石材研磨抛光的设备及材料

一、石材翻新机、石材研磨机、地坪打磨机概念的由来

随着石材行业的快速发展和石材的广泛应用，石材的天然华丽色彩得到大家的青睐，人们对石材的装饰效果也越来越重视。但早期人们对石材本身维护的认识不够、铺装工序的不完善，导致很多问题的出现，如长期踩踏、自然风化等会导致石材逐渐失去原有的光泽，降低了石材的装饰效果和使用价值，这一结果促使石材翻新、护理行业的兴起。早在20世纪80年代，意大利一些厂家已开始关注地面石材翻新机的研发。最早进人中国的重型石材翻新机也源于意大利，主要用于旧地面的打磨翻新，在中国俗称“石材翻新机”。经过机器处理后的地面，不但可以恢复石材天然的美观度，同时解决了石材的落差（剪口）问题，提高了石材装饰的整体效果。旧地面通过机器的翻新处理，效果远远高出新铺贴的地面，从此高档场所新铺设石材地面的现场打磨就成为了一道必须工序，因而原有石材翻新机的概念便与实际应用领域不再相符，于是机器制造厂家将其命名为“石材研磨机”。随着多元化的发展，许多新型的铺贴材料，如抛光砖、人造石、混凝土等地面材料也开始受到业内人士的关注。正因为这些地面材料的广泛应用，原先单一概念的只局限于石材行业的“石材研磨机”已不能满足多元化市场的需求，由此才有了“地坪打磨机”概念的出现。

二、石材研磨机械发展动向

市场的迅速发展激励着石材行业不断地研发新的技术，开发新的设备。由于意大利的一些品牌机器对员工的操作技能要求较高，机器价格昂贵又过于笨重，同时由于市场的需求大增，如果不进一步改善机械性能，原有设备将成为行业发展的瓶颈，早在20世纪90年代，国内有关机械制造厂家便开始关注石材研磨机械的研发与制造，于是诞生了我国自主知识产权的双头对转研磨机。其产品在大理石表面的研磨效果得到了较大的改善，降低了劳动强度，同时降低了员工操作的门槛，满足软质地面的大面积打磨，有效地提高了软质地面打磨的工作效率，成为21世纪初最主流的石材研磨机械。

但是双头对转研磨机的适应范围也有一定的局限性，它只适用于大理石类的软质地面，而对于花岗石类的硬质地面，其效率很低，很难达到理想效果。为了弥补双头对转机械的不足，国内机械制造厂家又研发出了双头对转的行星磨头机械。该机械能弥补单一的双头对转机械磨削力不足的问题，能有效地满足硬质地面的打磨需求。

双头对转的行星磨头机械结构复杂，制造成本较高，对操作人员的技术要求较高，很难适用于刚刚兴起的石材行业，无法被市场广泛接受。随着中小城市市场需求的进一步扩大，三头分配行星磨头机械及三头行星磨头机械由此诞生，其产品实用性强，性价比较高，同时可以解决硬质地面的光泽度问题，近年来已成为主流机械。

石材护理行业的不断发展、大面积施工的需求以及人工成本的增加，促使成立了很多专业的施工队伍，得以更好地满足高端专业客户的需求。为进一步提高工作效率，降低劳动强度，由此研发出四磨头研磨机械，其操性能稳定，效率高，并已开始得到广泛应用。

随着新兴行业的不断发展，机械的研磨不仅仅局限于高端的写字楼、酒店等，更能广泛

应用于工厂地面、广场、地下车库以及商场地面施工，工业地面研磨处理需求也有所增加。为了更好地满足较大面积的施工需求，2008年拓美公司研发出驾驶型机械。

石材研磨机械的发展，不仅是为了满足石材行业的发展，也是地坪行业发展的需求，从而对机械性能的要求也越来越高，因此加快了国内石材研磨机械的研发步伐，从而缩短了国内石材研磨机械和国外同类产品的差距。

在经济全球化的21世纪，随着我国石材行业和地坪行业的发展及其文化的迅速普及，在石材护理行业和地坪护理行业日益兴盛的今天，原来传统的劳动密集型作业方式已经不适应石材护理行业和地坪护理行业的发展，机械设备的一体化、高效化、智能化必将成为时代主流，为了更好地满足市场的需求，不仅要求石材达到一定的光泽度，同时也对施工区域的平整度及石材表面的清晰度有一定的要求，因此我们必须引进高端技术，加强研发力度，进一步完善机械性能。

