uv光固化复合材料增强陶瓷岩板的制备

新型建筑材料陶瓷岩板已应用于背景墙、家居台
面、电器面板、桌面、门面等方面[1-2]，然而，陶瓷岩板在家
居领域的应用范围又受限于其较低的抗冲击性能和机
械加工性能，优异的抗冲击性能和机械加工性能可以减
少陶瓷岩板在生产、加工、运输和实际使用过程中的切
割裂[3]及易受冲击碎裂的问题。

陶瓷复合是陶瓷强韧化的关键技术手段之一[4]，采
用高强高韧高弹模材料与陶瓷基体复合可以有效提高
陶瓷材料的抗冲击性能，可以大幅减少大规格薄型化陶
瓷岩板在生产、加工、运输和使用中的碎裂。

目前陶瓷岩
板背面复合纤维网材料主要利用AB胶作为粘结剂，但
AB胶会自固，导致装备需要经常清洗，会造成大量VOC
产生。

另外，AB胶需要高温加热实现固化，能耗较高。

与
AB胶相比，无自固现象的UV粘结剂所具有的最大优势
是秒级固化和超低VOC排放，AB胶热固化每次至少需
要30min，而UV粘结剂在紫外光的照射下仅需几秒即
可实现固化[5]，低碳节能的UV光固化工艺能够在大幅度
提高生产效率的同时有效避免高温加热产生的高能耗
及高碳排放，这符合我国“绿水青山就是金山银山”的绿
色低碳经济发展理念，也有助于推动陶瓷岩板全方面多
层次宽领域跨界应用。

本文通过正交实验逐一对比测试光固化行业中现
有的树脂和单体，并结合UV光固化对紫外光源的能量
要求，研究制备了陶瓷岩板与增强材料复合专用的UV
粘结剂配方；探究了UV粘结剂底胶和面胶涂布质量比
对复合陶瓷岩板力学性能的影响，最终确定了最佳的
UV粘结剂配方和辊涂工艺，基于此UV粘结剂配方和辊
涂工艺测试对比了不同厚度陶瓷岩板在裸板、
UV光固
化复合两种不同状态下的力学性能。

UV光固化复合材料增强陶瓷岩板工艺流程如图1
所示，生产出陶瓷岩板后，先对其进行切割打磨处理，
通
过传送带传送到第一翻板机上进行翻面，经过排板、清
洁、
干燥处理后，传送到第一涂胶机上均匀辊涂UV粘结
剂，然后传送到铺网装备上铺设纤维网，
将平网处理后
严文记1,窦亚杰2,李金华1,鲍旭东3
(1.佛山市蓝之鲸科技有限公司佛山
528225
2.华南理工大学材料学院广州510641
3.广州和光同盛科技有限公司广州510530)
根据正交试验设计优选出最佳UV粘结剂配方,通过探究UV粘结剂底/面胶涂布质量比对复合陶瓷岩板力学性能的影响确定了最佳辊涂工艺,基于此配方及辊涂工艺测试了不同厚度陶瓷岩板在裸板、UV光固化复合两种不同状态下的力学性能。

研究发现,陶瓷岩板、粘结剂层和纤维网结合紧密;对于3.5mm厚未复合陶瓷岩板的抗落球冲击性能弱,一碰即碎,但经UV光固化复合后其抗落球冲击性能提升为2.6J;6mm厚未复合陶瓷岩板的抗冲击性能为0.4J,经UV
胶光固化复合后抗冲击性能可提升至1.8J,是裸板抗冲击性能的4.5倍。

;UV光固化;粘结剂配方;辊涂工艺;力学性能
图1UV光固化复合材料增强陶瓷岩板工艺流程
研究与探讨
Research&Discussion
表3不同的UV 粘结剂底/面涂布质量比的陶瓷岩板
力学性能
编号底胶质量(g)
面胶质量(g)
有无复合冲击能量(J)裸板00无0.441100100网格平纹布 5.072100200网格平纹布 5.733150100网格平纹布 5.294150150网格平纹布 6.17
5
200
100
网格平纹布
5.73
配方外观粘度(Pa.s)气味固化速度固化膜力学特征1淡黄色液体7000
芳香气味快硬脆
2黄色液体13000基本无味慢
软-无韧性3白色液体9500芳香气味适中硬且韧4黄色液体12000基本无味适中软有一定韧性
5
白色液体
18000基本无味
适中
硬且韧的板材传送到LED 紫外固化装备处进行第一次光固化，再由第一中转平台传送到第二涂胶机，用第二涂胶机在纤维网表面辊涂粘结剂，随后用汞灯固化装备对第二涂胶机喷涂的粘结剂进行光固化处理，最后将板材从第二排板平台传送到第二翻板机，用第二翻板机翻转板材，
检查粘结剂层无质量问题后进行翻面处理并包装。

