玉質(zhì)裝飾板材的研究與應(yīng)用

玉質(zhì)裝飾板材的研究與應(yīng)用

1廢玻璃裝飾改性材料隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高。城市居民住宅樓已開始大量采用各種飾面材料,以往外觀粗糙、不耐雨水沖刷、日曬變色的外墻涂料已較少采用。隨著改革開放的深入,各大中城市建造的現(xiàn)代辦公樓、商貿(mào)中心、賓館、飯店、展廳、劇院、舞廳等各種建筑物將會(huì)越來(lái)越多,所需具有相應(yīng)質(zhì)量的配套裝飾材料也越來(lái)越多。認(rèn)識(shí)到這一市場(chǎng)的巨大潛力,我們研究了一種可用于內(nèi)外墻面、地面、臺(tái)面、柱面裝飾的新型裝飾材料。這種材料必須符合下列基本要求:(1)表面光滑、富有光澤、不沾灰塵又便于清洗;(2)有一定的耐磨性;(3)有一定的強(qiáng)度;(4)有較高的藝術(shù)性和裝飾性;(5)有一定的化學(xué)穩(wěn)定性;(6)不老化、不變色;(7)有足夠的耐寒性(外墻裝飾和室外地面裝飾);(8)阻燃;(9)原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉;(10)對(duì)人體沒(méi)有危害。經(jīng)過(guò)了3年的研究,我們所研制的新型裝飾板材能滿足以上條件。這種裝飾板材是以回收的廢玻璃為主要原料,加入少量輔料,經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)并壓制成形的新型綠色建材,是新一代高檔建筑裝飾板材?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整配方而使板材呈現(xiàn)不同的色澤和質(zhì)感,具有玉石一樣晶瑩剔透的外觀,給人以富貴典雅、耳目一新的感覺(jué),因此稱作玉質(zhì)裝飾板材。這種新型裝飾板材在建筑裝飾領(lǐng)域可以和大理石、花崗巖及微晶玻璃相抗衡,將是繼微晶玻璃之后又一高檔人造板材。同大理石、花崗巖相比它沒(méi)有放射性,對(duì)人體沒(méi)有危害,可人工控制其色調(diào)。同微晶玻璃相比其原料成本低,無(wú)需晶核劑,工藝要求簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高,能耗低,同樣可以經(jīng)過(guò)熱處理制成各種圓弧形或其它特定形狀的異型材,可以用作各種建筑的內(nèi)外墻面、地面、臺(tái)面和柱面的高級(jí)裝飾。目前,世界各國(guó)為減輕環(huán)境污染、節(jié)約能源、礦產(chǎn)及化工原料,正在大力開展回收利用廢玻璃的工作,許多國(guó)家制定了專門的法律和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)綜合利用廢玻璃的工作自建國(guó)以來(lái)就一直在進(jìn)行,但由于多種原因,進(jìn)展相當(dāng)緩慢。英國(guó)在1977年建立了廢玻璃再生中心,美國(guó)、加拿大、德國(guó)、法國(guó)利用廢玻璃鋪設(shè)路面,日本和前蘇聯(lián)等國(guó)為綜合利用廢玻璃做了大量有益的工作,他們把回收的廢玻璃用于生產(chǎn)玻璃棉、泡沫玻璃、玻璃馬賽克、玻璃瓷磚、微晶玻璃飾面材料等。國(guó)內(nèi)消耗廢玻璃的大戶是小平拉生產(chǎn)線。1995年平板玻璃熱銷時(shí),小平拉生產(chǎn)線達(dá)到400多條,年消耗廢玻璃130萬(wàn)t,年生產(chǎn)再生玻璃2500萬(wàn)重箱,但隨著人們生活水平的不斷提高和平板玻璃市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈,這種低價(jià)低質(zhì)的再生平板玻璃已不再具優(yōu)勢(shì),現(xiàn)在這種小平拉生產(chǎn)線已有不少呈停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)。國(guó)內(nèi)還利用廢玻璃來(lái)生產(chǎn)瓶罐玻璃、實(shí)心玻璃微珠、空心玻璃微珠、泡沫玻璃等。利用廢玻璃作建筑裝飾材料比重不大。利用廢玻璃作微晶玻璃飾面材料在我國(guó)還處于研究、中試階段,雖已有廠家生產(chǎn),但因技術(shù)尚有缺陷,亟待改進(jìn)和提高?！豆杷猁}建筑制品》報(bào)道了山西曲沃新型工藝制品廠將廢玻璃破碎后試制彩色豪華浮雕裝飾板材成功。但未詳細(xì)介紹生產(chǎn)工藝?！