底板成型机(加工裂隙石材的若干方法)

Posted 2023-05-25

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底板成型机(加工裂隙石材的若干方法)

摘要

对于石英质玉石、透闪石及叠层石类裂隙较严重的矿物，在矿山开采时宜用钻孔注胶的先聚合后胀裂的办法而充分利用；对于晶体矿物碎石，宜用曲折联动型的成型装置，在双曲折布料与联动的下振工艺中进行密切叠垒的聚合成型：对于碎板及有裂隙的薄板，宜用多层的拼接复合装置，在双层复合及限制变形的工艺中制作低树脂用量及近似原构聚合的复合板材。

关键词

裂隙石材钻孔注胶曲折联动拼接复合限制变形原构聚合

引言

目前，在石材及其矿山开采领域，对大理石、花岗石等晶体矿物的开采，已较多地使用矿山圆盘锯与串珠绳锯的锯切方式，而对钙质的矿山碎石，也会用合成岗石成型工艺加以利用。在矿山岩体存在较多节理裂隙的条件下，其不足30%的成荒率必然要形成大量碎石堆积及荒料因裂隙而不能进行锯切加工的问题。例如甘肃敦煌玉矿山较高的硬度与较多的裂隙问题，使其尽管有储量大与观感好的优点，但其开采及加工中出现的较多碎石及碎板使其难以产生效益及规模效应。再如内蒙古的蛇纹石化大理石、山西的透闪石等矿山，均是节理裂隙问题使其在用天然石材工艺的生产中无法保证其出材率。

装饰石材是用钙质与硅质的晶体矿物为原料，这类矿物的脆性及抗折强度较低的特点，使其自然存在原生与次生裂隙，也因此使得现行的石材生产的特点是回避节理裂隙而取无裂者用之。合成岗石是用意大利百利通公司的异构聚合工艺，在矿石进一步破碎成12cm以下颗粒以及用60%以上的填充料进行强压成型，但其石块稀少的观感使其价值较低。合成岗石与实体面材人造石均是侧重用高分子材料进行聚合的产品，两类产品的生产中为减少有机树脂的用量均采用了石粉作为填充料，并且其填充是在石块与石块的缝隙之间。可否将有机树脂渗透在石材节理裂隙之间而进行其原构聚合，并且利用有机树脂在后期的高压力使其胀裂，是一项涉及到多种技术而具有多重价值的研发工作。与之配套的荒料成型与拼接复合板的成型也应在30年前引进国外技术的基础上进行较大的变革。例如将荒料成型的石料粒径扩大到20cm以上，石块用量（配比）增大至70%以上，拼接复合板的复合基体的树脂液中掺加石粒及石粉而用振动力进行复合成型，并避免其固化中的翘曲变形。这些均涉及到研制专用成型设备及成型工艺升级的问题。

1 钻孔注胶的方案

一种钻孔注胶开采加工裂隙石料的方法，采用高分子胶液及其注胶装置，利用深孔进行强压注胶并用20~70MPa的压强对岩体进行胀裂，经钻孔刻槽、设置胶嘴、胶液配置、表面填缝、强压注胶和表面渗胶六道工序完成节理裂隙岩石的胶结愈合及注胶胀裂。各工序的特点是：钻孔刻槽工序是在岩体的垂直与水平两个方向分别用凿岩机钻出直径为30~42mm且相互间距为200~600mm的沿直线排列的三排深孔，并用刻槽工具对垂直圆孔为水平圆孔深度为2倍值以上的深孔分别进行对称“V”型的深度为5~7mm的刻槽；设置胶嘴工序是将若干个注胶嘴分别粘结并紧固于各深孔的孔口位置，并用高压胶管分别联接于注胶装置，还用绝缘导线将预设在深孔中的电加热器与交流调压器连接；胶液配制工序是用不饱和树脂或水性环氧树脂，分别与固化剂、促进剂、偶联剂和稀释剂按一定的质量比混合；表面填缝工序是用高聚物对岩石较为明显的裂隙进行填充、涂刷及封闭；所述的强压注胶工序是用注胶装置在5~20min的时间内将高分子胶液压强逐渐增大至70MPa，利用深孔及岩体裂隙进行前期渗胶与后期胀裂的过程，而后用交流调压器在数分钟内将电压升高，利用电加热器对孔中的高分子胶液进行加热膨胀，并用气体压力使深孔中的胶液压强进一步升高，从而在岩石三个面受力日在胶液压力大于岩石断裂应力时使得岩石分裂；所述的表面渗胶工序是用岩石胀裂后散流的高分子胶液对岩体及石料的外表进行涂刷处理，用此可代替下一块岩石分裂的表面填缝工序。

