本发明属于岩石工程领域，涉及一种含裂隙和孔洞透明类岩石材料打磨抛光方法。本发明针对目前透明类岩石材料制作方法中的不足与缺陷，提供了一种透明类岩石材料打磨抛光方法，采用3D打印椭圆形薄片充当岩石中的裂隙，具有精度高的特点。本发明可以有效的保留不饱和树脂脆性好、拉压比大的特点，通过采用水晶树脂A胶和水晶树脂B胶镀层后，不饱和树脂固化件表面光洁透明，可以很好地进行照相和录像记录实验过程。
1.一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，其特征在于：采用449型树脂、异辛酸钴促进剂、过氧化甲乙酮固化剂固化后的试件作为类岩石材料，采用3D打印的椭圆形薄片模拟岩石中的裂隙，采用水晶树脂A胶和水晶树脂B胶作为镀层材料；
采用有机玻璃板作为隧道模型的框架模具，将5块玻璃立板组成顶部开口的盒子；根据预制备裂隙的数量和尺寸，通过CAD制图预先设计出裂隙模型在有机玻璃板框架模具中的定位，并在对应的玻璃板上设计隧道孔道和裂隙模型的定位孔，然后根据CAD制图设计，通过激光切割在有机玻璃板框架模具上制作出隧道孔道和裂隙模型的定位孔；
通过ProE绘制椭圆形裂隙三维视图，采用3D打印打印绘制的模型，打印材料使用聚乳酸高分子塑料；
利用牵线法定位作为裂隙模型的椭圆形薄片：具体如下：利用步骤(1-1)中有机玻璃板上切割制作的裂隙模型定位孔，采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔及定位于有机玻璃板框架模块内的椭圆形裂隙模型；从而在有机玻璃板的框架模具内定位作为裂隙的椭圆形薄片，脱模后形成含裂隙的透明类岩石材料；
量取和配置不饱和树脂材料，浇筑步骤(1-3)中的隧道模型框架模具；浇筑时为避免产生气泡，应采用导棒引流的方式流入框架模具，将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时，待隧道模型具有一定强度之后可拆模，将框架模具除去；脱模后隧道模型放入恒温干燥箱中，恒温75℃养护12小时，这样就完成模拟含裂隙透明类岩石材料试件全部制作过程；
将固化后的试件，采用水磨的方法均匀打磨试件的各个面；具体如下：将固化后的试件，用试件夹水平夹放，采用两种砂纸，一种为300目的粗砂纸，另外一种为2000目的细砂纸，在将细水管置于试件上方缓慢流水，依次采用粗砂纸和细砂纸与试件呈水平方向，均匀来回打磨试件表面，分别打磨五分钟，打磨过程结束；
抛光机采用100mm抛光羊毛轮，将步骤(2-1)打磨过后的试件用试件夹固定，将抛光膏均匀涂抹在试件表面，使用抛光机匀速对试件表面进行抛光；
将水晶树脂A胶和水晶树脂B胶按照3：1的比例分别秤取90g和30g，倒入一次性塑料杯内均匀搅拌，将搅拌后的混合溶液放入60℃恒温干燥箱中放置15分钟，除去混合溶液中的气泡；使用滴管将镀层溶液均匀涂抹到试件表面，为防止镀层液流淌到侧面，使用透明胶带粘贴试件侧面，并使透明胶带高于试件侧面10mm，防止镀层液溢流；
将涂抹完镀层液的试件置于恒温干燥箱中养护6小时，温度设置为60℃，镀层固化后，含裂隙透明类岩石试件制备完毕。
2.根据权利要求1所述的一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，其特征在于：步骤1中，所述的定位孔的直径为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，其特征在于：步骤1中，使用的棉线，采用韧性极小的细棉线，两侧端部通过采用强力胶带粘接在有机玻璃板上，使其具有一定的承载能力。
4.根据权利要求1所述的一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，其特征在于：步骤2中，所述抛光机，电压为220V，功率为880W，砂轮直径为100mm，转速13000转/分。
