人造花崗石連續(xù)生產(chǎn)成形系統(tǒng)及其應(yīng)用

周忠華

丙烯酸質(zhì)人造大理石板是在丙烯酸樹脂組成物中混合大量無機(jī)填充料、凸顯彩斑紋的粒料、硬化劑、顏料等，制備混合料，注入金屬模具，在適宜的固化裝置中固化、脫模、切邊、打磨而成。該人造大理石板故表面和內(nèi)部均質(zhì)無孔而堅固，便于切割、研磨、加熱彎曲和粘接施工。因此，用于各種臺面、墻面等的需用量日益增大。人造花崗石現(xiàn)通常采用注模和連續(xù)成形法。注模法為間歇式成形，操作復(fù)雜，制作費用也較高，更主要是生產(chǎn)效率低。對此，期望人造花崗石板能連續(xù)化生產(chǎn)。為滿足這一需求，國外一企業(yè)為人造花崗石設(shè)計出一種連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)。

1、成形系統(tǒng)

在對著運行的一對環(huán)形傳送帶相對面與傳送帶兩側(cè)端附近兩傳送帶面間插入密封墊帶，跟隨傳送帶運行，形成成形空間部，將樹脂混合料連續(xù)注入空間部，加熱聚合固化。預(yù)先用自由基聚合性乙烯化合物浸漬密封墊帶。下面借助示意圖作表述。圖1是連續(xù)成形系統(tǒng)整體側(cè)面圖。如圖1所示，將一對環(huán)形傳送帶卷繞設(shè)置在上下端的卷筒上，使相對的傳送帶面向同一方向以同一速度運行。由處在一對環(huán)形傳送帶的相對面與其兩側(cè)邊部間狀態(tài)下連續(xù)運行的密封墊帶圍成的成形空間，由其上行端設(shè)置的注入裝置連續(xù)注入樹脂混合料，經(jīng)成形空間的第一和二加熱區(qū)段及第一和二冷卻區(qū)段，形成板材，由傳送帶末端輸出。實際上該成形系統(tǒng)的特征是二個環(huán)形傳送帶水平設(shè)置，可獲得板厚精度高的人造裝飾板。此外，為在人造裝飾板成形面一面或二面凸顯凹凸花紋，亦可使用一種入料裝置，連續(xù)注入與樹脂混合料不相溶，并預(yù)先帶有凹凸花紋的聚對苯甲酸乙二醇酯和聚乙烯醇薄膜，這時為了傳送帶與薄膜間不存在氣泡和不使薄膜接觸傳送帶，產(chǎn)生沾污，在兩者間可介入流動石蠟和聚乙二醇液等。在制作人造裝飾石，將樹脂成分、無機(jī)填充料及按所需的少量分散劑、交聯(lián)劑、聚合引發(fā)劑和顏料置于攪拌型混合機(jī)中混合，真空下脫泡處理，制備樹脂混合料，注入連續(xù)成形系統(tǒng)的成形空間。此時，由混合料入口，連續(xù)注入環(huán)形傳送帶上流端。此外，亦可使用多個入料口，來制作流水狀花紋和花紋各異的人造裝飾板。室溫下，樹脂混合料粘度范圍為0.6～10Pa/s，以0.6～5 Pa/s為好。粘度過低，聚合固化中，無機(jī)填充料沉淀在樹脂成分中，使制品價值低下；粘度過高，不便于注入料口，即便注入在傳送帶上也難以在成形空間中流動。形成于環(huán)形傳送帶上的成形空間可使用一般密封墊帶，材質(zhì)有軟質(zhì)聚氯乙烯、軟質(zhì)塑料、天然橡膠等，其中以使用聚氯乙烯為佳。密封墊帶供給裝置，將因存放而扁平的，用蒸汽或電加熱法恢復(fù)到原形狀的墊帶，供入在上下傳送帶間為好。密封墊帶使用由自由基聚合性化合物浸漬過的。浸漬方法如圖2所示，在進(jìn)入環(huán)形傳送帶前，對運行中的密封墊帶在裝有自由基聚合性化合物的槽中進(jìn)行浸漬處理。在浸漬處理前，加溫提高浸漬效率。在浸漬中還設(shè)有用于加溫的蒸汽導(dǎo)管和導(dǎo)向輥，見圖2。這里所用的自由基聚合性化合物有甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等甲基丙烯酸酯；丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯等丙烯酸酯；2-羥基酸丙烯酸乙酯、2-羥基酸甲基丙烯酸酯、2-羥基丙基甲基丙烯酸等含羥基的單體；醋酸乙烯、安息香酸乙烯等乙烯酯類等。密封墊帶可雙重配置。這樣，水溶性薄膜貼附在傳送帶面使用時，只要因內(nèi)側(cè)的密封墊帶抑制薄膜，不露出到外側(cè)密封墊帶外的寬度尺寸，第一加熱區(qū)段的加熱可使用熱水。此時，用浸漬過自由基聚合性乙烯化合物的密封墊帶在內(nèi)側(cè)只配置二個即可。由入料裝置注入的樹脂混合料隨環(huán)形傳送帶邊移動，邊流入在上端傳送帶上，移送到第一加熱區(qū)段內(nèi)。第一加熱區(qū)段的加熱方式可采用在傳送帶外部送入熱風(fēng)、噴灑布雨狀熱水或使用紅外線等。較理想的采用方法是在傳送帶寬度方向（橫向）及上下傳送帶面調(diào)節(jié)熱水噴灑分布，均勻分布溫度，可提高板厚精度。熱水可選定100℃以下的任意溫度，為了不使用大型裝置，來提高制作效率，最好盡可能快速聚合固化。因此，熱水溫度在60℃以上為佳。第二加熱區(qū)段，可設(shè)置空氣爐，對聚合固化的板體再進(jìn)行熱處理，結(jié)束聚合固化，然后在冷卻區(qū)段冷卻，連續(xù)輸出人造裝飾石成品。

