木地板的耐熱尺寸穩(wěn)定性。采用烘干法的4種地采暖用實(shí)木地板在徑向上收縮率最大值為0.18%，壓干法的收縮率最大值為0.10%。4個(gè)樹種的地采暖用實(shí)木地板，采用壓干法比烘干法收縮率分別降低53.8%、60.0%、47.1%、44.4%；在軸向上，4種地采暖用實(shí)木地板，采用烘干法的收縮率最大值為1.20%，壓干法的收縮率最大值為0.75%，采用壓干法的4種地采暖用實(shí)木地板，比烘干法的收縮率分別降低70.9%、55.6%、37.0%、37.5%。

2.2 耐濕尺寸穩(wěn)定性

采用烘干法和壓干法的4個(gè)樹種地采暖用實(shí)木地板的耐濕尺寸穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 耐濕尺寸穩(wěn)定性檢測(cè)結(jié)果Tab.3 Test results of wet resistance dimensional stability

由表3可知，番龍眼、印茄、樸木、櫟木4個(gè)樹種在徑向上采用壓干法沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，其中番龍眼和印茄采用壓干法比烘干法膨脹率還要大，這是因?yàn)槟静脑趶较虻呐蛎浡时緛?lái)就較小，再加上長(zhǎng)度方向尺寸較大所致。 4個(gè)樹種在軸向上，其壓干法處理的耐濕尺寸穩(wěn)定性均比烘干法要小，說(shuō)明壓干法處理能有效提高地采暖用實(shí)木地板軸向上的耐濕尺寸穩(wěn)定性。軸向上，4個(gè)樹種的地采暖用實(shí)木地板采用烘干法的膨脹率最大值為1.03%，壓干法膨脹率最大值為0.86%，壓干法膨脹率比烘干法分別降低43.2%、31.8%、23.4%、16.5%。

2.3 綜合分析

從2.1和2.2的分析可知，壓干法能有效提高實(shí)木地板的尺寸穩(wěn)定性，根據(jù)前人的研究成果，熱壓法對(duì)實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的提高機(jī)理主要是游離羥基的減少和細(xì)胞壁剛度的增加[8-9]。為了探究壓干法對(duì)實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的影響，本文通過(guò)檢測(cè)8組試件在不同相對(duì)濕度下的平衡含水率EMC，從木材水分吸濕規(guī)律，進(jìn)行分析驗(yàn)證，揭示地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定化機(jī)理。

不同濕度環(huán)境下8組試件的等溫平衡含水率變化曲線如圖1所示。從圖中不難看出，不同濕度條件下壓干法試件的平衡含水率都低于烘干法。因此，干燥方式對(duì)實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的影響規(guī)律與對(duì)平衡含水率的影響規(guī)律基本一致，表明經(jīng)過(guò)壓干法處理后收縮率和膨脹率的降低主要與木材吸濕能力的降低有關(guān)，一般被認(rèn)為是高溫改性的效果。在高溫條件下，木材中存在的水分容易導(dǎo)致半纖維素快速降解，使得半纖維分子的聚合度顯著降低，分子鏈上游離羥基減少，同時(shí)高溫提高了纖維素分子鏈結(jié)構(gòu)的活性，使得干燥過(guò)程中分子鏈結(jié)構(gòu)發(fā)生“架橋”反應(yīng)，使無(wú)定形區(qū)內(nèi)微纖絲向結(jié)晶區(qū)聚攏和重組，且游離羥基之間的結(jié)合變得更容易。此外，壓干法處理導(dǎo)致細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)更加密實(shí)也是尺寸穩(wěn)定性提高的一個(gè)重要原因。

圖1 8組試件等溫平衡含水率變化曲線Fig.1 The changing curves of isothermal equilibrium moisture content of eight groups

3 結(jié)論

本研究以烘干法和壓干法處理8種地采暖用實(shí)木地板，研究了壓干法對(duì)地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性的影響，并通過(guò)木材水分吸濕特性分析了壓干法提高地采暖用實(shí)木地板尺寸穩(wěn)定性機(jī)理，結(jié)論如下：

1）壓干法能有效提高地采暖用實(shí)木地板的耐熱尺寸穩(wěn)定性。番龍眼、印茄、樸木、櫟木4個(gè)樹種的地采暖用實(shí)木地板，采用壓干法的試件徑向收縮率比烘干法的分別降低53.8%、60.0%、47.1%、44.4%，軸向收縮率分別降低70.9%、55.6%、37.0%、37.5%。

2）壓干法對(duì)地采暖用實(shí)木地板徑向耐濕尺寸穩(wěn)定性影響不大，但能大幅度提高其軸向耐濕尺寸穩(wěn)定性。4個(gè)樹種的地采暖用實(shí)木地板，采用壓干法的試件膨脹率比烘干法的分別降低43.2%、31.8%、23.4%、16.5%。

3）采用壓干法提高地采暖地板尺寸穩(wěn)定性與熱壓后木材吸濕能力的降低有關(guān)，而木材吸濕能力的降低是多種因素綜合作用的結(jié)果：半纖維素的降解、分子鏈結(jié)構(gòu)活性的增強(qiáng)和纖維素結(jié)晶度的增加。