淺談石材修補(bǔ)技術(shù)和石材料分析
2011-12-13
石材修補(bǔ)技術(shù)和材料隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展和更新也越來越多的應(yīng)用于石材加工中，石材修補(bǔ)技術(shù)和材料的不斷更新和推出以及它對(duì)石材業(yè)的發(fā)展，它對(duì)石材質(zhì)量的影響乃至于它對(duì)石材應(yīng)用效果和使用壽命的影響都是至觀重要的，這幾點(diǎn)在歐洲這個(gè)世界石材業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)已得到很好的認(rèn)證。在這里，我們將目前應(yīng)用于石材修補(bǔ)和修復(fù)方面的技術(shù)和材料做些討論，以闡明它們的應(yīng)用和意義以及對(duì)石材相關(guān)產(chǎn)業(yè)的作用和影響，旨在引起業(yè)內(nèi)人們的重視和樹立全新的理念，使一些傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝和施工方法得到更新和完善，企業(yè)綜合效益得到進(jìn)一步的提高。
一、關(guān)于石材修補(bǔ)的基礎(chǔ)材料
人類利用石材和石材加工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了不同的階段，回顧其發(fā)展和革命，都離不開其周邊材料科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新材料的不斷產(chǎn)生，使石材修補(bǔ)技術(shù)和材料更加科學(xué)和完善，效果也更加相對(duì)完美，使石材生產(chǎn)的質(zhì)量得到較大的提升，成本得到下降，石材資源得到更好的利用。
傳統(tǒng)的和新興的樹脂材料在石材修補(bǔ)和修復(fù)技術(shù)中扮演了重要角色，它們品種繁多、性能各異、工藝簡(jiǎn)單，效果逼真。作為功能細(xì)化了的材料，它們已被較好的應(yīng)用于石材前期加工中的強(qiáng)化和修補(bǔ)工藝中，石材后期的破損和孔洞的修補(bǔ)也常見于這些樹脂材料。例如，環(huán)氧樹脂被應(yīng)用于石材的強(qiáng)化、裂紋的修補(bǔ)和板材的粘接；不飽和樹脂被用于大理石孔洞的填補(bǔ)；丙烯酸樹脂也被用于一些石材表面的修飾；另外還有一些被改性了的樹指象光固化樹脂等具有了快速修補(bǔ)的功能。
二、石材缺陷修復(fù)的意義
大家都知道，石材的母體-巖石由多種礦物成分伴生并經(jīng)過了長(zhǎng)期復(fù)雜的形成過程。長(zhǎng)期的環(huán)境演變，使巖體內(nèi)的金屬元素多以各種化合物狀態(tài)存在，因而它們先天有著一些自然的化學(xué)和物理上的屬性，也使得石材天然存在著各種不同程度的缺陷和問題。同時(shí)這些金屬化合物的產(chǎn)生和存在也使石材有著美麗的色調(diào)，這使石材除了具有建筑上的功能外，還具有裝飾美的效果。這兩個(gè)主要功能具備的程度，基本上決定了一種石材在市場(chǎng)上的價(jià)值，這個(gè)價(jià)值就成為人們?cè)陂_采一種石材或選擇一種石材重要的衡量尺度。
