初探防止石英石产品开裂及提高韧性的几点方法研究

黄平

佛山市奇卡龙厨卫有限公司 广东 佛山 528000

引言

石英石是一种新型规格的石材，是由以92%石英砂粉为主要成分的骨料和8%树脂、颜料以及其他辅料为主要黏合材料混合制成的，经过真空加压震动等工序成型、抛光和固化等工艺制作而成。石英石之所以具有优异的抗刮耐污性能，是因为它的密度和硬度较其他材质相比都非常高，不易划伤、不易渗透、不易沾染污渍、耐受腐蚀、能承受高温等，同时也符合国家环保标准，可以安全地与食品直接接触。从物理角度来看，石英石在微观层面存在着微小的热胀冷缩性能，同时也具有一定的力学性能，包括收缩应力、冲击韧性和断裂伸长率等。因此，当材料受到过大的内部应力或严重的外部撞击时，就会出现裂纹和断裂现象。

1 石英石产品的背景

在国内，人造石材是由不饱和聚酯树脂和无机填料制造而成，通常被分为石英石、岗石、实体面材、玉石以及透光石等不同类型，尽管这些类型的表述方式截然不同，但其含义却相似。不同种类的玉石所需的树脂用量和成型方式各异，因此制造人造石的厂家常常会面临制品变形、断裂或开裂等问题，这些问题的形成原因也各不相同。并且在树脂固化转变的过程中，由于密度增大和体积收缩，树脂内部会产生巨大的应力，从而导致板材出现开裂、断裂、裂纹和翘曲变形等问题。

2 石英石产品开裂的原因及解决方案

2.1 不饱和聚酯树脂的影响

树脂型人造石英石的制作原理是：不饱和聚酯树脂主要起粘接作用，而聚合引发剂则促使树脂从液体状态变成凝胶状态，随后再变成固体，最后制得板材。这一过程中，板材体积会发生收缩，产生巨大的内应力，这是板材内应力产生的最基本原因。此外，由于聚合过程所产生的热量，还会使树脂温度升高，导致板材的结构发生变化，进一步加剧内应力的产生。针对树脂等原因而造成的产品断裂情况，具体有以下几点解决方法。

2.1.1 树脂的材质及用量。在制作板材时，选择树脂是一个重要的环节，需要考虑树脂的活性、黏度和用量，以确保板材的质量。

（1）树脂的活性。做石材树脂的活性要尽量保持适中，如果树脂的反应活性太高，虽然可以保证后期充分固化，但是却会使固化后产生的内应力绝对值大大增加，严重影响石材的使用性能。因此，做石材的树脂活性不宜过高，应根据具体的工艺条件和石材的性能要求，对反应活性和放热峰值进行精确控制，确保石材的质量。

（2）树脂的黏度。树脂黏度是一种衡量树脂性能的重要指标，如果粘度过低，就会影响树脂的使用性能。黏度较低的树脂，多为苯乙烯含量偏高，因此在固化过程中，会产生更大的收缩量，固化时放热较快同时加大收缩。因此，在使用树脂时，应注意黏度的选择，黏度太低的树脂很可能会影响其使用性能。

（3）树脂的用量。树脂是一种重要的胶结材料，它具有良好的黏结性、耐腐蚀性和耐热性等特点，在工程制造中有广泛应用。在实际操作时，树脂用量应尽量减少，因为树脂量越大，收缩就越大，内应力的绝对值也会随之增加。这样会影响产品的质量，甚至可能导致产品破坏，影响正常生产。因此，在使用树脂时，一定要控制好树脂的用量，使其尽可能地低，以达到预期的效果。