三、施工标准与机械参数

(一)施工标.准

施工标准可以简单地分为平整度、清晰度和光泽度。

'(1)平整度:施工后石材表面的平整性程度，是评定施工标准的主要指标之一。

(2)清晰度:石材表面的透光性指标，清晰度越高，周围物体在其表面的投影越清晰。

(3)光泽度:石材表面对可见光的反射程度。石材表面的平整度和光滑程度越高，光泽

度越好。,

(二）机械参数

石材研磨机的机械参数包括打磨扩度、磨头运行方式、转速、磨头单位压力和水量的控制等。

1.机械打磨扩度

相对来说机械的打磨扩度越大，施工地面的平整度就越高，但也正是打磨范围的增加，使得地面髙低差整平的效率降低。

2.机械磨头运行方式

机械磨头运行方式越复杂，磨削力越大，工作效率就越高。一般将机械分为行星磨头运行方式和单一磨头运行方式。

3.机械的转速

单一磨头运行方式的机械转速一般为300-600r/min，行星磨头运行方式的机械转速公转一般为300-600r/min,自转为800~1200r/min。一般情况下，机械磨头运行转速越髙，相对磨削力越高，但是过高的转速会降低磨料与打磨地面的摩擦阻力，在磨头压力相对较低的情况下，会降低机械的操作稳定性，同时也降低了施工标准。转速的选择不仅取决于磨料的配备，同时还取决于磨头的单位压力、施工的工序以及水量的控制。

4.机械磨头单位压力

机械磨头单位压力增大，相对工作效率及整平效率就会提高。但是过大的压力会导致机械输出的功率增加，加快电机的损坏，机器的使用寿命缩短，同时还会加快磨料的损耗。过软的地面施工，较大的磨头压力，切削力的增加，若此时机械又不能匀速运行，将会降低施工的平整度。

5.水量的控制

一般施工现场机械运行分为干磨和水磨，这主要取决于施工的地面。在石材研磨的过程中，水可以起到润滑、排屑以及降温等作用。对于一些花岗岩类的硬质地面的打磨，随着打磨工序的改变，水量也要及时地予以控制。地面打磨温度会直接影响打磨的光度。

四、石材研磨设备

(一）圆盘机

圆盘机（见图5-1)是在三合一清洗机的基础上改造而成的，一般机械采用单相AC220V电压，功率1.5~4HP(1HP=735.499W)，机械转速150-290r/min，适合于小面积、地面平整区域、材质均匀、硬度低的石材地面整体研磨、翻新施工。

优点：设备自重轻、易于搬运、造价低、使用范围广泛(可用于研磨、清洗、抛光、晶硬化处理）。

缺点：由于自重轻、转速低，因而磨削度差，不能有效地去除石材地面的剪口；对材质不均匀的石材研磨后，会产生鱼鱗斑;.由于没有支撑轮，对所施工面的平整度难以控制。

(二）双头对转式研磨机

双头对转式研磨机（见图5-2)采用三相AC380V电压，功率7~15HP，机械转速150~290r/min，可配备三爪对转行星磨头，磨头最大公转转速600r/min，最大自转转速1800r/min0

一般机械都配备变频调速装置，主要功能是可以调整磨头运行速度，不同的打磨工序应采用不同的转速，同时变频装置还具有软启动的功能以及对机器的保护功能，软启动不但可以提髙租器的使用寿命，同时还会避免机器启动过程中石材温升过快，使石材受到损坏。

优点:机械在打磨过程中，两磨头的打磨牵引力可以相互抵消，机械操作相对轻松平稳。双磨头交叉打磨还可以避免两磨头之间打磨盲区，同时由于两个磨头运行，扩度增加，也会提高施工的平整度，满足软质地面的大面积打磨，有效地提高软质地面打磨的工作效率。

缺点:机械磨头采用对转运行方式，相比行星磨头磨削性差，针对花岗岩类的硬质地面效率很低，若配备行星磨头,其机械制造成本较髙。

(三）三头分配行星磨头研磨机

三头分配行星磨头研磨机(见图5-3)采用三相AC380V电压及单相AC220V电压，功率5~15HP，机械公转最大转速500r/min,最大自转转速700r/min。三头分配行星磨头研磨机的特点是机械的公转与自转会通过地面的摩擦系数调整转速比，降低机械的功单输出，提高机械的使用范围。