長(zhǎng)期以來，對(duì)于石材存在的各種天然缺陷和問題，無論是石材商還是最終使用者都默認(rèn)了這些現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檫@一切都是天然的，石材就是這種天然的面孔。但是現(xiàn)實(shí)中人們還是在不斷的選擇和探索，因?yàn)槭拇嬖诘母鞣N缺陷和問題都從根本上影響了石材內(nèi)在的質(zhì)量，這種影響表現(xiàn)在具體的每一種石材上程度是不同的，這給人們選擇石材提供了較大的余地。最終反應(yīng)在市場(chǎng)上就是缺陷少的或顏色漂亮的石材受歡迎，石材商也可以獲取較大的收益。相反，他們就有可能蒙受較大的損失。隨著社會(huì)的發(fā)展和人生活質(zhì)量的提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，人們對(duì)石材的質(zhì)量有了更高的要求。最初它體現(xiàn)在加工設(shè)備的進(jìn)步，工藝和磨料的更新。但這只是外在條件的改善，它們保障了可以得到相對(duì)精確的幾何尺寸和較高的板面光澤，石材的內(nèi)在品質(zhì)如裂細(xì)、裂縫、疏松、砂眼和褪色等仍然存在。由此人們認(rèn)識(shí)到，石材質(zhì)量的全面改善，不能單純的依賴外在機(jī)械加工，還需要探索采取一些辦法使石材內(nèi)在的質(zhì)量得到改善和強(qiáng)化。實(shí)際上這一切就體現(xiàn)在石材加工概念上的升華，使得石材加工這一過程不單單是機(jī)械的結(jié)果，也由此帶來了從事石材相關(guān)領(lǐng)域研究的人們不懈的努力：修補(bǔ)和強(qiáng)化材料的完善和更新，石材染色技術(shù)和材料，石材防護(hù)技術(shù)和材料等等。
石材存在天然缺陷的形式是多種多樣的，表現(xiàn)在每一種石材上的程度也是不同的。像花崗石的破損、龜裂和沙眼，大理石的破損、裂縫、孔洞、疏松和褪色都是石材的一些常見問題。它們給石材開采商和石材加工商所造成的損失也是嚴(yán)重的，象一些非常名貴和漂亮的石材在礦山開采初期不得不把礦體上層的一部分風(fēng)化嚴(yán)重的荒料丟棄甚至把整座礦山放棄。表現(xiàn)在石材的質(zhì)量上，其一，石材板面粗糙、光亮度差、顏色暗淡。其二，石材強(qiáng)度低，破碎率高。其三，切割碎邊。其四，板面孔洞和沙眼使得石材的優(yōu)等品率低。其五，石材吸水率高，極易受到污染和發(fā)生病變。而對(duì)于石材開采商的影響也是巨大的，甚至于是致命的。因?yàn)橐蛔V山巖體缺陷的輕重直接決定了這種石材品位的高低和開發(fā)價(jià)值的多少，最終直接影響了荒料的市場(chǎng)/壽命和價(jià)格。對(duì)于石材生產(chǎn)商的影響則表現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面的：石材競(jìng)爭(zhēng)力的影響，市場(chǎng)壽命的影響，生產(chǎn)成本的影響和銷售價(jià)格的影響。從宏觀方面看，石材資源利用率低也是自然資源和社會(huì)資源的浪費(fèi)，因?yàn)檫@些資源短時(shí)期內(nèi)是不會(huì)再生的，而且石材的開采是付出了自然環(huán)境遭到破壞的代價(jià)。
通過對(duì)石材的缺陷所產(chǎn)生的影響分析，可以非常明顯的看到問題的嚴(yán)重性和解決的迫切性，各種各樣的修復(fù)方法和產(chǎn)品也相繼產(chǎn)生。從簡(jiǎn)單的打臘、涂膠、粘網(wǎng)，到現(xiàn)在的滲透性樹脂的應(yīng)用等等都是人們?cè)诓恍概妥非蟮慕Y(jié)果。這些產(chǎn)品和方法的產(chǎn)生，使石材制品的質(zhì)量有了較大的改善，也更加顯現(xiàn)了石材這種大自然產(chǎn)物的美麗色彩。實(shí)際上，我們還要認(rèn)識(shí)到石材修復(fù)技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)帶來的另一方面重要意義，那就是石材資源的合理利用和資源效益的提高。