摘要
多层组合成型装置采用压缩弹簧对多层叠放的模板分别进行弹性支撑，并用上部压缩与下部振动器进行双重振动的组合结构，适用于硅质玉、电气石、石榴石、黑曜石和橄榄石等矿物，以真空弹性压缩的振动方式进行真空渗胶与拼接复合板的成型，并以原构聚合的工艺制作玉石建材产品。
关键词
玉石合成石 多层组合 弹性振动 硅质玉 敦煌玉 电气石 石榴石 黑曜石 原构聚合
概述
目前的人造合成石 （成岗石）是用大理石或石英石矿物以及高分子聚合物为原料，并用异构聚合的主要包括破碎、搅拌和硬性压缩及振动的工艺加工成建材产品。玉石建材是采用界于玉与石之间的具有观赏性与养生性的矿物为主要原料，并用聚合或胶粘工艺加工成具有一定艺术与改善环境效果的装饰材料。玉石建材市场较快升温的形势，使得一种延用实体面材人造石真空成型设备制作的芙蓉石、玛等聚合产品相继出现。国内的敦煌玉、余太翠等硅质玉矿山已规模性地进行了开发，但其较高的硬度与较多的裂隙问题，使其在延用花岗石生产设备加工时无法保证其成材率。如何对硅质与近于半宝石类矿物采用原构聚合工艺进行批量生产，是涉及面较宽的研发课题。尤其是拼接复合板的成型设备，既要保证复合层料体的致密，还不能使表层的拼接薄板碎裂，这就只能采用弹性压缩与双重振动的成型方式
1、综合性生产设备的配置方案
多晶质硅质玉在其采用矿山圆盘锯或与绳锯等较小冲击力的设备开采出的荒料，适宜采用薄板加聚合板的综合工艺进行玉石建材产品的生产。三种锯切设备各自的特点是：组合圆盘锯在其是液压锁紧与薄形圆锯片时，对裂隙较少或是用纤维胶泥外表强化的条石及厚板可进行厚度为8～12mm的薄板分切，具有产量较大与费用较少的优点，但其电耗较高；组合绳锯较大砂锯具有进度快与电耗少的优点，但金刚石串珠绳的消耗较大，其加工费用大致是圆盘锯的2倍以上；倾斜式立式带锯机以其较大的齿锯与锯带可伸缩的弹性，使其在硅质玉大板的锯切时基本上不出现火花，并有锯缝小于4mm及板面平整的优点，但其加工效率较低。选取圆盘锯与立式带锯组合配置的方案可以较小的投资达到10万m2的年产能。
在锯切与研磨两大工序之间必须插入一个聚合工序，利用高分子聚合物以共价键连接成其直径小于1nm的分子链及三维网状大分子的粘结与渗透性能使得脆性的矿物案结成材。对于裂隙较少的硅质玉薄板，也必须经过真空渗胶处理才可能具有10MPa以上的弯曲强度指标而使其在后续的研磨及施工中不致于开裂；对于碎裂成多块的毛板，只能用原构聚合方式进行拼接加复合的生产而成冰裂纹图案的板材。有关真空渗胶与聚合成型共用的设备是一种新颖的多层聚合成型装置。
定厚、粗磨和精磨在较大规模时可采用现行的人造石英石生产线，在较小规模时可采用多台单头自动磨机或手扶磨机进行研磨及抛光加工。整线设备的配置及工艺流程是：条石锯切一胶泥包裹一薄板锯切一排布加温一胶液涂覆一真空振动一加温固化一定厚粗磨一精磨抛光一分切磨边一分类包装。其中的条石锯切与胶泥包裹两工序是将裂隙荒料先分切30～60cm的厚度的条石后，用纤维胶泥涂覆而使锯切出的条板形成周边锁固的形态：真空振动工序要先进行料体覆盖，再用揉压性的振动方式进行致密成型。
硅质玉矿物采用上述的二步强化工艺，以胶结愈合方式使其成材率可以达到较高水平。在具体的工艺流程中，对未开裂的薄板进行真空渗胶处理，而对开裂的薄板则用拼接加复合的办法使之成材。研制一种既能进行真空渗胶，又能进行复合成型的多用装置是进行原构聚合的前提条件。
2、多层聚合成型装置的设计方案
