石英石板裂紋產生的原因分析＊

孫博 周美茹 唱學彬 王飛

（1.河北建材職業技術學院，河北秦皇島 066004；2.秦皇島晶維石材有限公司，河北秦皇島 066004）

0.引言

石英石是一種由90%以上的石英晶體加上樹脂及其他微量元素人工合成的一種新型石材。它是通過特殊的機器在一定的物理、化學條件下壓制而成的大規格板材，它的主要材料是石英。石英石無輻射、硬度高，造就了石英石臺面刮不花（莫氏硬度7級）；污不染（真空制造、致密無孔）；燙不壞（石英材料。可耐溫300℃）；用不舊（30道拋光工藝無需維護）；無毒無輻射（NSF認證，不含重金屬，可與食品直接接觸）。石英石板材有著非常多的優點，但是價格卻很昂貴。由于很多廠家的工藝以及配方不成熟，成品率不高從而導致成本增加，影響了產品的經濟適用性。

石英石板材有非常多的優點，但價格昂貴，一些板材在生產過程卓容易產生裂紋，因而導致一次成品率不高。影響石英石板材出現裂紋的因素較多，常見的有水分影響、苯乙烯對不飽和聚酯樹脂固化的影響、有機硅烷偶聯劑對兩款石英石板材裂板的影響、石英石砂石英石粉配比對裂板的影響。本文將從以上影響因素出發，通過調研實驗和試生產的方法進行研究，分析各因素對石英石板材生產過程中出現裂紋缺陷的影響。通過改進工藝，降低生產過程中因裂紋產生而導致的廢品率，實現石英石板材生產的降本增效。

1.水分對板材開裂的影響

通過調研可以發現冬季成品率比夏季高出大約5%，考慮冬夏兩季空氣干燥度不同，推斷水分可能會影響石英石板材產生裂紋，為驗證推斷，設計試驗步驟如下。設計白色版配方見表1。

表1 白色版配方

先將不飽和聚酯與色粉混合，手動攪拌均勻后，按照配方稱取石英石砂粉，混合后手動攪拌保證充分后放入模具。注意切勿將樹脂粘在料筒上，以避免實際混合的不飽和聚酯樹脂含量不足的情況。機械合模并抽真空到-90kPa，然 后 在2bar～ 3bar，290Hz～ 300Hz的震動頻率下壓制1.5min。將壓制好的板材放入70℃的烘箱中進行觀察。按相同的配方制作另一塊樣板，編號樣板2，在樣板2混合時候加入2ml水，放入70℃烤箱中與樣板1對比觀察。

試驗結果：在加熱90min左右無水板材已經硬化，很明顯，用手指按不動，用螺絲刀按不動，水蒸氣處理板材用力按會掉渣，在烘箱中放置5h左右水蒸氣板材用力按還會掉渣只是稍微變硬了點。補充：無水板材挫料時候料（也就是樹脂色粉固化劑石英石沙石英石粉混合物）是粘稠狀，壓制出來的也是粘稠狀，而水蒸氣處理板材搓料時料特別干，一點也不粘稠，壓制出來的是特別硬但是強度不高，感覺明顯特別干[1]。

實驗很明確地驗證了水分對石英石板材的固化有影響，但是并不一定是主要影響因素，或者說不一定是產生石英石板材開裂的原因，因為如果是水分影響產生石英石板材開裂，那應該一批板材整體裂紋特別多，而不會主要集中在4136、4157、4173這幾款板材上。不符合實際生產情況，所以暫定水分對固化有影響，但不是石英石板材開裂的主要原因。水蒸氣處理對比如圖1所示。

圖1 水蒸氣處理對比圖

2.苯乙烯對不飽和聚酯樹脂固化的影響

2.1 苯乙烯含量對板材開裂的影響

根據資料顯示苯乙烯不僅僅作為不飽和聚酯的溶劑，自身也參加固化反應，這過多或過少都會影響到不飽和聚酯樹脂的固化，導致固化不良。一般日常使用的樹脂為獲得較好的力學性能，苯乙烯含量應控制在30%～50%，而固化反應會直接影響板材生產的質量，這也是板材產生裂紋的重要原因。

2.2 苯乙烯自身特性對板材開裂的影響

苯乙烯不僅僅是樹脂的溶劑，同時也是參與反應的重要組成部分，參與不飽和聚酯樹脂的反應，形成三維網狀結構，參與樹脂的固化，但是苯乙烯揮發性很大，而且普通苯乙烯反應很快，在與樹脂固化時反應劇烈，這使得板材在生產的過程中更容易產生裂紋。通過實驗，將苯乙烯更換成固化反應更平緩、更緩慢的α甲基苯乙烯，發現石英石板材的成材率顯著提高，但依舊無法避免裂板產生，由此說明苯乙烯是產生裂板的因素之一[2]。

3.有機硅烷偶聯劑對兩款石英石板材裂板的影響

KH-570硅烷偶聯劑，γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷是一種有機官能團硅烷偶聯劑，對于提高玻纖增強和含無機填料的熱固性樹脂能提高它們的機械性能，特別是通過活性游離基反應固化的熱塑性樹脂的填充。可有效改善有機材料和無機材料的粘接性能。

有機硅烷偶聯劑的主要作用是填充，在生產石英石板材中加入有機硅烷偶聯劑，其主要的作用是使不飽和聚酯樹脂、苯乙烯固化反應形成的三維網狀結構、石英石砂和石英石粉料進行混合，增強兩種有機材料和無機材料的粘接性能。雖然有機硅烷偶聯劑是制造石英石板材的重要組成部分，但是在實際生產過程中，只有規格較大的板材會產生裂紋，規格較小的板材從未產生過裂紋。考慮每款板材混入的有機硅烷偶聯劑的比例相同，可以判定4136、4156、4173石英石板材的開裂與有機硅烷偶聯劑的影響關系不大[3]。

4.石英石砂石英石粉配比對裂板的影響

根據調研以及資訊工廠3年的生產經驗，發現4136、4156、4173這三款板材在生產過程中都存在著一個問題，規格較大的板材（4136石英石板材、4156石英石板材白色大板、4173石英石板材灰色大板）和規格較小的板材（4136石英石板材、4156石英石板材灰色小板、4173石英石板材白色小板）的石英石砂和石英石粉的配比是不同的，這樣就使得大板和小板的力學性能以及熱的傳導率有了一定的差別從而導致裂紋的產生。

調整上述大板和小板中石英石砂、石英石粉配比至相同，發現4173石英石板材不再產生裂紋，但是4156石英石板材和4136石英石板材并沒有得到改善，從以上實驗結果，可以分析出石英石砂與石英石粉的配比也是石英石板材產生裂紋的影響因素之一。尤其對4137石英石板材，影響效果顯著，通過配比調整，4173石英石板材的一次成品率可提高約10%。