初探防止石英石產品開裂及提高韌性的幾點方法研究

黃平

佛山市奇卡龍廚衛有限公司 廣東 佛山 528000

引言

石英石是一種新型規格的石材，是由以92%石英砂粉為主要成分的骨料和8%樹脂、顏料以及其他輔料為主要黏合材料混合制成的，經過真空加壓震動等工序成型、拋光和固化等工藝制作而成。石英石之所以具有優異的抗刮耐污性能，是因為它的密度和硬度較其他材質相比都非常高，不易劃傷、不易滲透、不易沾染污漬、耐受腐蝕、能承受高溫等，同時也符合國家環保標準，可以安全地與食品直接接觸。從物理角度來看，石英石在微觀層面存在著微小的熱脹冷縮性能，同時也具有一定的力學性能，包括收縮應力、沖擊韌性和斷裂伸長率等。因此，當材料受到過大的內部應力或嚴重的外部撞擊時，就會出現裂紋和斷裂現象。

1 石英石產品的背景

在國內，人造石材是由不飽和聚酯樹脂和無機填料制造而成，通常被分為石英石、崗石、實體面材、玉石以及透光石等不同類型，盡管這些類型的表述方式截然不同，但其含義卻相似。不同種類的玉石所需的樹脂用量和成型方式各異，因此制造人造石的廠家常常會面臨制品變形、斷裂或開裂等問題，這些問題的形成原因也各不相同。并且在樹脂固化轉變的過程中，由于密度增大和體積收縮，樹脂內部會產生巨大的應力，從而導致板材出現開裂、斷裂、裂紋和翹曲變形等問題。

2 石英石產品開裂的原因及解決方案

2.1 不飽和聚酯樹脂的影響

樹脂型人造石英石的制作原理是：不飽和聚酯樹脂主要起粘接作用，而聚合引發劑則促使樹脂從液體狀態變成凝膠狀態，隨后再變成固體，最后制得板材。這一過程中，板材體積會發生收縮，產生巨大的內應力，這是板材內應力產生的最基本原因。此外，由于聚合過程所產生的熱量，還會使樹脂溫度升高，導致板材的結構發生變化，進一步加劇內應力的產生。針對樹脂等原因而造成的產品斷裂情況，具體有以下幾點解決方法。

2.1.1 樹脂的材質及用量。在制作板材時，選擇樹脂是一個重要的環節，需要考慮樹脂的活性、黏度和用量，以確保板材的質量。

（1）樹脂的活性。做石材樹脂的活性要盡量保持適中，如果樹脂的反應活性太高，雖然可以保證后期充分固化，但是卻會使固化后產生的內應力絕對值大大增加，嚴重影響石材的使用性能。因此，做石材的樹脂活性不宜過高，應根據具體的工藝條件和石材的性能要求，對反應活性和放熱峰值進行精確控制，確保石材的質量。

（2）樹脂的黏度。樹脂黏度是一種衡量樹脂性能的重要指標，如果粘度過低，就會影響樹脂的使用性能。黏度較低的樹脂，多為苯乙烯含量偏高，因此在固化過程中，會產生更大的收縮量，固化時放熱較快同時加大收縮。因此，在使用樹脂時，應注意黏度的選擇，黏度太低的樹脂很可能會影響其使用性能。

（3）樹脂的用量。樹脂是一種重要的膠結材料，它具有良好的黏結性、耐腐蝕性和耐熱性等特點，在工程制造中有廣泛應用。在實際操作時，樹脂用量應盡量減少，因為樹脂量越大，收縮就越大，內應力的絕對值也會隨之增加。這樣會影響產品的質量，甚至可能導致產品破壞，影響正常生產。因此，在使用樹脂時，一定要控制好樹脂的用量，使其盡可能地低，以達到預期的效果。

2.2 固化體系影響

2.2.1 常溫固化。

（1）對空氣的濕度和溫度有較高的敏感性，需要根據溫度和濕度的變化而調節用量。

（2）反應速度難以掌控，放熱過于集中，通常會導致聚合速率加快，但在反應后期樹脂在充分固化方面卻難以達到，需要經過一段時間和一定溫度的處理。

（3）樹脂在常溫下就可以進行凝膠固化，因此操作時間更加靈活，在高溫下就難以把控固化時間。因此，建議采用OT固化劑，在OT固化劑溫度高于80℃時就可以釋放出活性的自由基，從而引起樹脂固化的反應[1]。

