摘要：對石英合成石成型的振動頻率、振動器組合、布料器的改進和曲面成型進行了討論，強調了“1+2+1”的振動器組合與雙水軸的布料方式的合理性。
　　
　　關健詞：石英合成石振動布料曲面藝術
　　
　　在用大理石為骨料及填充料的我國南方稱為崗石的合成石，經歷了迅猛發展的七、八年時間已經達到了年產2000萬m2以上的生產能力。隨著裝飾市場對其耐磨性與藝術性需求的變化，尤其是櫥柜臺面對其防滲性的要求，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。石英合成石的生產設備與工藝，仍屬于真空振動壓制成型的技術范疇，但在以20多年前進口的125 x 125cm的薄板成型機為基本模式研發出來的壓板機，屢屢暴露出壓制的密實度不夠、大板翹曲、聚醋樹脂用量偏高和設備的可靠性不高等問題。
　　
　　1現行的薄板成型機及生產工藝
　　
　　從現在投入使用的薄板成型機來看，其結構是：在垂直升降的真空罩內配置了四角為圓弧的整體為長方形的壓具(壓頭)，用4個氣缸及活塞傳動其邊框高度為20-50cm的壓具升降，并在真空罩與垂直滑動的壓具之間采用側邊膠棍或頂部膠帶密封方式;在壓具底板上配置4個或6個其功率分別為5.5-55kW的振動器，其中有直接傳動或用皮帶間接傳動兩種形式;在下部平臺縱向的兩端分別設置同一水平面的平臺，并用厚度為8-12mm的皮帶沿其水平面進行料體傳輸;在布料器下面設置其可垂直升降的布料邊框，在布料器的往復移動中對邊框內進行散狀料體的分布;在傳輸帶尾端設置分為8-12層的可垂直升降的多層高溫固化箱，較為先進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程是：采用外擺線運動軌跡的雙行星攪拌器進行18 x 9r/min的快速混料;對4-80目的石英石料、230-800目的石英細粉、6%一12%的不飽和聚醋樹脂和硅烷偶聯劑等進行立式的混料;經傳輸帶將料體送入筒形的布料器而進行二次混合，并在其移動中對四周用邊框固定的鋪設有紙板的皮帶面上進行往復移動2-5次的布料;在料體周邊初步壓實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內;真空罩沿導向的4根或6根活塞桿下移，并用其下端面四周設置的密封膠條與傳輸皮帶面接觸而進行密封;啟動4-7.5kW的真空泵對料體及壓具下面的空間進行接近于-0.1 MPa的真空抽制;控制4個氣缸及其活塞向下運動，并傳動至壓具對真空罩內壁之中的料體施加0.1-0.8MPa的壓制力;啟動振動器以2800-5000r/min的轉速進行1-5min的振動成型;略顯黏性的1.2-3.2cm厚度的成型薄板沿傳輸帶或轉向送人60-100℃的加溫箱進行固化。其后用兩臺配置有金剛石磨盤的定厚(粗磨)機進行其反、正面的加工，再用磨頭可往復擺動的連續磨機配以32# -1800#的磨頭級配進行研磨加工。
　　
　　2對薄板成型壓制力及振動頻率的分析
　　
　　如果以試驗室的壓制30 x 30cm規格的小型試驗機為參考的話，其3kW的電機功率與4200r/min振動器的轉速兩個參數，折合至305 x 165cm的大板時的振動電機總功率是160kW。荒料成型的經驗是：在小型試驗機中確定的樹脂用量，在大機生產中往往將樹脂用量降低0.5-.1.5個百分點而可達到同樣的效果。荒料成型與小型試驗壓制成型方式的不同之處僅在于前者具有往復波動的相似與揉動的波紋壓制過程。因為現在定型的振動器采用的是2級電機，其轉速不過2900r/min。若用電機或液壓馬達并經V型皮帶傳動的振動器，雖然可用減小從動輪直徑的辦法提高其轉速，但在大功率與軸承等轉動件強度的限制下，其振動的轉速也不易超過4000r/min。在壓具中如何配置振動器與其組合是個有研究價值的課題，因為其合理的組合是可能在其分別的轉動中對壓具產生頻率疊加與其激振力疊加的過程。根據一定的理論研究和壓制效果較好的配置振動器實例來看，其四個振動器采用“2+2”或“1+2+1”的組合方式較為適宜。