CN114349416B

CN114349416B - 一种无机人造石板材及其制备方法

Info

Publication number: CN114349416B
Application number: CN202111514729.7A
Authority: CN
Inventors: 张宗军; 赵宝军; 吴琛; 王俊; 曾正祥; 王琼; 尹正; 谭鹏; 姚杰; 曾维来
Original assignee: Guangdong Hailong Construction Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Hailong Construction Technology Co Ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: CN114349416A

Abstract

本申请涉及无机石板材的领域，具体公开一种无机人造石板材及其制备方法，其包括该重量百分比的组分：砂料54%‑71%、填充料3%‑5%、水泥21%‑25%、增强剂3%‑5%、丁苯乳液2%‑5%、减水剂1%‑2%、色粉0‑1%和水2%‑3%，将不同层级目数的砂料混合，搅拌均匀之后加入色粉并进行搅拌，接着加入水和减水剂，并混合均匀，然后加入填充料、水泥和增强剂，在混合均匀后将丁苯乳液加入其中，制得混合料，将混合料均匀平铺至模具中并进行真空压制，脱模后形成板材；将脱模后的所述板材转移至模具中进行常温固化和蒸养；蒸养完毕后脱模得到成型板材。本申请制得的板材具有不易开裂、抗压性好的效果。

Description

一种无机人造石板材及其制备方法

技术领域

本申请涉及无机石板材的领域，尤其是涉及一种无机人造石板材及其制备方法。

背景技术

石材作为一种高档建筑装饰材料广泛应用于室内外装饰设计、幕墙装饰和公共设施建设。

市场上常见的石材主要分为天然石和人造石，天然石材具有天然的装饰效果和质感，因此备受消费者喜欢，但其存在资源有限、大面积铺贴存在色差和不同程度放射性超标等问题，无法进行其全方位发展。人造石具有花色可调、无放射性无污染、可重复利用等优势，已成为目前装饰石材行业的重要发展方向。

人造石分为由树脂制备的有机人造石和由水泥基制备的无机人造石，市面上的人造石主要是有机人造石，利用树脂材料制备的板材外表美观且吸水性好，具有良好的装饰性能，但是使用时间一般为1-5年，超过期限会出现黄变、弯曲、老化的问题，而传统的无机人造石在使用过程中性能优异，不存在黄变、弯曲、老化等情况，但是在使用过程中存在着容易开裂的风险。

发明内容

为了改善无机人造石使用过程中容易出现开裂的缺点，本申请提供一种无机人造石板材及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种无机人造石板材，包括以下重量百分比的组分：

砂料54％-71％、填充料3％-5％、水泥21％-25％、增强剂3％-5％、丁苯乳液2％-5％、减水剂1％-2％、色粉0-1％和水2％-3％。

通过采用上述技术方案，利用减水剂分散水泥颗粒，水、砂料与水泥颗粒反应生成水泥砂浆，丁苯乳液使水泥砂浆与剩下的砂料之间形成具有粘接力的膜，并堵塞水泥砂浆的空隙，最终水泥砂浆与膜相互交织形成互穿网络结构，改善水泥砂浆内部的孔结构，减少内部形成的微裂纹，避免了板材成型后容易开裂的风险。同时，采用增强剂参与水泥的水化，提升板材的抗折、抗压性能，经试验，当增强剂掺入量在3％-5％时，能够增加板材的触变性，减少泌水，改善自流平特性，并提供较好的平整面。

可选的，所述减水剂为高性能聚羧酸减水剂，所述高性能聚羧酸减水剂减水率不低于20％。

通过采用上述技术方案，减水率在14％-20％之间为高效能聚羧酸减水剂，该减水剂的保坍性好且分子结构可调性强，但是使用时存在粘度高，不利于板材成型的缺陷，而减水率不低于20％的减水剂为高性能聚羧酸减水剂，具有极强的减水性、流动性和渗透性，不仅能够避开高效能聚羧酸减水剂的缺陷，而且在使用过程中能够增强水泥砂浆的强度。

