樹(shù)脂用量對(duì)人造玻璃板材物理強(qiáng)度的影響

陳 翔，裴業(yè)虎

(廣東省佛山地質(zhì)局，廣東 佛山 528000)

在建筑裝飾材料中，人造石材以其美觀、高雅、裝飾性強(qiáng)等特點(diǎn)已成為主要裝飾材料之一[1]。人造玻璃板材是繼人造石英板材之后，成為人造石材生產(chǎn)廠家近期爭(zhēng)相研究的課題。人造玻璃板材具有透光性好、花色多樣、花紋層次感強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。玻璃是人造玻璃板材的主要骨料，具有硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)[2]，且玻璃來(lái)源廣泛，雜質(zhì)可控，價(jià)格低廉。人造玻璃板材的生產(chǎn)工藝和人造石英板材工藝基本一樣，只是骨料由原來(lái)的石英砂、石英粉替換成玻璃砂、玻璃粉。但因?yàn)椴ＡШ褪⑹莾煞N不同的骨料，在制造板材時(shí)樹(shù)脂粘結(jié)劑配比區(qū)別較大。本文就玻璃板材中樹(shù)脂用量對(duì)玻璃板材物理強(qiáng)度的影響進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)原料

1.1 玻璃砂制備

選用回收的高白度、高透明度的浮法玻璃廢品作為原材料，經(jīng)過(guò)人工挑選除去雜物，水洗去掉粘在碎玻璃上的灰塵，再經(jīng)過(guò)錘式破碎機(jī)破碎、篩分、除鐵后，制得玻璃砂原料?；厥詹ＡУ幕瘜W(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，不同規(guī)格玻璃砂的產(chǎn)率見(jiàn)表2。

表1 回收玻璃的化學(xué)成分分析結(jié)果 (單位：%)

表2 不同規(guī)格玻璃砂的產(chǎn)率 (單位：%)

1.2 玻璃粉制備及性能測(cè)試

玻璃粉以破碎出來(lái)的玻璃砂為原材料，經(jīng)球磨機(jī)研磨，氣流分級(jí)后制得玻璃粉。玻璃粉物理性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 玻璃粉的物理性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

1.3 其他試驗(yàn)原材料和設(shè)備

不飽和聚酯樹(shù)脂BT-XN833，屬于增強(qiáng)型不飽和聚酯樹(shù)脂，具有較高的硬度和強(qiáng)韌性；中溫固化劑OT，是引發(fā)不飽和聚酯樹(shù)脂固化的藥劑，化學(xué)成分是：過(guò)氧化-2-乙基已酸叔丁酯；偶聯(lián)劑D738，硅烷類偶聯(lián)劑，主要化學(xué)成分：烷基苯氧基聚氧乙烯二甲基二乙氧基硅烷。CMT5205型微機(jī)控制電子萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)，用于測(cè)試玻璃板材的抗壓、抗折強(qiáng)度；PEI耐磨儀，用于測(cè)試玻璃板材的磨損度。

2 玻璃板材生產(chǎn)工藝

經(jīng)過(guò)檢測(cè)符合生產(chǎn)要求的玻璃砂和玻璃粉，輸送至對(duì)應(yīng)配料倉(cāng)，由配料系統(tǒng)自動(dòng)配料后進(jìn)入干預(yù)混料系統(tǒng)，再與樹(shù)脂粘結(jié)劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，攪拌完成后的混合料進(jìn)入布料車，布料車將混合料均勻加入?？騼?nèi)，布料完畢后，傳輸至壓機(jī)設(shè)備，在真空條件下進(jìn)行震動(dòng)壓制，壓制完成后脫出模具，壓制好的胚料送入固化爐內(nèi)加熱固化成型，固化完成的毛板經(jīng)冷卻到室溫后，進(jìn)行定厚拋光，露出板材的表面光澤和花紋，拋光后對(duì)板材質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)[3-5]。

3 試驗(yàn)部分

青花白系列人造玻璃板材是市場(chǎng)上非常受歡迎的一類產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率較高。本試驗(yàn)以青花白系列常用的玻璃砂、玻璃粉配比作為固定比例，只改變樹(shù)脂的用量，5種樹(shù)脂的用量見(jiàn)表4。

表4 青花白系列的樹(shù)脂份數(shù)

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

按SN/T0308-93《出口人造石標(biāo)準(zhǔn)》Y型細(xì)骨料板材檢驗(yàn)方法，對(duì)5組板材分別測(cè)試抗沖擊強(qiáng)度、干態(tài)抗折強(qiáng)度、干態(tài)抗壓強(qiáng)度、磨損度，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 5組人造玻璃板材的物理強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

