CN110272246A - 一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板及其制备方法，所述面板包括表层和增韧基层，表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂40~70、石英粉10~30、无机活性粉体20~45、颜料0.5~4、减水剂0.3~1、水3~10；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体40~60、砂45~65、减水剂0.8~1.5、水6~14、无机纤维0.4~2、增韧剂0.8~2.5。本发明所述面板体积稳定低收缩、使用不翘曲变形，吸水率极低、耐久性性能好，不存在老化等问题，层与层之间结合性能好，延性好不会产生瞬间脆断，可做承载力结构，表面耐污性能好，材料来源广泛，整体综合成本造价低，适合推广使用。

Description

一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板及其制备方法
技术领域
本发明涉及加工类人造石材技术领域，更具体地，涉及一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板及其制备方法。
背景技术
随着国家对生态环境保护的加强，天然石矿山开采受严格控制。另一方面中国的基础建设，如机场、地铁站、高铁站，商业广场、会馆中心仍在继续，大量基础建设对人造石材面板材料也有大量的需求, 替代天然石的人造石具有广阔的市场前景。
传统人造石主要由树脂类有机人造石和少量无机人造石组成。树脂类人造石主要存在受热变形较大，易鼓变形开裂，受紫外线辐射及温度影响老化变形、变色、强度降低，燃烧有难闻气温及不可降解、使用寿命短等等缺点，现已经逐步受到环保限制使用；新型无机人造石材面板目前主要是传统水泥机水磨石类产品，抗压强度低、硬度差、抗弯曲强度差，脆性强，容易脆断、整体吸水率高、抗污及耐化学性能能力差，很难达到天然石材的性能，面板很容易折断，使用不安全。
目前无机人造石本身为脆性结构、抗弯易折断，人造石面板结构大部分为单层结构，结构受外力作用过程中，底部直接开裂产生脆断，结构延性低，产品直接破坏，因此有结构局部中间加金属网或纤维网增强结构（类如CN106630805A）进行改良，但由于表面受压时，底部脆性面弯曲变形产生脆性开裂，尽管延展变形增大时增强网起到一定抗拉作用减缓裂纹开展作用，随着强度增大裂纹穿透纤维网继续扩展，因此结构也会不断破坏，不能有效克服结构破损断裂状况；也有结构采用了面层加直接纤维基体层结合形成增韧板手段来克服了面层受压变形开裂问题（类如CN109354468A），但由于引入纤维基体层对于人造石面板加工过程中，底部刮平过程中形成表面纤维露出及纤维通道孔，因此造成了面板结构吸水性能的大幅度提升，如果是金属纤维极容易出现锈蚀破损及金属锈蚀污染现象，同时如果有机类纤维表面吸水率会大幅度提升，同时热胀冷缩不一致造成纤维表面与人造石水化界面形成通道，降低面板力学以及耐久性能。
发明内容
有鉴于此，本发明为克服现有传统无机人造石技术产品抗压性能不足、抗弯曲强度及韧性差、吸水率高等缺陷，通过引入无机类纤维，热膨胀系数与人造石基体材料基本一致，提供一种强度高、耐污染、韧性高、使用寿命长、耐老化、经济合理的复合结构的无机纤维增韧无机复合人造石材面板。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，包括表层和增韧基层，表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂40~70、石英粉10~30、无机活性粉体20~45、颜料0.5~4、减水剂0.3~1、水3~10；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体40~60、砂45~65、减水剂0.8~1.5、水6~14、无机纤维0.4~2、增韧剂0.8~2.5。
进一步地，所述石英砂细度模数在2.0~3.0之间、二氧化硅含量在93%以上、无杂质及风化、原石硬度在7以上。
进一步地，所述石英粉细度为600目以上、二氧化硅含量在93%以上、原石硬度在7以上。本发明中石英粉的核心作用在于提升混合后人造石材表面除骨料外的胶凝粉体水化产物的耐磨以及耐划伤性能，提高表面致密度性能。
进一步地，所述无机活性粉体以强度等级为42.5以上纯白色硅酸盐水泥为主体掺加白色硅粉、矿粉、纳米氧化钙、纳米硅氧化硅、烧结高白高岭土粉中的一种或几种活性粉体。，该活性粉体颜色单一为白色，白度指标超过80以上， 活性指数检测大于100%，保证材料强度同时更保证后续调色具有良好的稳定性。水泥与其他活性粉体比例为1：0.2~0.6。