圖1 人造裝飾石連續(xù)成形系統(tǒng)側(cè)面概略示意圖

圖2 自由基聚合性乙烯化合物浸漬墊帶的方法概略示意圖

2、原料組成

所用原料主要是作為主要成分的甲基丙烯酸甲酯樹脂或甲基丙烯酸甲酯樹脂與其聚合物的混合物和無機(jī)填充料。為了適應(yīng)制作需要，樹脂成分在連續(xù)式或間歇式反應(yīng)器中部分聚合，或?qū)⒕奂谆┧狨ト芙庥诩谆┧狨ブ?，以聚合物含量?0%～35%的漿狀形態(tài)使用為好。樹脂成分以漿狀使用的好處是在樹脂原料中配合無機(jī)填充料，通過控制漿料粘度，可防止無機(jī)填充料沉淀，聚合固化時，固化時間縮短，提高制作效率。此外，在上述樹脂漿料中可配合含有分子內(nèi)二個以上乙烯基的交聯(lián)性乙烯化合物。無機(jī)填充料使用碳酸鈣、氧化鋁、氫氧化鋁、硅砂、滑石、氫氧化鎂、氫氧化鈣、玻璃纖維等。樹脂成分與無機(jī)填充料的配比為100：10～400份，最好60～400份（按質(zhì)量計）。填充料過低，難以獲得人造石紋理質(zhì)重感；過高，人造石透明感、物理性能降低。添加混合無機(jī)填充料時，在100份樹脂混合料中添加顆粒粒徑5～50nm、比表面積為50～400m2/g的5份以下的二氧化硅微顆粒，可防止無機(jī)填充料沉淀。對無機(jī)填充料表面使用硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、磷酸偶聯(lián)劑處理，與未處理的相比，可提高人造裝飾板的強(qiáng)度、耐熱性、耐候性、耐熱水性。偶聯(lián)表面處理劑用量為100份填充料的0.01～2份（按質(zhì)量計）。就無機(jī)填充料而言，最好使用氫氧化鋁，為了獲得仿花崗石的紋理色調(diào)，可添加著色或未著色的天然大理石細(xì)粒。無機(jī)填充料以平均粒徑5～30μm為好。其粒徑過大，人造石物理性能降低，過小，其透光性降低。無機(jī)填充料亨特白度在95%以上為最佳，易于獲得色調(diào)良好的人造裝飾石，也易于調(diào)節(jié)色調(diào)。

使用平均粒徑在5～30μm的填充料制成的人造裝飾石強(qiáng)度、耐熱耐候性、耐熱水性較使用大于30μm的好，但傳送帶與密封墊帶形成的成形空間部，聚合固化，成形人造石時，靠近密封墊帶的傳送帶面，附著殘留固化物，難以脫模。為解決此問題，進(jìn)行了探究，究其原因是越使用平均粒徑小的填充料，越易出現(xiàn)上述該現(xiàn)象，此外填充料表面用偶聯(lián)劑處理也更易引起。再就是單體混合物與無機(jī)填充料為主要成分的樹脂混合料中的單體接觸聚氯乙烯質(zhì)密封墊帶時，滲透在密封墊帶中，結(jié)果靠近墊帶的樹脂混合料中無機(jī)填充料含量多，與金屬板的粘附性增大，同時樹脂固化物自身強(qiáng)度降低，密封墊帶附近的鋼質(zhì)傳送帶面殘留附著固化物，進(jìn)而難以脫模。實際上，對附著固化物中的填充料含量進(jìn)行了測定，板體的樹脂混合料中無機(jī)填充料含量為60%，而附著物中填充料含量達(dá)到60%。針對這點，減少樹脂混合料中單體對墊帶的滲透量，可解決上述問題。正如上述，一解決方法是預(yù)先用自由基聚合性乙烯混合物，最好是與樹脂混合料中單體相同的浸漬密封墊帶，這樣使樹脂混合料中單體在聚合中減少對聚氯乙烯質(zhì)密封墊帶滲透量，從而抑制密封墊帶附近的樹脂混合料中無機(jī)填充料含量增大，避免上述附著現(xiàn)象的出現(xiàn)，便于脫模，利于連續(xù)制作。