石材開采價(jià)值的體現(xiàn)除了要有相對(duì)大的儲(chǔ)量外，巖體的質(zhì)地（各種缺陷的程度）和花色也是主要的決定性標(biāo)準(zhǔn)。人們?cè)趯ふ屹|(zhì)地好、花色漂亮、儲(chǔ)量大的礦山開采，那些只有好的石質(zhì)而沒有好的顏色，或有好的花色而存在較大缺陷的礦山被放棄，或是將開采的有嚴(yán)重缺陷的荒料丟棄。這樣一方面造成開采商在人財(cái)物方面的損失，另一方面石材資源得不到充分的利用，同時(shí)由于大量的開采和放棄使得自然景觀和水土資源遭到了破壞。我們還要看到，優(yōu)質(zhì)礦山品種的開采大家群起而功之，最后導(dǎo)致盲目的開采和惡性競(jìng)爭(zhēng)，使資源的綜合效益得不到提升。當(dāng)然我們也看到有的人將目標(biāo)放在多數(shù)人相反的一面，他們?nèi)ふ夷切┍环艞壍挠袧撛谑袌?chǎng)價(jià)值的石材品種和礦山，然后探討通過新技術(shù)和新材料在重新利用的可能性。因?yàn)橛行┦耐忻利惖幕ㄉ?，但卻存在不同程度的缺陷。如果能夠使這部分石材的缺陷得到修復(fù)，所產(chǎn)生的市場(chǎng)價(jià)值和社會(huì)效益將是巨大的，因?yàn)槭牡幕ㄉ吘箤?duì)市場(chǎng)有著較大的誘惑力。事實(shí)證明，走在市場(chǎng)前面的人始終是新技術(shù)材料的最大收益者。
三、一些常見的石材修復(fù)材料和方法
實(shí)際上人們一直在不斷的努力探索一些好的方法和材料來修復(fù)和彌補(bǔ)石材一些常見的缺陷，以提高石材的整體質(zhì)量和效果，這在當(dāng)今石材大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用中尤為重要，它就像人們自身追求美一樣。當(dāng)然，無論是人類自身的美化還是石材缺陷的修復(fù)，都離不開一些新技術(shù)和新材料的產(chǎn)生和應(yīng)用。推陳出新，及時(shí)的應(yīng)用一些科學(xué)合理的新材料，才能使石材修補(bǔ)的效果更加完美，而這個(gè)效果不能僅限于工廠這個(gè)環(huán)節(jié)，還要保持在安裝和使用環(huán)節(jié)，以使綜合效益最大化。
1、涂臘
對(duì)石材板面涂蠟處理是一種應(yīng)用最早，成本最低，也是一些石材廠家最常用的一種旨在得到較好光澤和板面效果的方法。它能掩蓋板面上一些細(xì)小的裂紋，也能增加石材的光澤和色澤。但是這種方法和材料不能從根本上解決問題，效果的持久性較差。如果涂過臘的板材在室外使用，它會(huì)在短時(shí)間內(nèi)暴露其本來的面目。另外，涂過臘的石材由于蠟質(zhì)堵塞石材毛孔而使其不具有透氣性，往往導(dǎo)致石材發(fā)生病變，同時(shí)也使石材防護(hù)處理變得困難。蠟質(zhì)還會(huì)吸附灰塵，使得被處理的石材表面容易污染。
2、不飽和樹脂應(yīng)用于石材修補(bǔ)和增強(qiáng)
一些石材存在著天然的裂隙和孔洞，因而使得板材表面效果較差，加工和安裝時(shí)破損率較高，尤其是石材和使用一些大規(guī)格的板材。因此，人們將不飽和樹脂引入到石材的修補(bǔ)和增強(qiáng)。
我們所說得不飽和樹脂科學(xué)的名稱叫不飽和聚酯樹脂，當(dāng)由飽和的或不飽和的二元酸與飽和的或不飽和的二元醇縮聚而成的線型高分子化合物溶解于單體（通常指苯乙烯）中變成粘稠的液體時(shí)，我們稱它為不飽和聚酯樹脂。不飽和聚酯樹脂是一種熱固性樹脂，當(dāng)其在熱或引發(fā)劑的作用下，可固化成為一種高分子網(wǎng)狀聚合物。它被應(yīng)用于石材的修補(bǔ)和增強(qiáng)是基于這樣幾個(gè)面：固結(jié)速度快；粘度低，易于使用和操作；顏色淺，透明性好；膠體硬度高，拋光性好；配制簡(jiǎn)單，成本低。