进一步地，所述颜料为无机类各色颜料。
进一步地，所述减水剂不具备金属离子颜色且浓度不大于20%、减水率大于20%、缓凝时间0.5~1小时。
进一步地，所述砂是河沙、机制砂、石英砂中的一种或几种，要求不含泥及泥块、不含有机物贝壳类，材料坚固性质量损失不大于8%，最大颗粒直径不大于2.5毫米，细度模数小于3.0大于2.0。
进一步地，所述无机纤维为直径范围在0.02~0.08mm、长度范围在6~12mm、抗拉强度大于1000MPa的玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、硼纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维中的一种或几种。
进一步地，所述增韧剂为聚乙烯醇胶水、丙烯酰胺胶水等乳胶液中的一种或几种。
进一步地，所述面板的整体厚度为15~50mm，表层的厚度为4~6mm。
本发明的另一个目的在于提供上述无机纤维增韧无机复合人造石材面板的制备方法，包括如下步骤：
S1. 将用于表层、增韧基层的原料分别按比例搅拌混合均匀得到各层混合料，备用；
S2. 准备好面板模具，依据厚度计算并称取步骤S1备好的表层混合料均匀布料在面板模具内，然后依据厚度计算并称取步骤S1配好的增韧基层混合料均匀布料在面板模具内的表层混合料上；
S3. 在步骤S2面板模具内的增韧基层混合料上覆上隔离保湿膜，然后放入真空压机进行抽真空排气并同时震动压制；
S4. 将步骤S3压制好的板在40℃下固化6~8小时，再升温至80~90℃固化12~16小时得到毛坯板；
S5. 将步骤S4得到的毛坯板取掉隔离保湿膜进行刮底、定厚、抛光，得到无机纤维增韧无机复合人造石材面板。
所述步骤S1中搅拌混合的时间分别不少于10分钟，搅拌材料工作性能的维勃稠度测试时间为5s~30s，搅拌混合后初凝凝结时间不小于60分钟。
所述步骤S3中，抽真空时间不少于60s，压制时间不少于120s，真空压力为-0.07~-0.1MPa，压机压强荷载不小于1MPa，压力不小于5000kN。
所述步骤S4中，高温固化过程保持湿度在75%以上。
本工艺通过分层连续布料方式集中进行压制让层与层之间物料有一定的相互交叉咬合解决界面粘结强度受压分离现象，针对传统无机石制造真空工艺提升了压制压力，缩短了抽真空时间，提升人造石材密实度与制作效率，降低了版面吸水率，通过调整温度及保湿分阶段固化不但提升前期模具使用效率，同时使得人造石材面板体积更加稳定，后续完全克服收缩性能，保证强度的一致性稳定。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果：本发明所述无机纤维增韧无机复合人造石材面板具有高强度、高抗弯曲、低脆性、耐冲击、抗裂、抗震性能好等优点，体积稳定低收缩、使用不翘曲变形，吸水率极低、耐久性性能好，不存在老化等问题，结构安全度高，延性好不会产生瞬间脆断，可做承载力结构，表面耐污性能好，材料来源广泛，整体综合成本造价低，适合推广使用。
附图说明
图1是无机纤维增韧无机复合人造石材面板的结构示意图。
附图标记说明：表层100，增韧基层200。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，整体厚度（t1+t2）为15~50mm，包括厚度t1为4~6mm的表层和增韧基层，表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂40、石英粉10、无机活性粉体20、颜料0.5、减水剂0.3、水3；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体40、砂45、减水剂0.8、水6、无机纤维0.4、增韧剂0.8。
其中，所述石英砂细度模数在2.3（石英砂细度模数可以在2.0~3.0之间，本实施例选用2.3）、二氧化硅含量在93%以上、无杂质及风化、原石硬度在7以上。
所述石英粉细度为600目以上、二氧化硅含量在93%以上、原石硬度在7以上。
所述无机活性粉体为P.O42.5白水泥为主体掺加白色硅粉（这里可以掺加白色硅粉、矿粉、纳米氧化钙、纳米硅氧化硅、烧结高白高岭土粉中的一种或几种活性粉体）。
所述颜料为无机类各色颜料。
所述减水剂不具备金属离子颜色且浓度不大于20%、减水率大于20%、缓凝时间0.5~1小时。
所述砂是河沙（可以是河沙、机制砂、石英砂中的一种或几种），要求不含泥及泥块、不含有机物贝壳类，材料坚固性质量损失不大于8%，最大颗粒直径不大于2.5毫米，细度模数2.6。
