摘要：對(duì)石英合成石成型的振動(dòng)頻率、振動(dòng)器組合、布料器的改進(jìn)和曲面成型進(jìn)行了討論，強(qiáng)調(diào)了“1+2+1”的振動(dòng)器組合與雙水軸的布料方式的合理性。
　　
　　關(guān)健詞：石英合成石振動(dòng)布料曲面藝術(shù)
　　
　　在用大理石為骨料及填充料的我國(guó)南方稱(chēng)為崗石的合成石，經(jīng)歷了迅猛發(fā)展的七、八年時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了年產(chǎn)2000萬(wàn)m2以上的生產(chǎn)能力。隨著裝飾市場(chǎng)對(duì)其耐磨性與藝術(shù)性需求的變化，尤其是櫥柜臺(tái)面對(duì)其防滲性的要求，促使其改用石英石粒及石粉，并以莫氏6級(jí)以上的硬度成為人造合成石中的佼佼者。石英合成石的生產(chǎn)設(shè)備與工藝，仍屬于真空振動(dòng)壓制成型的技術(shù)范疇，但在以20多年前進(jìn)口的125 x 125cm的薄板成型機(jī)為基本模式研發(fā)出來(lái)的壓板機(jī)，屢屢暴露出壓制的密實(shí)度不夠、大板翹曲、聚醋樹(shù)脂用量偏高和設(shè)備的可靠性不高等問(wèn)題。
　　
　　1現(xiàn)行的薄板成型機(jī)及生產(chǎn)工藝
　　
　　從現(xiàn)在投入使用的薄板成型機(jī)來(lái)看，其結(jié)構(gòu)是：在垂直升降的真空罩內(nèi)配置了四角為圓弧的整體為長(zhǎng)方形的壓具(壓頭)，用4個(gè)氣缸及活塞傳動(dòng)其邊框高度為20-50cm的壓具升降，并在真空罩與垂直滑動(dòng)的壓具之間采用側(cè)邊膠棍或頂部膠帶密封方式;在壓具底板上配置4個(gè)或6個(gè)其功率分別為5.5-55kW的振動(dòng)器，其中有直接傳動(dòng)或用皮帶間接傳動(dòng)兩種形式;在下部平臺(tái)縱向的兩端分別設(shè)置同一水平面的平臺(tái)，并用厚度為8-12mm的皮帶沿其水平面進(jìn)行料體傳輸;在布料器下面設(shè)置其可垂直升降的布料邊框，在布料器的往復(fù)移動(dòng)中對(duì)邊框內(nèi)進(jìn)行散狀料體的分布;在傳輸帶尾端設(shè)置分為8-12層的可垂直升降的多層高溫固化箱，較為先進(jìn)的分層固化是在每層的上部配置3-5cm厚度的鋁制加溫板，在送入薄板后壓合于料體上面。薄板成型大致的工藝過(guò)程是：采用外擺線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的雙行星攪拌器進(jìn)行18 x 9r/min的快速混料;對(duì)4-80目的石英石料、230-800目的石英細(xì)粉、6%一12%的不飽和聚醋樹(shù)脂和硅烷偶聯(lián)劑等進(jìn)行立式的混料;經(jīng)傳輸帶將料體送入筒形的布料器而進(jìn)行二次混合，并在其移動(dòng)中對(duì)四周用邊框固定的鋪設(shè)有紙板的皮帶面上進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)2-5次的布料;在料體周邊初步壓實(shí)定型并在其上面鋪放紙板后，用傳輸皮帶將料體送入壓具與真空罩分別升起的壓機(jī)內(nèi);真空罩沿導(dǎo)向的4根或6根活塞桿下移，并用其下端面四周設(shè)置的密封膠條與傳輸皮帶面接觸而進(jìn)行密封;啟動(dòng)4-7.5kW的真空泵對(duì)料體及壓具下面的空間進(jìn)行接近于-0.1 MPa的真空抽制;控制4個(gè)氣缸及其活塞向下運(yùn)動(dòng)，并傳動(dòng)至壓具對(duì)真空罩內(nèi)壁之中的料體施加0.1-0.8MPa的壓制力;啟動(dòng)振動(dòng)器以2800-5000r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行1-5min的振動(dòng)成型;略顯黏性的1.2-3.2cm厚度的成型薄板沿傳輸帶或轉(zhuǎn)向送人60-100℃的加溫箱進(jìn)行固化。其后用兩臺(tái)配置有金剛石磨盤(pán)的定厚(粗磨)機(jī)進(jìn)行其反、正面的加工，再用磨頭可往復(fù)擺動(dòng)的連續(xù)磨機(jī)配以32# -1800#的磨頭級(jí)配進(jìn)行研磨加工。