参考国家标准GB18581-2020《木器涂料中有害物质限量》对陶瓷岩板与增强材料复合专用UV 粘结剂中有害物质含量进行检验；按照建筑工业行业产品标准JG/T463-2014《建筑装饰用人造石英石板》对200mm×200mm×3.5mm 和200mm×200mm×6mm 两种尺寸规格的未复合陶瓷岩板样品和UV 光固化复合材料增强陶瓷岩板样品的抗落球冲击性能进行检验；按照国家标准GB/T3810.4-2016《陶瓷砖试验方法第4部分：断裂模数和破坏强度的测定》对300mm×600mm×3.5mm 和300mm×600mm×6mm 两种尺寸规格的未复合陶瓷岩板样品和UV 光固化复合材料增强陶瓷岩板样品的破坏强度和断裂模数进行检验。

采用德国蔡司EVO18型扫描电子显微镜观察分析UV 光固化复合陶瓷岩板粘结层厚度的均匀性及复合层结合度。

通过正交试验从光固化行业现有的树脂和单体中
选出适合陶瓷岩板复合的诸多树脂和单体，再通过逐一比对测试选出最适合的几种树脂和单体，然后通过调整配比测试，最终选择了多官能团的树脂和低官能团的单体搭配，刚性的聚酯丙烯酸酯和柔性的长链聚氨酯丙烯酸酯混合的方式，结合UV 光固化对紫外光源的能量要求，获得初步的UV 粘结剂配方。

由表1可知，配方3和配方5的UV 粘结剂的力学性能最好，但配方5的UV 粘结剂的粘度最高且无味，且VOC 检测值仅为1.38g/kg，远低于GB 18581-2020标准（＜判定指标60g/kg ），
如表2所示，因此采用配方5作为陶瓷岩板UV 粘结剂配方。

考虑到若无UV 面胶覆盖住纤维网，后期加工过程中产生的纤维网漂浮碎屑会损害工人健康和造成环境污染，我们选择了二次涂布的方式，先在陶瓷岩板背面辊涂UV 底胶，铺上纤维网后进行LED 紫外固化，然后再辊涂UV 面胶并进行汞灯固化，这样，加工时产生的纤维网碎末被包裹于UV 粘结剂中，不会漂浮于空中损害工人健康。

由表3可知，当UV 底胶为150g，UV 面胶为150g 时，复合陶瓷岩板冲击能量在测试结果中最高，为6.17J，是陶瓷岩板裸板冲击能量的14倍左右。

结合UV 粘结剂底/面涂布质量比对陶瓷岩板力学性能的影响，我们最终采用底胶150g+面胶150g 的UV 粘结剂涂布方案。

为了进一步评价辊涂工艺效果，如图2所示，在1800mm×900mm×6mm 复合陶瓷岩板上均匀选取9块20mm×20mm×6mm 的样品，通过扫描电子显微镜
项目VOC 含量g/kg 苯%
甲醇%
甲醛mg/kg 总铅mg/kg 标准≤60≤0.1≤0.3≤100
≤90结果
1.38
未检出
未检出
7.68
<1
表2陶瓷岩板与增强材料复合专用UV 粘结剂中各有
害物质含量
图2九块UV 光固化复合材料增强陶瓷岩板样品的位
置选取图
观察分析UV 粘结剂层厚度均匀性及界面结合度。

理论上，如果陶瓷岩板与粘结剂层结合性能差，在陶瓷岩板底面和UV 面胶界面处会存在裂痕。

通过显微结构观察可知，9块样品断面的上下边缘处均无裂痕，陶瓷岩板底面和UV 面胶结合紧密，而且UV 粘结剂渗透于玻璃纤维网中，二者紧密结合，如图3
所示。

通过上述实验确定了UV 粘结剂最佳配方及辊涂工艺，基于此配方及辊涂工艺测试不同厚度陶瓷岩板在裸板、UV 光固化复合两种不同状态下的力学性能。

根据检测要求的尺寸规格，我们分别检测了200mm×200mm×3.5mm 和200mm×200mm×6mm 两种规格的三种不同复合状态陶瓷岩板的抗落球冲击性能，如表4所示。

特别强调的是，3.5mm 厚未复合陶瓷岩板的抗落球冲击性能弱，一碰即碎，但经UV 光固化复合后其抗落球冲击性能提升为2.6J。

可见，对于3.5mm 厚的陶瓷岩板，必须要通过复合的方式提高其抗冲击性能，否则难以市场化应用。

对于6mm 厚的陶瓷岩板，其裸板的抗冲击性能为0.4J，经UV 胶光固化复合后，抗冲击性能都可提升至1.8J，是裸板抗冲击性能的4.5倍。

综上所述，我们可以发现通过UV 光固化复合陶瓷岩板可以大幅提高陶瓷岩板的抗冲击性能。

根据检测要求的尺寸规格，我们也分别检测了300mm×600mm×3.5mm 和300mm×600mm×6mm 两种
规格的三种不同复合状态陶瓷岩板的破坏强度和断裂模数，如表4所示。