优点:相比双头对转式研磨机打磨的磨削力加大，对花岗岩类硬质地面有较好的出光效果，同时机械的综合能力较强，通过调整磨头压力可用于抛光及表面处理。

缺点:分配式行星磨头公转与自转的磨削牵引力不能完全相互抵消，导致机械在软质地面操作困难，加大劳动强度。

(四）三头行星磨头研磨机

三头行星磨头研磨机(见图54)采用三相AC380V电压，功率7.5~15HP,机器公转最大转速400r/min,最大自转转速1500r/min，三头行星磨头研磨机的特点是磨头公转与自转为固定转速比，机械打磨的磨削力加大。

优点:机械配备功率较大、打磨扩度大、磨削力大，满足大面积施工需求，配备真空吸尘孔可用于干磨，减小石材病变概率及加大机械施工范围。

缺点:三头行星磨头研磨机的磨头自转和公转之间的转速比不能够相互调整，导致在软质地面操作机械牵引力较大，加大劳动强度及减小机械使用范围。

(五）四磨头地坪研磨机

四磨头地坪研磨机(见图5-5)最主要的特点是机械在打磨过程中，四磨头交叉打磨，磨盘纵向和横向牵引力可以相互抵消，四磨头交叉打磨还可以避免四磨头之间的打磨盲区。

优点：机械操作特别轻松平稳，机械打磨扩度较大，有效提髙了施工的平整度，满足了大面积施工需求，配备真空吸尘孔可用于干磨，减小石材病变概率及加大机械施工范围。

缺点：由于机械磨头采用非行星设计，为了满足硬质地面的需求，提高机械磨削力，机械磨头单位压力相对有所增大，机械自重相对加大，搬运不便。

(六）驾驶式研磨机

驾驶式研磨机（见图5名）最主要的特点是机械在图5-5四磨头地坪研磨机

使用中行走速度及方向通过机械摇杆控制，机械更换磨料采用电动液压控制，有效降低了劳动强度，提髙了施工标准，减少了磨料损耗、机械打磨扩度、功率，自重较大，相对机械磨头压

力增大，扭力大，线性磨削性能优异。

优点：磨削性能优异，操作中行走速度均匀，磨料损耗及施工平整度得到有效控制，机器自动化性能优异，大大降低了劳动强度，满足了大面积施工需求，配备真空吸尘孔，可用于干磨。

缺点:机械自重大，搬运及装卸不方便，仅适用于大面积施工。

(七）桥式磨机

桥式磨机（见图5-7)来源于意大利，主转动采用皮带传动，机械采用三相AC380V电压，功率7.5HP,机械转速380r/min，可配备行星磨头，行星磨头自转可达到1200r/mino

优点:扭力大、线性磨削性能优异，对花岗石、超微粉通体砖、高强度等级混凝土等硬质地面的整平研磨效率髙，平整度好。适用磨具范围广，设备耐用性好。

缺点:对于整平研磨后的研磨、抛光效率不如三头、

四头分配行星磨头式研磨设备，操作费力，体积大、自重大、搬运不方便，设备及配套电箱电缆造价高。

五、磨具磨料

(一)磨具

磨具是用以磨削、研磨和抛光的工具，大部分的磨具是用磨料加上结合剂制成的人造磨具，也有天然矿物直接加工成的天然磨具，如油石。磨具除在石材、陶瓷、玻

璃等非金属材料加工中被广泛应用外，还用于机械制造和其他金属加工工业。磨具在使用过程中，当磨粒磨钝时，由于磨粒自身部分碎裂或结合剂断裂，磨粒从磨具上局部或完全脱落，而磨具工作面上的磨料不断出现新的切削刃口，或不断露出新的锋利磨粒，使磨具在一定时间内能保持磨削性能。磨具的这种自锐性，是磨具与一般刀具相比突出的特点。