1）不飽和樹脂用于石材表面的修補(bǔ)
將不飽和樹脂稀釋成適當(dāng)?shù)恼扯龋蛱砑雍线m的顏料和粉末填料，用于修補(bǔ)石材表面上的孔洞和裂縫，這時(shí)候我們把它成為石材面膠。這種面膠主要被用于工廠生產(chǎn)時(shí)大理石板材表面裂縫和缺損的修補(bǔ)以及洞石孔洞的填補(bǔ)等。使用時(shí)可根據(jù)板材的缺陷情況將整張板面全部刮膠或局部修補(bǔ)，然后自然擺放使膠體固化再打磨拋光或通過裝置加熱使其膠體快速固化再打磨拋光。
人們基于以上幾點(diǎn)將不飽和樹脂用于石材修補(bǔ)已經(jīng)過了較長(zhǎng)的時(shí)間，也取得了滿意的效果。但由于不飽和樹脂本身的缺點(diǎn)，使得它作為一種石材修補(bǔ)材料在物理上存在這樣一些缺點(diǎn)：膠體的粘和強(qiáng)度差；膠體脆性大；膠體收縮率大；耐濕熱性能差。在石材上具體表現(xiàn)是：被填補(bǔ)和粘接的石材板面裂縫受力時(shí)開膠斷裂；用于填補(bǔ)的膠體固結(jié)打磨后會(huì)出現(xiàn)收縮凹陷；膠體于石材結(jié)合縫收縮開裂。由此，人們繼續(xù)探索使用一些性能更加完美的樹脂材料用于石材的修補(bǔ)。
2）不飽和樹脂用于石材的增強(qiáng)
一些裂紋豐富和材質(zhì)疏松的石材（主要是大理石）特別是大規(guī)格板材在加工、搬運(yùn)和安裝時(shí)容易出現(xiàn)斷裂和破損，由此人們也把不飽和樹脂用于石材的增強(qiáng)處理。在石材背面涂膠和背網(wǎng)是目前被一些石材廠用來防止石材斷裂和破損常用的方法，使用時(shí)將不飽和樹脂配制成適當(dāng)?shù)恼扯龋缓笸抗卧谑牡恼麄€(gè)背面，或再粘覆上一層纖維網(wǎng)，以達(dá)到增強(qiáng)和托扶等目的。這時(shí)候我們也將這種不飽和樹脂稱為石材為背膠。
不飽和樹脂的一些缺點(diǎn)也使得它作為石材背膠同樣存在這樣一些問題：這種背膠體只是涂附在石材的表面上而沒有滲透效果，不會(huì)對(duì)石材的本質(zhì)起到強(qiáng)化作用；它也不適合一些強(qiáng)度低容易破碎的石材生產(chǎn)薄板時(shí)的處理；膠層與石材的粘合力差，脫皮后又使得板材破損；膠層與石材的粘合力差，耐濕性差，在石材濕鋪的情況下勢(shì)必要將膠層撕掉，否則會(huì)導(dǎo)致石材空鼓。綜合分析這些問題我們不難看出，使用這種補(bǔ)強(qiáng)材料處理的板材只是在工廠階段起到了一定的作用，而在安裝的時(shí)候，如果撕掉了這層膠層，板材的破碎率還是非常高的。
3）云石膠
討論不飽和樹脂作為石材的修補(bǔ)材料時(shí)不能不講云石膠，因?yàn)槭袌?chǎng)上這種常見的石材修補(bǔ)材料也多由不飽和樹脂配制的。這種云石膠除了不飽和樹脂那些缺點(diǎn)外，由于配制時(shí)添加了大量的溶劑和填料，固化劑添加的隨意性，使得它的固結(jié)程度和粘合強(qiáng)度變得更差。更可怕的是它還被一些人用于石材幕墻安裝時(shí)掛件的錨固。當(dāng)然，它之所以吸引人們使用除了使用方便之外，還是價(jià)格便宜。
3、環(huán)氧樹脂應(yīng)用于石材的修補(bǔ)和增強(qiáng)
鑒于不飽和樹脂的缺點(diǎn)使得它作為石材修補(bǔ)材料存在著許多問題，因而促使人們尋找其它材料，以使石材修補(bǔ)和增強(qiáng)效果更加完美。隨著環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝和質(zhì)量的日臻完善，固化材料的不斷創(chuàng)新，它已當(dāng)仁不讓的作為相對(duì)科學(xué)和完美的材料用于石材的修補(bǔ)和增強(qiáng)。
