人造石生產技術關鍵

　　從1996年在我國開始生產聚酯型實體面材人造石以來，至今已近8個年頭，生產工廠從少到多，從小到大，已遍及全國，應用領域從單一的廚衛制品涉及到室內外工藝品、家具及裝飾行業。已形成一個年產銷達數十億元的新興產業，發展形勢喜人但不容樂觀，其主要原因是在生產方式、設備、工藝上的不同導致產品質量良莠不齊，好質量產品歷經數年使用仍然實用美觀，差的產品僅在幾個月內即產生變形、變色、開裂、起泡、褪色、失去光澤等問題，給用戶產生了惡劣的印象。一些廠家因此遭受巨大的經濟信譽損失，筆者曾親眼目睹一些廠家有幾百張、上千張甚至幾千張有各種質量問題的廢次品板材壓在倉庫不能售出，老總們憂心如焚、束手無策。筆者內心也深感痛惜，覺得有責任和義務將實體面材生產中的技術關鍵公知于眾，供生產者參考探討，希望大家都能生產出優質的人造石來滿足市場需求，把這一前景廣闊的產業培育得更大更強、造福社會。
　　關鍵一    設備選型
　　所謂實體面材是指產品內無任何微小氣泡存在，表里均為高致密度的實心材料，具有優良的理化性能，生產中若不能達到排除產品內部氣泡的目的，這種產品即不能稱之為實體面材，質量自然無從談起。就目前國內普遍采用的真空攪拌料——放料入模——振動排泡——自然溫度固化或設備加溫固化工藝來說，存在著三個技術問題不能解決。l、真空攪拌罐最高真空度普遍在0.08—0.09Mpa（表壓）以下，在這種真空度下，微小氣泡本身就難以排凈。2、攪拌好的料打開蓋或打開閥放料入模抹平時又混帶進許多空氣，雖經二次振動排泡或料中加入消泡劑或將料中樹脂含量增加以求達到將料中的空氣排盡的目的，但都是不可能的，用放大鏡、顯微鏡觀察產品內部微小氣孔密密麻麻，質量自然有問題。這種生產方法有大容量攪拌罐可一次攪料數噸，小的則一次攪拌1張標準板材料（50Kg）。 3、攪料時間長，密封口易磨損漏氣，機體清洗困難，增加了工藝的煩瑣度。由于投資可大可?。ù髣t幾百萬、小則幾萬），這種老舊落后的生產方式在國內占了大多數。
　　針對這種生產方式的弊病，有關科研單位研究出以真空箱為排氣泡的生產方式則解決了上述問題，達到了目的，其工藝為普通攪拌機攪料——倒料入模——模具帶料同入真空箱脫泡（真空度可達0.095—0.1Mpa）出真空箱入控溫固化機快速初凝。這種方法的關鍵設備真空箱能達到0.1Mpa，所以料內氣泡能排除徹底，當表壓倒 0.09Mpa以上時料在模內處于沸騰狀態，達到0.095Mpa時料內所有氣泡瞬間爆裂排凈。真空箱脫泡可一次入箱多張，5—8min完成脫泡，在溫控機內5一8min完成脫泡，在溫控機內5—8min分鐘完成初凝，單機生產能力8小時產量可達160張，是生產優質人造石必不可少的關鍵設備。
　　按理論要求，生產人造石氣溫應在15℃一30℃為宜，10℃以下不能生產，要保證春夏秋冬全年正常生產，需配置溫控設備，人造石合成中的化學反應（即分子間的交聯速和交聯密），完成分三個階段，一是材料初凝失去流動性，其內部化學反應僅達交聯度40；二是材料發熱后又散熱到常溫有一定的收縮和強度，能脫下模，并能任意的搬動，其內部反應達到了交聯度80左右；三是最終反應即后固化工藝，則是在溫度80-90℃控溫箱內 1一2個小時完成，使其產品內部達到交聯度95以上，達到反應終點，產品定型，有最好的理化強度。若無溫控設備，常溫下需7—10天的養護期，才能達到反應終點，低于常溫則要幾十天甚至幾個月時間才能達到反應終點，然而一年中低于常溫的時間很多，有為數不少的廠家連這一設備也沒有，低氣溫下生產的板材由于內部交聯固化極不完全，一抬就斷、見水就發白，所以控溫設備也是一個也不能少的關鍵設備，有這種設備從生產到完成這三個反應階段僅需半天時間即可完成一個生產周期（產品即可出售），從而大大縮短了生產周期，提高了工作效率。     關鍵二   材料選擇