5.根据权利要求1所述的一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，其特征在于：步骤1中，所述的量取和配置的不饱和树脂材料，包括449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂，各组分之间的质量比100:1:0.2，量取和配置的具体步骤如下：①材料量取；
按照设计用量及各组分的质量比，量取原材料：449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂；
将量取的449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂充分搅拌混合，然后将混合液放入恒温干燥箱中养护，恒温干燥箱温度设置为20℃；
将混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇筑成型，将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时，待模型具有一定强度之后拆模。
6.根据权利要求1所述的一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，其特征在于：步骤2中，镀层溶液的量取和配置，包括水晶树脂A胶、水晶树脂B胶，各组分之间的质量比3：1，量取和配置的具体步骤如下：①材料量取；
按照设计用量及各组分的质量比，量取原材料：水晶树脂A胶和水晶树脂B胶；
将量取的水晶树脂A胶和水晶树脂B胶充分搅拌混合，然后将混合液放入恒温干燥箱中养护，恒温干燥箱温度设置为60℃，持续15分钟；待混合溶液中气泡消除，镀层液制备完毕。
一种含3D打印裂隙的透明类岩石材料的打磨抛光方法
技术领域
[0001] 本发明属于岩石工程领域，涉及一种含裂隙和孔洞透明类岩石材料打磨抛光方法。
背景技术
[0002] 岩石经历了漫长地质构造作用，内部存在大量的裂隙和孔洞等缺陷，改变了岩石的力学特性，降低了岩石的极限承载能力，容易发生坍塌和岩爆等工程灾害。由于自然界中的岩石处于复杂的地质活动中，所处的受力环境不尽相同,岩石中裂隙的形状以及赋存方式千差万别。因此开展含不同形状片状裂隙和复杂裂隙网络等缺陷介质破坏行为的研究，具有重要的学术和工程意义。
[0003] 在研究工程岩石力学特性和破裂特征规律时，采用实验室试验是一种有效的方法，由于工程岩石预制裂隙和观察裂隙扩展方面的困难。采用人工制备的含裂隙和孔洞的透明类岩石材料代替天然岩石是一种有效的手段。采用脆性好的材料能够更好地模拟岩石材料的力学特性，而选用透明度良好的材料便于观测内部裂隙扩展形态和扩展规律。目前国内科研人员大多采用不饱和树脂材料作为类岩石材料，不饱和树脂材料固化后具有脆性好、拉压比较大、成本低等特点，但是其在固化过程中，需要在模具上涂抹凡士林和硅油等脱模剂，有一些试验还需要多次固化，因此在不饱和树脂固化后试件与模具接触的侧表面和底面存在一些缺陷和固化剂残留。由于不饱和树脂特有的性质，在固化后不饱和树脂顶面，与空气接触面，存在一层油性薄层，类似于毛玻璃表面。因此对于试验人员采用照相机或者摄像机拍摄试验结果时，存在很大的问题，对于实验结果的分析也非常不便利。
[0004] 因此在保留不饱和树脂试件的优良的脆性的基础上，通过对固化后试件进行打磨、抛光、镀层，得到高透明的试件，对于科研具有重大的意义。
发明内容
[0005] 本发明针对目前不饱和树脂固化试件表面质量问题，提供了一种对含3D打印裂隙透明类岩石试件的打磨、抛光、镀层方法，通过本方法可以改善不饱和树脂固化后透明类岩石材料表面质量，得到光洁、透明的含裂隙类岩石材料。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0007] 一种含裂隙透明类岩石材料打磨、抛光、镀层方法，采用449型树脂、异辛酸钴促进剂、过氧化甲乙酮固化剂固化后的试件作为类岩石材料，采用3D打印的椭圆形薄片模拟岩石中的裂隙，采用水晶树脂A胶和水晶树脂B胶作为镀层材料；