2.2.2 在中高溫度固化的優勢。

（1）在進入壓機前，操作時間不受限制，所以可以讓操作者有足夠的時間準備。另外，室溫下純的OT固化劑（65℃以下）不會發生聚合反應，從而保證了操作的安全性。因此，使用者可以放心地進行壓機操作，不必擔心發生意外事故。

（2）對于樹脂的凝膠時間，大多數情況下不需要特別嚴格的要求，因為樹脂本身具有較高的貯存穩定性，可以有效防止因溫度、濕度及光照等外界因素對其產品性能產生不良影響。因此，可以選擇凝膠時間略長一些，以獲得更好的效果。另外，樹脂的穩定性也有利于減少產品的失效率，可以在凝膠時間內保持良好的產品性能，從而提高生產效率，降低成本。此外，樹脂凝膠時間也可以控制在一定范圍內，以保證產品質量，確保滿足客戶的要求。

（3）反應速率的控制是非常重要的，而這也是固化劑的一個關鍵特性。此外，固化劑還能夠提高樹脂的結構強度，增強其耐熱、耐冷、耐腐蝕等性能，從而確保樹脂在惡劣環境中的使用時間。同時，固化劑還能有效抑制雜質的沉淀，使樹脂的性能更加穩定，給用戶帶來更多的便利?？傊磻俾士刂坪凸袒瘎┑氖褂?，都能夠有效地保證樹脂的后期固化充分。

但目前，依舊有較為落后的工藝制品使用室溫固化，而正規的生產工藝基本都采取中高溫固化體系，使產品更加具有穩定性。

2.3 降溫過程的影響

板材在烘道內經過出口后，溫度逐漸降低，直到達到室溫，這個過程就是降溫過程。在這個階段，樹脂的后期固化已經完成了大部分，因此，需要在特定的時間和溫度下進行操作。通常情況下，當樹脂開始聚合并達到放熱峰后，整個板材會顯著放熱，無須再添加外部熱源，隨著時間的推移，在烤箱中逐漸降溫，直到出口處達到室溫。此時，板材仍然保持著大約60℃的溫度，但與室溫相差不大，可以被接受。

2.4 降溫后的固化反應

2.4.1 固化是一種能夠釋放熱量的化學反應，這種反應能夠促進板材的充分固化，但是如果溫度過高，就會導致熱量的集中釋放，從而導致板材收縮過度。因此，需要控制烘箱溫度，一般保持在60～80℃之間，以避免板材溫度過高，實際溫度可能會達到120℃，放熱峰值時甚至可能達到160℃。一般情況下，要讓保溫時間達到4h，最好讓它自然降溫到室溫。

2.4.2 盡可能控制烘道出口和板材的溫度，使其與室溫之間的溫差最小化，最好不超過50℃。如果溫度差異過大，就會給熱板材帶來類似于淬火處理的效果，使板材內部的應力增加并且應力集中現象加劇，從而大大增加了板材開裂的風險，并同時存在潛在風險，例如板材在受到外界力量的影響下容易發生變形、斷裂等風險。自動化生產線的烘烤出口溫度應該限制在60℃以下，以避免板材經歷“急冷”現象。這種現象會導致板材內部應力集中，硬度增加，脆性急劇增加，特別是在冬季，當車間溫度較低時，就更加大了出現問題的概率。

2.4.3 熱板材不宜直接用水磨拋光，應先通過夾具夾緊，讓板材冷卻，再進行其他處理。接觸水后，板材會迅速降溫，而且表面可能出現發白和水紋的現象，嚴重影響處理效果。因此，建議板材下線后，盡可能夾緊，然后靜置24～48h，以便讓板材徹底冷卻后，再進行其他處理，可以達到最理想的效果[2]。

