CN104985679B - 利用微波加热固化人造石材的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用微波加热固化人造石材的设备及方法。该设备包括：微波固化腔，用于置入未完全固化的人造石材，利用微波对其进行加热，令其完全固化；其中，微波的频率介于300～1120MHz之间。本发明设计单独的微波固化腔，利用300～1120MHz的微波穿透深度深的特点，可实现大尺寸人造石材的快速固化。

Description

利用微波加热固化人造石材的设备及方法
技术领域
本发明涉及微波应用技术领域，尤其涉及一种利用微波加热固化人造石材的设备及方法。
背景技术
人造石材是指以粘结剂、粗细填料及外加剂经一定的工艺过程而制成的，具有天然大理石、花岗岩花纹的装饰装修材料。其中，人造大理石是各类人造石材品种中使用量最大的，它多以碳酸钙、二氧化硅或氢氧化铝粉体为主要填料，以不饱和聚酯或其他高分子聚合物为粘结剂，具有天然大理石的许多特性，另外由于可人工调节，所以花色繁多、柔韧度好、衔接处理不明显、整体感强，而且绚丽多彩，具有陶瓷的光泽，硬度高、不易损伤、耐腐蚀、耐高温，而且非常容易清洁。
人造大理石的常规生产工艺主要包括：配方选择，按配方用量配料，高速搅拌混合，抽真空，振动、压缩或挤压成型，前固化，脱模，固化(也称为后固化)，锯、磨、切割等。它的大部分生产工艺环节需要的时间在1小时之内，但因采用常温放置的方法，脱模前的前固化一般要3-5小时，脱模后的后固化一般要10～15天，这导致生产周期长，市场响应慢，资金、厂房等生产成本高。为缩短固化时间，通常可采用电加热或2450MHz频率的微波进行加热的固化方法。但这两种方法由于人造大理石导热性差，红外线及2450MHz频率微波的穿透能力弱等缺点，仅适用于小尺寸(0～30厘米厚度以内)人造大理石的固化，不适用于更大尺寸的人造大理石固化。
目前，30厘米厚度以上的大尺寸人造大理石，特别是荒料(典型厚度0.9～1米)的固化仍然只能采用常温放置的方法，能够快速缩短其固化时间的方法国内外未见相关报道。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种利用微波加热固化人造石材的设备及方法，以解决大尺寸人造石材的固化问题。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种利用微波加热固化人造石材的设备。该设备包括：微波固化腔，用于置入未完全固化的人造石材，利用微波对所述人造石材进行加热，令其完全固化；其中，所述微波的频率介于300～1120MHz之间。
根据本发明的一个方面，提供了一种利用微波加热固化人造石材的方法。该方法包括：步骤A：原料成型并前固化后脱模形成未完全固化的人造石材；步骤B：将未完全固化的人造石材置于所述微波固化腔内；步骤C：利用微波对微波固化腔内的人造石材进行加热，令其完全固化；步骤D：将微波固化腔打开，取出完全固化后的人造石材。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明利用微波加热固化人造石材的设备及方法具有以下有益效果：
(1)利用特定频率300～1120MHz的微波穿透深度深的特点，可实现大尺寸人造石材的快速固化，最大厚度可达1.5米；
(2)设计单独的微波固化腔，可以对人造石材进行快速固化；
(3)微波固化腔的上部设置微波馈入口，其包括下部开口的主体部分及底盖，主体部分的底部设置屏蔽法兰，底盖由轨道车带动可前后移动，由升降装置驱动可上下活动。在运输状态，底盖放下，人造石材可放置于该底盖上方。在加热固化状态，升降装置驱动底盖升起，与主体部分底部的屏蔽法兰闭合，构成封闭的微波固化腔。
附图说明
图1为根据本发明实施例利用微波加热固化人造大理石的设备的结构示意图。
图2为根据本发明实施例利用微波加热固化人造大理石的方法的流程图。
【主要元件】
11-人造大理石； 12-底盖；
13-轨道车； 14-升降装置；
15-屏蔽法兰； 16-微波固化腔；
17-微波发生器； 18-波导；
19-微波馈入口。
具体实施方式
本发明中，利用对人造大理石具有良好穿透性能的特定频率微波(300～1120MHz范围之间，典型值为915±10MHz)直接对固化腔内的人造大理石进行照射，引起其内部分子间的摩擦运动，微波能转化为动能最后转化为热能，使人造大理石被快速加热，固化时间得到大幅度缩短。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，在下述两实施例中，采用人造大理石荒料为例进行说明。此处的人造大理石是指以碳酸钙、二氧化硅或氢氧化铝粉体为主要填料，以不饱和聚酯或其他高分子聚合物为粘结剂，按特定配方进行配料而制备而成的人造大理石。其中，人造大理石厚度最大尺寸可达1.5m，其中，荒料产品的典型厚度为0.9～1m，典型外形尺寸为3.25m×1.65m×0.95m、2.75m×1.85m×0.95m、2.45m×1.65m×0.95m、1.65m×0.65m×0.95m等。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种利用微波加热固化人造大理石的设备。图1为根据本发明实施例利用微波加热固化人造大理石的设备的结构示意图。如图1所述，本实施例利用微波加热固化人造大理石的设备包括：微波发生器17、波导18、微波固化腔16。其中，未完全固化的人造大理石置于微波固化腔内，微波发生器17产生频率在300～1120MHz范围内的微波，该微波经由波导18传输至微波固化腔16内，对其中的人造大理石11进行微波固化。