恫Ａc搪瓷》雜志報(bào)道了“用碎玻璃制造玻璃大理石飾面板”,但也只限于一般的實(shí)驗(yàn)室探索。還有用碎玻璃磨成粉并加一定比例的石英砂或氧化鋁粉來(lái)制出燒結(jié)裝飾材料?？偟膩?lái)說(shuō)這些工藝都要求將玻璃磨細(xì)至粒度<0.7mm,有的甚至要求更細(xì):<0.1mm。按照產(chǎn)品的成形工藝,以廢玻璃為主要原料生產(chǎn)裝飾材料可分為四類:(1)熔融法:將廢玻璃熔融后,制做玻璃馬賽克等(此方法能耗大);(2)模具燒結(jié)工藝:把原料混合物放入用耐熱材料制成的模具中,加熱燒結(jié)而成(制品致密度差);(3)制坯成形工藝:把原料混合物加入適量粘結(jié)劑后在模具中加壓制成坯體,然后將坯體加熱燒結(jié)而成(坯體易變形);(4)擠壓成形工藝:把原料混合物加入適量粘性物料后呈可塑狀態(tài),用擠壓機(jī)械一次成形,不進(jìn)行燒結(jié)(此類制品的耐磨性低)。綜合以上成形工藝,比較其優(yōu)點(diǎn),我們?cè)谟褓|(zhì)裝飾板材的成形工藝上進(jìn)行了大膽探索,成功地研究出高溫壓制成形技術(shù),解決了燒結(jié)型制品普遍存在的問(wèn)題。2社區(qū)可配整理的輔料見(jiàn)表3玉質(zhì)裝飾板材同其它現(xiàn)有的燒結(jié)型玻璃裝飾板材工藝相比有四個(gè)顯著的不同特點(diǎn):(1)無(wú)需填加任何粘結(jié)劑;(2)采用了一種簡(jiǎn)便而又實(shí)用的輔料的引入方法;(3)本工藝對(duì)碎玻璃尺寸無(wú)嚴(yán)格限制;(4)本工藝的一個(gè)最大特點(diǎn),也就是燒結(jié)型玻璃裝飾板材工藝上的重大突破,采用了高溫壓制成形技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)一方面降低了成形溫度,節(jié)約了能源,另一方面降低了制品的氣孔率,增加了制品的致密性,提高了制品的強(qiáng)度。工藝流程見(jiàn)圖1。3玉質(zhì)裝飾板的原料(1)分類器+干燥回收的廢玻璃首先經(jīng)過(guò)破碎機(jī)粗碎,然后進(jìn)入分類器,用壓縮空氣噴頭分離紙張等輕質(zhì)雜物,用大功率磁鐵去除鐵質(zhì)、瓶蓋及其它磁性物質(zhì),然后進(jìn)行清洗,干燥后稱量。(2)立體構(gòu)形輔料的作用是賦予板材不同的色調(diào),在界面處形成清晰界面,使板材呈現(xiàn)層狀立體構(gòu)形。輔料的引入量不超過(guò)主料的10%。將主料和輔料混合均勻后裝入涂有脫模劑的耐火材料模具中。4廢玻璃的類型由于玉質(zhì)裝飾板材的主要原料是廢玻璃,所以材料的燒結(jié)溫度與玻璃的軟化溫度直接有關(guān)。廢玻璃種類很多,化學(xué)組成各異,軟化溫度亦各不相同。一般玻璃的軟化溫度見(jiàn)表1。為了保證燒結(jié)質(zhì)量,坯體的燒成溫度一般應(yīng)高于玻璃軟化溫度150～250℃。對(duì)于硬質(zhì)玻璃、中性玻璃(如化學(xué)儀器玻璃、燈泡玻璃及某些醫(yī)用玻璃)等軟化溫度較高的玻璃,燒成溫度亦相應(yīng)提高。燒成溫度偏低,將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量(如強(qiáng)度和表面光澤度等),但是燒成溫度也不能太高,溫度過(guò)高將導(dǎo)致制品產(chǎn)生大量氣泡。為了保證制品質(zhì)量,將所收集的廢玻璃按種類進(jìn)行分類,分別堆放,一般不混合使用。另外,燒成溫度還和碎玻璃尺寸大小及燒成溫度下保持的時(shí)間有關(guān)。對(duì)于碎玻璃尺寸大的,如某些平板類碎玻璃,這時(shí)就需要適當(dāng)提高燒成溫度并延長(zhǎng)燒成溫度下所保持的時(shí)間,一般為了提高生產(chǎn)效率,要盡可能提高燒成溫度,縮短燒成溫度下所保持的時(shí)間。5壓制成形工藝我們所燒結(jié)的玉質(zhì)裝飾板材具有層狀立體構(gòu)形。為了保持這種隨意的立體層狀效果,所有廢玻璃無(wú)需磨細(xì)成粉,只要進(jìn)行粗碎,控制碎玻璃最大尺寸在120×120mm以下即可。由于碎玻璃尺寸不定,其裝入模具中堆積松散程度隨玻璃尺寸形狀而各異。為了保證制品燒結(jié)的致密度、降低制品氣孔率、縮短燒成時(shí)間,我們采用了特殊的高溫壓制成形技術(shù)。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究,我們總結(jié)出燒成溫度、燒成時(shí)間、成形壓力與碎玻璃尺寸及制品厚度之間的關(guān)系,優(yōu)化了壓制成形工藝,其對(duì)應(yīng)關(guān)系列于表2。