可选的，所述增强剂为偏高岭土。

通过采用上述技术方案，偏高岭土主要的成分是无水硅酸铝，无水硅酸铝具有很高的火山灰活性和疏水特性，能够被分散到水泥砂浆混合料中，使水泥砂浆混合更加均匀。

可选的，所述填充料为重质钙粉、硅粉或透粉中的其中一种。

通过采用上述技术方案，根据砂料的种类选择相应的填充料，加入填充料以填充水泥砂浆的空隙。

可选的，所述砂料包括钙砂、硅砂或透砂中的至少一种，所述砂料为不同层级目数的颗粒混合物。

通过采用上述技术方案，不同的砂料性能不同，适用于不同的应用场景，钙砂制成的板材光滑平整，适合用于室内装饰，硅砂制成的板材抗紫外能力强，能够用于室外墙板的装饰，透砂制成的板材稳定性好、外表晶莹剔透，能被应用于酒店、展厅等各种高级场所。

更重要的，使用不同层级目数的砂料时，制得的板材的抗压强度和吸水率等性能上更优异。

第二方面，本申请提供一种无机人造石板材的制备方法，包括以下步骤：

将连续不同层级目数的砂料混合，并搅拌均匀制得混合料A；

将色粉加入混合料A中，搅拌均匀制得混合料B；

将水和减水剂混合均匀并加入混合料B中，搅拌均匀制得混合料C；

将填充料、水泥和增强剂混合均匀并加入混合料C中，搅拌均匀制得混合料D；将丁苯乳液加入混合料D中，搅拌均匀制得混合料E；

将混合料E均匀平铺至模具中并进行真空压制，脱模后形成板材；

将脱模后的所述板材转移至模具中进行常温固化和蒸养；

蒸养完毕后脱模得到成型板材。

其中，选择目数层级连续的砂料以形成连续的级配，减少砂料之间的空隙，搅拌过程采取上述步骤进行是为了能够充分搅匀所有的物料，搅拌机频率采取以上数值可以达到搅拌均匀且不抛飞物料的效果；先加砂料和水是为了保证搅拌过程中不产生粉团，加入丁苯乳液搅拌2-3min后物料基本搅拌均匀，达到比较好的状态。

可选的，所述混合料A的制备过程中的搅拌频率为18-22Hz，搅拌时间为1-2min，所述混合料B的制备过程中的搅拌频率为25-35Hz，搅拌时间为2-3min，所述混合料C的制备过程中的搅拌频率为30-70Hz，搅拌时间为2-3min，所述混合料D的制备过程中的搅拌频率为25-35Hz，搅拌时间为3-4min，所述混合料E的制备过程中的搅拌频率为15-70Hz，搅拌时间为2-3min。

可选的，所述混合料E在模具中抽真空时间为30-50s，压制频率为26-47Hz，压制时间为60-180s。

可选的，所述板材在模具中蒸养温度为72-80℃，蒸养时间为11-13h。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.将砂料、白水泥、增强剂、丁苯乳液、减水剂和水等按照一定的重量百分比混合，其中，偏高岭土中含有大量的无水硅酸铝，无水硅酸铝可进一步分解为无定型的非晶态SiO₂和Al₂O₃，SiO₂和Al₂O₃能够很好地参与水泥的二次水化，提高板材的抗折性和抗压性，填充料与水泥水化产物生成凝胶体，填充空隙，增强板材抗折强度，使得板材的抗折强度达到19MPa；丁苯乳液作为聚合物，具备较高的结膜强度和粘接力，还能够提升板材的耐磨性；

2.采用多次不同频率的搅拌，使得物料混合均匀，不产生粉团，使形成的板材整体外观平整，性能优异，采用真空压制的方式，使得成型后的板材内的空隙小，结构稳定，不容易发生开裂的风险。

具体实施方式

传统无机人造石性能优异，不仅使用期限长，而且耐候性、耐老化性强，但是在使用过程中存在着容易开裂的风险，为了解决该问题，本申请人对无机人造石的合成工艺进行了大量研究，发现原料添加量不同，产生效果也不同。