采用多块模板并用压缩弹簧分别进行支撑的组合结构，并用主导性的下部振动与上部重复压缩进行双重振动，是可能形成弹性的揉压力与激振力配合而使混合料致密的办法。在较高频率的下部振动中，用压缩弹簧支撑的多层模板进入一种多重的振动状态，并用上部往复的压缩作用使得某一层或几层模板上的混合料受到弹性的压缩。因为内摩擦系数较大的半黏性混合料的致密要素是激振力而不是压缩力，也就是只要有100Hz以上的激振频率与1mm以上的振幅及短时的弹性压缩，便可在数十秒的时间内消除其滞回应力而达较高的密度指标。
一种多层聚合成型装置：包括两端设置密封门的底部是凸台形的真空箱1，置于真空箱内双轨上的台车10和叠放于台车之上的若干层钢制模板3：在真空箱侧边装有抽真空管路13和释放真空的阀门14；真空箱顶部还固装有两只缸4，其油缸活塞杆顶端与位于真空箱内的压具9较接；真空箱内壁上装有热风循环的加热器5。其中，用油缸4联动的压具9往复压缩的频率为0.1Hz左右，其位于真空箱下部的振动器11的振动频率（叠加）为100～300Hz；模板3的边框上6上分别装设若干只压缩弹簧7进行弹性支撑，使得各层模板之间的缝隙距离可在0～120mm之间变化。若用电磁型的振动器11并用六节拍的半波通流控制方式，并将其动铁芯联动的传动杆穿通真空箱的底板而至底层模板的侧边处，则在6x 50Hz的频率叠加的循环冲击中形成较高频率的振动过程。各代号所处位置及作用见图1。
其工作机理是：用弹簧支撑的模板受到下部较高频率的振动时，将进入随下部振动为主导并处于自由振动的运动状态，同时在上部压具往复升降的作用下，各模板之间的缝隙距离或从上往下，或从下往上地发生变化，从而形成模板上的混合料在弹性压缩与多重振动中致密的过程；弹性支撑明显降低了其系统的弹性系数而使振动系统可产生较大的振幅，短暂的弹性压缩也促进其振幅的进一步提高；采用六组分两排布置的电磁铁及依次滞后60度电角度的循环半波通流方式，使其系统以较高频率振动与较大振幅促使树脂基混合较快地致密：在压具升起的阶段，各层模板及边框相互间的缝隙距离分别大于30mm，为抽真空与加温提供了条件；在压具受油缸或气缸作用向下动作阶段，各层模板及边框之间的缝隙距离分别趋近于零，尤其在0.5～5mm的缝隙距离时，两面作用的冲击力将使混合料处于十分有利的致密状态；在模板上的混合料达到较好的致密水平时，其缝隙距离将接近零，相对的振幅也近于零，从而避免了拼接薄板受强力冲击而破损。
本型装置既可对裂隙板材进行兼有加温与振动性能的真空渗胶，也能对拼接碎板与半黏半散状基体料进行复合成型，还能利用其压具的挤压作用防止其加温固化中的翘曲变形。在模板改成边框高度为30～85cm的横箱时，利用其振动力可促进黏性配料而对叠垒的基料进行缝隙填充的条件，用其对矿山碎山进行其石块密切聚合的成型。
3、矿山碎石的聚合工艺
现行的岗石（人造大理石）采用的硬压式荒料成型工艺，因其是填充料占主体而在相似于混凝土类观感下难以产生较高的市场价值。设法将其硅质玉类的粒径增大至15～30cm，并用电气石与锗石等近于半宝石矿物碎粒与之配合，自然会以其多重的价值及密切叠垒的观感而产生相得益彰与变废为宝的效果。
多层聚合成型装置配设的模板改用30～40cm或65～85cm高度的边框可拆卸的模箱代替，并以多次装填配料或一次装填配料的工艺进行荒料体的聚合成型。