所述的“2+2”配置振動器的方式是在壓具上成1排或2排配置4個振動器，兩兩對軸聯結而成2組，并將其兩組振動器選擇為不同的旋轉方向而逆向旋轉;所述的“1+2+1”的配置方式是在壓具底板上沿軸線排布4個振動器，其位于兩端頭的振動器獨立布置并采用某一相同的旋轉方向，位于中部的兩個振動器同軸聯結而采用另一個旋轉方向。這樣，在其中部串聯的兩個振動器以某一方向及2900r/min的轉速運轉中，另兩個獨立的振動器受其轉速的差異必然在某一時段內產生方向相反的激振力，由此兩個沖擊力的相加或相減而使壓具在瞬間產生波動。特別在其某一端的振動器與中部串聯的振動器同步運轉，而另一端的振動器正好產生相反方向的激振力時，便在此瞬間使得壓具產生快速的波紋擺動過程。這種不同的旋轉方向而使壓具波動，振動和頻率變化的組合方式，雖然要以整體的振幅減小為代價，但其合成頻率的升高與波紋狀的擺動是對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的壓制力，壓制效果還在于頻率與其快速波動的排移力。石英合成石的密實度指標能否達到2.5g/m3的指標，關鍵取決于攪拌的充分性和振動的排移性。
　　
　　3布料器及其工藝
　　
　　現行的布料器大多采用圓筒內配置一根轉軸的結構，并在其不銹鋼制的轉軸上亦用不銹鋼件與三根緊貼圓筒內壁的刮料板聯接。在立式攪拌器將料體經傳輸帶送入布料器，并經其單軸及單方向的二次攪拌后，對其下部的邊框進行往復的布料，現在的問題是：立式攪拌器對于石英砂粒度大于20目的特別是80目料體的快速混合，必然與黏性樹脂在往復的撥動中形成團粒。當這種存在眾多團粒的料體進入慢速旋轉的布料筒內時，其攪拌力對這種團粒的細碎基本是無濟于事的。
　　
　　雙水平軸逆向旋轉攪拌器在其轉速提高至15-20r/min時，利用其2x6根具有棱行面的混料腿形成的摩擦力與翻滾力，對消除立式攪拌形成的團粒是崗石生產已取得的成功經驗。在石英合成石已呈現出的細微及天然化的市場需求下，改進布料器并實現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碎布料的雙功能。
　　
　　在布料工序進行花紋配制，特別是預制名貴天然石花紋的工藝也需要改進，在崗石生產中已取得經驗的類似夢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、團塊成網、石粒連線和紋版仿形的觀點及方案在這種非真空下的操作確實不是難事。
　　
　　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。在人們講究其藝術性與養生性的時尚下，其產品研發的深層次工作應注意巖石的成分，尤其是注意某些對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利用而制作曲面型產品。例如用專用模具或對合模具壓制工藝花瓶，花盆和器皿等立體形面的產品。在研發成功具有真空與振動功能的小型成型機后，配用陰、陽模形式的模具進行其一定形面的產品成型，或者在其軟態時再對合成石進行壓制，以此代替某些價格昂貴的石雕及陶瓷制品，使得合成石的優勢進一步發揮。
　　
　　5結束語
　　
　　這種用振動成型工藝的石英合成石，其致密的要點是機械作用力形成沖擊力與排移力，使其棱角明顯的石粒交錯組合而減小需要填充的空間。在真空罩內的壓頭不僅要垂直的快速運動，還要盡可能使其產生快速的波動。我們曾提出的電磁振動成型的觀點及方法，正是利用其電磁鐵交替的脈波通流過程而產生激振力、壓制力和排移力。人造合成石從軟質大理石石粒向硬質石英石粒的過渡，并在其成型中利用模具進行曲面形的造型，也是人造石很有發展前景的研發方向。人造石的天然化是提高其自身價值的工藝方法，其布料工序是石頭再造中絕好的藝術加工時機，只要掌握好顏料滲入的細微性、連貫性，則可以達到以假亂真的效果。人造合成石的生產較天然石生產更講究文化藝術的滲透，其理念與工藝對其市場價值的影響較大。
　　
　　
　　作者:劉建平　山西省五臺縣益通節能技術研究所