基于该发现，石英石是无机人造石的主要材料，填充料能够填充砂料空隙，因此本领域技术人员首先改变无机人造石原料中石英石和填充料的配比，制备相应的无机人造石板材，但是实验结果中抗折强度抗压强度均没有明显变化；本申请人猜测可能与增强剂有关，于是改变了石英石和增强剂的添加量，制得无机石板材，通过检测结果发现，抗折强度和抗压强度提升很小。为了大幅度提升板材的抗折强度和抗压强度，本申请人尝试利用砂料代替石英石，结果，本申请人发现，采用砂料时，制得的无机石板材出现了没有裂缝的情况，解决了本申请的技术问题。并且，采用连续不同层级的砂料还能进一步增强无机人造石板材的抗折性和抗压性。另外，研究过程中还发现，钙砂制备的板材表面光滑平整，吸水率和抗压强度强，更适合用于室内装饰；硅砂制成的板材耐老化性能强，可应用于室外墙板的装饰；透砂制成的板材稳定性好、抗压能力强、外表晶莹剔透，可应用于酒店、展厅等各种高级场所。

本申请正是基于上述发现做出的。

根据不同的应用场景，申请人采用了不同目数以及类型的砂料制备无机人造石，并对其性能进行检测，具体实施例如下。

实施例1

制备钙砂板材：

在搅拌机中依次加入24％10-20目钙砂、9％20-40目钙砂、10％40-60目钙砂、19％80-100目钙砂，控制搅拌频率为20Hz，搅拌时间为1min，制得混合料A；在混合料A中添加1％色粉，调整搅拌频率为30Hz，搅拌2min，混合均匀后制得混合料B；

在混合料B中添加2％水以及2％减水剂，搅拌频率从30Hz慢慢增加至70Hz，在70Hz下设置搅拌时间2min，混合均匀后制得混合料C；

在混合料C中加入5％325目重质钙粉、23％水泥以及3％偏高岭土，调整搅拌频率为30Hz并搅拌3.5min，使物料全部搅拌均匀，制得混合料D，本步骤以没有明显粉团存在为准。

在混合料D中加入2％丁苯乳液，为防止液体溅出，搅拌频率从15Hz慢慢调整至70Hz并搅拌3min，制得混合料E。

准备好模具和孔径为9mm x 9mm的过筛网，以10Hz的频率将混合料E从搅拌机下料口倒出，通过筛网倒入模具进行布料，在布料时，首先将模具四角的物料压实，防止边角出现未压实的情况，均匀摊铺后，在物料表面覆盖一层塑料膜。

将摊铺好物料的模具送入真空压机内，开启压机，抽真空40s，随后在26Mpa下压制60s，之后设置压强为35Mpa，并在此压强下压制60s、接着设置压强为47Mpa，继续压制60s，压制结束后，将压制形成的板材从模具中取出，若存在未压实的情况，则进行复压，即重新抽真空、压制。

将压制完成的板材转移到玻璃模具上进行常温自然固化，保持相对湿度为70％-80％RH，在固化时间达到24h后，将固化后的板材放入蒸汽养护箱进行蒸养，设置蒸汽温度为76℃，蒸养时间为12h；为了保持蒸汽养护箱内的温度恒定，在蒸养期间不能打开蒸养箱或关闭蒸养箱。

在板材蒸养结束后，若一次性制备多个板材，则对板材进行抽检确定板材的质量情况。

抽检结束后将板材运输至抛光线吸板机处，将板材吸取至线架之后，依次经过切边、定厚、翻板、换面定厚、粗磨、抛光等步骤，最后抛光结束后经过打蜡机进行打蜡防水等工作。

打蜡结束之后需要切割时，则确定所需切割的板材的尺寸，对整个板材进行切割，切割误差在1mm以内。

切割之后则得到成型板材。

实施例2

制备钙砂、硅砂混合板材，本实施例与实施例1不同之处在于：

在搅拌机中依次加入12％4-8目硅砂、9％10-20目钙砂、14％20-40目钙砂、9％40-60目钙砂、17％80-100目钙砂，设置搅拌频率为20Hz，搅拌时间为1min，制得混合料A；

