樹脂用量對人造玻璃板材物理強度的影響

陳 翔，裴業虎

(廣東省佛山地質局，廣東 佛山 528000)

在建筑裝飾材料中，人造石材以其美觀、高雅、裝飾性強等特點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，成為人造石材生產廠家近期爭相研究的課題。人造玻璃板材具有透光性好、花色多樣、花紋層次感強等優點。玻璃是人造玻璃板材的主要骨料，具有硬度高、化學穩定性好、應用面廣等優點[2]，且玻璃來源廣泛，雜質可控，價格低廉。人造玻璃板材的生產工藝和人造石英板材工藝基本一樣，只是骨料由原來的石英砂、石英粉替換成玻璃砂、玻璃粉。但因為玻璃和石英是兩種不同的骨料，在制造板材時樹脂粘結劑配比區別較大。本文就玻璃板材中樹脂用量對玻璃板材物理強度的影響進行研究。

1 試驗原料

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，經過人工挑選除去雜物，水洗去掉粘在碎玻璃上的灰塵，再經過錘式破碎機破碎、篩分、除鐵后，制得玻璃砂原料。回收玻璃的化學成分分析結果見表1，不同規格玻璃砂的產率見表2。

表1 回收玻璃的化學成分分析結果 (單位：%)

表2 不同規格玻璃砂的產率 (單位：%)

1.2 玻璃粉制備及性能測試

玻璃粉以破碎出來的玻璃砂為原材料，經球磨機研磨，氣流分級后制得玻璃粉。玻璃粉物理性能指標測試結果見表3。

表3 玻璃粉的物理性能指標測試結果

1.3 其他試驗原材料和設備

不飽和聚酯樹脂BT-XN833，屬于增強型不飽和聚酯樹脂，具有較高的硬度和強韌性；中溫固化劑OT，是引發不飽和聚酯樹脂固化的藥劑，化學成分是：過氧化-2-乙基已酸叔丁酯；偶聯劑D738，硅烷類偶聯劑，主要化學成分：烷基苯氧基聚氧乙烯二甲基二乙氧基硅烷。CMT5205型微機控制電子萬能實驗機，用于測試玻璃板材的抗壓、抗折強度；PEI耐磨儀，用于測試玻璃板材的磨損度。

2 玻璃板材生產工藝

經過檢測符合生產要求的玻璃砂和玻璃粉，輸送至對應配料倉，由配料系統自動配料后進入干預混料系統，再與樹脂粘結劑進行充分攪拌，攪拌完成后的混合料進入布料車，布料車將混合料均勻加入模框內，布料完畢后，傳輸至壓機設備，在真空條件下進行震動壓制，壓制完成后脫出模具，壓制好的胚料送入固化爐內加熱固化成型，固化完成的毛板經冷卻到室溫后，進行定厚拋光，露出板材的表面光澤和花紋，拋光后對板材質量進行檢驗[3-5]。

3 試驗部分

青花白系列人造玻璃板材是市場上非常受歡迎的一類產品，市場占有率較高。本試驗以青花白系列常用的玻璃砂、玻璃粉配比作為固定比例，只改變樹脂的用量，5種樹脂的用量見表4。

表4 青花白系列的樹脂份數

3.1 試驗結果

按SN/T0308-93《出口人造石標準》Y型細骨料板材檢驗方法，對5組板材分別測試抗沖擊強度、干態抗折強度、干態抗壓強度、磨損度，測試結果見表5。

表5 5組人造玻璃板材的物理強度測試結果

3.2 試驗結果討論

隨著樹脂份數的增加，人造玻璃板材的抗沖擊強度先增加，樹脂份數達到14份以后，不再增加(圖1)；干態抗折強度也在增加，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)；干態抗壓強度先增加，后降低(圖3)；磨損度是先降低，后增加(圖4)。

圖1 樹脂份數與抗沖擊強度關系圖

圖2 樹脂份數與干態抗折強度關系圖

圖3 樹脂份數與干態抗壓強度關系圖

圖4 樹脂份數與磨損度關系圖

分析其原因可能是在樹脂粘結劑份數較少時，玻璃骨料之間粘結點較少，骨料之間粘結力不夠，隨著樹脂用量的增加，粘結點快速增多，所以板材的抗沖擊強度、干態抗折強度、干態抗壓強度快速增加，磨損度降低。隨著樹脂份數的進一步增加，樹脂的粘結點接近飽和，粘結點不再快速增加，板材的抗沖擊強度達到了極限值，抗折強度增加量也較少。樹脂份數達到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，抗壓強度降低，磨損度增加[6]。

3.3 結果驗證試驗

如果3.2中試驗結果的分析原因是成立的，那么在樹脂粘結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。本驗證試驗通過測試板材的吸水率來進一步驗證3.2中原因分析是否正確。

吸水率測試方法：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個試件。將試件放置在105℃的恒溫烘箱內烘干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(%)按以下公式計算。

A=(m1-m2)×100/m2

15個試件吸水率測試結果見表6。隨著樹脂份數的增加，吸水率是明顯降低的，這再次驗證了3.2中的原因分析是成立的。

4 結論

(1)樹脂粘結劑在人造玻璃板材生產中的用量有一個合適的比例，用量過多或過少都會影響人造玻璃板材的物理強度。

(2)樹脂粘結劑在人造玻璃板材生產中的用量應該通過試驗確定，應根據抗沖擊強度、干態抗折強度、干態抗壓強度、磨損度等物理強度指標的最佳值綜合確定。

表6 吸水率測試結果 (單位：%)

(3)通過本試驗驗證，青花白系列玻璃板材粘結劑合適用量為15份，人造玻璃板材的抗沖擊強度50cm、干態抗折強度37.9MPa、干態抗壓強度253.6MPa、磨損度 2.3×10-3g/cm2等物理強度指標符合SN/T0308-93《出口人造石標準》Y型細骨料板材標準。