　　本文所述產品，主要原料為不飽和聚酯樹脂，這是一個大類的高分子化合物，國外已發展到500余個品種，應用于各個領域，國內（包括一些外商獨資、合資、本土等企業）也發展到有四、五十個品種，不同型號品種的不飽和聚酯其性能用途是不同的。不飽和聚酯樹脂
　　按使用方法分為手糊型、噴射型、拉擠型、纏繞型、模壓型、常壓澆注型、離心澆注型等。按化學式結構分為鄰苯二元醇型、鄰苯新戌二醇型、間苯新戌二醇型、乙烯基酯型等等，人造石中只能選用常壓澆注型類樹脂，其他類型不予選用。生產一般性能的產品鄰苯型樹脂即可滿足。其價格低廉，在人造石生產中用量最大；間苯型樹脂性能較鄰苯型好，價格要高一些，若有性能特殊的產品要求，如化學實驗、醫療上要求抗菌防腐、耐酸堿、耐熱、耐污這一類人造石制品則必須選用間苯型或乙烯基酯類樹脂。不飽和樹脂的性能指標分液體和樹脂固化后的澆注體的力學性能，要滿足生產實體面材人造石的要求，選購材料時要注意液體樹脂顏色為水白或微蘭、微青透明、無雜質、固體含量不低于65、粘度（25℃）0.5一1Pa.S、酸值（MgKOH／g）15一26。純樹脂澆注體巴氏硬度應不低于40-50、斷裂延伸率＞2.5一4、彎曲強度≥100－130Mpa、熱變形溫度≥50℃、沖擊強度≥60Mpa，從澆注體的性能就能判斷出樹脂的基本性能，若低于這些指標，其產品質量就有問題了。各廠家的樹脂都是自行編型號、自定指標、自定價格，但不管什么型號，要認準類型、品種及它們的技術指標數據，才能購買，這是關鍵。
　　除樹脂外與之配套的固化劑、促進劑品種也較多，各廠各自編號地方、質量、價格又不統一，但一定要求固化劑（過氧化甲乙酮中活性氧含量不能低于10），促進劑（異辛酸鈷含量不低于1），掌握這兩種材料中的有效成分含量是關鍵。（有的廠家固化劑中活性氧含量僅3一5，促進劑中鈷鹽含量僅0.4）。
　　實體面材人造石主要由樹脂和填料構成，填料根據產品種類、用途、性質不同約占總量的80-55，（特殊性品種列外），其常規產品主要采用氫氧化鋁，氫氧化鋁是一種無臭、無味、無毒的白色粉末，分子內含結晶水，廣泛用于印染劑、凈水劑等方面，在人造石中既是填料又是阻燃劑，由于其折光指數高，可做出似玉的半透明質感的人造石。這種材料主要性能要求是白度應在92º以上、含水率0.3、AL（OH）3含量99、折射率157、密度 2.42g／CM3，另一大類填料為碳酸鈣類白色石粉，碳酸鈣是一種白色晶體或粉末，溶于酸而放出二氧化碳，極難溶于水，用于制水泥、油灰、并作顏作填料、中和劑、人造石填充料等；要求：白度95º、細度325目、含水率0.3。這兩類填料即可滿足普通的人造石生產，填料在人造石中是不起化學反應的，主要起增加產品強度、體積重量、降低成本和產生石材的質感。此外如滑石粉、石膏粉、粉煤灰一類填料是不適用于作人造石填料。此外還有各種著色劑、分為無機顏料、有機染料和用它們生產的聚酯色漿，未經研磨制成色漿的干粉顏、染料是不適宜直接作為著色料的，顏、染料也有不同的性能和價格，也必須根據產品用途選用不同性能材料作著色劑，這也是關鍵。     關鍵三    理論與配方
　　有了好的設備，合格的材料、要做出好的產品，對產品的固化機理的了解直接涉及到產品配方的科學性及產品質量的好壞。
　　人造石會成工藝中選定的不飽和聚酯是由不飽和二元醇、多元酸類化合物縮聚而成的線型高分子聚酯樹脂、聚酯分子鏈上同時含有酯鍵和不飽和雙鍵，聚酯樹脂十分粘稠，不能獨立使用，生產時要加3O－35的苯乙烯，苯乙烯也含有不飽和雙鍵，它既是聚酯中的交聯劑，又起著稀釋劑和浸潤劑的作用，這種組合的不飽和聚酯樹脂是一種極不安定的、具有繼續生成其他產品反應的原材料。