環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個(gè)或兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)高分子化合物，通常被處理成液態(tài)樹脂使用。由于分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，使它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而生成具有三向網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物。它被應(yīng)用于石材的修補(bǔ)和增強(qiáng)是基于這樣幾個(gè)面：物理特性好，粘合強(qiáng)度高；膠體固化收縮率相對(duì)較低；固化時(shí)間可控性大，可室溫固化也可高溫固化；分子量適當(dāng)，粘度可調(diào)，浸潤(rùn)性和滲透性好；膠體固化時(shí)收縮率相對(duì)較低。
1）環(huán)氧樹脂用于石材表面的修補(bǔ)
選擇適當(dāng)環(huán)氧環(huán)氧樹脂和固化劑，或事先在環(huán)氧樹脂中添加顏料和填料，以A、B組分的形態(tài)按確定的比例混合使用，用于修補(bǔ)石材表面上的孔洞和裂縫，所以也可把它稱為石材面膠。通常這種面膠也主要被用于工廠生產(chǎn)時(shí)花崗石表面裂隙的修補(bǔ)和大理石板材表面裂縫、缺損的修補(bǔ)以及洞石孔洞的填補(bǔ)等。使用時(shí)可根據(jù)板材的缺陷情況將整張板面全部刮膠或局部修補(bǔ)，然后自然擺放使膠體固化再打磨拋光或通過裝置加熱使其膠體快速固化再打磨拋光。
環(huán)氧樹脂作為石材面膠與不飽和樹脂相比具有更多的優(yōu)點(diǎn)；它的粘結(jié)強(qiáng)度高，粘結(jié)部位不容易開裂；它滲透性能好，能滲入裂隙內(nèi)部彌補(bǔ)粘合；膠體收縮率低，打磨后膠面不會(huì)凹陷；能夠修補(bǔ)花崗石上常見的細(xì)小裂隙。環(huán)氧樹脂以越來越多的趨勢(shì)正在取代不飽和樹脂作為石材的修補(bǔ)材料。
2）環(huán)氧樹脂用于石材的增強(qiáng)
由于環(huán)氧樹脂具有較好的粘合強(qiáng)度、滲透性和耐濕性，因此也可以把它作為一種理想的石材增強(qiáng)材料用于涂刮在石材背部防止石材斷裂和破損。環(huán)氧樹脂作為石材背膠使用，與不飽和樹脂石材背膠相比具有這樣一些優(yōu)點(diǎn)：膠體具有一定的滲透性，可進(jìn)入裂縫內(nèi)粘合和彌補(bǔ)；膠體與石材表面粘合力極好，膠層和背網(wǎng)不會(huì)脫皮；因膠層與板材粘合強(qiáng)度高，鋪裝時(shí)背膠和背網(wǎng)不需撕掉，板材的破損率相對(duì)減少。
但是，環(huán)氧樹脂作為石材修補(bǔ)材料盡管已具備了許多的優(yōu)點(diǎn)，但還是有一些美中不足的缺點(diǎn)：膠體的固化時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；AB組分配比相對(duì)嚴(yán)格；流水線作業(yè)時(shí)需對(duì)現(xiàn)有烘干設(shè)備進(jìn)行改造，因?yàn)樵缜暗脑S多補(bǔ)膠線是按不飽和樹脂設(shè)計(jì)的；使用成本要比不飽和樹脂高。針對(duì)這些問題，我們材料生產(chǎn)商也在積極探索，以解決環(huán)氧樹脂的固化時(shí)間與應(yīng)用效果一些矛盾，一些工廠也改造了設(shè)備，以適應(yīng)環(huán)氧樹脂大批量的應(yīng)用。盡管如此，環(huán)氧樹脂還是可以作為一種理想的石材修補(bǔ)和增強(qiáng)材料來推廣使用，現(xiàn)在歐洲地區(qū)的一些石材商已絕大多數(shù)的采用了環(huán)氧材料和工藝來對(duì)石材大面積的修補(bǔ)和增強(qiáng)，而且它也能滿足一些石材相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)補(bǔ)強(qiáng)材料的物理要求。