[0008] 步骤1制备含裂隙透明类岩石材料；
[0009] (1-1)制备框架模具；
[0010] 采用有机玻璃板作为隧道模型的框架模具，将5块玻璃立板组成顶部开口的盒子；根据预制备裂隙的数量和尺寸，通过CAD制图预先设计出裂隙模型在有机玻璃板框架模具中的定位，并在对应的玻璃板上设计隧道孔道和裂隙模型的定位孔，然后根据CAD制图设计，通过激光切割在有机玻璃板框架模具上制作出隧道孔道和裂隙模型的定位孔；
[0011] (1-2)3D打印椭圆形裂隙；
[0012] 通过ProE绘制椭圆形裂隙三维视图，采用3D打印打印绘制的模型，打印材料使用聚乳酸高分子塑料；
[0013] (1-3)裂隙模型的定位；
[0014] 利用牵线法定位作为作为裂隙模型的椭圆形薄片：具体如下：利用步骤(1-1)中有机玻璃板上切割制作的裂隙模型定位孔，采用柔软的棉线顺次穿过每个隧道孔道模型定位孔及定位于有机玻璃板框架模块内的椭圆形裂隙模型；从而在有机玻璃板的框架模具内定位作为作为裂隙的椭圆形薄片，脱模后形成含裂隙的透明类岩石材料；
[0015] (1-4)含裂隙透明类岩石材料的成型；
[0016] 量取和配置不饱和树脂材料，浇筑步骤(1-3)中的隧道模型框架模具；浇筑时为避免产生气泡，应采用导棒引流的方式流入框架模具，将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时，待隧道模型具有一定强度之后可拆模，将框架模具除去；脱模后隧道模型放入恒温干燥箱中，恒温75℃养护12小时，这样就完成模拟含裂隙透明类岩石材料试件全部制作过程；
[0017] 步骤2不饱和树脂固化后试件打磨、抛光、镀层方法；
[0018] (2-1)试件打磨；
[0019] 将固化后的试件，采用水磨的方法均匀打磨试件的各个面；具体如下：
[0020] 将固化后的试件，用试件夹水平夹放，采用两种砂纸，一种为300目的粗砂纸，另外一种为2000目的细砂纸，在将细水管置于试件上方缓慢流水，依次采用粗砂纸和细砂纸与试件呈水平方向，均匀来回打磨试件表面，分别打磨五分钟，打磨过程结束；
[0021] (2-2)试件抛光；
[0022] 采用S1M-HS1-100型抛光机，100mm抛光羊毛轮，将步骤(2-1)打磨过后的试件用试件夹固定，将W0.5抛光膏均匀涂抹在试件表面，使用抛光机匀速对试件表面进行抛光；
[0023] (2-3)试件镀层；
[0024] 将水晶树脂A胶和水晶树脂B胶按照3：1的比例分别秤取90g和30g，倒入一次性塑料杯内均匀搅拌，将搅拌后的混合溶液放入60℃恒温干燥箱中放置15分钟，除去混合溶液中的气泡；使用滴管将镀层溶液均匀涂抹到试件表面，为防止镀层液流淌到侧面，使用透明胶带粘贴试件侧面，并使透明胶带高于试件侧面10mm，防止镀层液溢流；
[0025] (2-4)镀层固化；
[0026] 将涂抹完镀层液的试件置于恒温干燥箱中养护6小时，温度设置为60℃，镀层固化后，含裂隙透明类岩石试件制备完毕。
[0027] 步骤1中，所述的定位孔的直径为1mm。
[0028] 步骤1中，使用的棉线，采用韧性极小的细棉线，两侧端部通过采用强力胶带粘接在有机玻璃板上，使其具有一定的承载能力。
[0029] 步骤2中，所述S1M-HS1-100型抛光机，电压为220V，功率为880W，砂轮直径为100mm，转速13000转/分。
[0030] 步骤1中，所述的量取和配置的不饱和树脂材料，包括449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂，各组分之间的质量比100:1:0.2，量取和配置的具体步骤如下：
[0031] ①材料量取；
[0032] 按照设计用量及各组分的质量比，量取原材料：449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂；