本技术的特点及优势是：采用钻孔与高压注胶方式，使得高分子胶液利用深孔形成了延伸到内部的加压空间，也使其能够从内向外地扩散到岩石的节理及微孔之中：接近于70MPa的胶液压强较现行的静态膨胀剂具有能量较大与快速进行的优点，由此在裂隙面的渗流量与隙宽的三次方成正比并与压力成正比的定律中，能够简易地达到前期渗透而后期崩裂的双重效果；在深孔中刻槽是刻槽气胀技术的延伸，在其尖角接近60°及深度达到圆孔直径的15~1/6时，利用尖角处产生的应力集中与撕裂效应，可用较小的膨胀力完成脆性岩石的受压分裂；采用水性环氧树脂、固化剂和水共同配制的胶液，利用环氧树脂分子上引入羟基、羧基、醚基等强水性基团而具有水溶性，使其易于随水渗透进石料的结构层及微隙中，在潮湿的环境中能够粘结固化，较好地实现岩石的原生节理与构造节理的胶结愈合；采用电加热器对深孔中的胶液进行加温膨胀的方式，是用电加热元件表面的高温使胶液膨胀，在原有胶液压力的基础上，叠加气体膨胀力而使脆性矿物破裂分解。本技术对石英质玉石、叠层石、透闪石、透辉石、珍珠岩和大理石等因节理裂隙难以成材的矿物，利用胶液充分渗透于其中的条件，使得现行工艺无法加工的裂隙岩石能够以原构聚合方式变废为宝。

2 曲折联动型合成岗石成型机

现行的合成岗石成型机基本上没有超出意大利百利通的曾经拥有专利权的技术范畴。这种用单台搅拌机与其垂直下料的布料方式，受其双卧轴搅拌杆的限制使其石块粒径不能超过12cm，还受其压头从下往下的振动压缩方式的限制使其较大粒径石块的用量不宜超过40%，由此使其合成产品是填充料为主的石块稀疏的观感。如何将石块动态地进行叠垒，同时将细砂混合料恰入其分地分布于其中，再用激振力进行其交融的聚合成型，是涉及到搅拌、布料、振动和压缩四大环节都必须进行改进及变革的课题。

曲折联动型成型机的设计方案是：在主机通道的底板下方装有对模箱进行下部振动的四个振动器，分别由4~12只压缩弹簧支撑且在平板下边对称设置两台逆向运转的偏心振动电机，用激振功率为4×2×10kW的振动器配合模箱上面的弹性压头而以下振方式进行致密成型：压头是吊挂于通道上部对模箱中的混合料进行弹性压缩的方槽轻型器具、在其两侧边装设套装于传动杆的四个套筒式联接件，用四只油缸以上压式结构进行升降控制，并用其传动杆上套装的压头弹簧构成弹性压缩结构：搅拌机是在主机通道的上面平行装设容量比为1~2∶1的两台卧式双轴搅拌机，并在其下料口分别设置向下倾斜50~70°的其两侧装有侧边的滑板；滑板上部配置有直径为45~60cm的压板圆辊，其两端轴承及附件装侧在通道底面的联挂件上，滑板与压板圆辊表面的间距为3~6cm，压板圆辊以5~10r/min的转速对滑板上的细砂混合料进行压制与推进，还用滑板上面配置的两组喷涂器具对辊压料体进行动态的喷涂染色。

双搅拌与双滑板布料的工作机理是：在较大容量的搅拌机内装入粒径为10~25cm且质量比为75%以上的石块，利用0~3r/min的慢速拌合力，并用喷涂器喷洒的色浆对石块表面染色及胶液渗透，以此同细砂混合料交融并聚合后可形成细微的紧密相接的缝隙效果，尤其在两台双轴搅拌机均装入细砂料体时，利用其辊压、喷涂染色的动态的配制条纹纹理的过程，能使其仿制天然石纹理的水平达到较高层次。下部振动的成型机理是：用压缩弹簧分别支撑的四台组合式振动器，利用固有频率与激振频率接近而发生谐振的规律，同时在弹性压缩的压头辅助与下部压缩弹簧的调节中，能够用较小功率的电机及联动作用产生较大的激振力；四台振动器分别以工频工作并对模箱底板进行的联动冲击具有产生4倍频振动的条件，由此各台逆向旋转的两振动电机逐渐趋于同步及4倍工频的高频率实现砂状混合料的充分致密，还用压头的弹性压缩形成石块及石粒相互间的滑动而达到充分致密的效果。

3多层组合型拼接复合成型装置

现时的玉石建材类的复合板是将玛瑙、水晶及石英岩玉石类矿物先分切成10mm左右厚度的薄片，用手工排布在玻璃制的模板上，再将高聚物与铝粉混合的糊状物对拼接板进行覆盖，而后逐块送入实体面材入造石用的真空箱内进行排气脱泡及固化而完成其薄板成型。如果在高聚物中配加石粒及石粉使其混合料成半黏半散状而对拼接板进行复合成型，具有使用树脂少、成本低等特点，但其设备应具有揉压的振动力，并且要具有在加温固化时阻止复合板翘曲变形的功能，还应考虑将成型与固化归为一体而降低造价的问题。

