1、人造石的概念
人造石是指以粘結劑、粗細填料及外加劑經一定的工藝過程而制成的,具有天然大理石、花崗巖花紋的裝飾裝修材料。生產人造石的填料主要是碳酸鈣與氧化硅,此外還有氫氧化鋁、玻璃、陶瓷粉等。
2、人造石的分類
按《樹脂型人造石板材》規定,人造石按主要填料的不同可分為崗石和石英石,其中崗石也稱人造大理石,是以碳酸鹽類石材(大理石、石灰石等)的碎料、粉體為主要填料的;而石英石則以石英石、硅砂等石材碎料、粉體(其主要成分為二氧化硅)為主要填料。此外,根據選用粘結劑的不同,人造石也常被分為樹脂型人造石和無機型人造石,另外還有無機有機復合型人造石。目前市場上的人造石多以不飽和聚酯為粘結劑,以碳酸鹽類石材碎料、粉體為主要填料。
3、樹脂型人造石的研究現狀
樹脂型人造石主要有不飽和聚酯基(UPR)人造石、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基人造石兩類?;嗽焓a品綜合性能較佳,產品具有較好的耐沖擊性能及耐水性;表面的光澤度高、硬度大;又由于一般采用氫氧化鋁作為填料,因此具有良好的阻燃性能。但這種人造石的技術含量較高、成本大,目前我國關于PMMA基人造石生產還較少,主要還是以基人造石為主。因此樹脂型人造石主要指的是聚酯基人造石。
樹脂型人造石主要是以不飽和聚酯為粘結劑,加入各種填料、顏料,以及固化劑、引發劑,經攪拌、成型、固化、切割、拋光而制成的石材制品。樹脂型人造石材早在20世紀60年代的美國出現,后逐步傳到歐洲、亞洲及世界各地,成為一種被廣泛采用的新型建筑材料。目前,美國、日本等發達國家的技術一直處于世界領先水平,如美國杜邦公司的可麗耐、日本株式會社的可樂麗等都是具有代表性的產品。我國對人造石的研究和開發較晚,始于20世紀80年代初。近三十年來,我國的人造石發展經歷了三次發展高潮,但卻是一波三折。總體來說,我國的人造石行業現已初具規模,生產技術和產品質量也有很大的提高。
與無機型人造石相比,樹脂型人造石有其獨有的優點。首先,其吸水率低、具有良好的抗折能力,改善了天然石材的脆性大問題。MING等采用真空振壓工藝,用碎石、廢玻璃以及不飽和聚酯生產的人造石具有148.8MPa的抗壓強度,吸水率小于0.02%,2Min壓縮后的抗折強度達51.1MPa,其強度和耐水性均好于天然石材。
彭英等的研究結果表明,以氫氧化鋁和CaCO3為填料,與按照一定的比例進行配比,可制成抗折強度達到58.8MPa的聚酯基人造石,秦巖等也成功地研制出高沖擊強度的纖維樹脂人造石。其次,樹脂型人造石加工方便,可制成各種顏色花紋或特殊形狀的裝飾品;且容易進行二次加工,進行無縫接封。最后,其具有質量輕,耐酸堿性強,質感好,更具美觀,如透光大理石,雙色大理石等。
當然,樹脂型人造石也存在一定的不足,如表面易出現“斑印”,破壞了人造石的原有花紋;表面硬度低,耐磨性差等,這些都是樹脂型人造石需要改進的地方。關于“斑印”問題的研究,文獻報道的極少。陸蕾蕾在提到聚酯基人造石的生產工藝對其質量的影響因素時認為,板材聚合時刻過早會使板材有水印出現,水印是板材在克服外在壓力與自身內應力時產生的細小微裂紋。但作者并沒有給出足夠的證據,還有待進一步確證。
對于硬度、耐磨性的研究,目前已有一定成果。蔡理學等證實了不飽和聚酯的機械性能對人造石的質量有一定影響,韓秀萍等在綜述不飽和聚酯合成研究進展中提到了具有強韌性的不飽和聚酯樹脂的出現,因此可以通過改善樹脂的性能來解決樹脂型人造石硬度差的問題。張曉瑩等人在改性二水脫硫石膏粉填充樹脂型人造大理石的應用研究中利用改性的樹脂研發出巴氏硬度達到68,抗折強度達到88 MPa的人造大理石。
但是采用高性能樹脂也會提高人造石材的成本,所以高性價比的樹脂的研發工作還有待進一步進行。此外,所用填料的種類、樹脂與填料的比例、填料級配等對人造石的性能也有一定影響。張丹等在聚酯基人造大理石的制備中,提到以Mg(OH)2為填料,通過采用篩選出的合理的粉料級配及填料樹脂比,制出洛氏硬度達到108HRR,抗折強度達到52 MPa的人造大理石。綜上所述,在改善人造石材耐磨性和硬度方面,可以從填料入手,通過選擇強度高、耐磨性好的填料、適當調整填料級配,從而可以改善樹脂人造石的表面性能;也可以通過對不飽和聚酯進行改性,使其的力學性能更佳,從而達到提高人造石耐磨性的功效。
樹脂型人造石的耐火性與常用的水泥基建筑材料相比較低,只能達到A2級。為進一步改善其耐火性,也可以從聚酯和骨料入手,選擇阻燃性樹脂和耐火性能好的填料。
例如:有人提出用15-30%的直徑為1-10nm的膠態物質、45-75%的直徑為1nm左右的氫氧化鋁粉末,可以制備出阻燃性好、且美觀的人造石。日本專利JP11255999A則是通過對不飽和聚酯進行改性,用平均直徑0.001-200μm的金屬氫氧化物(如Al(OH)3)等制造出具有較好耐熱性能的人造大理石。
另外也有不少研究人員利用各種工業廢棄物成功研制出人造石。如張桂芳等利用粉煤灰生產出抗壓強度達到90MPa的人造石,朱子宗等利用鋼渣研發出各項性能接近甚至超過天然大理石,且無污染和放射性的仿真大理石。
總之,從美觀性、可設計性、力學性能等指標綜合評價,樹脂型人造都有著優越的性能與特點,而且品種花樣更加齊全,在人造石中始終占有較大的比例。
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