[0033] ②材料配置；
[0034] 将量取的449树脂、过氧化甲乙酮固化剂和异辛酸钴促进剂充分搅拌混合，然后将混合液放入恒温干燥箱中养护，恒温干燥箱温度设置为20℃；
[0035] ③浇筑成型及养护；
[0036] 将混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇筑成型，将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时，待模型具有一定强度之后拆模。
[0037] 步骤2中，镀层溶液的量取和配置，包括水晶树脂A胶、水晶树脂B胶，各组分之间的质量比3：1，量取和配置的具体步骤如下：
[0038] ①材料量取；
[0039] 按照设计用量及各组分的质量比，量取原材料：水晶树脂A胶和水晶树脂B胶；
[0040] ②材料配置；
[0041] 将量取的水晶树脂A胶和水晶树脂B胶充分搅拌混合，然后将混合液放入恒温干燥箱中养护，恒温干燥箱温度设置为60℃，持续15分钟；待混合溶液中气泡消除，镀层液制备完毕。
[0042] 本发明的优点是：
[0043] 1、本发明采用的聚乳酸高分子塑料打印的椭圆形裂隙刚度小，采用3D打印技术打印的椭圆形裂隙，相对于手工裁剪的椭圆形裂隙精度高。
[0044] 2、通过本文所述的打磨、抛光和镀层的方法，有效的解决的不饱和树脂固化后表面雾化现象以及固化试件与模板接触面质量缺陷问题。对于实验过程需要照相机或者摄像机记录裂隙变化情况，具有重要的意义。
具体实施方式
[0045] 以下通过实施例对本发明做进一步说明。
[0046] 实施例1
[0047] 拟制备长度为50mm，宽度为50mm，高度为100mm的试样，采用有机玻璃板材制作上部开口的正方体盒状模具。有机玻璃板的尺寸分别为一块底板120X120mm,两块侧板120X110mm，另外两块侧板50X60mm，厚度为10mm。为方便固化试件，有机玻璃板的尺寸比实际得到的试件尺寸略大。通过3D打印椭圆形薄片，充当岩石裂隙，材料采用聚乳酸高分子塑料。椭圆形裂隙长轴为20mm，短轴为10mm。根据CAD图纸提前制备需要穿线的小孔。有机玻璃板材按顺序，使用粘结剂粘接。待粘接牢固，用柔软的棉线顺次穿过每个小孔，用来固定裂隙模型。
[0048] 量取和配置，采用一次性塑料杯量取100g449树脂，使用盛有水晶树脂B胶和促进剂的塑料滴瓶分别向盛有树脂的塑料杯内滴入1g水晶树脂B胶和0.2g促进剂，使用搅拌棒按顺时针方向均匀搅拌混合溶液，搅拌5分钟。将搅拌均匀之后的混合液至于20℃的恒温干燥箱中，将含混合液采用导棒引流的方式引流入定位好的隧道模型的框架模具中浇筑成型，将浇筑过后的框架模具放入20℃恒温干燥箱中固化12小时，待隧道模型具有一定强度之后拆模。拆模之后的试件即为单隧道模型。
[0049] 量取和配置，采用一次性塑料杯量取100g水晶树脂A胶，使用盛有水晶树脂B胶塑料滴瓶向盛有树脂的塑料杯内滴入33g水晶树脂B胶，使用搅拌棒按顺时针方向均匀搅拌混合溶液，搅拌15分钟。将搅拌均匀之后的混合液至于60℃的恒温干燥箱中15分钟，除去混合溶液中的气泡。镀层溶液制备完成。
[0050] 将固化后的试件，用试件夹水平夹放，采用两种砂纸，一种为300目的粗砂纸，另外一种为2000目的细砂纸，在将细水管置于试件上方缓慢流水，依次采用粗砂纸和细砂纸，与试件呈水平放下，均匀来回打磨试件表面，分别打磨五分钟，打磨过程结束。将打磨过后的试件用试件夹固定，将W0.5抛光膏均匀涂抹在试件表面，使用抛光机匀速对试件表面进行抛光。将配置完成的镀层溶液，使用滴管将镀层溶液均匀涂抹到实践表面，为防止镀层液流淌到侧面，使用透明胶带粘贴试件侧面，并使透明胶带高于试件侧面10mm，防止镀层液溢流。将涂抹完镀层液的试件置于恒温干燥箱中养护6小时，温度设置为60℃，镀层固化，含裂隙透明类岩石试件制备完毕。