以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细说明。
请参照图1，微波发生器17产生频率在300～1120MHz范围内的微波，该微波经由波导18传输至微波固化腔16内。在本发明的一个优选实施例中，该微波的频率被设置为915MHz，而在本发明其他优选实施例中，该微波的频率还可以被设置为介于905MHz～925MHz之间的一频率，同样不影响本发明的实施。
本实施例中，由微波馈入口馈入的微波照射在人造大理石11上，引起人造大理石内部分子间的摩擦运动，微波能转化为内能，产生热量，使得人造大理石11被整体均匀加热，并快速固化。
与现有技术采用的2450MHz微波加热固化相比，300～1120MHz范围内的微波具有更强的穿透能力。采用频率为915MHz的微波，其在传输状态下照射不饱和聚酯树脂型人造大理石功率衰减至一半时的穿透深度约为0.65m，功率衰减至13.5％(即1/e2)时的穿透深度约为1.80m。因此，频率为915MHz的微波可完全穿透0.95m厚度的人造石材，满足大尺寸人造石材的固化要求。
本实施例中，采用谐振腔作为微波固化腔16，人造大理石放置在微波固化腔16内，频率为915MHz的微波在其内部形成特定的场分布模式，微波从人造大理石顶部入射，穿透0.95m厚度后在腔体底部形成反射并再次进入人造大理石直至功率完全衰减，能量被全部吸收。因此，微波固化腔16内的频率为915MHz微波在人造大理石厚度方向能量更均匀。
需要注意的是，本实施例中，利用微波对脱模后的未完全固化的人造大理石进行固化，固化时间得到大幅度缩短，例如，荒料的固化时间由常规10～15天缩至1～2小时以内。
同时，利用微波对人造大理石进行固化，实现人造大理石整体升温，且内部温度均匀，同时，内部气体易于向外部排出，使得内部组织结构更加均匀化，硬度、拉伸强度、耐热性和环保特性等指标得到提高，从而提升了产品品质。
本实施例中，不同于现有技术中微波固化设备采用传输结构方式设计，单独设置微波固化腔16。该微波固化腔16依照人造大理石材的形状和尺寸设计，本实施例中设计为长方体，其尺寸以能够放入人造大理石材为宜。
请参照图1，本实施例中，由微波发生器17产生的微波经由波导18传输至微波固化腔16内，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，还可以在微波固化腔16内侧的适当位置直接设置微波发生器，该微波发生器发出的微波直接射入微波固化腔内，而不必经过波导，同样在本发明的保护范围之内。
此外，还需要注意的是，本实施例中，由于人造大理石不同荒料产品的厚度尺寸一致或接近，长度和宽度尺寸不同，并且最大规格荒料的厚度尺寸是其最小尺寸，因此，微波馈入口设置于微波固化腔16的上方，微波自上而下馈入。而在本发明的其他实施例中，还可以根据石料的尺寸合理设置微波馈入口的位置，而非局限于微波固化腔16的上方。
请参照图1，本实施例中，微波固化腔16包括：下部开口的主体部分及底盖12。主体部分的底部设置屏蔽法兰15。在微波固化腔16的下方铺设有轨道，运输机构包括：轨道车13以及设置于轨道车下方的升降装置14。放置有人造大理石的底盖12由轨道车13带动可前后移动，由升降装置14驱动可上下活动。在运输状态，底盖12放下，人造大理石11放置于该底盖12上方。在加热固化状态，轨道车13将放置人造大理石的底盖12运送至主体部分的下方，升降装置14驱动底盖12升起，与主体部分底部的屏蔽法兰15闭合，构成电磁密闭的微波固化腔16。
需要说明的是，本发明中微波固化腔并不局限于图1所示的形式。在本发明的另一实施例中，该微波固化腔还可以包括侧面开口的主体部分及侧盖。主体部分和/或侧盖上设置有屏蔽法兰。在运输状态，侧盖打开，人造大理石被运入主体部分内，而后侧盖闭合，与主体部分构成封闭的微波固化腔，其同样在本发明的保护范围之内。
至此，本实施例利用微波加热固化人造大理石的设备介绍完毕。需要说明的是，本实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
基于上述的设备，本实施例还提供了一种利用微波加热固化人造大理石的方法。为了达到简要说明的目的，上述设备实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
图2为根据本发明实施例利用微波加热固化人造大理石的方法的流程图。如图2所示，本实施例利用微波加热固化人造大理石的方法包括：
步骤A：将人造大理石的各种原料进行配料，经高速搅拌混合后注入模具，再经低真空下振动、压缩或挤压成型，放置一段时间进行前固化后经脱模形成未完全固化的人造大理石；
本实施例中，以碳酸钙、二氧化硅或氢氧化铝粉体为主要填料，以不饱和聚酯(UPR)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为粘结剂，按特定配方进行配料，经高速搅拌混合后注入模具，再经低真空下振动、压缩或挤压成型，放置一段时间进行前固化后经脱模形成未完全固化的人造大理石11；
步骤B：将脱模后的未完全固化的人造大理石置于微波固化腔16内；