无机纤维直径为0.02mm、长度范围6mm、抗拉强度大于1000MPa的玄武岩纤维（所述无机纤维可以是直径范围在0.02~0.08mm、长度范围在6~12mm、抗拉强度大于1000MPa的玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、硼纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维中的一种或几种，本实施例选用其中的一种）。
所述增韧剂为聚乙烯醇胶水和丙烯酰胺胶水。
所述无机纤维增韧无机复合人造石材面板的制备方法，包括如下步骤：
S1. 将用于表层、增韧基层的原料分别按比例搅拌混合均匀，搅拌混合的时间分别不少于10分钟，搅拌材料工作性能的维勃稠度时间测试在5s~30s；搅拌混合后初凝凝结时间不小于60分钟，得到各层混合料，备用；
S2. 准备好面板模具，依据厚度计算并称取步骤S1备好的表层混合料均匀布料在面板模具内，然后依据厚度计算并称取步骤S1配好的增韧基层混合料均匀布料在面板模具内的表层混合料上；
S3. 在步骤S2面板模具内的增韧基层混合料上覆上隔离保湿膜，然后放入真空压机进行抽真空排气并同时震动压制，抽真空时间不少于60s，压制时间不少于120s；真空压力为-0.07~-0.1MPa，压机压强荷载不小于1MPa，压力不小于5000kN；
S4. 将步骤S3压制好的板在40℃下固化6~8小时，再升温至80~90℃固化12~16小时得到毛坯板，高温固化过程保持湿度在75%以上；
S5. 将步骤S4得到的毛坯板取掉隔离保湿膜进行刮底、定厚、抛光，得到无机纤维增韧无机复合人造石材面板。
实施例2
除无机纤维增韧无机复合人造石材面板的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，包括以下重量份数的原料：表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂70、石英粉30、无机活性粉体45、颜料4、减水剂1、水10；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体60、砂65、减水剂1.5、水14、无机纤维2、增韧剂2.5。
实施例3
除无机纤维增韧无机复合人造石材面板的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，包括以下重量份数的原料：表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂50、石英粉15、无机活性粉体26、颜料1.5、减水剂0.5、水5；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体45、砂50、减水剂1、水8、无机纤维0.8、增韧剂1.2。
实施例4
除无机纤维增韧无机复合人造石材面板的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，包括以下重量份数的原料：表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂60、石英粉25、无机活性粉体39、颜料3、减水剂0.8、水8；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体55、砂60、减水剂1.3、水12、无机纤维1.6、增韧剂2.1。
实施例5
除无机纤维增韧无机复合人造石材面板的配方不同外，其他条件同实施例1。
一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，包括以下重量份数的原料：表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂55、石英粉20、无机活性粉体32.5、颜料2.25、减水剂0.65、水6.5；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体50、砂55、减水剂1.15、水10、无机纤维1.2、增韧剂1.65。
对比例1
除增韧基层不含增韧剂外，其他同实施例1。
对比例2
除增韧基层不含无机纤维外，其他同实施例1。
对比例3
普通树脂人造石材。
对以上实施案例1~5、对比案例1~3所制备的无机纤维增韧无机复合人造石材面板制作成标准试件进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1 无机装饰板性能检测结果
项目 压缩强度（MPa） 抗弯强度（MPa） 抗冲击性能 莫氏硬度 耐磨性能（mm<sup>3</sup>） 耐污性能（表面滴红酒、咖啡、米醋、酱油16小时后）
实施例1 152.5 26.2 无破坏 7 139 可擦洗表面少量残留