2.2 固化体系影响

2.2.1 常温固化。

（1）对空气的湿度和温度有较高的敏感性，需要根据温度和湿度的变化而调节用量。

（2）反应速度难以掌控，放热过于集中，通常会导致聚合速率加快，但在反应后期树脂在充分固化方面却难以达到，需要经过一段时间和一定温度的处理。

（3）树脂在常温下就可以进行凝胶固化，因此操作时间更加灵活，在高温下就难以把控固化时间。因此，建议采用OT固化剂，在OT固化剂温度高于80℃时就可以释放出活性的自由基，从而引起树脂固化的反应[1]。

2.2.2 在中高温度固化的优势。

（1）在进入压机前，操作时间不受限制，所以可以让操作者有足够的时间准备。另外，室温下纯的OT固化剂（65℃以下）不会发生聚合反应，从而保证了操作的安全性。因此，使用者可以放心地进行压机操作，不必担心发生意外事故。

（2）对于树脂的凝胶时间，大多数情况下不需要特别严格的要求，因为树脂本身具有较高的贮存稳定性，可以有效防止因温度、湿度及光照等外界因素对其产品性能产生不良影响。因此，可以选择凝胶时间略长一些，以获得更好的效果。另外，树脂的稳定性也有利于减少产品的失效率，可以在凝胶时间内保持良好的产品性能，从而提高生产效率，降低成本。此外，树脂凝胶时间也可以控制在一定范围内，以保证产品质量，确保满足客户的要求。

（3）反应速率的控制是非常重要的，而这也是固化剂的一个关键特性。此外，固化剂还能够提高树脂的结构强度，增强其耐热、耐冷、耐腐蚀等性能，从而确保树脂在恶劣环境中的使用时间。同时，固化剂还能有效抑制杂质的沉淀，使树脂的性能更加稳定，给用户带来更多的便利。总之，反应速率控制和固化剂的使用，都能够有效地保证树脂的后期固化充分。

但目前，依旧有较为落后的工艺制品使用室温固化，而正规的生产工艺基本都采取中高温固化体系，使产品更加具有稳定性。

2.3 降温过程的影响

板材在烘道内经过出口后，温度逐渐降低，直到达到室温，这个过程就是降温过程。在这个阶段，树脂的后期固化已经完成了大部分，因此，需要在特定的时间和温度下进行操作。通常情况下，当树脂开始聚合并达到放热峰后，整个板材会显著放热，无须再添加外部热源，随着时间的推移，在烤箱中逐渐降温，直到出口处达到室温。此时，板材仍然保持着大约60℃的温度，但与室温相差不大，可以被接受。

2.4 降温后的固化反应

2.4.1 固化是一种能够释放热量的化学反应，这种反应能够促进板材的充分固化，但是如果温度过高，就会导致热量的集中释放，从而导致板材收缩过度。因此，需要控制烘箱温度，一般保持在60～80℃之间，以避免板材温度过高，实际温度可能会达到120℃，放热峰值时甚至可能达到160℃。一般情况下，要让保温时间达到4h，最好让它自然降温到室温。

2.4.2 尽可能控制烘道出口和板材的温度，使其与室温之间的温差最小化，最好不超过50℃。如果温度差异过大，就会给热板材带来类似于淬火处理的效果，使板材内部的应力增加并且应力集中现象加剧，从而大大增加了板材开裂的风险，并同时存在潜在风险，例如板材在受到外界力量的影响下容易发生变形、断裂等风险。自动化生产线的烘烤出口温度应该限制在60℃以下，以避免板材经历“急冷”现象。这种现象会导致板材内部应力集中，硬度增加，脆性急剧增加，特别是在冬季，当车间温度较低时，就更加大了出现问题的概率。

2.4.3 热板材不宜直接用水磨抛光，应先通过夹具夹紧，让板材冷却，再进行其他处理。接触水后，板材会迅速降温，而且表面可能出现发白和水纹的现象，严重影响处理效果。因此，建议板材下线后，尽可能夹紧，然后静置24～48h，以便让板材彻底冷却后，再进行其他处理，可以达到最理想的效果[2]。

