可塑性加工的天然石材复合板的生产方法

摘要

本发明涉及一种可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，其特征在于：具体步骤如下：1）、三层结构的平面复合材料板的粘合制备：将天然石材面层薄板通过改性环氧树脂粘接在塑性材料基层表面上；2）、在平面复合材料板的石材面层上，间距一定宽度切割一定深度的分割槽；3）、将分割槽后的平面复合材料板放入冲压模中冲压，以形成需要的成品形状；4）、采用透明环氧树脂填缝，使分割槽重新填平与石材面层平齐；5）、经抛光打磨形成完整的表面装饰层。本发明节省了材料的使用，降低材料成本；也降低了原料损耗和加工过程中的污染，并使产品可以大规模批量化生产，极大的提高了劳动生产率。

权利要求

1.一种可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，其特征在于：具体步骤如下：

1）、三层结构的平面复合材料板的粘合制备：将天然石材面层薄板通过改性环氧树脂粘接在塑性材料基层表面上；

2）、在平面复合材料板的石材面层上，间距一定宽度切割一定深度的分割槽；

3）、将分割槽后的平面复合材料板放入冲压模中冲压，以形成需要的成品形状；

4）、采用透明环氧树脂填缝，使分割槽重新填平与石材面层平齐；

5）、经抛光打磨形成完整的表面装饰层；所述天然石材面层薄板的厚度为1-20毫米；所述冲压成型为平面曲面时，分割槽为在石材面层上沿垂直于弧形面展开的方向连续切割平行的槽；所述冲压成型为异形曲面时，分割槽为在石材面层上的网格槽。

2.根据权利要求1所述的可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，其特征在于：所述改性环氧树脂为丁腈橡胶或聚丙烯酸酯。

3.根据权利要求1所述的可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，其特征在于：所述透明环氧树脂为水晶胶。

4.根据权利要求1所述的可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，其特征在于：所述塑性材料基层为铝板、铜板或亚克力板。

说明书

可塑性加工的天然石材复合板的生产方法

[0001] 技术领域：

[0002] 本发明涉及一种可塑性加工的天然石材复合板的生产方法。

[0003] 背景技术：

[0004] 目前的天然石材复合板，大多以天然石材为面层，以陶瓷、木材、铝蜂窝板等为基层，通过面层和基层之间涂布的固化后呈脆硬性的环氧树脂等粘合材料制成。较好地解决了石材易碎，不便于运输和安装的问题。如果面层采用超薄的石材，也比较好地解决了石材板轻量化的问题。但是这些复合材料的应用，仍然是以传统的墙、地面工程中用于平面的饰面铺贴。极少数情况包在结构层为圆柱面或其它平面曲面的墙上形成饰面层，且可选石材品种有限、且仅限于曲率半径非常大（一般一米以上）的平面曲面，且施工极为繁琐复杂。

[0005] 对于曲率半径较小的平面曲面（剖面为曲线，展开面为平面的，例如直线石材线条），及平面曲面以外的异型曲面石材产品（无法平面展开的，例如半球面的洗手盆等），只有两种办法获得：

[0006] 第一：从整块的石材立方体切割，仿形加工获得，这就造成：

[0007] 从立方体上挖除中间，只留下表面的曲面部分，浪费了非常多的原材料，也产生了大量的废弃污染物，也造成了生产环境的恶劣；

[0008] 异型产品加工时，需要为易脆的石材保留足够的厚度避免破裂，稍有不慎，完全报废，残次品率非常高；对工匠的技术要求很高；

[0009] 产品自重大，物流成本非常高；成品运输破损率高；

[0010] 产品自重大，对支撑结构的承载力要求高，给产品应用造成很大的限制；支撑结构附加成本很高；

[0011] 另外，无法利用现代冲压技术批量生产，而必须逐个生产，人工成本在产品总体成本上占大部分，劳动生产率低。

[0012] 第二：用小块的石材颗粒（马赛克），用人工逐个粘帖在异形曲面的胚体上。这就造成：

[0013] 曲面上的石材是混杂的单个颗粒，整体效果丧失了天然石材文理的连续性，美观度差；

[0014] 人工粘帖不均匀，深浅不一，曲面不连续；

[0015] 制作胚体产生额外的成本；

[0016] 对技工要求高，纯手工生产，无法利用现代技术批量生产，劳动生产率极低。

[0017] 发明内容：

[0018] 本发明的目的在于提供一种可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，该可塑性加工的天然石材复合板的生产方法简单、设计合理，使石材可采用拉伸模冲压和塑性加工，用平面材料实现了平面曲面和异形曲面的产品。

