CN105592993A - 生产复合石料饰面产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了生产复合石料饰面产品例如石料饰面砖的方法。石料块首先锯割成平行石料饰面切片(120)并之后附着于背衬基材。通过多环线锯(200)进行锯割。描述了在线网(212，212′)和石料块(102)之间优选的相对移动方式。提供了收集石料饰面切片(120)的方法。所述方法产生了更平滑的切割，切割面具有更少的脊和波纹，以及更少的材料损失。

Description

生产复合石料饰面产品的方法
技术领域
本发明涉及生产复合石料饰面产品例如包含附着于基材的石料饰面的砖。
背景技术
由附着于功能性背衬基材的天然的薄石料饰面组成的复合砖越来越受欢迎，因为这些砖通常比它们的大块石料对应物更轻。由于石料饰面相对薄，其甚至可抵抗某些弯曲。背衬基材更好地分布了冲击能量，导致在运输期间、在安装和使用期间砖更少断裂。复合砖越来越多地用作室内或室外装饰墙壁或地板覆面层，因为它们更易于安装且对过路人更安全(每年人们受到从建筑物脱落的砖伤害)。它们的较低重量也降低了运输成本以及二氧化碳排放。
生产复合砖的方式从其开始以来并没有太多发展。仍然非常密切地遵循US3963846(P.T.Bourke,1976)中描述的程序。一块正方形的(大致最终砖的尺寸)且有限重量的天然石料利用固定的带锯或单线锯通过将负载在台车上的石料推送通过所述锯而沿着水平面切割平齐。施加胶水到切割面并将背衬基材压在它上面。干燥之后，石料在胶水平面以下再稍微切割(5-7mm)。由此获得复合砖，其被进一步抛光并修整到最终尺寸。在新形成的表面上重复胶合、干燥以及切割的程序。
饰面层的分离通常通过带锯沿着水平切割线进行。或者已建议使用单线锯，其中驱动轮使它们的轴平行(参见US5605141)或垂直(参见EP1316398B1)于切割平面。已经建议使用其它切割程序，其沿着竖直平面通过分割具有胶合于两面的背衬基材的单石料板进行切割(US5339795)。通过形成具有双面胶合的基材的板的堆叠，可以通过引导平行的堆叠通过一组平行的切割盘来加工平行的堆叠而提高切割速度(参见US5605141)。
所述程序仍然缓慢(以系列方式，一个接一个)，涉及许多手动操作并且使得其本身不易于自动化。用所描述的常规锯技术的切割易发生震动，引起石料饰面的破裂。因此，饰面在单独处理时必须相对厚或其在切割前必须胶合于基材。此外，石料饰面的表面显示出必须被磨掉的脊和波纹。许多石料被切除并损失掉。发明人因此建议一种替代的工作方式。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种生产复合砖的替代方法，其更好地利用原材料、更快地执行且适宜于自动化(例如使用光伏行业已知的设备)。根据该方法，石料饰面首先以平行处理切割，然后以系列过程胶合到基材。
根据本发明的第一方面，要求了生产“复合砖”的方法。“复合砖”意思是，除其他之外，包含附着于基材的石料饰面的砖。砖具有长方形或正方形形状，边长范围为约10-2000cm。复合砖还包含具有或不具有纤维增强的胶水或粘合剂，以及可能的用于缓冲或匹配石料与基材之间的性质的中间层。
“石料”不应该解释为限制性的：还可使用人造石料如陶瓷或混凝土。设想的天然石料的典型类型是大理石、花岗石、板岩、石灰石、缟玛瑙石、廷德尔石、砂岩、青石、正长岩、片麻岩、皂石、玄武岩、石英……。
石料以“饰面切片”或简称“饰面”的形式提供。饰面意味着在0.1-15mm厚或更优选0.2-7且大多数时候在0.5-5mm厚的薄石料层。石料饰面——由于其薄度——必须小心处理。该方法的一个优点在于切割是温和的，石料饰面具有非常低的变形，且具有非常好的表面质量、没有脊和波纹。
该方法从一块长方体形状的石料开始，即所述块为具有边缘的细长形状。当然，石料块将具有超过一个边缘，但是通过将它们中的一个称为“边缘”、“该边缘”或“所述边缘”，可以定义石料块的定向。垂直于该边缘的截面为长方形或正方形，并且尺寸等于或稍大于最终复合砖且具有与最终复合砖相同的形状。示例性的尺寸为20cm×20cm×120cm以获得20×20cm2的砖。石料块通过单线锯、带锯或圆锯从平坦的较大块锯割，或从毛石(quarry)直接切割。侧面的修整在至少共有所述边缘的方向的侧面上为“与锯割一样”。