其单只模箱采用多次装填配料的工艺方法是：采用15～35cm块度的多种色彩的硅质矿山碎石为基料，经粗略整形后用相似于“石头垒墙”的手法排满于横箱内；采用粒径为5cm以下的硅质玉、电气石黑曜石、橄榄石、石榴石和锗石等半宝石矿粒的一种或若干种为配料的骨料，用质量比为10%～15%的低收缩性不饱和树脂或环氧树脂为粘结剂，并用20%～35%氢氯化铝粉为填充料，共同搅拌成占荒料总重20%左右的半黏状并呈玉质感的配料，将一半左右的配料堆放于基料的上面或基料排布的中层位置，用台车运送模箱至真空箱内；经35～45℃的加温、接近于-0.1MPa真空度的抽制后，用其下部的振动器进行其促使配料沿基料缝隙流动的高频振动;用真空箱外配置的油缸升起密封门后，亦用台车运送模箱至装料部位，将其余的黏状配料堆放于模箱内;再经加温、抽真空和下部振动的过程进行配料渗透的荒料成型，最后降下压具并以多次升降方式及下部振动完成其致密成型。该工艺之所以在较高的模箱中采用2次或3次的配料装项方式，是基于黏性配料只有在其层原不超过25cm时抽真空的能力才到伸入到其底部。若将配料堆放于基料上面的某几个部位、则可利用振动力促进扩散及渗透，在其流动中也有利于抽制真空，甚至于能够用一次性装填配料方式进行其整体成型。
采用较低高度的两只模箱可以一次性完成5～20cm块度的基料与半黏状配料的堆放及聚合成型。例如采用40cm高度的模箱，在其基料垒排布并布满模箱后，可一次性将配料堆放于其上面的几个部位上两只垂直叠放的模箱之间亦用压缩弹簧进行弹性支撑。同样用加温、真空和双重振动过程完成其两个荒料体的成型。对大理石质的碎石，可以考虑将其进行滚圆处理后再进行堆放而成圆融的效果。
4、多种玉石与半宝石类矿物聚合的设想
电气石、橄榄石、石榴石和锗石等珍贵矿物在其质地较纯及符合工艺美术要求时，当然要优先进行较高市场价值的工艺品的加工，但在其夹杂其它矿物或是碎粒形态时，用其与硅质玉配合而生产环境养生型产品，则有相当益彰与变废为宝的益处。这些摩氏硬度为6.0～7.5的硬质矿物晶体，其色彩种类可谓是应有尽有，其内在的有益于人体健康的微量元素也是无奇不有，对其进行组合性的聚合加工，可以说是多种矿物及材料、多种技术及艺术的组合。采用既带电场又带磁场且有热电效应的电气石、磁性较明显的橄榄石、有远红发散性能的锗石，并与储量较大及块度较大的硅质玉配合而进行玉石建材产品的生产，很可能形成一种高价值的产品系列。
采用多种半宝石类的矿物颗粒，并用包括芙蓉石、玛瑙、玉髓在内的硅质玉为主体，制作养生环境型产品的基本思路是:矿物颗粒的色彩搭配与粒径的选择，应体现一种文化艺术的理念，高档产品还要对其较大块度的石料边缘修整，对较小粒径的颗粒进行滚圆处理;聚合成型要顾及其磁性的一致性，必要时使用强磁场进行其成型中的磁化处理;对台面与盛水器皿的聚合成型，应较多地配用锗石与麦饭石颗粒使其产生可以活化水的功效;在高分子聚合物中配加纳米Ti02与纳米Si02粉体，使其聚合产品具有较大的强度、抗老化及表面的自清等性能;利用多种矿物内在的元素、透明性、磁性和聚合成型的合理性，使其聚合产品具有较明显的负离子效应。
5综述
高档次的玉石建材是玉石与半宝石类矿物聚合的产品，其价值在于诸多技术及艺术的组合水平。多层组合成型装置采用的多层模板及弹性支撑结构，利用双重的振动力与自身的自由振动使其压缩力是弹性冲击方式，并以其振幅的可变性使得半黏半散状混合料达到较好的致密效果。这种以弹性为特点的成型设备，为脆性的硅质玉与韧性的高分子聚合物两者的融洽结合提供了基础条件，也为半宝石类矿物颗粒聚集成玉石建材提供了前提条件。如何在硅质玉、半宝石、高分子聚合物和纳米材料四者的聚合中，体现较高的文化艺术性与环境养生性，还需深入研究及进一步试验。
全文完
作者：刘建平 山西省五台县经贸局 首发《石材》212年3期 经授权转载。
END
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