[0019] 本发明可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，其特征在于：具体步骤如下：

[0020] 1）、三层结构的平面复合材料板的粘合制备：将天然石材面层薄板通过改性环氧树脂粘接在塑性材料基层表面上；

[0021] 2）、在平面复合材料板的石材面层上，间距一定宽度切割一定深度的分割槽；

[0022] 3）、将分割槽后的平面复合材料板放入冲压模中冲压，以形成需要的成品形状；

[0023] 4）、采用透明环氧树脂填缝，使分割槽重新填平与石材面层平齐；

[0024] 5）、经抛光打磨形成完整的表面装饰层。

[0025] 进一步的，上述天然石材面层薄板的厚度为1-20毫米。

[0026] 进一步的，上述改性环氧树脂为丁腈橡胶或聚丙烯酸酯。

[0027] 进一步的，上述透明环氧树脂为水晶胶。

[0028] 进一步的，上述冲压成型为平面曲面时，分割槽为在石材面层上沿垂直于弧形面展开的方向连续切割平行的槽。

[0029] 进一步的，上述冲压成型为异形曲面时，分割槽为在石材面层上的网格槽。

[0030] 进一步的，上述塑性材料基层为铝板、铜板或亚克力板。

[0031] 本发明采用改性环氧树脂粘合天然石材面层薄板和塑性材料基层，经过预分割槽加工处理，使平面复合材料板可采用拉伸模冲压和塑性加工，用平面材料实现了平面曲面和异形曲面的产品。比前述传统的两种曲面加工方式，节省了材料的使用，降低材料成本，在高价值的奢侈级石材尤为明显；也降低了原料损耗和加工过程中的污染，并使产品可以大规模批量化生产，极大的提高了劳动生产率。并且由于轻量化制造，提高了产品的适用范围，并且极大降低了物流成本和产品破损率。

[0032] 附图说明：

[0033] 图1是平面复合材料板的构造示意图；

[0034] 图2是平面复合材料板分割槽加工后的俯视构造图；

[0035] 图3是平面复合材料板分割槽加工后的主视构造图；

[0036] 图4是加工后复合材料板的构造示意图；

[0037] 图5是无分割槽时的冲压前受力分析图；

[0038] 图6是有分割槽时的冲压前受力分析图；

[0039] 图7是冲压成型的异型曲面实施例（半椭球面石头浴缸）；

[0040] 图8冲压成型的外墙用石材线条实施例（平面曲面）

[0041] 图9热塑成型的石材花瓶实施例（热弯后连续的螺旋面）。

[0042] 具体实施方式：

[0043] 下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。

[0044] 本发明可塑性加工的天然石材复合板的生产方法，具体步骤如下：

[0045] 1）、三层结构的平面复合材料板的粘合制备：将天然石材面层薄板1通过改性环氧树脂2粘接在塑性材料基层3表面上；

[0046] 2）、在平面复合材料板的石材面层上，间距一定宽度切割一定深度的分割槽4；

[0047] 3）、将分割槽后的平面复合材料板放入冲压模中冲压，以形成需要的成品形状；

[0048] 4）、采用透明环氧树脂填缝，使分割槽重新填平与石材面层平齐；

[0049] 5）、经抛光打磨形成完整的表面装饰层。

[0050] 进一步的，上述天然石材面层薄板的厚度为1-20毫米。

[0051] 进一步的，上述改性环氧树脂为丁腈橡胶或聚丙烯酸酯。

[0052] 进一步的，上述透明环氧树脂为水晶胶。

[0053] 进一步的，上述冲压成型为平面曲面时，分割槽为在石材面层上沿垂直于弧形面展开的方向连续切割平行的槽。

[0054] 进一步的，上述冲压成型为异形曲面时，分割槽为在石材面层上的网格槽。

[0055] 进一步的，上述塑性材料基层为铝板、铜板或亚克力板。

[0056] 下面结合附图进行具体说明，本发明在于以天然石材平板为面层，以具有延展性的改性环氧树脂为粘结层，以机械塑性材料（如铁、铜、铝等或者其它合金材料），或者热塑性材料（如亚克力、TPV、PE等）平板为基层。粘合而成三层结构的平面复合材料。并在此复合材料的石材面层切割一定深度的槽，使石材面层保持图案文理连续，但是受力分割的平板。使塑性加工成为可能。制备过程分三步：

[0057] 第一步，复合材料的制备：

[0058] 如附图1所示：三层结构的平面复合材料的粘合制备：此改性环氧树脂不同于目前市面上用于粘结石材的固化后脆性的环氧树脂，而是具有弹性和拉延性，如丁腈橡胶或聚丙烯酸酯等，使复合材料在变形时，起黏合作用的树脂与基层相接触面随基层的塑性形变而拉伸、压缩，但与石材接触面仍然保持不变形。而普通环氧树脂受拉伸压缩以后，如石材般碎裂，使得石材层和基层材料脱离。

[0059] 第二步：复合材料预处理：

[0060] 在已制备的合成材料的石材面层，一定厚度内切割分割槽，使面层形成整体纹理连续，但受力局部割裂的整体。根据最终成型的产品是平面曲面还是异形曲面分为两种切割方式：如果是平面曲面，则在石材面层上沿垂直于弧形面展开的方向连续切割平行的、一定宽度的槽；如果是异形曲面，则在石材面层上切割一定宽度的网格槽，且网格分割槽可为任意图案，并不限于纵横线。使复合板在冲压过程中，和成型后的应力对于局部石材面层产生的拉伸强度和弯曲强度低于石材的屈服极限，从而避免过程中脆裂或粉碎。并使对应面积内石材-树脂的剥离强度小于其粘合力，避免石材和基层脱离。