3.2 試驗(yàn)結(jié)果討論

隨著樹(shù)脂份數(shù)的增加，人造玻璃板材的抗沖擊強(qiáng)度先增加，樹(shù)脂份數(shù)達(dá)到14份以后，不再增加(圖1)；干態(tài)抗折強(qiáng)度也在增加，但增加速率前后明顯不同，前段增加慢，中間增加快，后段增加慢(圖2)；干態(tài)抗壓強(qiáng)度先增加，后降低(圖3)；磨損度是先降低，后增加(圖4)。

圖1 樹(shù)脂份數(shù)與抗沖擊強(qiáng)度關(guān)系圖

圖2 樹(shù)脂份數(shù)與干態(tài)抗折強(qiáng)度關(guān)系圖

圖3 樹(shù)脂份數(shù)與干態(tài)抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

圖4 樹(shù)脂份數(shù)與磨損度關(guān)系圖

分析其原因可能是在樹(shù)脂粘結(jié)劑份數(shù)較少時(shí)，玻璃骨料之間粘結(jié)點(diǎn)較少，骨料之間粘結(jié)力不夠，隨著樹(shù)脂用量的增加，粘結(jié)點(diǎn)快速增多，所以板材的抗沖擊強(qiáng)度、干態(tài)抗折強(qiáng)度、干態(tài)抗壓強(qiáng)度快速增加，磨損度降低。隨著樹(shù)脂份數(shù)的進(jìn)一步增加，樹(shù)脂的粘結(jié)點(diǎn)接近飽和，粘結(jié)點(diǎn)不再快速增加，板材的抗沖擊強(qiáng)度達(dá)到了極限值，抗折強(qiáng)度增加量也較少。樹(shù)脂份數(shù)達(dá)到15份以后，玻璃骨料占比降低明顯，造成板材的表面硬度顯著降低，抗壓強(qiáng)度降低，磨損度增加[6]。

3.3 結(jié)果驗(yàn)證試驗(yàn)

如果3.2中試驗(yàn)結(jié)果的分析原因是成立的，那么在樹(shù)脂粘結(jié)劑添加量較少的情況下，板材的孔隙率較大，吸水率較高；反之，孔隙率較少，吸水率較低。本驗(yàn)證試驗(yàn)通過(guò)測(cè)試板材的吸水率來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證3.2中原因分析是否正確。

吸水率測(cè)試方法：取表5中的5組板材，分別制作成70mm×70mm×20mm的試件，每組板材制作3件，共15個(gè)試件。將試件放置在105℃的恒溫烘箱內(nèi)烘干24h，在干燥皿中冷卻30min至室溫，稱重(m2)，精確到0.02。再將試件放置在20±5℃的蒸餾水中浸泡48h，取出后，用濕潤(rùn)而能吸干水的布擦干表面，稱重(m1)，精確到0.02。吸水率A(%)按以下公式計(jì)算。

A=(m1-m2)×100/m2

15個(gè)試件吸水率測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。隨著樹(shù)脂份數(shù)的增加，吸水率是明顯降低的，這再次驗(yàn)證了3.2中的原因分析是成立的。

4 結(jié)論

(1)樹(shù)脂粘結(jié)劑在人造玻璃板材生產(chǎn)中的用量有一個(gè)合適的比例，用量過(guò)多或過(guò)少都會(huì)影響人造玻璃板材的物理強(qiáng)度。

(2)樹(shù)脂粘結(jié)劑在人造玻璃板材生產(chǎn)中的用量應(yīng)該通過(guò)試驗(yàn)確定，應(yīng)根據(jù)抗沖擊強(qiáng)度、干態(tài)抗折強(qiáng)度、干態(tài)抗壓強(qiáng)度、磨損度等物理強(qiáng)度指標(biāo)的最佳值綜合確定。

表6 吸水率測(cè)試結(jié)果 (單位：%)

(3)通過(guò)本試驗(yàn)驗(yàn)證，青花白系列玻璃板材粘結(jié)劑合適用量為15份，人造玻璃板材的抗沖擊強(qiáng)度50cm、干態(tài)抗折強(qiáng)度37.9MPa、干態(tài)抗壓強(qiáng)度253.6MPa、磨損度 2.3×10-3g/cm2等物理強(qiáng)度指標(biāo)符合SN/T0308-93《出口人造石標(biāo)準(zhǔn)》Y型細(xì)骨料板材標(biāo)準(zhǔn)。