在混合料A中添加1％色粉，调整搅拌频率为30Hz，搅拌2min，混合均匀后制得混合料B；

在混合料B中添加2％水以及1％减水剂，搅拌频率从30Hz慢慢增加至70Hz，在70Hz下调整搅拌时间2min，混合均匀后制得混合料C；

在混合料C中加入35％325重质钙粉、23％水泥以及4％偏高岭土，调整搅拌频率为30Hz并搅拌3.5min，使物料全部搅拌均匀，没有明显粉团存在，制得混合料D。

在混合料D中加入3％丁苯乳液，为防止液体溅出，搅拌频率从15Hz慢慢调整至70Hz并搅拌3min，制得混合料E。

实施例3

制备硅砂板材，本实施例与实施例1不同之处在于：

在搅拌机中依次加入12％4-8目硅砂、16％8-16目硅砂、14％16-26目硅砂、9％26-40目硅砂、8％40-70目硅砂、9％70-120目硅砂，设置搅拌频率为20Hz，搅拌时间为1min，制得混合料A；

在混合料B中添加2％水以及1％减水剂，搅拌频率从30Hz慢慢增加至70Hz，在70Hz下调整搅拌时间2min，混合均匀后制得混合料B；

在混合料B中加入3％325重质钙粉、25％水泥以及3％偏高岭土，调整搅拌频率为30Hz并搅拌3.5min，使物料全部搅拌均匀，没有明显粉团存在，制得混合料C。

在混合料C中加入5％丁苯乳液，为防止液体溅出，搅拌频率从15Hz慢慢调整至70Hz并搅拌3min，制得混合料D。

实施例4

制备透砂板材，本实施例与实施例1不同之处在于：

在搅拌机中依次加入21％16-26目透砂、14％26-40目透砂、13％40-70目透砂、15％70-120目透砂，设置搅拌频率为20Hz，搅拌时间为1min，制得混合料A；在混合料A中添加0.5％色粉，调整搅拌频率为30Hz，搅拌2min，混合均匀后制得混合料B；

在混合料B中添加1.5％水以及1％减水剂，搅拌频率从30Hz慢慢增加至70Hz，在70Hz下调整搅拌时间2min，混合均匀后制得混合料C；

在混合料C中加入3％325重质钙粉、23％水泥以及3％偏高岭土，调整搅拌频率为30Hz并搅拌3.5min，使物料全部搅拌均匀，没有明显粉团存在，制得混合料D。

在混合料D中加入5％丁苯乳液，为防止液体溅出，搅拌频率从15Hz慢慢调整至70Hz并搅拌3min，制得混合料E。

实施例5

制备钙砂板材，本实施例与实施例1不同之处在于：

在搅拌机中依次加入71％4-8目钙砂，设置搅拌频率为20Hz，搅拌时间为1min，制得混合料A；

对比例1

制备钙砂板材，本实施例与实施例1不同之处在于：

在混合料C中加入5％325目重质钙粉、23％水泥以及1％偏高岭土，调整搅拌频率为30Hz并搅拌3.5min，使物料全部搅拌均匀，制得混合料D，本步骤以没有明显粉团存在为准。

对比例2

制备钙砂板材，本实施例与实施例1不同之处在于：

在混合料C中加入5％325目重质钙粉、23％水泥以及8％偏高岭土，调整搅拌频率为30Hz并搅拌3.5min，使物料全部搅拌均匀，制得混合料D，本步骤以没有明显粉团存在为准。

性能检测试验

对实施例1-5以及对比例1-2制得的无机人造石在28d后进行抗折强度和抗压强度、吸水率、线性膨胀系数以及莫氏硬度检测，抗折强度和抗压强度、吸水率检测标准参照GB/T35160-2017，线性膨胀系数检测标准参照GB 35153-2017，莫氏硬度检测标准参照JC/T908-2013，试验数据见表1。

检测方法抗折强度：在同一批无机人造石中裁取6个规格相同的试样，试样表面标准状态为抛光面，试样长度(L)为(200±0.3)mm，试样宽度(b)为(50±0.3)mm，试样的厚度(h)为(25±0.3)mm。测试前将试样放置在温度(40±5)℃条件下烘干至恒重，干燥后的试样放置于干燥器中，冷却至室温(20±5)℃后在24h内完成加载试验。加载试验以三点抗折的方式进行，调整两个支撑轴的间距(l)，总比试样长度(L)少20mm，以(0.25±0.05)MPa/s的加载速度增加载荷直至试样断裂，记录断裂时的载荷值(F)。每个试样的抗折强度按下式计算：f_f＝1.5Fl/bh²，然后取平均值f_f平均。