本实施例中，将脱模后的未完全固化的人造大理石11(厚度最大达1.5米，典型值为0.9～1米)放置于微波固化腔的底盖12上通过轨道车13将底盖和人造大理石11移送到反应腔正下方，升降装置14将底盖升起并与反应腔的底部屏蔽法兰15闭合，此时，人造大理石11置于电磁密闭的微波固化腔16内。
步骤C：开启微波发生器17，从微波发生器17发射的微波经波导18传输后从顶部馈口19馈入微波固化腔16，对未完全固化的人造大理石进行加热，使其完全固化；
微波照射在人造大理石上，引起内部分子间的摩擦运动，微波能转化为内能，产生热量，使得人造大理石被整体均匀加热，并快速固化。根据人造大理石尺寸、原料、组份的不同，调节微波功率和加热时间，控制加热温度，理想的加热温度是60～70℃。
以外形尺寸为1.65m×0.65m×0.95m的不饱和聚酯树脂型人造大理石荒料的固化工艺为例，施加的微波功率范围30～60kW/m3，加热时间0.5～1.0h，最高温度介于60～70℃之间，最大升温速率2℃/min。
步骤D：将微波固化腔打开，将完全固化后的人造大理石11输送出；
本实施例中，首先将微波固化腔的底盖12与主体部分底部的屏蔽法兰15分开，通过升降装置14将完全固化后的人造大理石11放下，而后通过轨道车将其运送到合适的位置。
在本步骤之后，就可以对固化后的人造大理石进行后续锯、磨、切割等工序，此处不再详述。
至此，本实施例利用微波加热固化人造大理石的方法介绍完毕。需要说明的是，本实施例可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。
至此，已经结合附图对本发明两实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明利用微波加热固化人造石材的设备及方法有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)微波固化腔的形状和尺寸可以根据需要进行调整；
(2)在微波固化腔内对人造石材进行加热的温度可以根据需要进行调整；
(3)本发明同样适用人造石英石和人造亚克力石等产品；此外，本发明不仅适用于荒料，还同样适用于板料、异型和定制型等人造石材的加工，同样适用小尺寸人造石材。
综上所述，本发明提供了一种利用微波加热技术对脱模后的人造大理石进行固化的设备及方法，具有操作简单、实用性强、可用于大规模工业生产和定制化生产，具有广泛的应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用微波加热固化人造石材荒料的设备，其特征在于，包括：
微波固化腔，用于置入未完全固化的人造石材荒料，利用微波对所述人造石材荒料进行加热，令其完全固化；
其中，所述微波的频率介于300～1120MHz之间；
所述微波固化腔为谐振腔，所述微波在其内部形成特定的场分布模式；
所述微波固化腔包括：下部开口的主体部分及底盖，该主体部分和/或底盖设置屏蔽法兰，经由所述屏蔽法兰密封后构成电磁密闭的微波固化腔；
所述人造石材为以下石材中的一种：人造大理石、人造石英石和人造亚克力石。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述微波的频率介于905MHz～925MHz之间。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
微波发生器；
波导，用于将所述微波发生器产生的微波传输至所述微波固化腔内。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，微波馈入口设置于所述微波固化腔的上方；
由波导传输来的微波经该微波馈入口自上而下馈入所述微波固化腔内，对所述人造石材荒料进行加热。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在运输状态，底盖放下，人造石材荒料放置于底盖上；在加热固化状态，底盖升起，与主体部分闭合，经由所述屏蔽法兰密封后构成电磁密闭的微波固化腔，人造石材荒料被置入该微波固化腔内。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，微波固化腔的下方铺设轨道；
所述设备还包括：可在所述轨道上前后运动的轨道车以及设置于轨道车下方的升降装置；
在加热固化前，所述轨道车将放置人造石材荒料的底盖运送至主体部分的下方，升降装置驱动底盖升起与主体部分闭合。
7.一种利用微波加热固化人造石材荒料的方法，采用权利要求1至6中任一项所述设备进行，该方法包括：
步骤A：原料成型并前固化后脱模形成未完全固化的人造石材荒料；
步骤B：将未完全固化的人造石材荒料置于所述微波固化腔内；
步骤C：利用微波对微波固化腔内的人造石材荒料进行加热，令其完全固化；
步骤D：将微波固化腔打开，取出完全固化后的人造石材。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，对微波固化腔内的人造石材荒料进行加热的最高温度介于60～70℃之间。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，对微波固化腔内的人造石材荒料进行加热施加的微波功率范围30～60kW/m3，加热时间0.5～1.0h，固化温度60～70℃，最大升温速率2℃/min。
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