　　
　　2對(duì)薄板成型壓制力及振動(dòng)頻率的分析
　　
　　如果以試驗(yàn)室的壓制30 x 30cm規(guī)格的小型試驗(yàn)機(jī)為參考的話(huà)，其3kW的電機(jī)功率與4200r/min振動(dòng)器的轉(zhuǎn)速兩個(gè)參數(shù)，折合至305 x 165cm的大板時(shí)的振動(dòng)電機(jī)總功率是160kW。荒料成型的經(jīng)驗(yàn)是：在小型試驗(yàn)機(jī)中確定的樹(shù)脂用量，在大機(jī)生產(chǎn)中往往將樹(shù)脂用量降低0.5-.1.5個(gè)百分點(diǎn)而可達(dá)到同樣的效果。荒料成型與小型試驗(yàn)壓制成型方式的不同之處僅在于前者具有往復(fù)波動(dòng)的相似與揉動(dòng)的波紋壓制過(guò)程。因?yàn)楝F(xiàn)在定型的振動(dòng)器采用的是2級(jí)電機(jī)，其轉(zhuǎn)速不過(guò)2900r/min。若用電機(jī)或液壓馬達(dá)并經(jīng)V型皮帶傳動(dòng)的振動(dòng)器，雖然可用減小從動(dòng)輪直徑的辦法提高其轉(zhuǎn)速，但在大功率與軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)件強(qiáng)度的限制下，其振動(dòng)的轉(zhuǎn)速也不易超過(guò)4000r/min。在壓具中如何配置振動(dòng)器與其組合是個(gè)有研究?jī)r(jià)值的課題，因?yàn)槠浜侠淼慕M合是可能在其分別的轉(zhuǎn)動(dòng)中對(duì)壓具產(chǎn)生頻率疊加與其激振力疊加的過(guò)程。根據(jù)一定的理論研究和壓制效果較好的配置振動(dòng)器實(shí)例來(lái)看，其四個(gè)振動(dòng)器采用“2+2”或“1+2+1”的組合方式較為適宜。所述的“2+2”配置振動(dòng)器的方式是在壓具上成1排或2排配置4個(gè)振動(dòng)器，兩兩對(duì)軸聯(lián)結(jié)而成2組，并將其兩組振動(dòng)器選擇為不同的旋轉(zhuǎn)方向而逆向旋轉(zhuǎn);所述的“1+2+1”的配置方式是在壓具底板上沿軸線(xiàn)排布4個(gè)振動(dòng)器，其位于兩端頭的振動(dòng)器獨(dú)立布置并采用某一相同的旋轉(zhuǎn)方向，位于中部的兩個(gè)振動(dòng)器同軸聯(lián)結(jié)而采用另一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向。這樣，在其中部串聯(lián)的兩個(gè)振動(dòng)器以某一方向及2900r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)中，另兩個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)器受其轉(zhuǎn)速的差異必然在某一時(shí)段內(nèi)產(chǎn)生方向相反的激振力，由此兩個(gè)沖擊力的相加或相減而使壓具在瞬間產(chǎn)生波動(dòng)。特別在其某一端的振動(dòng)器與中部串聯(lián)的振動(dòng)器同步運(yùn)轉(zhuǎn)，而另一端的振動(dòng)器正好產(chǎn)生相反方向的激振力時(shí)，便在此瞬間使得壓具產(chǎn)生快速的波紋擺動(dòng)過(guò)程。這種不同的旋轉(zhuǎn)方向而使壓具波動(dòng)，振動(dòng)和頻率變化的組合方式，雖然要以整體的振幅減小為代價(jià)，但其合成頻率的升高與波紋狀的擺動(dòng)是對(duì)其黏性的薄板成型是十分有益的。薄板成型的效果重在激振力而不是持續(xù)的壓制力，壓制效果還在于頻率與其快速波動(dòng)的排移力。石英合成石的密實(shí)度指標(biāo)能否達(dá)到2.5g/m3的指標(biāo)，關(guān)鍵取決于攪拌的充分性和振動(dòng)的排移性。
　　
　　3布料器及其工藝
　　