　　由于不飽和聚酯分子含有酯鍵和不飽和鍵，苯乙烯分子也含有不飽和鍵，一旦加入引發劑，促進劑即發生氧化還原反應，使引發劑分解、釋放出活性自由基（又稱游離基），這些自由基起著不同分子間的鏈接化學鍵反應，又稱交聯反應，隨著自由基釋放的速度、數量、使分子鏈不斷增長，相互鏈接，最終將千千萬萬的小分子鏈接成一個不溶不熔的大分子團，有著堅固的性能，成為我們所需要的產品，這種化學反應又稱之為三相立體網絡狀交聯，其中苯乙烯分子與聚酯分子不飽和鍵和酯鍵的交聯稱共聚，同時又產生苯乙烯分子和聚酯分子
　　各自間的交聯稱自聚（所以稱三相交聯）。人造石的生產在聚酯樹脂中加入不問的填料及輔料，化學反應是要達到填料的表面有樹脂包裹，最終將填料緊密交聯網絡于一個大分子團中（即產品），然而，這種按鍵交聯的密度、化學鏈長度、交聯立體網絡的緊密度來自于嚴謹的科學配方，所以不同的產品是有不同配方的。配方的設計涉及樹脂、引發劑、促進劑的比例，樹脂與填料的重量比例（膠集比），填料之間粗細的比例（即級配）及染料用量比例及氣溫因素等方面。
　　一個完整的人造石配方是由樹脂、引發劑、促進劑、染料、填料組成，填料中又有由不同大小、顏色、數量的粒子組成，（粒子同樣是聚酯樹脂加填料、染料作成板材、經破碎、篩分制成的）。樹脂與填料的比例稱為膠集比，（重量比）合理的膠集比（即稀稠度）賄著便于成型的和易性，產品不變形、密度高、無氣泡、若料中樹脂含量高，產品收縮變形大，成本高。若料中樹脂含量低，料稠則氣泡難排出，成型困難成為廢次品。
　　配方中要有合理的填料級配，配方中既有粗的粒子，又有中和細的粒子，形成不同花色結構，同時又使填料中密實度最大，又能形成不同花色結構，它的表面積又最小，即順利排出了氣泡也防止了產品變形，若填料中粗料偏多，它的總表面積偏小，其樹脂用量偏少，其中氣泡不易排除，相反填料細料偏多，它的表面積增大，需要包裹它的樹脂用量也增多，產品收縮率增大，變形也就越大，合理的級配壞了成本，一個配方中既要有一個合理的填料級配又要有一個合理的膠集比，所以每個花色都應有1個獨立的配方，而有的廠家無論什么花色僅只有一個樹脂40和填料60的比例，是極不科學合理的，再者染料的使用也是關鍵，除據產品用途選擇外，有的染料在配方中僅占萬分之幾、幾十萬分之見甚至百分之見的用量，所以必須先用樹脂經幾十倍甚至百倍的稀釋后，才能準確配料，否則會造成色差，這也是配方中關鍵。
　　關鍵四  工藝控制
　　在實際生產中，氣溫的不同，配方中的固化劑、促進劑的使用量是有變化的，在配方中的用量到底是多少？應在生產前做產品小樣的膠凝試驗，即按當天氣溫先做小樣，觀察確定初凝時間，控制在35一45min這一時間內，從這個初凝時間段，可判斷產品的內部化學反應速度和產品質量，這是生產前必須要做的關鍵程序。由此得出的配方就是合理的最佳配方，產品質量就好，否則若初凝太快，產品會變形、開裂、發脆、太慢則產品強度差、發軟、易折斷。
　　綜上所述，優質實體人造石的制造，絕非一項簡單的技術，而是一項涉及多方面綜合性知識、技術含量很高的技術項目，僅憑一點膚淺感性認識和所謂經驗，不懂固化機理、材料性能、工藝控制、不經過系統培訓，是絕對要造成重大質量事故和經濟損失的。有了好的設備、材料、工藝，要使產品成品率達到99.9，不是不能辦到的，在競爭日益激烈的今天，只有這樣嚴格要求，才能降低成本、具備質量、價格的優勢。
　　隨著市場需求量的增加，新近又有科研單位開發出具有半透明質感和有逼真紋理的仿玉石、瑪瑙珠光、幻彩、云石、卵石、理石、透光板、夜光板及3mm超薄板、丙烯酸型（亞克力人造石）、復合丙烯酸型、堅硬耐磨的人造石地磚等新品，其技術含量和配方設計變化更大、要求更高、涉及知識范圍更廣。