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叠垒与振动:合成岗石制备的基本方法

    合成岗石(人造大理石)在生产中较多使用的是方解石类的钙质矿物,石英岗石(人造石英石)是用硅质的矿物,两者均是用真空、振动和压缩三种机械作用力及粘结剂的化学缩聚力合成为建筑装饰产品。随其晶体矿物的选择、石料粒径的级配、颜料的搭配、布料方式、二次染色和成型方式的变化,可使其合成产品的花色及品质产生多样的变化。目前,业内对岗石的说法是“有市场而欠利润”,石英岗石是“有硬度而欠密度”。针对这种情况,本文提出了叠垒与振动是合成岗石生产基本方法的论点,具体对用料向大粒径晶体矿物、玻化微珠和纳米材料三方面扩展,对分层振动与电磁振动的成型机理和制备合成洞石及配制纹理等方案进行论述。

  目前,我国大多生产合成岗石的人造石企业,在生产工艺上对于玉石、名贵的花岗石、花纹秀美的大理石、色泽漂亮的河卵石等晶体矿物,仍用现行的大花类产品的岗石成型工艺,在其石料粒径的局限下只能产生彩色混凝土类的效果。玻化微珠与纳米材料已经广泛地使用在建筑及其他领域,将其应用于岗石生产对其向墙面装饰方面扩展可能是有价值的尝试。大粒径晶体矿物与玻化微珠轻质墙面板两种产品的成型均有无需也不能硬压的技术要求,可否用真空与振动两种作用力及抽制真空与释放真空分别的作用力进行其成型的问题需要研究。叠垒是源于古代的石头聚集的方法,对其进行深层次的认识及理解,再与现行的振动致密的工艺过程抽象的比较,不难发现其合异而同且有相同的致密道理。现行合成岗石的花纹配置局限于在双卧轴搅拌机内拌合配色的工艺方法,不论其是喷浆后拌合,还是将两种色彩料体统一拌合,虽有其一定的双色效果,但其配色始终扩展不到极其有利的布料环节也是需要进一步研究的问题。

  一、大粒径晶体矿物的垒叠合成

  现行的双卧轴搅拌机与其垂直式布料斗的岗石成型机结构,仅适宜将石料的最大粒径选择在12cm,其用量也只能限制在40%左右,因此要构成石块密切叠垒的图案是不可能的。对于具有透闪性与隐晶性及自然纹理的晶体矿物,只有在其具有较大粒径及块度,并在其相互间组合较紧密或艺术性配合时才具有较高的观赏性及市场价值。其纹理同样在其具有一定块度及形体时才能有所显示出,若硬性地将其破碎成小块实际上是一种人为的破坏。

  分层振动与逐层叠垒的工艺方法,是将整体搅拌与强力压制两个成型的工艺环节取消,仅用真空抽制与下部振动及若干层次的循环完成其荒料的成型。其工艺特点是:基料的选择以具有透明性或好看为选择的依据,其块度一般为20cm以上,并用手工器具进行其粗略的整形,其间可对其部分料体进行艺术性的雕刻及造型;配料是基料之间的填充及粘结料,可用10%左右的不饱和树脂与石料及石粉混合为黏稠状,并在玉石等高档石料的填充时,尚可用人造玉石的配方将其配成糊状体,使其填充的缝隙具有同样的透明性;作为基料的晶体矿物的叠垒,须按形式美的规律,经概括、整形、取舍而进行层堆手法的组装,其间要均衡变化,虚实相生、错落有序和整体联系;逐层的真空抽制与下部振动要掌握好时间与两者的配合关系,尤其要利用释放真空时产生突发性的冲击力而产生的致密作用。色彩艳丽的鹅卵石是很好的基料,它经河流的移动、冲刷和磨洗有着“古”的风格,再与同样是小颗粒滚圆体的河沙(黄河沙)配合,利用分层振动成型工艺可以产生古朴的效果。www.world-stone.com

