线性热膨胀系数对人造石性能的影响

1、 线性热膨胀系数对人造石性能的影响 摘要：本文分析了线性热膨胀系数的影响因素，认为线性热膨胀系数越小，人造石材的性能就越强，提高人造石强度需要从选材、级配等方面入手，选用低线性热膨胀系数的骨料和树脂，合理确定树脂掺入量，搅拌均匀，能够有效降低人造石线性热膨胀系数，从而提高人造石性能。关键词：线性热膨胀系数；人造石；树脂人造石具有较强的阻尼减振性能和耐腐蚀性，是以有机树脂作为粘接剂，以陶瓷颗粒及岩石等高强度材料作为骨料，经常温烧铸成型的复合型环保材料， 常被用于医疗机械底座和高精度高速的机床床身，废料又可回收利用，具有良好的经济效益。人造石主要骨料、树脂及增韧增强材料等构成，其中增强增韧材料主要

2、是钼纤维、钢纤维等金属纤维，以及玻璃纤维、碳纤维等无机非金属新闻和芳纶纤维等；树脂主要为稀释剂、固化剂、热固性树脂等，骨料部分主要是高强度陶瓷颗粒或岩石1。但因不同材料结构间、性能上的突变，会引起许多界面问题，进而影响其线性热膨胀系数，造成热应力破坏人造石结构，从而影响其基本性能。本文探讨线性热膨胀系数对人造石性能的影响，以期为提高其性能提供参考。1. 线性热膨胀系数的含义及其影响因素1.线性热膨胀系数线性热膨胀系数是指板材在热胀冷缩效应作用之下，几何特性随着温度的变化而发生变化的规律性系数。线性热膨胀系数计算公式为：a=1/l*l/t2。一般情况下，板材温度升高，其体积就会扩大。人造石材的级

3、配不同，人造石的线性热膨胀系数也不同，通常选用热膨胀系数小的岩石材料作为骨料，以降低人造石材的线性热膨胀系数。根据树脂型合成石板材gb/t 35157-2017要求，岗石的线性热膨胀系数为2.310-5/-1，石英石的线性热膨胀系数为3.010-5/-1。线性热膨胀系数的值一般有材料固有的值，玻璃：0.10.810-5/-1，花岗岩0.310-5/-1，大理石1.010-5/-1，pmma 8.510-5/-1，不饱和树脂：131510-5/-1。本文选用花岗岩的细小骨料作为人造石材的骨料，以确保其强度和化学稳定性。2.影响人造石线性膨胀的主要因素分析树脂与骨料应具有较好的粘结性能，以确保人造

4、石结构中形成稳固密实的结构，降低其孔隙率和增强石材强度。在选择树脂时要选择低黏度树脂，以促进树脂与骨料的均匀混合，树脂黏度越低，拌和过程中就越不容易形成气泡，石材的空隙率就会下降。若在有机树脂中加入消泡剂及稀释剂，对其常温下硬化为固体无明显影响，并具有不易燃烧和一定的耐热性能，当然，前提是有机树脂必须具有较好的热稳定性。当前常用的有机树脂主要有热塑性树脂和热固性树脂，热塑性树脂加热后能够熔融或软化，具有较高的可塑性，冷却后会再固化，而热固性树脂预热后会发生化学反应，具有不可逆性，固化后再次受热不会软化，不易形变，耐热性能好。在选择树脂时，一定要选择稳定性好且线性热膨胀系数低的树脂。通常情况下，

5、pet树脂邻苯树脂双环树脂=间苯树脂乙烯基树脂。主要原因是树脂中含有树脂结构差异和不饱和双键的数量造成。pet树脂是用使用聚对苯二甲酸二乙脂（pet）裂解取代邻苯二甲酸进行聚合生成树脂，pet柔性强于邻苯，因此线性膨胀系数高于邻苯树脂。双环树脂是使用双环戊二烯作为合成单体，因为不饱和双键的数量比邻苯多，因此线性膨胀系数低于邻苯。间苯树脂是结构树脂，使用的是间苯二甲酸，具有相当强的刚性结构，因此线性膨胀系数低于邻苯。乙烯基树脂是属于双官能树脂，聚合本身就具有双键，乙烯基结构尺寸稳定性最优，因此线性膨胀系数低于间苯。影响人造石材线性热膨胀系数的因素较多，除树脂、石材骨料自身线性热膨胀系数及其结构的