2.5 压机的影响

2.5.1 保持压机施力的均匀性。板材常常会出现压力分布不均的问题，导致角部区域因受到较小的压力而树脂含量增加、收缩量增大，从而引起翘曲和变形。

2.5.2 用料分布要均匀。只有在板材中各组分的分布均匀时，才能实现密度的均匀分布。只有在实现密度均匀的情况下，内部应力才能得到适当分散而不会出现集中，从而避免因收缩力不均匀而导致开裂。

2.5.3 粉量分配合理。当细粉的用量增加时，其表面积也会随之增大，从而导致需要更多的树脂，进而使得收缩程度增大。因此如果细粉的量过大，其表面积也会变得越大，那么涂料所需的树脂量也会随之增加。由于树脂量的增加，涂料的收缩也会变大。因此，为了避免涂料收缩的不正常变化，应该在使用细粉时，尤其是在涂料的加工过程中，要控制好细粉的用量，以免出现收缩的异常情况。

2.6 偶联剂的影响

偶联剂是一种双性质物质，可以在无机填料颗粒和有机树脂基体之间构建一层界面层，该层可以有效传递应力，从而提高填料粒子和树脂之间的力传导，进而提高板材制品的性能。界面状态得到了同时的改善，防止了其他介质渗透到界面层，这对于制品的老化、应力和电绝缘性能都有益处。同时，偶联剂对石英石的性能影响不容忽视，但往往有经验不足的厂家会忽略或不重视这一点。因此，建议在生产中加入偶联剂的量不低于1%，合理的比例在2%～4%之间[3]。

3 提高石英石韧性的方法

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，从而增加板材的抗冲击性，更能提高产品的耐久性。细砂粉可以增加板材的密实度，减少板材的气孔和裂纹，从而减少板材的损伤。因此，合理的砂粉粗细搭配可以提升板材的密实度，增强板材的抗冲击韧性，保障产品的使用安全性和稳定性。

3.2 树脂的用量

树脂含量与制品的韧性成正比，树脂含量越高，制品的韧性也越好。因此，在生产成本可以接受的情况下，树脂用量方面可以适当提高，从而有效提高制品的韧性。增加树脂的使用，不仅可以有效提高制品的韧性，而且还可以节约更多的成本，使得制品的使用寿命更长，给用户带来更多的实惠。

3.3 适量增加柔性树脂

建议在制品中添加柔性树脂，以显著提高其韧性。可以通过测试不同比例添加量条件下的韧性数据，找出规律和趋势，并调整添加量以达到满意的效果，建议添加的比例为8%、10%或更高。

3.4 合理把控树脂固化的速度

对于树脂来说，固化速度越快，制品的刚性也就越大，刚性越大，脆性也就越大，而韧性自然就会变差。因此，可以采取一些措施来降低初始的固化速度，以达到提高制品韧性的目的，比如减少固化剂的用量，保证固化效果，或者适当降低固化温度，让聚合反应能够稳定进行，从而有效提高制品的韧性。

3.5 产品的后固化程度

为了使制品具有更高的韧性，后固化程度需要越完全越好，因此，可以适当提高烘箱温度或延长保温时间，使制品完全固化。这样，制品的结构和性能会得到更大的改善，其韧性也会明显增强。此外，在进行后固化处理时，要注意加热均匀，避免出现温度梯度过大的情况，以免造成制品的结构不均匀，影响其韧性。

4 结束语

综上所述，造成石英石产品开裂的因素繁多，因此，采取正确的操作措施可以有效避免制品开裂。首先，应该选择适当的树脂，并控制树脂含量；其次，应采取中高温固化工艺，以降低应力集中；再者，可以采用一些技术手段，使内应力分散均匀，减小内应力的绝对值；同时，还应当采取平缓降温的措施，以避免“急冷”；最后，还需要选择适当的压制设备，并加入适量的偶联剂，以保证制品的质量，有效地防止板材制品开裂。