对于3.5mm 厚的陶瓷岩板，经
UV 光
固化复合后其破坏强度提升12.7%，断裂模数提升14.8%。

对于6mm 厚的陶瓷岩板，经UV 光固化复合后其破坏强度提升16.2%，断裂模数提升16.5%。

（
a:断面上边缘，b:断面下边缘
）
图3九块UV 光固化复合材料增强陶瓷岩板对应断面
的SEM 图（300倍）
（a:断面上边缘，b:断面下边缘）
图3九块UV 光固化复合材料增强陶瓷岩板对应断面
的SEM 图（300倍）（续）
(下转第16页)
1.通过多官能团的树脂和低官能团的单体搭配，刚性的聚酯丙烯酸酯和柔性的长链聚氨酯丙烯酸酯混合的方式，结合UV 光固化对紫外光源的能量要求，研制出一个综合性能最佳、工艺窗口最合适的陶瓷岩板与增强材料复合专用的UV 粘结剂配方，VOC 检测值仅为1.38g/kg，远低于GB 18581-2020标准（＜判定指标60g/kg ）。

2.通过探究UV 粘结剂底/面涂布质量比对陶瓷岩板力学性能的影响，确定底胶150g+面胶150g 的UV
粘结剂涂布最佳方案。

3.通过UV 光固化复合材料增强陶瓷岩板能够有效提高陶瓷岩板的抗冲击性能。

3.5mm 厚未复合陶瓷岩板的抗落球冲击性能弱，一碰即碎，但经UV 光固化复合后其抗落球冲击性能提升为2.6J；6mm 厚未复合陶瓷岩板的抗冲击性能为0.4J，经UV 胶光固化复合后，抗冲击性能都可提升至1.8J，是裸板抗冲击性能的
4.5
倍。

[1]朱敏.陶瓷岩板的现状和发展前景[J].陶瓷,2021(8):103-104.
[2]黄惠宁.《陶瓷岩板》标准现状与未来[J].佛山陶瓷,2021,30(02):1-9.
[3]潘雄.浅析影响大（薄）岩板切割裂的原因及解决措施[J].佛山陶瓷,2021,11(304):61-65.
[4]闵祖鑫.基于飞秒激光的SEVNB 法对陶瓷基复合材料断裂韧性评价的研究[D].广州:华南理工大学,2021.
[5]杨建明;杨小青;湦张迪等.UV 光固化粘结剂3DP 法三维打印及粘结剂的特性[J].热加工工艺,2017,46(24).
能起到比较好的效果。

（2）硅酸锆是锆乳浊釉的乳浊剂，所用量的多少，影响着釉面效果，但硅酸锆的价钱较高，从成本方面考虑，在保证釉面效果的前提下，最小量的使用硅酸锆。

经过对硅酸锆单因素试验得出，硅酸锆的用量在8～12g 时，白度在80左右。

（3）以钽铌尾砂、硅酸锆为主要研究对象，采用正交试验法，得出影响釉面白度的最大因素是硅酸锆，影响釉面光泽度的主要是滑石、氧化锌、方解石，钽铌矿尾砂在乳浊釉的融合性较好。

（4）对正交试验的结果进行配方优化，根据影响光泽度的因素，小幅度的调整滑石、氧化锌、方解石的用量，得出白度为83.0、光泽度为93.6的最优配方A7。

其配方组成为：水洗高岭土8.0%、长石30.0%、石英20.0%、方解石9.0%、钽铌尾砂16.0%、硅酸锆10.0%、滑石4.0%、氧化锌3.0%。

（5）对A7进行白度、光泽度、耐腐蚀检测、抗热震性
的检测，结果符合国家对日用陶瓷优等品的要求。

并对A7的釉面进行SEM 和XRD 检测，检测表明釉面乳浊的原因是形成了硅酸锆晶体，
且晶体发育良好。

[1]刘属兴，钽铌矿尾砂在结晶釉中的应用研究[J]，陶瓷学报,2011,32(2)269-271.
[2]龚强，钽铌尾砂在哑光釉的运用研究[J]，佛山陶瓷，2019，(12)27-31.
[3]王少华.制备工艺对釉中ZrSiO 4晶粒的形成及釉面性能的影响[D].华南理工大学,2014.
[4]李泽，日用瓷、卫生洁具、建筑陶瓷产品生产中的除铁工艺[J].佛山陶瓷，2007，（5），19-20
[5]蒋荣峰.建筑陶瓷矿物原料及坯料的解胶试验研究[D].景德镇陶瓷大学,2016.
[6]成岳,夏光华,科学研究与工程试验设计方法[M].武汉理工大学出版社,2005.
[7]GB/T 3532-2009,日用瓷器[S].
(上接第11页)
岩板厚度(mm)复合状态
抗落球冲击(J)200mm×200mm
破坏强度(N)300mm×600mm 断裂模数(MPa)300mm×600mm 3.5未复合0415.8±1.254.0±0.6UV 光固化复合
2.6476.5±6.762.0±0.76
未复合0.41071.2±1.851.0±1.0UV 光固化复合
1.8
1244.4±36.2
59.4±0.7
表4三种不同复合状态陶瓷岩板力学性能对比。