6、影响外，树脂体积比对人造石材线性热膨胀系数的影响也较大。本文选择线性热膨胀系数较小的乙烯基树脂，观察不同树脂含量的级配中人造石材的线性膨胀系数，树脂体积占比分别为10%、20%、30%、40%及50%时，随着温度的增加，人造石材线性热膨胀系数的变化情况见图1.由上图可知，人造石的线性热膨胀系数同树脂用量成正比例关系，树脂用量越多，其线性热膨胀系数就越大，当树脂用量增加10%时，其线性热膨胀系数约增加1倍，可见，降低人造石中的树脂用量能够限制降低人造石的线性热膨胀系数。若岗石骨料中树脂含量为4%左右，人造石线性热膨胀系数通常都低于1.810-5/-1,石英石骨料中树脂含量超过10%左右，人造石的

7、线性热膨胀系数通常高于2.510-5/-1。不含有树脂的无机人造石，其线性膨胀系数一般低于1.010-5/-1。此外，人造石内部空隙率高、干粉、压不实等也会导致其线性膨胀系数偏高，所以，若要提高人造石的密实度和降低吸水率等物理性能，应降低其线性膨胀系数。当然，人造石材密实度的提高需要从骨料配比入手，提高骨料级配的合理性；在浆料搅拌过程中要提高搅拌效果，确保浆料搅拌均匀充分，增强树脂同骨料的润湿程度3；在生产过程中应强化设备震动压制，以增强其材料的密室读。同时，也要降低吸水率，增强人造石的真空度，以防石材内部存在孔洞及真空等情况；增强骨料的干燥度，以免所用骨料湿度不达标导致人造石内部出现空鼓。在

8、树脂方面，要防止树脂存在水分，如存在水分，对树脂反应会产生影响，进而使反应不完全，导致树脂发生水解现象等。2. 线性热膨胀系数对石材性能的影响人造石的树脂固化为线性分子静固化剂、交联剂、热或光的作用形成立体体型网络的过程，也是自由基的共聚合反应，且随体系黏度的急剧加大而无法完全固化，而此固化程度则直接影响人造石的性能，固化程度高，人造石的耐腐蚀性、耐热性及抗弯折强度等就越高4。当然，这其中固化剂及为重要，可对人造石凝胶时间进行有效控制。人造石固化剂主要分为中温、高温和常温三中固化剂，在石材固化过程中仅能选用一种温度，若所选固化温度不合适，则会导致人造石固化不完全，降低其硬度。为评估线性热膨胀系

9、数对人造石性能的影响，本文选择pet树脂（a）、双环树脂（b）、邻苯树脂（c）及乙烯基树脂(d)四种树脂进行级配，树脂用量级别相同，将四种树脂与骨料、色浆、促进剂、固化剂进行均匀充分的搅拌混合，经固化、打磨机抛光后，四种人造石的性能检测结果与常用的人造岗石检测结果进行比较，比较结果见表1.表1.四种树脂同用量下的人造石性能检测结果人造石性能abcd人造岗石拉伸强度（mpa）6970697362弯曲强度（mpa）9813210614085热变形温度（）831021109455-110延伸率（%）2.54.03.24.52.1-2.3抗弯曲强度（mpa）5971647910-56耐酸性（%）无反应

10、无反应无反应无反应无反应光泽度（光泽单位）7683868062-76树脂含量55555-9耐磨性（g/m）0.0070.0120.0090.019密度（g/m）2.22.32.22.62.2-2.3干燥压缩强度mpa14516615217282-153莫氏硬度6108124-6由上表可以看出，在树脂用量一定的情况下，树脂线性热膨胀系数越低，人造石的抗弯曲强度、光泽度、耐磨性、弯曲强度、拉伸强度、热变形温度等性能越强。乙烯基树脂和间笨树脂对人造石强度力学性能、热稳定性、耐熔性等性能的提高具有强化作用，同常用的人造岗石相比，其抗弯曲强度、干燥压缩强度等都得到显著提高，邻苯树脂对人造石的阻燃性能、光

