Подбор фракционного состава наполнителей для литьевого мрамора

Литьевой мрамор – это декоративный композиционный материал, позволяющий создавать изделия, имитирующие различные сорта мрамора. Данные изделия имеют превосходный внешний вид и отличные эксплуатационные качества: теплую на ощупь поверхность, высокую стойкость к воздействиям атмосферы, химическую и абразивную стойкость, негорючесть, хорошую ремонтопригодность. При этом литьевой мрамор недорог в производстве и обладает высокой технологичностью.

Низкая себестоимость литьевого мрамора объясняется тем, что в качестве наполнителя в нем применяется обычный мел, химическое название которого – карбонат кальция. Это неорганическое вещество, будучи основной составной частью природного мрамора, в молотом виде успешно используется в производстве мрамора литьевого. Впрочем, мел нужен не совсем обычный. Во-первых, порошок должен быть тщательно очищен от примесей и высушен. Во-вторых, при приготовлении литьевого мрамора исключительно важно обеспечить правильный фракционный или гранулометрический состав наполнителя.

Что это такое? После помола зерна наполнителя имеют самый разный размер – от субмикронных пылинок до песчинок в доли миллиметра. Их разделяют на ситах по средним диаметрам на группы, называемые фракциями. Фракционный состав наполнителя является непрерывным, если порошок содержит все фракции помола. Если же в состав наполнителя входит только одна или несколько фракций, то фракционный состав – прерывистый. Численно гранулометрический состав характеризуется отношением массы каждой фракции к общей массе наполнителя.

Оказывается, что для производства качественного литьевого мрамора требуется наполнитель вполне определенного прерывистого фракционного состава, включающего несколько различных фракций порошка карбоната кальция.

Почему? Если наполнитель содержит только мелкую фракцию, то при его смешении со смолой вязкость суспензии стремительно нарастает, что объясняется высокой удельной площадью твердых частиц (уменьшение среднего диаметра частиц вдвое увеличивает суммарную площадь в квадрате, поэтому площадь килограмма пыли в миллионы раз больше площади килограмма песка). Вследствие повышенной вязкости оказывается невозможным приготовить литьевой мрамор с высоким содержанием наполнителя, а избыток смолы не только повышает стоимость, но и снижает качество продукции. Если же использовать только крупную фракцию, то также не удастся достигнуть нужной концентрации наполнителя, но по другой причине: между крупными частицами остается слишком много пространства для смолы. Следовательно, требуется готовить смесь оптимального фракционного состава.

Оптимальное процентное содержание каждой фракции S определяется по формуле Фуллера как квадратный корень из отношения размера частиц в данной фракции d к максимальному размеру частиц D. Например, для изделия толщиной 12 мм рекомендуется иметь максимальный размер зерна 4 мм и применять фракции 0-0,1 мм, 0,1-0,25 мм, 0,25-1 мм и 1-4 мм. Несложный расчет позволяет определить, что по массе их содержание составит 16%, 9%, 25% и 50% соответственно. Применяя наполнитель, содержащий несколько фракций порошка, удается получить литьевой мрамор, содержащий до 80% карбоната кальция.