　　現(xiàn)行的布料器大多采用圓筒內(nèi)配置一根轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)，并在其不銹鋼制的轉(zhuǎn)軸上亦用不銹鋼件與三根緊貼圓筒內(nèi)壁的刮料板聯(lián)接。在立式攪拌器將料體經(jīng)傳輸帶送入布料器，并經(jīng)其單軸及單方向的二次攪拌后，對(duì)其下部的邊框進(jìn)行往復(fù)的布料，現(xiàn)在的問(wèn)題是：立式攪拌器對(duì)于石英砂粒度大于20目的特別是80目料體的快速混合，必然與黏性樹(shù)脂在往復(fù)的撥動(dòng)中形成團(tuán)粒。當(dāng)這種存在眾多團(tuán)粒的料體進(jìn)入慢速旋轉(zhuǎn)的布料筒內(nèi)時(shí)，其攪拌力對(duì)這種團(tuán)粒的細(xì)碎基本是無(wú)濟(jì)于事的。
　　
　　雙水平軸逆向旋轉(zhuǎn)攪拌器在其轉(zhuǎn)速提高至15-20r/min時(shí)，利用其2x6根具有棱行面的混料腿形成的摩擦力與翻滾力，對(duì)消除立式攪拌形成的團(tuán)粒是崗石生產(chǎn)已取得的成功經(jīng)驗(yàn)。在石英合成石已呈現(xiàn)出的細(xì)微及天然化的市場(chǎng)需求下，改進(jìn)布料器并實(shí)現(xiàn)其布料的快速性是必要的。具體的辦法是延用雙水平軸攪拌器的原理，將其單軸改為雙軸并具有二次攪拌與細(xì)碎布料的雙功能。
　　
　　在布料工序進(jìn)行花紋配制，特別是預(yù)制名貴天然石花紋的工藝也需要改進(jìn)，在崗石生產(chǎn)中已取得經(jīng)驗(yàn)的類(lèi)似夢(mèng)幻莎安娜配制花紋的工藝，是易于在薄板成型中套用的。我們多次提及的曲面成線(xiàn)、團(tuán)塊成網(wǎng)、石粒連線(xiàn)和紋版仿形的觀點(diǎn)及方案在這種非真空下的操作確實(shí)不是難事。
　　
　　4薄板成型的工藝延伸
　　
　　石英合成石的主要原料是具有透明性的石英石，某些以Si02成分為主并具一定色彩的巖石完全可以采用。例如矽石、珍珠巖和黑曜石等。在人們講究其藝術(shù)性與養(yǎng)生性的時(shí)尚下，其產(chǎn)品研發(fā)的深層次工作應(yīng)注意巖石的成分，尤其是注意某些對(duì)人體有益成分及元素的充分利用。
　　
　　通常的崗石與石英合成石的主要區(qū)別在于后者選用了硬度較高的巖石，并采用了成型后的熱固化工藝。因其不易進(jìn)行鋸切成板的工序，故而采用了直接壓制成板的加工方法。在其選用的石料改用硬質(zhì)巖石而提高其耐磨性的演變中，合成石成型前具有的可塑性也應(yīng)利用而制作曲面型產(chǎn)品。例如用專(zhuān)用模具或?qū)夏＞邏褐乒に嚮ㄆ浚ㄅ韬推髅蟮攘Ⅲw形面的產(chǎn)品。在研發(fā)成功具有真空與振動(dòng)功能的小型成型機(jī)后，配用陰、陽(yáng)模形式的模具進(jìn)行其一定形面的產(chǎn)品成型，或者在其軟態(tài)時(shí)再對(duì)合成石進(jìn)行壓制，以此代替某些價(jià)格昂貴的石雕及陶瓷制品，使得合成石的優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步發(fā)揮。
　　
　　5結(jié)束語(yǔ)
　　
　　這種用振動(dòng)成型工藝的石英合成石，其致密的要點(diǎn)是機(jī)械作用力形成沖擊力與排移力，使其棱角明顯的石粒交錯(cuò)組合而減小需要填充的空間。在真空罩內(nèi)的壓頭不僅要垂直的快速運(yùn)動(dòng)，還要盡可能使其產(chǎn)生快速的波動(dòng)。我們?cè)岢龅碾姶耪駝?dòng)成型的觀點(diǎn)及方法，正是利用其電磁鐵交替的脈波通流過(guò)程而產(chǎn)生激振力、壓制力和排移力。人造合成石從軟質(zhì)大理石石粒向硬質(zhì)石英石粒的過(guò)渡，并在其成型中利用模具進(jìn)行曲面形的造型，也是人造石很有發(fā)展前景的研發(fā)方向。人造石的天然化是提高其自身價(jià)值的工藝方法，其布料工序是石頭再造中絕好的藝術(shù)加工時(shí)機(jī)，只要掌握好顏料滲入的細(xì)微性、連貫性，則可以達(dá)到以假亂真的效果。人造合成石的生產(chǎn)較天然石生產(chǎn)更講究文化藝術(shù)的滲透，其理念與工藝對(duì)其市場(chǎng)價(jià)值的影響較大。
　　
　　
　　作者:劉建平　山西省五臺(tái)縣益通節(jié)能技術(shù)研究所