河南天价过路费案黄杏芳;吴华忠
【摘 要】研究了不同树脂加入量和不同偶联剂添加量对人造石英石的弯曲强度和冲击韧性的影响,并研究了不同化学溶液对人造石英石的腐蚀作用,采用SEM对样品的断口形貌进行分析。结果表明,当树脂含量为10%、偶联剂添加量为1%时,试样的弯曲强度和冲击韧性分别达到了44.58MPa和10.92 kJ.m-2.5%盐酸溶液、10%氢氧化钠溶液和饱和碳酸钠溶液对人造石英石均有一定的腐蚀作用,其中氢氧化钠溶液的腐蚀作用最强.%The effect of different content of resin and different amount of coupling agent on the bending strength and impact toughness of artificial quartz stone was studied,and the erosive effect of different chemical solutions on the artificial quartz stone was discussed.SEM is used to analyze the fracture morphology of the samples.The results show that,when the resin content is 10%,coupling agent was added to 1%,the bending strength and impact toughness of the samples reached 44.58 MPa and 10.92 kJ·m-2.5% HCl solution,10% NaOH solution and saturated Na2CO3 solution have certain erosive effect on artificial quartz stone,in which the sodium hydroxide erosive effect is the most. 【期刊名称】《闽江学院学报》
【年(卷),期】2012(033)005
【总页数】4页(P120-123)
【关键词】人造石英石;弯曲强度;冲击韧性;耐腐蚀性
【作 者】黄杏芳;吴华忠
【作者单位】福建工程学院材料科学与工程系,福建福州350118;闽江学院化学与化学工程系,福建福州350121
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ177.1
随着人们生活水平提高和审美观点的发展，装饰台面也由简单的花岗石逐渐被各种花的大理石和人造石所代替.但天然的花岗石和大理石由于含有放射性元素，同时其表面的微孔
夜尿停使耐污染性较差，如今人们在装修中更青睐的是人造石.人造石是以不饱和聚酯树脂为粘结剂，配以各种天然石粉、硅砂、玻璃粉等无机物粉料，以及适量的添加剂、料等制成.它们在防潮、防酸、可拼性方面都有着天然石材无可比拟的优点.但此类人造石中不饱和聚酯树脂的含量通常(较)高达60%以上，使得其硬度较差，使用过程中易产生划痕，影响美观的同时降低其耐污染性，同时耐老化性较差，长期使用后会强度降低甚至产生裂纹.如何减少树脂的含量，增加无机物的含量，使人造石的硬度、强度、耐老化性得到提高，成为人造石研究领域关注的焦点［1－3］.最近国际上已经出现一种人造石英石的材料.该材料一般认为是由93%～95%石英和7%左右的树脂、料和其它调节粘接、固化等的添加剂组成.质地坚硬(莫氏硬度6－7)、结构致密(密度2.5×103kg/m3)，外表近似于天然的花岗石，泽丰富多彩，具有其他装饰材料无法比拟的耐磨、耐压、耐高温、抗腐蚀、防渗透等特性.但这种材料的生产技术在国内还处于起步阶段［4－5］，本文通过对树脂型号和各种添加剂的选择，研究了不同树脂加入量和不同偶联剂添加量对人造石英石的弯曲强度和冲击韧性的影响，并研究了不同化学溶液对人造石英石的腐蚀作用.
不同粒度的天然石英石颗粒(级配及含量如表1);不饱和聚酯树脂DS－721－3，上海新天和树脂有限公司;固化剂：过氧化甲乙酮，中山美利肯助剂有限公司;硅烷偶联剂：KH－570，
武大有机硅新材料股份有限公司.
高频变压器设计软件将各种粒径级配的石英颗粒按从大到小的顺序加入到不饱和树脂中，加入各种添加剂，充分搅拌混合，然后浇注到模具中，经真空高频振动压制5 min后(真空度为5 kPa，压力为10 MPa)，在60℃的烘箱中固化1 h.取出试样自然冷却至室温，脱模进行性能测试.
力学性能参照GB/T2567－2008进行，弯曲强度在WDW－100E万能试验机(济南试金集团有限公司)上测试，加载速度2 mm·min－1;冲击韧性在XJJ－50简支梁冲击试验机(承德市金建检测仪器有限公司)上测试.
耐腐蚀性能测试：腐蚀介质分别为5%盐酸溶液、10%氢氧化钠溶液和饱和碳酸钠溶液.实验条件：按GB/T3857－2005将试样浸没在介质中1、15、30 d后取出，干燥、测量尺寸、测试弯曲强度.
采用日本日立公司S－3400N扫描电子显微镜观察断裂后试样的断口形貌，进行微观结构分析.