11、泽度具有明显的改善作用，乙烯基树脂能够显著增强人造石耐水性及热稳定性，其抗弯强度、延伸率均明显高于人造岗石，人造石的韧性得到改善。由此可见，利用乙烯基树脂混合所制的人造石，其耐水性、光泽度及机械性能都显著提高，相较于人造岗石，其莫氏硬度显著提升，吸水率明显降低，光泽度、抗弯曲强度、干燥压缩强度均显著提高。四种树脂的线性热膨胀系数由小至大分别为：乙烯基树脂、双环树脂、邻苯树脂、pet树脂，而由其所制的人造石的性能中，乙烯基树脂参与制作的人造石性能最强，其次是双环树脂，邻苯树脂再次之，pet树脂最弱。可见，线性人膨胀系数对人造石性能具有重要影响作用，线性膨胀系数越高，人造石性能就越差。线性膨胀系数

12、越高，人造石材的强度就越低，其抵抗外力的能力也越降低，抗压抗折能力也会有所降低。若线性膨胀系数偏高，人造石材极易受水泥中的碱性物质腐蚀，造成树脂发生水解，从而是人造石板面泛白，导致其光泽暗淡，无法抛光。在铺贴的人造石中，由于其无法长时间经受热胀冷缩的影响，会造成铺贴发生暗裂及空鼓的问题，严重时会发生脱落，甚至带来安全隐患。此外，线性膨胀系数偏高，会增加人造石的变形度，在铺贴或放置过程中极易发生翘曲变形，或出现返粘，也容易出现异味，这种异味主要是树脂所致，并会滋生细菌，极易被污染，且污染程度非常深，很难彻底清理此污染物。此外，最重要的是人造石的耐磨性会降低，容易发生表明刮花等问题。三、降低线性膨

13、胀系数方法由上述分析可知，线性膨胀系数对人造石性能的影响非常大，而影响线性膨胀系数的因素也非常多，且很复杂，如石材骨料及树脂自身的线性膨胀系数、压实度、搅拌的均匀度、振动效果等，会增加人造石的孔隙率，从而导致其性能下降。所以，除了选用线性膨胀系数小的骨料，混合过程中搅拌均匀、压实等外，还应注重树脂因素的影响。（1）降低树脂用量，合理科学地做好人造石的级配比例。选用树脂时要选用性能好、稳定性强且树脂黏度低的树脂，并针对所选骨料的特征进行选择，如做一般的石英石及岗石，选择800-1200cp较为合适。同时，也可以通过分散剂来降低树脂的用量，应用固体分散剂及液体分散剂强化树脂的浸润性；应用符合石英石

14、的立式搅拌机和符合岗石结构的双轴卧式搅拌机，以确保能够均匀充分地搅拌，增强混合料的密实度，减少树脂的用量。（2）选择尺寸稳定性好且刚性大的树脂。选择柔性树脂的岗石方料的质量更加容易控制，而选择刚性大的方料则容易开裂。所以，可以选择应用pet-dc共聚树脂，该类聚合树脂不但能够提高刚性，有具备了pet树脂的柔性，是确保线性热膨胀系数降低的同时，该方料也不容易开裂。同时，要注重树脂的性能特性，由此方面看，乙烯基树脂的质量最好，能够满足线性热膨胀降低、不开裂等性能要求。然而，乙烯基树脂的价格相对较高，应用乙烯基树脂制作的人造石成本价格较高，所以，在选择树脂时，不但要注重其性能要求，也要考虑到价格的因

15、素，当然，可以将乙烯基树脂同普通邻苯树脂掺混应用，这样既能提高人造石的性能，还能降低单纯使用乙烯基树脂的成本。（3）提高树脂固化速度。树脂固化速度直接影响人造石的性能，固化速度越高，人造石的强度、耐腐蚀性和耐热性能就越高。但要提高树脂固化速度则要强化搅拌效果，提高搅拌速度和均匀度，提高搅拌的温度，使混合料能够在反应前充分地吸收热量。通常情况下，方料的反应速度为8-12个小时，若将方料反应速度提高到3个小时内，则人造石的性能会显著增强。（4）提高树脂固化完成程度。树脂固化需要合适的温度，在合适的温度范围内，树脂基的人造石方能够完全固化，从而提高人造石的硬度。当前，树脂固化完成过程中常用热水淋浴的方式进行降温和加温，以更好地控制树脂固化的温度，或利用升联合贺州学院开发了微波固化等手段来完成树脂基乙人造石的固化，防止其出现不完全固化，通过物理手段提高其固化完成程度，以确保人造石的硬度。