2.5 壓機的影響

2.5.1 保持壓機施力的均勻性。板材常常會出現壓力分布不均的問題，導致角部區域因受到較小的壓力而樹脂含量增加、收縮量增大，從而引起翹曲和變形。

2.5.2 用料分布要均勻。只有在板材中各組分的分布均勻時，才能實現密度的均勻分布。只有在實現密度均勻的情況下，內部應力才能得到適當分散而不會出現集中，從而避免因收縮力不均勻而導致開裂。

2.5.3 粉量分配合理。當細粉的用量增加時，其表面積也會隨之增大，從而導致需要更多的樹脂，進而使得收縮程度增大。因此如果細粉的量過大，其表面積也會變得越大，那么涂料所需的樹脂量也會隨之增加。由于樹脂量的增加，涂料的收縮也會變大。因此，為了避免涂料收縮的不正常變化，應該在使用細粉時，尤其是在涂料的加工過程中，要控制好細粉的用量，以免出現收縮的異常情況。

2.6 偶聯劑的影響

偶聯劑是一種雙性質物質，可以在無機填料顆粒和有機樹脂基體之間構建一層界面層，該層可以有效傳遞應力，從而提高填料粒子和樹脂之間的力傳導，進而提高板材制品的性能。界面狀態得到了同時的改善，防止了其他介質滲透到界面層，這對于制品的老化、應力和電絕緣性能都有益處。同時，偶聯劑對石英石的性能影響不容忽視，但往往有經驗不足的廠家會忽略或不重視這一點。因此，建議在生產中加入偶聯劑的量不低于1%，合理的比例在2%～4%之間[3]。

3 提高石英石韌性的方法

3.1 砂粉的合理搭配

粗砂粉可以有效地增加板材的孔隙度，從而增加板材的抗沖擊性，更能提高產品的耐久性。細砂粉可以增加板材的密實度，減少板材的氣孔和裂紋，從而減少板材的損傷。因此，合理的砂粉粗細搭配可以提升板材的密實度，增強板材的抗沖擊韌性，保障產品的使用安全性和穩定性。

3.2 樹脂的用量

樹脂含量與制品的韌性成正比，樹脂含量越高，制品的韌性也越好。因此，在生產成本可以接受的情況下，樹脂用量方面可以適當提高，從而有效提高制品的韌性。增加樹脂的使用，不僅可以有效提高制品的韌性，而且還可以節約更多的成本，使得制品的使用壽命更長，給用戶帶來更多的實惠。

3.3 適量增加柔性樹脂

建議在制品中添加柔性樹脂，以顯著提高其韌性?？梢酝ㄟ^測試不同比例添加量條件下的韌性數據，找出規律和趨勢，并調整添加量以達到滿意的效果，建議添加的比例為8%、10%或更高。

3.4 合理把控樹脂固化的速度

對于樹脂來說，固化速度越快，制品的剛性也就越大，剛性越大，脆性也就越大，而韌性自然就會變差。因此，可以采取一些措施來降低初始的固化速度，以達到提高制品韌性的目的，比如減少固化劑的用量，保證固化效果，或者適當降低固化溫度，讓聚合反應能夠穩定進行，從而有效提高制品的韌性。

3.5 產品的后固化程度

為了使制品具有更高的韌性，后固化程度需要越完全越好，因此，可以適當提高烘箱溫度或延長保溫時間，使制品完全固化。這樣，制品的結構和性能會得到更大的改善，其韌性也會明顯增強。此外，在進行后固化處理時，要注意加熱均勻，避免出現溫度梯度過大的情況，以免造成制品的結構不均勻，影響其韌性。

4 結束語

綜上所述，造成石英石產品開裂的因素繁多，因此，采取正確的操作措施可以有效避免制品開裂。首先，應該選擇適當的樹脂，并控制樹脂含量；其次，應采取中高溫固化工藝，以降低應力集中；再者，可以采用一些技術手段，使內應力分散均勻，減小內應力的絕對值；同時，還應當采取平緩降溫的措施，以避免“急冷”；最后，還需要選擇適當的壓制設備，并加入適量的偶聯劑，以保證制品的質量，有效地防止板材制品開裂。