块安装在多环线锯中，其中线环形成在两个或更多个绞盘上被拉紧的平行丝线的网，所述绞盘驱动所述网。多环线锯包含与环一样多的许多单独闭合的锯线。这是例如在WO98035802中描述的多环锯机的情况。或者，所述环可以通过螺旋缠绕在所述两个或更多个绞盘上的单个闭合环来形成，如JP1235602中所述。作为另一个替代方式，环可以由从放线盘递送并螺旋缠绕在绞盘上，且在出口处卷绕在接收盘上的单一线形成。这样的锯在锯切硅晶片的领域中是常规的(参见例如US3824982)，其中某种程度上不幸地是，其称作多线锯(因为实际上在机器上仅存在一根丝线)。
石料块使得边缘基本上垂直于锯割平面通过网锯割。锯割平面是在切割进行期间形成的平面。如此形成的石料饰面切片彼此分离。
提供基材。基材主要对砖提供强度，但也可以包括其它功能性例如吸音、隔热(例如用于墙壁覆盖物)或—相反地—传热(例如用于地板加热)。优选地，基材是轻的(例如通过使用根据US3723233的蜂窝型材料)以方便安装且是高强度的(例如，如在EP1226931A1中通过用纤维增强)。基材可以比石料饰面更厚，但其也可以更薄。典型的材料是木材、高密度聚苯乙烯、刨花板、定向刨花板、中密度纤维板、纸板箱、基于金属的、基于纤维增强的水泥板等。
挑选的石料饰面切片随后附着于基材。所述附着通常通过与石料饰面以及基材相容的胶水来进行。通常的胶水是聚酯、环氧树脂或丙烯酸基的。环氧化物(更特别地双组份环氧化物)胶水是最优选的。应该小心饰面的水分含量，因为其在锯割期间可能已经吸收了相当的水。在附着过程中可能有必要施加压力。优选地，这通过轮胎压床(bladderpress)来进行，因为这在砖的整个表面上提供了均等的压力。
通常情况下，将进行抛光砖的可见表面并修整所述砖至精确尺寸的步骤。但是，这不是必须的，因为“原样切割”的表面已经是美观的。可能地，顶表面提供透明树脂以甚至进一步地提高砖的美观方面。
在第一优选实施方式中，在平行的线的网的平面与所述石料块的边缘之间存在角度。该角度不大：当以斜率表示时，小于10％但超过1％。该角度优选通过使所述块的边缘保持在水平位置而同时将所述线网针对水平平面置于所述角度下而形成。
该角度可在包含所述边缘的块的之一与所述网的平面之间形成。在切割开始时，最靠近所述网的块的端部被首先锯割，并逐渐地石料饰面切片被一个接一个地切下。最外的石料饰面切片可以被固定装置如吸引固定装置保持，所述固定装置顺序地从锯割区域一个接一个地取出所述石料饰面切片。
或者，所述线网可以这样定位以使得网首先在所述边缘处切割所述块。块的轴然后平行于由网形成的平面。
还可组合如上的两种定位：则通过网的切割将在石料块的单个顶点处开始。
在进一步优选的实施方式中，通过跟随切割的进展将平行的分离器引入锯截口中来分离石料饰面切片。平行分离器可以为平行板如梳的形式。在进一步的优化中，所述板提供有通道和/或凹槽，其在切割期间将冷却剂或切割浆进给到锯线。
在线环和石料块之间有许多可能的相对定向和移动。
-所述块可以移出线环或所述块可以移进线环；
-所述块可保持固定而所述线网移动，或所述块可以移动而同时所述线网保持固定；
-在石料块和线网之间的相对移动可以是与重力方向一致或与重力方向相反。
这导致8种可能的锯割配置。最优选的配置是其中所述石料块保持固定而线网相对所述块移动，因为石料块总体上比线网和绞盘更重。
进一步优选的是如果石料块向线环外移动，那么石料饰面切片可更容易容纳在平行分离器中。平行分离器不是必须进入线环中。
进一步优选的是如果在石料块和纤维之间的相对移动为沿重力方向的。例如当(优选上部的)纤网向下拉通过固定石料时。网上的张力通过绞盘上的下推力控制。此外，石料块的载体可以是平的且提供有低成本“切入”表面以完成切割。石料饰面切片可容易地从上述线网取出。
其它可选移动是如果所述块保持固定而同时所述线网—优选下部线网—被向上拉通过固定石料。在这种情况下，石料块的载体必须提供有狭缝以在切割开始前容纳线网。