[0061] 分割槽的间距和宽度的计算原理：为使冲压后的石材面层的纹理整体性达到最佳，应在满足上述受力条件的情况下，尽可能减小分割槽的宽度，并增大分割槽的间距。

[0062] 1、分割槽的最小宽度计算：分割槽在分离大面积区域为小面积区域受力的同时，缝的表面积还起到允许冗余变形的作用，如附图2所示，即在拉伸时，复合材料的表面积增加（如外弧面）；压缩时，表面积减小（如内弧面）。虽然作为粘合剂的改性环氧树脂随基层的塑性材料可拉伸压缩变形改变面积，但表层的石材不具弹塑性的特点，表面积不可改变。受产品造型的不同，拉伸模的设计和冲压工艺不同的影响，以及连续曲面上各个部位、方向上的曲率半径变化，表面积拉伸/压缩比不同。根据工艺特点在相应部位内留出足够的分割槽宽度，使该部位槽内树脂在延展（压缩）后的总表面积加上石材总表面积之和等于冲压变形后的基层的总表面积。

[0063] 2、分割槽的最大间距计算（指定区域内分割槽的密度）：对于任何已选定的石材面层所采用的原材料，经实际样品测试可知其弯曲强度和抗拉强度的屈服极限值。对一个成型的完整连续曲面按照局部曲率半径做区域分割，通过计算使区域内的石材面层所受拉伸强度和弯曲强度小于其屈服极限。并尽可能减少分割槽的密度以获得最佳的纹理连续性效果。

[0064] 以采用冲压模具对BxD长方形区域制成一个曲率半径为R的外球弧面（异形曲面）为例（附图5）：当复合板做冲压变形时，模具外层（凹模5）对于石材面层施以压力F，从而在模具和面层接触的点上，通过摩擦力产生切向于球面半径R的力F1，此接触点是在BxD长方形区域的四个角点JKLM（剖面图中J、M）。而模具内层（凸模6）对于基层的支撑点在BxD区域的中心点C（基层与模具内层-半径为r的球面的切点）。此力F1经矢量分解，相当于对石材面层产生了水平向的拉力 ；垂直向产生压力 ，并对树脂和石材结合部位产生一个等值于F的反向的剥离拉力F’。当此拉力 作用于J-M截面超过石材的极限抗拉强度（一般为15Mpa），石材被拉断；或者 压力对于C点力矩超过石材的弯曲屈服强度（根据美国ASTM-C880标准，一般介于400-1600psi，即2.8-10.3Mpa）时，石材面层会在C点折断并产生粉碎性损伤；或者集中于C点的剥离拉力F’，强度大于树脂与石材的粘合力，则面层和基层相脱离。

[0065] 上述解决方法是在石材面层BxD区域内分割成所示局部bXd小方块。（此垂直的纵横切割线只是为了说明体现的一种方案，实际上，分割槽可为任意图案，并不限于纵横线。）附图3、4。通过这样的切割，凹模和面层的接触点是各个bXd小方块的角点上，从而使压力F均匀的分散到各个bXd小方块的角点上，并且使凸模对于基层的支撑点同样散步在各个bXd小方块的中心点。当压力F不变时，复合材料的受力因为被分配在各个小方块上，得到了很大的改善。受力分析如附图6所示：

[0066] 理论上，在一个给定的BxD区域内，b，d的值越小，即切割槽密度越大，受力条件越好。但是密度越大，天然石材的纹理连续性破坏越大。当b、d值计算受力满足石材的拉伸和弯曲屈服极限时，应使b、d值最大化。

[0067] 经过第二步的复合材料的预处理后，此材料经冲压/热弯加工成型而得到曲面立体的成品。

[0068] 第三步：成品的修补：

[0069] 采用透明（常规用于修补石材孔、洞、裂线等的固化后呈脆性的）环氧树脂（行业内称为水晶胶）填缝，使切割槽重新填平与石材面层平齐，并经正常的抛光程序打磨形成完整的表面装饰层。因为各个小块bxd区域在BxD的相对位置保持不变，所以石材纹理的连续性得以保持。受人眼观察角度的影响，经填平后的表面看似仍为完整的整体，天然石材的美感保持不变。当然，为了获得特殊的装饰效果，切割槽可以不做填缝处理。所获得的就是特殊的柱状排列（异形曲面）或者平行排列（平面曲面）的既局部，又连续的曲面和纹理。

[0070] 本发明采用改性环氧树脂粘合天然石材面层薄板和塑性材料基层，经过预分割槽加工处理，使平面复合材料板可采用拉伸模冲压和塑性加工，用平面材料实现了平面曲面和异形曲面的产品。比前述传统的两种曲面加工方式，节省了材料的使用，降低材料成本，在高价值的奢侈级石材尤为明显；也降低了原料损耗和加工过程中的污染，并使产品可以大规模批量化生产，极大的提高了劳动生产率。并且由于轻量化制造，提高了产品的适用范围，并且极大降低了物流成本和产品破损率。

[0071] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。