抗压强度：在同一批无机人造石中裁取6个规格相同的试样，试样表面标准状态为抛光面，试样为边长(a)是(50±5)mm的立方体。测试前将试样放置在温度(40±5)℃条件下烘干至恒重，干燥后的试样放置于干燥器中，冷却至室温(20±5)℃后在24h内完成加载试验。连续以(1±0.5)MPa/s的速率匀速对试样施加载荷，直至试样完全破坏，记录试样破坏时的载荷值(P)。每个试样的抗压强度按下式计算：p＝P/a²，然后取平均值p_平均。

吸水率：在同一批无机人造石中裁取6个规格相同的试样，试样表面标准状态为抛光面，试样为边长(a)是(50±5)mm的立方体，先将尘土清除掉，测试前将试样放置在温度(40±5)℃条件下烘干至恒重，干燥后的试样放置于干燥器中，冷却至室温(20±5)℃后在24h内完成加载试验。称重量后，将试样洗涤器内，加水淹至试样四分一的高度，浸二小时后；加水到试样二分一的高度，再浸三小时后；再加水淹到试样四分三的高度，直到试样完全被水淹没；在水中放置二十四小时；然后取出擦干并称重，每个试样吸水率按下式计算：W＝(B-G)/G×100％(W为吸水率，以百分率表示之，G为试样干燥后的重量，B为试样饱含水份以后的重量)，然后取平均值W平均。

线性膨胀系数：从无机石板材的中心部位取相互垂直的试样六块,长度与横截面积满足测试仪器的要求,试样两端打磨平整且相互平行。建议尺寸:试样长度(50士5)mm,横截面的边长5mm。将试样置于(50士5)C的干燥箱内干燥24h,放人干燥器中冷却至室温。用游标卡尺测量试样长度L，精确到0.01mm。将试样放人热膨胀仪中,记录试验室温,然后启动热膨胀仪的加热程序，以3℃/min的速率从室温加热到60℃。整个加热过程均记录试样的长度,精确到0.01mm。试验室温控制在(23士2)℃。

线性热膨胀系数a:

a＝ΔL/(L₀×ΔT)

式中:

L₀一室温下试样的长度,单位为毫米(mm)；

ΔL—试样从25℃加热到60℃的长度增长量,单位为毫米(mm)；

ΔT-试样长度增长ΔL时温度升高值,单位为摄氏度(℃)。

将得到单个的线性膨胀系数进行计算，取平均值。

莫氏硬度：采用已知硬度的标准矿石手动刻划试样表面测定莫氏硬度。从小到大选用不同莫氏硬度值的标准矿石刻划试样表面，以试样表面刚好能产生明显划痕的最低硬度值作为试样的硬度检验结果

在无机人造石板材不同部位中截取4个试样，试样表面必须平整光滑，尺寸应不少于100mm×100mm,数量不少于3件。

将试样平稳放置坚硬的支撑物上，饰面朝上。

从小到大选用不同莫氏硬度值的标准矿石刻划试样表面,用矿石新刃口施力均匀垂直地对试样表面进行刻划(注意:对试样施力要适度，标准矿石的刃口不应该因施力过大破碎而形成双线状甚至是多线状刻划痕迹)，在每件试样的四个不同位置各划一道，以刚好能产生明显划痕的最低硬度值作为检验结果。以试样所有测试值中的最低值作为试验结果。

表1：实施例1-5及对比例1-2不同配方及其比例下的板材性能数据

结合实施例1-5，当采用砂料作为骨料，与其他助剂相互配合时，制得的无机人造石板材的抗折强度均不低于15Mpa，抗压强度不低于80Mpa，吸水率不高于0.8％，线性膨胀系数不高于10.0x10^-6，莫氏硬度均不低于4，为优等品板材。

结合实施例1和实施例3可以看出，当钙砂的层级目数比硅砂层级数目少，增强剂添加量相同时，两者制成的板材在抗折强度、吸水率、线性膨胀系数方面的数值基本相等，但是硅砂板材的抗压强度为135Mpa，比钙砂板材的抗压强度大。