  二、石英岗石振动成型的进一步探讨

  石英石矿物(SiO2)常发育成单晶并形成晶簇,含有细小分散的气态或液态物质呈乳白色,晶面为玻璃光泽,断口为油脂光泽,无解理,硬度7,相对密度2.65。在其用挤压方式为主的破碎成为小颗粒后,因其具有明显的棱角而产生了较大的摩擦系数。这种无解理且有较大摩擦系数的石粒及石粉构成的混合料,使其致密的要点是克服摩擦系数而微观上形成密切的叠垒。现行的薄板成型机的结构特点是:槽形的压具(头)垂直穿插于真空罩内的结构必然要承受真空的负压而产生约500KN的压缩力;真空罩与压头的垂直滑动形式即使在5+5的振动器分组中也不易使压头扭摆振动;振动中仍然采用较大的气缸压制力或是液压油缸进行压制,形成激振力远远小于气缸压力与真空拉力及传动系统自重三者之和的严重问题。

  从振动学的理论可知,激振力与偏心块转速的平方成正比,其振幅是与压头及传动系统的自重与施加的压力之和成反比。由此可以看出重压与油缸压制方式是概念性的错误。缺乏振幅与摆动,再在频繁不易提高的条件下,要使其石英质成型薄板达到2.5g/cm3的密实度是不可能的。为勉强用这种可靠性与性能还有待于改进的压板机进行石英石的生产,必须多加2个百分点以上树脂用量的成型工艺往往形成料体成团的问题,单轴的布料器很难将这些树脂混合的团状颗粒细碎,因此只能使用筛网及手工进行其细碎处理。事实上,荒料成型也大都存在激振频率不够的问题,4200r/min的最高转速所产生的震感是非常强烈的。好在荒料成型可以采用加大往复波动的揉压过程与多加钙粉使其料体具有流动性的办法有所弥补。

  循环揉压的振动方式是电磁振动的特点。采用六组特殊结构的电磁铁与配合其振动及提升的压缩弹簧与压具(板)组成的振动系统,在其0-f0的频率调节与其六节拍的脉波电流循环的控制中,可使压具快速地产生6×f0(50Hz)的频率叠加,并在其高频振动中同时进行快速地摆动,因此是快速揉压且不硬压的振动成型方式。

  三、纹理型岗石产品的配制方法

  现时的双色纹理产品及配制工艺,是用两台双卧轴搅拌机与专用传输带的附加设备,在分别搅拌80网目左右的石料及两种颜料配色后,再用传输带一并送进大机内进行粗略拌合而成有所交融的双色图案。这种纹理配制工艺只有在树脂用量很大而使混合料成为黏状体后,才能在黏连粘随的相揉中形成细长或幻彩形的花纹。如果采用常规的树脂用量,其花色只能是相互堆积的以团块为主的花色效果。

  梦幻莎安娜产品是在搅拌完成后,在翻动的料体上面喷涂白色色浆而同样以拌合方式产生近似的纹理,其效果也与树脂用量有极大的关系。近期出现的低树脂用量的莎安娜产品,在其采用增大全速搅拌时间而产生搅拌致热,并加大粗粉用量与加大波动周期等工艺改进后,其6%左右的树脂用量也大致可以保证产品的物理性指标,但其花纹则往往是团团点点的缺乏细微的视觉效果。可见,在大机的双卧轴搅拌机内用拌合方式配制花纹的工艺方法可以说是利弊相当。双色产品并不一定是用等量的双色料体,因为大机的搅拌机在其料体重量不少于65%时也同样可以进行搅拌,所以配置1~2台小容量的双卧轴搅拌机进行相异色彩的料体混合,最后在大机内拌合,从而以较低的设备费用同样可以配制双色或三色的产品。天然大理石的线状或网状纹理是其原始生成及变质过程的层次及叠垒的痕迹,用双色拌合工艺是很难产生这种细微效果的。

  转向布料的纹理配制工艺是将花纹制作设定在搅拌全部完成后向模箱逐层装料(下料)的阶段内,该技术须将搅拌机移位并在布料室内悬吊水平传输带进行“大转向”,或在布料斗内装设辊压、倾斜和喷涂器具进行“小转向”的花纹配置。目前仅有广东的某公司是用大转向的转向布料工艺进行纹理配制,利用其水平传输带上面设置的多组喷射及喷涂器具动态地进行五种以上花色的纹理配制,其产品全部销往国外。这种配色工艺是在其数分钟时间的布料时间内,随同料体的传输及下落,同步地进行雾状或点状的颜料喷涂、团状或粒状料体仅在其表面沾附了颜料并在模箱中逐层进行叠垒,以团块成网与锥体成环的配制纹理概念无疑可形成非同一般的花纹效果。对叠垒中的料体同步进行喷涂染色,是模拟了岩石的生成过程,用此叠垒的手法对高档次纹理配制同样有借鉴意义。