制品越厚,成形壓力越大,對(duì)于其它厚度的制品,我們總結(jié)出如下的經(jīng)驗(yàn)公式:Pd=α·d/15·P15(1)其中:Pd——實(shí)際厚度時(shí)的成形壓力α——校正參數(shù),其取值范圍為0.9～1.2d——制品厚度(mm)P15——厚度為15mm時(shí)的成形壓力。根據(jù)上面的經(jīng)驗(yàn)公式,就可計(jì)算出不同厚度制品所需壓力。6冷卻、慢冷階段成形溫度一定時(shí)間后至反應(yīng)溫度玉質(zhì)裝飾板材經(jīng)過(guò)壓制成形后需要進(jìn)行退火,以消除在降溫過(guò)程中由于溫度梯度而產(chǎn)生的應(yīng)力。制品可以由成形溫度快速降到退火溫度階段,在退火溫度區(qū)經(jīng)過(guò)一段保溫時(shí)間后進(jìn)入慢冷階段。當(dāng)溫度降到380℃時(shí)進(jìn)入快速降溫階段,此階段可以盡量快,因?yàn)橛?80℃降溫已不可能在制品中形成永久性應(yīng)力,而快冷形成的暫時(shí)應(yīng)力在制品達(dá)到溫度平衡時(shí)隨即消除。6.1最高退火溫度t玉質(zhì)裝飾板材的退火溫度可以參照相同厚度玻璃的退火溫度適當(dāng)調(diào)整即可。T=T0-[60+67(lgd-1)](2)式中:T為退火溫度(℃);T0為最高退火溫度(℃);d為制品厚度(mm)。對(duì)于厚度為15mm的板材,如果其最高退火溫度T0=570℃,那么代入上式,可求得退火溫度T。T=570-[60+67(lg15-1)]=500℃而保溫時(shí)間可由公式(3)確定t=0.255·d2(3)當(dāng)d=15mm時(shí),保溫時(shí)間為57.4min。6.2冷速度(1)壓力大的檢驗(yàn)h0=0.15δ/0.13d2(4)若允許應(yīng)力δ=0.19MPa,d=15mm時(shí),h0=0.7℃/min這樣由500℃降至490℃需要14min。(2)降溫速率的測(cè)定h=h0/2(1+2T0?T20)h=h0/2(1+2Τ0-Τ20)(5)h為每降低10℃后,下一個(gè)降溫區(qū)間10℃內(nèi)的降溫速率。T為每降低10℃后的溫度。6.3退火溫度控制表對(duì)于厚度為15mm的板材,經(jīng)過(guò)公式(4)、(5)可以得出退火溫度控制表(見(jiàn)表3)。上述為理論計(jì)算值,在實(shí)際生產(chǎn)中我們并不能如此精確,它只為玉質(zhì)裝飾板材的退火制度提供參考。溫度高時(shí)要緩慢降溫,以后可逐漸加大降溫速率。715厚度玉質(zhì)裝飾板的整個(gè)加工過(guò)程溫度控制整個(gè)燒結(jié)過(guò)程,主要有下面八個(gè)階段,其中軟化溫度附近、燒成溫度區(qū)域和退火溫度區(qū)域三個(gè)階段為燒結(jié)過(guò)程中的關(guān)鍵階段。(1)從室溫到軟化溫度這一階段為升溫階段。在這一階段可以用盡可能快的速度升溫。(2)軟化溫度在玻璃的軟化溫度附近,需要保溫一段時(shí)間。(3)從軟化溫度到燃燒溫度這也是升溫階段。這一階段可以快速升溫。(4)早期的反應(yīng)階段該階段為保溫階段。在燒成溫度下需要保溫足夠的時(shí)間,此階段是材料中各種原料間發(fā)生反應(yīng)進(jìn)行燒成的關(guān)鍵階段。這一階段質(zhì)量的好壞,將直接響到制品的性能。(5)從燃燒溫度到防火溫度這一階段為降溫階段。制品燒成以后,降溫至退火溫度的階段,可以快速降溫。(6)加熱溫度該階段為保溫階段。600～500℃是制品的退火溫度范圍,需要保溫一段時(shí)間,消除制品中存在的應(yīng)力。(7)從溫度r到380c這一階段為降溫階段。由退火階段溫度至380℃的降溫應(yīng)足夠緩慢,因?yàn)槿绻鋮s較快,仍有可能在制品中形成永久性的應(yīng)力。(8)燒結(jié)冷卻對(duì)燒結(jié)溫度的影響這也是降溫階段。由380℃降至室溫,可以盡快降溫(冷卻速度可以不使制品爆裂為限),因?yàn)橛?80℃降溫已不可能在制品中形成永久性的應(yīng)力,而快速冷卻形成的暫時(shí)應(yīng)力在成品達(dá)到溫度平衡時(shí)隨即消除。以上的燒結(jié)溫度以平板碎玻璃為原料,其最大尺寸<50×50mm。若制品厚度>15mm,則要適當(dāng)提高燒成溫度,增大成形壓力和降低退火保溫溫度。若制品厚度<15mm,則要降低燒成溫度,減小成形壓力,