在线锯切割领域中，在切割的延伸与截口之间存在关系。“切割的长度(stretch)”意味着在锯割期间与石料块接触的锯线的长度。增加的切割长度将产生增大的牵拉力并因此锯线必需更强。更强的锯线通常意味着更粗的线并因此更大的截口损失。因此，切割的长度越长，截口损失越大。但是，增大的截口意味着增加的材料损失以及更低的切割速度(因为更多的材料必须被移除)，其是不太被期望的。锯线因此在最低可能的截口损失限度下具有最高可能的强度。
第一类的线可基于锯割的类型：或者通过三体磨损(threebodyabrasion)或通过固定磨料锯割。第一类通常称作“松散磨料锯割”。在松散磨料锯割中，磨料颗粒(如碳化硅粉尘、钢粒、石英砂……)负载在液体(如水、或油、或PEG……)中，从而形成浆料。锯线可以是牵拉通过切口的钢线，从而夹带携带磨料颗粒的浆料。磨料颗粒在锯线和石料之间滚转，导致石料的磨损。对于石料锯割，这样的线具有0.1mm-1mm的直径。对于石料饰面锯割(具有20-80cm的延伸)，优选直径为0.15-0.30mm。
钢线可以是普通碳钢线、不锈钢线或合金钢线。通常的普通碳钢包含至少0.70重量％的碳、0.30-0.70重量％的锰含量和0.15-0.30重量％的硅含量。元素如铝、硫(低于0.03％)、磷(低于0.30％)的存在应该保持最小。可以向其添加可能的其它合金元素如硼、铬、钒或钼以影响钢的拉延性。当然，钢的其余部分是铁和不可避免的杂质。
优选的不锈钢包含最少12％Cr和显著量的镍。更优选的不锈钢组成是奥氏体不锈钢，因为这些可易于拉伸至细的直径。更优选的组成是现有技术中已知的那些如AISI302(特别是“HeadingQuality”HQ)、AISI301、AISI304和AISI314。“AISI”是“AmericanIronandSteelInstitute”的缩写。
对于线还可以使用特殊的合金钢如铬镍钢、铬钒钢、铬钼钢或铬镍钼。具体实例为51VrV4(WerkstoffNr.1.8159，等同于SAE6150)、32CrMoV12-28(WerkstoffNr.1.2365)或48CrMoNi4.4。这些合金钢适合于焊接成闭合的环。
可能地，松散磨料锯线为结构化类型。“结构化”意味着线表面或线形状适应于能够获得更好的浆料拖曳。事实上，松散磨料锯割中的关注点在于随着线行进通过切口石料和线之间浆料层的耗尽。为了克服这种耗尽问题，已经建议线的表面被织构化以能够获得改进的浆料拖曳，如例如在FR045160(首次添加于FR771300,锯齿状表面)、JP2009023066(具有凹槽的线)或JP200704441(具有平坦面的线)中示例的。或者，线可以局部弯曲并成形以改进其浆料拖曳。实例可见于FR750081(螺旋线)、JP2004276207(单卷曲)、WO2006067062(在两个不同平面中的两个卷曲)或WO2012069314(具有弯曲的螺旋线)。
另一种可选方式是使用包含扭在一起成为股的两根、三根或更多根丝的锯线(如，例如US1687089、US2451383中所示的)。股具有在线之间的能够较好地保持浆料的缝隙。
第二类锯线是固定磨料锯线，其中磨料固定到线上。磨料在实践中是以多种方式附着到线上的单独金刚石磨粒：通过压印、通过镀覆、通过焊接或通过将磨料保持在树脂层中。最优选的方法是将镍伴随金刚石颗粒(尺寸范围为10-100μm)镀覆到钢基材上。尺寸高至0.30mm的这类线是可用的且已知用于切割例如硅或蓝宝石。
特别优选的固定磨料锯线类型是具有长圆形截面的锯线，其中所述截面的短边平行于切割方向。其具有改进的横向稳定性且使其过程比圆线保持得更好。可以利用如申请人在24/10/2012的EP12189756.6号申请中所述的激光熔覆为宽度为0.25-4.0mm的锯线提供固定磨料。
另一种优选的固定磨料锯线类型是被结构化的锯线。“结构化”可以通过仅仅使磨料局部存在于线的表面上(而不在整个表面上)来实现。例如，磨料仅仅沿着螺旋路径或周期性斑点上存在。或者，“结构化”可以通过从包含其间具有直线段的弯曲的载体线开始来实现。此外，对于固定磨料锯线，结构化可通过从钢绳开始来实现，其中两根、三根或更多根钢丝彼此缠绕并随后涂覆固定磨料。