  四、用玻化微珠制备合成洞石

  玻化微珠是用晶体矿物(珍珠岩),经1180~1350℃高温膨胀,利用其6%左右的结晶水气化制成外壳玻化,闭孔成球的中空球体。其主要成份是SiO2与AL2O3,容重为50-150kg/m3,导热系数为0.028-0.048W/m·k。现时在建筑墙面装饰领域使用玻化微珠砂浆已成为时尚,以其轻质、保温、保湿及和易性好的优点可产生窑洞式的居室环境效果。

  现行的岗石用于墙面装饰确实存在重量较大与保温性较差的问题。如果将这种晶体矿砂制成的微珠掺和于岗石的混合料中,以其微珠特点可使其新型岗石的重量大幅度降低,并在其自身具有的绝热性能及填充中,很可能对解决岗石不适宜墙面装饰的问题会有一定的积极效应。玻化微珠存在不能用强力搅拌与成型中不能硬性压制的问题,现行的成型工艺须对应进行以下的变革:搅拌工序中应先对石粒、钙粉和粘结剂进行均匀的混合,其后再掺入体积比较大的微珠料慢速进行较均匀的混合,以此避免玻化微珠的破碎;可用荒料成型办法在模箱中进行振动成型,但其不能硬压的要求只能采用上述的分层振动工艺,或者是用间接且轻微的压制力进行成组的薄板成型;粘结剂的使用随其产品的档次变化,可以分别使用有机与无机类粘结剂而制作相应的产品;锯切及研磨后的光板,要尽可能采用纳米树脂液对其表面的微孔进行封闭,使其具有抗菌、抗老化与自清洁等绿色环保的性能。在其逐层布料与分层振动中,可以利用极好的喷涂颜料时机进行层次纹理的配制,甚至于仿真天然洞石的层状纹理。采用较大粒径的玻化微珠球状材料,为制备新型的合成洞石产品提供了基本的条件,其球体的切面是自然的孔洞,也可以说,只要配加一定量专门加工的玻化微珠,其合成产品必定是洞石产品。其逐层的布料及随后的喷洒颜料,正好也是一种软状料体的叠垒形式,由此也易于解决层次纹理较难配制的工艺难题。

  五、综述

  叠垒,尤其是奇石叠垒是一种看似简单,但其是有文化内涵的石头组合的工艺方法。对于大粒径的石头可用手工或专用器具在紧密排布中实现其叠垒,而对细颗粒石料,振动则是促使其滑动而紧密叠垒的重要方法。石英石颗粒由其硬度与无解理特性使其具有明的棱角,对其成型既要有粗、细石料及石粉的级配,又要有频率较高的振动力才能有效进行其微观的密实叠垒。如果进一步将压具的钢板制成矩阵排列的组合体并分别与振动器联接,以其缩小压制面积并形成排移式的电磁振动过程,对薄板成型的致密可能是最有效的。实现密切叠垒采用的分层振动方法,为石料的选择提供了极大的空间,只要是好看的石头,不论其是高档的玉石,还是花岗石、大理石,以至于是自然形成的河卵石,均可在其叠垒及合成中变废为宝。墙面装饰领域是岗石已经延伸但缺乏优势,玻化微珠的应用将使其重量大与保温性差的重大缺陷得以克服,尤其是将其制作成具有纹理的合成洞石产品,必定使岗石的市场份额发生较大改观。

  岗石的生产原料向大粒径晶体矿物、极其细微的纳米材料和轻质的玻化微珠三个方面的扩展,不仅涉及到现行成型设备的改造问题,也涉及到包括搅拌与振动在内的工艺的改进,尤其是具有新颖性的分层振动成型与电磁振动成型两项发明专利技术,均取消了繁琐且笨重的压制器具,因此其简易的设备结构与逐点逐片振动成型的工艺可能产生较大的变革。玻化微珠与纳米材料是促使合成岗石向墙面装饰领域扩展而必须采用的材料,预计其在建筑节能环保的大形势下,以其轻质与绿色的优点及合成洞石的视觉效果可以占有较大的市场份额。数百种晶体矿物为合成岗石的生产提供了无穷无尽的原料,只要在其成型中掌握好叠垒的技巧、致密的振动方法、仿天然石纹理的配制工艺和新材料及新设备的应用,合成岗石的前景将是无限的。