4、光固化樹脂用于石材的修補(bǔ)
光固化樹脂是指將一些樹脂材料改性加入特殊的活性基團(tuán)，然后吸收光的能量開始交聯(lián)聚合達(dá)到固化的狀態(tài)。光固化的樹脂基料有多種，環(huán)氧、聚酯、丙烯酸和有機(jī)硅等都可以引用做成光固化樹脂。它固化時(shí)間比較短，從幾秒到幾分鐘，因而使用效率極高。
光固化樹脂用于石材修補(bǔ)已有較早的先例，但鑒于光固化樹脂的一些特點(diǎn)，它目前多被用于石材表面的修飾和淺小凹坑的填補(bǔ)。這是因?yàn)楣夤袒瘶渲哪z層不能太厚，也不能有較深的顏色，否則光源的能量不夠，使膠體不能充分固化。光固化樹脂的粘接強(qiáng)度相對(duì)較低，所以也不能很好的用于石材粘接補(bǔ)強(qiáng)。但對(duì)于一些不受力的石材局部缺損的修補(bǔ)，它還是表現(xiàn)出了極大的靈活性和可操作性。由于使用光固化樹脂必須配備一個(gè)能提供光源的設(shè)備，這也給它的推廣和普及帶來困難。
5、快速固化石材修補(bǔ)膠
快速固化石材修補(bǔ)膠就是為了滿足石材生產(chǎn)和安裝需要，將樹脂材料配制成具有一定的流動(dòng)性、能夠快速固化、適當(dāng)?shù)恼辰訌?qiáng)度、有色或物色的粘接劑，用來對(duì)石材毛料或成品進(jìn)行局部修補(bǔ)或粘接。這些快速石材修補(bǔ)膠按采用的樹脂類別主要有環(huán)氧體系、不飽和樹脂體系和丙烯酸酯體系等幾大類；按固化形式有單組分、雙組分和光固化等幾大類。固化時(shí)間上約在幾分鐘至三小時(shí)之間。在選擇這些產(chǎn)品是要注意這樣幾個(gè)方面：適當(dāng)?shù)恼辰訌?qiáng)度，與石材適配，耐候性，使用方便。
結(jié)束語(yǔ)
石材修補(bǔ)技術(shù)和材料不可質(zhì)疑的成為石材應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要方面，它將有助提高我國(guó)石材業(yè)的整體質(zhì)量水平和綜合效益。它對(duì)石材資源合理利用的影響也是巨大的。但是我們還要看到，由于石材在我國(guó)屬于傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，多數(shù)企業(yè)靠低廉的勞動(dòng)力，簡(jiǎn)陋的生產(chǎn)設(shè)備，廉價(jià)的石材資源來維護(hù)經(jīng)營(yíng)，創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)的觀念比較淡薄，對(duì)新技術(shù)，新材料的反應(yīng)滯后，因此我們整個(gè)石材行業(yè)要及時(shí)的革新觀念，提高質(zhì)量意識(shí)，及時(shí)握住新技術(shù)，新材料給予市場(chǎng)帶來的機(jī)會(huì)和利益，以石材質(zhì)量和社會(huì)效益為重，提高我國(guó)石材在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，使我國(guó)成為一個(gè)真正的石材強(qiáng)國(guó)。