结合实施例2和实施例3，当硅砂的层级目数多于钙砂、硅砂混合砂层级数目，硅砂板材的增强剂添加量低于硅砂、钙砂混合板的增强剂添加量时，硅砂、钙砂混合板的抗压强度为120Mpa，比硅砂板抗压强度小，但是硅砂、钙砂混合板线性膨胀系数大于硅砂板，为1.58x10^-6。

结合实施例3和实施例4，当透砂板的层级数小于硅砂板的层级数时，透砂板的抗压强度为115Mpa，硅砂板的抗压强度为135Mpa，即透砂板的抗压强度低于硅砂板的抗压强度。

结合实施例1和实施例5可知，当实施例1选择连续不同层级目数的钙砂，实施例5选择相同层级的钙砂时，实施例5的抗折强度和抗压强度比实施例1的数值低，但是吸水率比实施例1高。

结合实施例1、对比例1和对比例2，实施例1中的增强剂添加量为3％，对比例1的增强剂添加量为1％，对比例2的增强剂添加量为8％，结果无论是抗折强度、抗压强度、吸水率、线性膨胀系数和莫氏硬度，都有较大差别，尤其是吸水率和线性膨胀系数，实施例1的吸水率为0.46％，线性膨胀系数仅为1.60x10^-6，而对比例1和对比例2的吸水率为1.34％，只能达到合格品(吸水率不超过2.2％)的要求；同时,对比例1的线性膨胀系数为13.68x10^-6，对比例2的线性膨胀系数为13.11x10^-6，两者均只能达到板材合格品(不超过14.0x10^-6)的性能要求,与实施例1中优等品(不超过10.0x10^-6)的值相差甚远。

综上可知，当使用砂料作为骨料与其他组份配合时，制得的板材在抗压强度、抗折强度、吸水率、线性膨胀系数和莫氏硬度等性能较优，特别是选择不同层级目数的砂料，其制成的板材在抗压强度和吸水率上更胜一筹；当增强剂的添加量在3％-5％时，制得的板材的线性膨胀系数较小，板材不容易发生膨胀。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种无机人造石板材，其特征在于，包括以下重量百分比的组分：

砂料 54%-71%、填充料3%-5%、水泥 21%-25%、增强剂 3%-5%、丁苯乳液 2%-5%、减水剂1%-2%、色粉0-1%和水 2%-3%；所述增强剂为偏高岭土；所述填充料为重质钙粉、硅粉或透粉中的其中一种；各组分重量百分比之和等于100%；

具备制备步骤为：

将不同层级目数的砂料混合，并搅拌均匀制得混合料A；

将色粉加入混合料A中，搅拌均匀制得混合料B；

将填充料、水泥和增强剂混合均匀并加入混合料C中，搅拌均匀制得混合料D；

将丁苯乳液加入混合料D中，搅拌均匀制得混合料E；

将脱模后的所述板材转移至模具中进行常温固化和蒸养；

蒸养完毕后脱模得到成型板材。

2.根据权利要求1所述的一种无机人造石板材，其特征在于：所述减水剂为高性能聚羧酸减水剂，所述高性能聚羧酸减水剂减水率不低于20%。

3.根据权利要求1所述的一种无机人造石板材，其特征在于：所述砂料包括钙砂、硅砂或透砂中的至少一种，所述砂料为不同层级目数的颗粒混合物。

4.根据权利要求1所述的无机人造石板材的制备方法，其特征在于，所述混合料A的制备过程中的搅拌频率为18-22Hz，搅拌时间为1-2min，所述混合料B的制备过程中的搅拌频率为25-35Hz，搅拌时间为2-3min，所述混合料C的制备过程中的搅拌频率为30-70Hz，搅拌时间为2-3min，所述混合料D的制备过程中的搅拌频率为25-35Hz，搅拌时间为3-4min，所述混合料E的制备过程中的搅拌频率为15-70Hz，搅拌时间为2-3min。

5.根据权利要求1所述的无机人造石板材的制备方法，其特征在于，所述混合料E在模具中抽真空时间为30-50s，压制频率为26-47Hz，压制时间为60-180s。

6.根据权利要求1所述的无机人造石板材的制备方法，其特征在于，所述板材在模具中蒸养温度为72-80℃，蒸养时间为11-13h。