不饱和聚酯树脂作为人造石英石的基体材料，是填料的载体，要求具有良好的强度和韧性，
同时要具有良好的耐腐蚀性和抗老化性.树脂与石英混合均匀后，在树脂固化过程中，各种粒度的石英必须保持悬浮状态，避免沉积分层，导致在树脂固化过程中上层树脂多，下层树脂少，造成制品翘曲或开裂.因此，所选择树脂的要有合适的粘度值.目前国内不饱和聚酯树脂生产工厂已有近100家，国产常用不饱和聚酯树脂的类别有通用型、耐热型、耐腐蚀型等9大类、近40个牌号.本实验选用的上海新天和树脂有限公司生产的DS－721－3型树脂，在25℃时的粘度为0.65～0.85 Pa·s，热变形温度为60℃，具有良好的拉伸强度、断裂延伸率和冲击韧性，对填料的浸润性好，透明度高，制品不易开裂.
树脂的用量对人造石英石的性能和生产成本有很大的影响，在一定的石英颗粒级配时，树脂的用量是一个重要的工艺参数.不同树脂用量对人造石英石弯曲强度和冲击韧性的影响(图1).从图1中可以看出，当树脂的质量分数低于10%时，随着树脂含量的增加，弯曲强度和冲击韧性都较快地提高，其最大值分别为37.6 MPa和 9.8 kJ·m－2.此时人造石英石的弯;曲强度高于绝大多数天然石材，而冲击韧性也接近于纯树脂的值(12 kJ·m－2).随着树脂含量进一步增加，人造石英石弯曲强度略有降低，冲击韧性变化也不明显.这是由于当树脂含量低时，少量的树脂还不能将所有的石英全部包裹住，导致石英界面贫胶，使材料没有形成一个均匀的整体，所以弯曲强度和冲击韧性都较差.随着树脂含量的增加，树脂将石英完
全包裹住，石英通过树脂的胶结成为一个完整的整体，此时弯曲强度达到最大值.随着树脂含量的进一步增加，石英颗粒间有更多的树脂，但此时的树脂对石英的胶结没有进一步的强化作用，因此试样的弯曲强度和冲击韧性不再有明显的变化.图2是不同树脂用量人造英石的断面形貌.从图中可以清楚地看到，树脂含量低于10%时，部分石英颗粒没有被包裹住，存在界面贫胶.当树脂含量为10%时，所有石英颗粒均被少量的树脂包裹住，树脂将石英颗粒牢牢地胶结成一个完整的整体.而树脂含量大于10%时，每个石英颗粒都被更厚的树脂所包裹.安娜卡列尼娜论文
xiaoeni由于石英石和不饱和树脂属于两种性质完全不同的物质，单独使用时很难使二者有效地粘结起来.不同材料之间能否牢固地粘结在很大程度上取决于二种材料之间界面的结合状态［6，7］.合适的偶联剂可以通过化学或物理的作用将两种性质不同的不易结合的材料牢固地结合起来［8］.为了提高人造石英石的性能，本文通过多次实验，最后确定选用KH－570作为偶联剂.KH－570全称为γ－甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，结构式为的有机官能团为甲基丙烯酰氧基，它能与不饱和树脂形成有效的化学键，而KH－570的硅氧基通过水解作用与石英发生缩合反应，因此能在石英和不饱和树脂基体间形成有效的界面结合，完成两种化学性质不同材料间的偶合，从而提高了界面强度.图3为不饱和树脂含量为10%
时添加不同量KH－570人造石英石的弯曲强度和冲击韧性.从图3中可以看出，加入偶联剂后人造石英石的力学性能明显改善.当加入量为0.4% 时，弯曲强度比未加时提高了2.9%，而冲击韧性也略有提高.随着偶联剂的增多，弯曲强度和冲击性进一步提高，当加入量为1%时，弯曲强度比未添加偶联剂时提高了18.5%，达到了44.58 MPa，冲击韧性也提高了10.6%，达到了10.92 kJ·m－2.但继续增加偶联剂的添加量时，人造石英石的弯曲强度和冲击韧性的提高变得不明显.这是因为当偶联剂的用量较低时，虽然加入的偶联剂能将石英石和不饱和树脂有效地结合起来，但由于量太少，不能在所有的石英石和不饱和树脂间形成偶合，所以弯曲强度和冲击韧性的提高还不大，随着偶联剂添加量的增多，能使所有的石英和树脂间都形成偶合.此时继续增加添加量，也不会对石英和基体间的结合产生更多的作用，所以人造石英石的弯曲强度和冲击韧性变化不再明显.这也可以从人造石英石的SEM图片中得到证明(图4).当添加0.4%的偶联剂时，石英与不饱和树脂的部分界面还没有有效地结合，存在明显的分界面.当添加1%偶联剂时，石英颗粒与不饱和树脂间的界面不再清晰，二者完全地结合在一起，因此力学性能达到最好状态.
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