树脂用量对人造玻璃板材物理强度的影响

陈 翔，裴业虎

(广东省佛山地质局，广东 佛山 528000)

在建筑装饰材料中，人造石材以其美观、高雅、装饰性强等特点已成为主要装饰材料之一[1]。人造玻璃板材是继人造石英板材之后，成为人造石材生产厂家近期争相研究的课题。人造玻璃板材具有透光性好、花色多样、花纹层次感强等优点。玻璃是人造玻璃板材的主要骨料，具有硬度高、化学稳定性好、应用面广等优点[2]，且玻璃来源广泛，杂质可控，价格低廉。人造玻璃板材的生产工艺和人造石英板材工艺基本一样，只是骨料由原来的石英砂、石英粉替换成玻璃砂、玻璃粉。但因为玻璃和石英是两种不同的骨料，在制造板材时树脂粘结剂配比区别较大。本文就玻璃板材中树脂用量对玻璃板材物理强度的影响进行研究。

1 试验原料

1.1 玻璃砂制备

选用回收的高白度、高透明度的浮法玻璃废品作为原材料，经过人工挑选除去杂物，水洗去掉粘在碎玻璃上的灰尘，再经过锤式破碎机破碎、筛分、除铁后，制得玻璃砂原料。回收玻璃的化学成分分析结果见表1，不同规格玻璃砂的产率见表2。

表1 回收玻璃的化学成分分析结果 (单位：%)

表2 不同规格玻璃砂的产率 (单位：%)

1.2 玻璃粉制备及性能测试

玻璃粉以破碎出来的玻璃砂为原材料，经球磨机研磨，气流分级后制得玻璃粉。玻璃粉物理性能指标测试结果见表3。

表3 玻璃粉的物理性能指标测试结果

1.3 其他试验原材料和设备

不饱和聚酯树脂BT-XN833，属于增强型不饱和聚酯树脂，具有较高的硬度和强韧性；中温固化剂OT，是引发不饱和聚酯树脂固化的药剂，化学成分是：过氧化-2-乙基已酸叔丁酯；偶联剂D738，硅烷类偶联剂，主要化学成分：烷基苯氧基聚氧乙烯二甲基二乙氧基硅烷。CMT5205型微机控制电子万能实验机，用于测试玻璃板材的抗压、抗折强度；PEI耐磨仪，用于测试玻璃板材的磨损度。

2 玻璃板材生产工艺

经过检测符合生产要求的玻璃砂和玻璃粉，输送至对应配料仓，由配料系统自动配料后进入干预混料系统，再与树脂粘结剂进行充分搅拌，搅拌完成后的混合料进入布料车，布料车将混合料均匀加入模框内，布料完毕后，传输至压机设备，在真空条件下进行震动压制，压制完成后脱出模具，压制好的胚料送入固化炉内加热固化成型，固化完成的毛板经冷却到室温后，进行定厚抛光，露出板材的表面光泽和花纹，抛光后对板材质量进行检验[3-5]。

3 试验部分

青花白系列人造玻璃板材是市场上非常受欢迎的一类产品，市场占有率较高。本试验以青花白系列常用的玻璃砂、玻璃粉配比作为固定比例，只改变树脂的用量，5种树脂的用量见表4。

表4 青花白系列的树脂份数

3.1 试验结果

按SN/T0308-93《出口人造石标准》Y型细骨料板材检验方法，对5组板材分别测试抗冲击强度、干态抗折强度、干态抗压强度、磨损度，测试结果见表5。

表5 5组人造玻璃板材的物理强度测试结果

3.2 试验结果讨论

随着树脂份数的增加，人造玻璃板材的抗冲击强度先增加，树脂份数达到14份以后，不再增加(图1)；干态抗折强度也在增加，但增加速率前后明显不同，前段增加慢，中间增加快，后段增加慢(图2)；干态抗压强度先增加，后降低(图3)；磨损度是先降低，后增加(图4)。

图1 树脂份数与抗冲击强度关系图

图2 树脂份数与干态抗折强度关系图

图3 树脂份数与干态抗压强度关系图

图4 树脂份数与磨损度关系图

分析其原因可能是在树脂粘结剂份数较少时，玻璃骨料之间粘结点较少，骨料之间粘结力不够，随着树脂用量的增加，粘结点快速增多，所以板材的抗冲击强度、干态抗折强度、干态抗压强度快速增加，磨损度降低。随着树脂份数的进一步增加，树脂的粘结点接近饱和，粘结点不再快速增加，板材的抗冲击强度达到了极限值，抗折强度增加量也较少。树脂份数达到15份以后，玻璃骨料占比降低明显，造成板材的表面硬度显著降低，抗压强度降低，磨损度增加[6]。

3.3 结果验证试验

如果3.2中试验结果的分析原因是成立的，那么在树脂粘结剂添加量较少的情况下，板材的孔隙率较大，吸水率较高；反之，孔隙率较少，吸水率较低。本验证试验通过测试板材的吸水率来进一步验证3.2中原因分析是否正确。

吸水率测试方法：取表5中的5组板材，分别制作成70mm×70mm×20mm的试件，每组板材制作3件，共15个试件。将试件放置在105℃的恒温烘箱内烘干24h，在干燥皿中冷却30min至室温，称重(m2)，精确到0.02。再将试件放置在20±5℃的蒸馏水中浸泡48h，取出后，用湿润而能吸干水的布擦干表面，称重(m1)，精确到0.02。吸水率A(%)按以下公式计算。

A=(m1-m2)×100/m2

15个试件吸水率测试结果见表6。随着树脂份数的增加，吸水率是明显降低的，这再次验证了3.2中的原因分析是成立的。

4 结论

(1)树脂粘结剂在人造玻璃板材生产中的用量有一个合适的比例，用量过多或过少都会影响人造玻璃板材的物理强度。

(2)树脂粘结剂在人造玻璃板材生产中的用量应该通过试验确定，应根据抗冲击强度、干态抗折强度、干态抗压强度、磨损度等物理强度指标的最佳值综合确定。

表6 吸水率测试结果 (单位：%)

(3)通过本试验验证，青花白系列玻璃板材粘结剂合适用量为15份，人造玻璃板材的抗冲击强度50cm、干态抗折强度37.9MPa、干态抗压强度253.6MPa、磨损度 2.3×10-3g/cm2等物理强度指标符合SN/T0308-93《出口人造石标准》Y型细骨料板材标准。