实施例2 156.1 27.5 无破坏 8 116 可擦洗表面少量残留
实施例3 157.9 28.3 无破坏 7 123 可擦洗表面少量残留
实施例4 159.5 29.1 无破坏 8 116 可擦洗表面少量残留
实施例5 165.7 30.8 无破坏 8 102 可擦洗表面不残留
对比例1 135.1 17.9 破坏 7 139 可擦洗表面少量残留
对比例2 130.6 15.2 破坏 7 139 可擦洗表面少量残留
对比例3 80.9 16.5 破坏 4 462 不可擦洗表面
从表1来看，对比例1增韧基层不含增韧剂，与实施例1对比，压缩强度、抗弯强度、抗冲击性能均下降，莫氏硬度、耐磨性能、耐污性能基本没变化；对比例2增韧基层不含无机纤维，与实施例1对比，压缩强度、抗弯强度、抗冲击性能均下降，莫氏硬度、耐磨性能、耐污性能基本没变化；对比例3普通树脂人造石材，与实施例1对比，压缩强度、抗弯强度、抗冲击性能、莫氏硬度、耐磨性能、耐污性能均下降。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无机纤维增韧无机复合人造石材面板，其特征在于，包括表层和增韧基层，表层包括如下重量份的各原料组分：石英砂40~70、石英粉10~30、无机活性粉体20~45、颜料0.5~4、减水剂0.3~1、水3~10；增韧基层包括如下重量份的各原料组分：无机活性粉体40~60、砂45~65、减水剂0.8~1.5、水6~14、无机纤维0.4~2、增韧剂0.8~2.5。
2.根据权利要求1所述的无机纤维增韧无机复合人造石材面板，其特征在于，所述无机活性粉体以强度等级为42.5以上纯白色硅酸盐水泥为主体掺加白色硅粉、矿粉、纳米氧化钙、纳米硅氧化硅、烧结高白高岭土粉中的一种或几种活性粉体；所述石英砂的细度模数在2.0~3.0之间、二氧化硅含量在93%以上、原石硬度在7以上；所述石英粉的细度为600目以上、二氧化硅含量在93%以上、原石硬度在7以上。
3.根据权利要求1所述的无机纤维增韧无机复合人造石材面板，其特征在于，所述砂是河沙、机制砂、石英砂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的无机纤维增韧无机复合人造石材面板，其特征在于，所述无机纤维为直径范围在0.02~0.08mm、长度范围在6~12mm、抗拉强度大于1000MPa的玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、硼纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的无机纤维增韧无机复合人造石材面板，其特征在于，所述增韧剂为聚乙烯醇胶水、丙烯酰胺胶水中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的无机纤维增韧无机复合人造石材面板，其特征在于，所述面板的整体厚度为15~50mm，表层的厚度为4~6mm。
7.根据权利要求1~6任一项所述无机纤维增韧无机复合人造石材面板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 将用于表层、增韧基层的原料分别按比例搅拌混合均匀得到各层混合料，备用；
S2. 准备好面板模具，依据厚度计算并称取步骤S1备好的表层混合料均匀布料在面板模具内，然后依据厚度计算并称取步骤S1配好的增韧基层混合料均匀布料在面板模具内的表层混合料上；
S3. 在步骤S2面板模具内的增韧基层混合料上覆上隔离保湿膜，然后放入真空压机进行抽真空排气并同时震动压制；
S4. 将步骤S3压制好的板在40℃下固化6~8小时，再升温至80~90℃固化12~16小时得到毛坯板；
S5. 将步骤S4得到的毛坯板取掉隔离保湿膜进行刮底、定厚、抛光，得到无机纤维增韧无机复合人造石材面板。
8.根据权利要求7所述无机纤维增韧无机复合人造石材面板的制备方法，其特征在于，步骤S1中搅拌混合的时间分别不少于10分钟，搅拌材料工作性能的维勃稠度测试时间为5s~30s；搅拌混合后初凝凝结时间不小于60分钟。
9.根据权利要求7所述无机纤维增韧无机复合人造石材面板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，抽真空时间不少于60s，压制时间不少于120s；真空压力为-0.07~-0.1MPa，压机压强荷载不小于1MPa，压力不小于5000kN。
10.根据权利要求7所述无机纤维增韧无机复合人造石材面板的制备方法，其特征在于，步骤S4中，高温固化过程保持湿度在75%以上。
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