固定磨料锯线的可选形式为锯绳。锯绳包括钢绳和串(thread)在其上的切割珠。所述珠通过聚合物涂层或套筒分隔开。这样的绳是例如描述在WO2011061166中。目前，珠的外径为7mm(新线)，产生在该直径以上最小的截口损失。因此，锯绳对于更大的砖(在50x50cm2以上)是特别优选的。
根据所述方法的进一步的发明实施方式，多环线锯用两种不同种类的锯线交织：奇数编号环由不同于偶数编号环的锯线形成。这样的交替锯线的优点在于石料饰面切片形成有两种不同的表面品质。可以例如选择奇数编号锯线环以产生粗糙表面外观，而偶数编号锯线环可选择为提供非常平滑的表面。石料饰面切片因此显示出粗糙和平滑品质的朝向表面。然后粗糙侧可用于获得与基材的更好胶合，而平滑的可见侧需要较少的抛光。
如所提及的，存在较长的切割延伸产生更高的截口损失的趋势。如在实施方式中所示的，可选择锯线以在20×20cm2的饰面尺寸下产生小至0.25mm的非常低的截口损失。在任何情况下，发明人相信对于任何尺寸的石料饰面砖，截口损失可低于5mm。这带来对石料块的最佳利用。
此外，使用多环线锯的方法产生比例如使用圆锯条可得的温和得多的切割。温和的切割导致石料饰面更少的破裂以及所述方法的更高的总体产率。在这种方式中，可以实际上获得比锯截口更薄的石料饰面切片。事实上，石料饰面切片可以制造得比1mm更薄，例如比0.7mm更薄。
附图简要说明
图1显示了方法的步骤。
图2示出了用于生产石料饰面切片的多环线锯的概图。
图3示出了石料块相对于线网的第一优选布置。
图4示出了在切割开始时，石料块相对于线网的第二优选布置。
图5示出了在切割结束时的第二优选布置。
在附图中，百位数字指附图号，且具有相同的十位和个位数字的数在不同图中指类似的项目。
具体实施方式
所述方法一般地(图1)开始于石岩100。这种石块通过例如带锯或通过圆锯锯割成方形的棱形块102。重要的是棱柱的基底为大致最终砖将具有的尺寸和形状。此时石料块的边缘对应于垂直于棱柱的基底的边缘之一。石料块102然后利用多环线锯(被进一步解释)分离成石料饰面切片120。石料饰面切片120利用胶水124附着于平坦的基材122。
在图2中，显示了适用于锯割石料饰面的多环线锯200的概图。线锯包括两个绞盘210、210'—大体上圆柱形辊—其具有适合于容纳锯线环212、212'、212”的周向凹槽。绞盘被驱动并可以沿箭头方向一起垂直移动。石料块202被插入置于支柱208上的台面206上的线环中。其尺寸通常为32×32×100cm3。
较长的边缘203垂直于锯割的平面。重要的是相对重的石料块202(质量270-330kg)保持固定。在石料块202和台面206之间，提供可易于切割的材料(如木材)的切割薄板204。这是为了在切割结束时保护台面206。在这种情况下，锯线环212、212'、212”是固定磨料锯线的单个环，其具有尺寸400μm内径的圆形横截面，并具有嵌埋在镍层中的40μm金刚石。线的外径为约600μm，因此截口损失也大约为该尺寸。
在锯割期间，绞盘210、210'常根据石料的硬度以0.1-1mm/min的典型速度(大理石1mm/min、花岗石0.1mm/min)缓慢降低到石料块中。随着锯割进行，布置在分配板214上的平行分离板216被引入切口中。通过进料218，冷却剂—通常为水—被引入以冷却锯线环并切口除去碎屑。冷却剂通过分配板214分配到分离板。分离板提供有垂直凹槽以引导冷却剂至锯线。
图3显示在前视图中石料块302相对于线网312的定位。在这种布置中，石料块302首先在边缘303处通过以相对于线网的平面的小角度“α”放置所述块302进行锯割。这可以通过例如提供具有楔形横截面的板304来实现。线网312以该小角度接触所述块，且这提供了一个光滑的切割入口。以这种方式，避免了切割起始处的碎裂，且在继续切割之前首先稳定切割间距。
图4(切割开始时)和图5(切割结束时)示出了另一种优选实施布置。在这种布置中，在网的平面与石料块的边缘403之间存在小角度β。垂直于网的方向相对于竖直方向处于相同角度β下。锯线环412,412',412”…沿竖直方向移动，且锯割的平面还垂直于边缘403。在这种布置中，锯线环412”、412”'首先切割石料且锯线环412v最后进入石料402。