為了使人造裝飾板具有仿花崗石的質(zhì)感，可在樹脂混合料適量使用著色或未著色的大理石顆粒（粒徑范圍100～500μm）。樹脂混合料聚合固化可自由基聚合引發(fā)劑。以樹脂成分計，聚合引發(fā)劑添加量為0.001～3%。這里可使用一般的聚合引發(fā)劑，如2,2-偶氮二異丁腈、2,2-偶氮雙（2,4-二甲基戌腈）等偶氮化合物、過氧化苯甲酰、過氧化月桂酰等有機(jī)過氧化物等。聚合引發(fā)劑為有機(jī)過氧化物時，亦可使用叔胺促聚合劑。除上述成分外，胺需要可添加顏料或染料、紫外線吸收劑、阻燃劑、脫模劑、增稠劑、防氧化劑等。

3、應(yīng)用實例

取聚合率為20%的甲基丙烯酸酯漿料（20℃下粘度1.2pa.s）70份、甲基丙烯酸酯29份、乙二醇-二甲基丙烯酸酯1份混合成漿料，加入1.25份二辛基硫代琥珀酸酯脫模劑1.25份 烷基磷酸酯溶解，然后將其混合料置于攪拌機(jī)中邊攪拌，邊分批少量加入150份亨特白度為99%、平均粒徑8μm的氫氧化鋁粉，使其在漿料中均勻混合成混合漿料。取250份混合漿料加入0.2份過氧化乙酸特戌酯聚合引發(fā)劑，均勻混合，制備成樹脂混合料（20℃下粘度1.4Pa.s），置于真空容器內(nèi)脫泡處理，然后使用圖1所示的連續(xù)成形系統(tǒng)制成厚度3mm的人造花崗石板。圖1成形系統(tǒng)是將厚度1.5mm、寬度150cm的二塊不銹鋼質(zhì)環(huán)形傳送帶（經(jīng)鏡面加工）水平設(shè)置，只下傳送帶由電機(jī)驅(qū)動，由輥群保持穩(wěn)定，使人造裝飾板達(dá)到均勻的3mm厚度。使用聚氯乙烯材料制成的密封墊帶，由圖2所示裝置中輥導(dǎo)向運行，經(jīng)途中蒸汽管加熱，然后通過自由基聚合性乙烯化合物的甲基丙烯酸酯槽浸漬，使其滲透，由導(dǎo)向輥進(jìn)入環(huán)形傳送帶間。連續(xù)成形系統(tǒng)總長90m，前部第一區(qū)段（長度60m）由傳送帶外部的熱水噴水裝置以淋浴狀噴灑80℃熱水加熱，后部第二加熱區(qū)段（長度10m），由溫度為120 ℃的氣爐加熱。傳送帶行走速度為1.5m/min。在連續(xù)成形系統(tǒng)出口，來自不銹鋼傳送帶上的板材不存在脫模問題，可穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。脫模后的傳送帶保持干凈，基本上不需清洗，可連續(xù)使用。制成的人造裝飾板無缺陷，表面平滑，裝飾性好，板厚精度良好，為3±0.1mm。而在另一對比應(yīng)用例中，由于密封墊帶未經(jīng)甲基丙烯酸酯浸漬處理，在連續(xù)成形系統(tǒng)出口，不銹鋼傳送帶上的板材難以脫模，不能持續(xù)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。觀察脫模后的不銹鋼時，設(shè)置密封墊部分的內(nèi)側(cè)附近，以平行形態(tài)，殘留5～10mm寬條狀固化附著物，不易除去。

4 結(jié)束語

該人造裝飾板連續(xù)成形系統(tǒng)，用自由基聚合性乙烯化合物浸漬密封墊，可降低與密封墊帶附近特定部位處傳動帶的脫模不良性，利于穩(wěn)定的連續(xù)成形。此外，制成的人造裝飾石具有原有工藝達(dá)不到的板厚精度，可連續(xù)成形，不存在撓性、翹曲變形、龜裂、氣泡等缺陷。