多层组合型拼接复合成型机的设计思路是：在两端设置用密封门进行密封的真空箱2，用油缸3联动并沿传动杆滑动的压板，放置于其中且相互间用层间弹簧9支撑的模板8，以及下部吊装的振动组件11、压板12与油缸3之间用缓冲弹管支撑，传动杆13上端装有联杆、下端固装有挂钩，利用上端联杆在压板12上升距箱顶80mm时带动传动杆及挂钩上升；在压板从压住模板8上端边至各层模板8的缝隙距离为零的25~50cm行程内，用控制油缸3的电动液压阀以低频对叠放的12~16块模板8进行垂直的压下与拉起的重复运动；振动组件11是在振动座上装设两台逆向运转的单台功率为2.4~4KW的振动电机，用上端是托盘及套装主振弹簧10的四根振动杆与振动座用转轴联结成吊挂结构，主振弹管10是中径为120mm及高度为200mm的圆柱螺旅弹簧，放置在焊装于真空箱2凸侧壁的内径为150mm的套筒中，两台对称装设的振动组件分别以工频运转，两者组合而在其不同步时可对质心形成2×50Hz的叠加频率，并用主振弹簧的储能作用形成较大的激振力；模板8是用厚度为10mm，长宽为2600×1460mm锰钢板与模截面为60×24mm的钢带焊结为边框形组件，在其边框沿长度方向依次间隔80~160mm的距离钻有直径为45mm的圆孔；放置于圆孔中的层间弹簧9是中径为32mm，高度为65mm的圆柱弹簧，按从上往下逐层递加2个的规律设置，并形成受压板作用时从最下层形成层间缝隙闭合而逐渐往上的规律；在真空箱2的下部焊接宽度为800mm的凸台，在其两外端装设八只支座6，并在其侧边焊装有与真空泵及加热管路联接法盘，主体结构见图1。

拼接复合成型的工艺顺序为：双层布料工序是将石英质玉石、透闪石、透辉石及叠层石矿物用中小型圆锯机加工成不规则的5~10mm厚度的薄片，在模板中以密切相接的方式进行排布，再将10%~15%用量的不饱和树脂与矿物石粒及石粉混合的半散半黏状混合料以8~12mm的厚度进行上层的铺放，而后将12~16块模板依次叠放于传输台车上，其中在各层间分别放置层间弹簧；抽真空工序是在模板用台车沿导轨送

到真空箱中，用传动杆下端的挂钩抬升30mm后退出台车而将叠放的模板放至在凸台上，关闭两端的密封门后进行接近于～01MPa的真空抽制：振动成型工序是用油缸联动压板压住最上层模板的边框开始，至各层模板缝隙闭合的行程内，在下部振动组件振动的5~8min时间中，以每分钟升降1~2次的频率形成层间缝隙从最下层闭合而逐渐往上的闭合规律，其间下部2×50Hz的激振力也逐层向上传递，并在各层模板自激振动形成的弹跳中对其分别的下层混合料进行弹性压缩：加温压缩工序是升起压板后，用循环热风对箱内空间进行90~100℃的加热，在复合板初期发生翘曲时，降下压板使各层模板间的缝隙闭合，再经后加温升起压板及模板完成固化；脱模工序是在叠放的模板逐片吊离而将其复合板逐片制离，其后的粗磨、精磨工序同于现行工艺。见图1。

4综述

石材加工是晶体矿物的充分利用，脆性矿物的裂隙宜用胶结愈合的办法进行处理。在开采中的钻排孔及注胶具有原构聚合的内涵，其后用更高的胶液压力及受热的膨胀力使其断裂，较锯切式分解更有省工省料的益处。荒料成型机改变为双搅拌、曲折布料及下部振动的成型方式，在其大块度石料不参予搅拌与振动频率近接固有频率而形成自激共振时，能够用较小的激振功率进行高密度的成型，由此宜于形成石块的叠垒及条纹流畅的观感效果。拼接复合板的成型是用揉压中的振动与加温中的挤压解决了拼接薄板易碎裂及固化中易变形的问题。增大激振力及减小压缩力是包括人造石英石在内的合成岗石成型致密的关键所在，例如石英石薄板成型机用压缩弹簧支撑压头而抵消真空负压力，则对致密很有益处。石英质玉石、透闪石等含硅较高且裂隙较严重晶体矿物的加工利用，采用高聚物以恰如其分的办法进行愈合是关键技术。上述四项有关裂隙石材开采加工的技术均已取得中国发明专利权。

全文完刘建平山西省五台县经贸局首发《石材》2015年6期，经作者授权转载。

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