在切割期间(转换到图5)，平行分离器516,516',516”逐步插入截口中。分离器附接到分配板514。平行分离器的底端遵循与线相同的斜角β。平行分离器紧密地跟随锯线网，但没有接触移动的线。沿着分离器516、516'、516”，冷却剂通过进料518和分配板514注入。可以通过由分离器注入的冷却剂施加一些压力在锯线环上，从而支持线锯割。
一旦最后的线锯环512v已经进入薄板504，则可以停止切割。平行分离器的阵列缓慢向上移动超出大约石料饰面的高度，且最后切割的石料饰面切片520v首先利用吸盘530移除并置于托盘中或直接置于基材上。分离器的阵列稍微向上移动，从而释放倒数第二个石料饰面板切片520iv，其随后通过吸盘530拾取并放置。重复该程序直到所有石料饰面切片一个接一个被移除。
在一系列试验中，使用具有四个间距为5mm的线环的卷至卷线锯。使用的线为0.25脆性线，其在70N张力下断裂负载为约150N。使用具有1:1重量比的聚乙二醇(PEG205)中的碳化硅磨料(按照JIS1000标准)的磨料浆。石料块是大理石类型(“DarkEmperor”，中国)，25×18cm2基底。线速度设定为720m/min，且台速度为2mm/min。5mm厚的石料饰面切片仍然能够被良好地处理。截口损失为约0.30mm。石料饰面切片与用带锯切割的石料饰面相比显示出较低的表面粗糙度Ra：1μm(沿线移动的方向)至4μm(沿垂直于线方向的方向)。利用带锯，获得了在4-6μm之间的粗糙度Ra。
在第二系列试验中，使用配备有30/40μm金刚石的内径175μm的固定磨料锯线来切割较硬种类的石料如花岗石(“HimalayaBlue”，印度，B类材料)。15×15cm2的石料能够被切片成仅仅600μm厚的石料饰面切片而不破裂。使用水作为冷却剂。台速度为0.1mm/min。
石料饰面切片被胶合到MDF(中等密度纤维板)基材。总厚度大约为10cm。当经受压力测试，复合砖表现优异。
以上说明和试验都说明了为了生产石料饰面复合砖，使用多环线锯是可行的选项。

Claims (15)

1.生产复合砖的方法，所述复合砖包括附着于基材的石料饰面，所述方法包括以下步骤：
-提供具有边缘的大致长方体形状的石料块；
-通过多环线锯将所述块锯割成平行的石料饰面切片，其中所述多环线锯的线环形成平行线的网且其中所述锯割的平面基本上垂直于所述边缘；
-分离所述石料饰面切片；
-提供基材；
-将所述石料饰面切片附着于所述基材。
2.根据权利要求1的方法，其中在所述网的平面和所述边缘之间存在角度，使得在锯割步骤结束时，所述切片被一个接一个地完全切割，从而分离所述石料饰面切片。
3.根据权利要求1或2任一项的方法，其中所述网首先沿着所述边缘锯割所述块。
4.根据权利要求1至3任一项的方法，其中所述石料饰面切片通过在切割进展之后将平行分离器引入锯截口中进行分离。
5.根据权利要求1至4任一项的方法，其中所述石料块相对地移动脱离由所述多环线锯形成的多个环。
6.根据权利要求1至5任一项的方法，其中在所述石料块和所述线网之间的相对移动为沿重力方向。
7.根据权利要求1至6任一项的方法，其中在所述多环线锯中使用的线是松散磨料钢锯线。
8.根据权利要求1至6任一项的方法，其中在所述多环线锯中使用的线是固定磨料锯线。
9.根据权利要求7或8的方法，其中所述松散磨料钢锯线或所述固定磨料锯线是结构化锯线。
10.根据权利要求8的方法，其中所述锯线是其上附着有金刚石磨粒的单丝钢线。
11.根据权利要求8或10任一项的方法，其中所述锯线具有长圆形截面，其中所述截面的短边为沿切割的方向。
12.根据权利要求8的方法，其中所述锯线包含钢绳以及串于其上的切割珠，所述珠通过聚合物涂层分隔开。
13.根据权利要求1-12任一项的方法，其中在所述多环线锯上奇数编号环的锯线不同于偶数编号环的锯线。
14.根据权利要求1-13任一项的方法，其中所述锯截口宽度小于5mm。
15.权利要求14的方法，其中所述锯截口宽度小于石料饰面切片厚度。
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