磨具按原料来源分为天然磨具和人造磨具两类。机械工业中常用的天然磨具只有油石。人造磨具按基本形状和结构特征区分，有砂轮、磨头、油石、砂瓦（以上统称固结磨具）和涂附磨具五类。此外，习惯上也把研磨剂列为磨具的一类。固结磨具按所用磨料的不同，可分为普通磨料固结磨具和超硬磨料固结磨具。前者用刚玉和碳化硅等普通磨料制成，后者用金刚石和立方氮化硼等超硬磨料制成。此外，还有一些特殊品种，如烧结刚玉磨具等。普通磨料固结磨具是由结合剂将普通磨料固结成一定形状，并具有一定强度的磨具。它一般由磨料、结合剂和气孔构成，这三部分常称为固结磨具的三要素。磨料在磨具中起磨削作用,结合剂是把松散的磨料固结成磨具的材料，有无机的和有机的两类。无机结合剂有陶瓷、菱苦土和硅酸钠等，有机的有树脂、橡胶和虫胶等，其中最常用的是菱苦土、树脂和金属结合剂。气孔内还可以浸渍某些填充剂，如白矾和石蜡等，以改善磨具的使用性能。这种填充剂，也被称为磨具的第四要素。

磨具的硬度与其动弹性模量具有对应关系，这有利于用音频法测定磨具的动弹性模量来表示磨具的硬度。在磨削加工中，若被磨工件的材质硬度高，一般选用硬度低的磨具，反之则选用硬度高的磨具。磨具组织粗分为紧密、中等和疏松三类，每类又可再细分数等。组织号越大，磨料在磨具中所占的体积百分率越小，磨粒之间的间隙越宽，表示组织越松;反之，组织号越小，表示组织越紧。较松组织的磨具使用时不易钝化，在磨削过程中发热少，能减少工件的发热变形和,烧伤;较紧组织的磨具磨粒不易脱落，有利于保持磨具的几何形状。磨具的组织只在制造时按磨具配方予以控制，一般不作测定。超硬磨料固结磨具主要是由金刚石、立方氮化硼等与结合剂固结，与普通磨料固结磨具不同，除超硬磨料层外，还有基体和过渡层。超硬磨料层是起切削、磨削作用的部分，由超硬磨料和结合剂组成;基体是在磨削中起支托作用的，由金属、电木或陶瓷等材料组成;过渡层用于连接基体和超硬磨料层，由结合剂构成，有时也可省去。常用的结合剂有树脂、金属、电镀金属和陶瓷等。

(二)磨料

石材研磨、抛光磨具使用的磨料主要有普通磨料白刚玉、黑碳化硅、绿碳化硅和金刚石等。白刚玉显微硬度2200-2300kg/mm2,黑碳化硅显微硬度3100~3300kg/mm2，绿碳化硅显微硬度3200~3340kg/mm2,金刚石显微硬度8000~10000kg/mm2。粒度号为4'~W0.5(甚至更细）。

从硬度的顺序可以排序出加工花岗石的是金刚石、绿碳化硅、黑碳化硅，加工大理石的是绿碳化硅、黑碳化硅（硬的）、白刚玉（软的）。从材料的成本分析依次是金刚石、绿碳化硅、黑碳化硅、白刚玉。

(三）用于石材研磨抛光的磨具

(1)菱苦土磨块：由碳化硅磨料与氧化镁、氯化镁聚合而成，以绿碳化硅为好。粒度号一般为36#~1200'，所制磨块的硬度也从硬到软。它的特点是成本低、自锐性好、加工适应性强，可以加工花岗石、大理石、人造石、陶瓷砖等，但加工效率低，磨头工作时需要较大的压力，是常规的研磨工具。这种磨具若采取自然干燥法生产，需放置30d以上使用。但存放周期超过一年以后，各种性能会有所变化，如自锐性、硬度等，有些还会产生开裂现象。

(2)碳化硅树脂磨块：由碳化硅磨料与树脂混合固结而成，有用酚醛树脂压制类，有与液体树脂混合以后进行浇筑类，主要应用于精磨。压制类的特点是耐用性好，磨削时的浸润性好,特别是加工大理石时,磨抛的光度好，效率也比较高，但用于浅色石材研磨时，容易着色，且成本会高些，这是其不能大范围推广使用的主要原因。浇筑类磨块是花岗石、水磨石、混凝土磨抛的主要磨具。

(3)陶瓷磨块：由碳化硅磨料与玻璃质相混合，经高温烧结而成，特点是耐用性好，但容易堵塞,发生磨削打滑现象，成本也高，因此现在使用得比较少。

(4)金属结合剂磨盘：由金刚石与金属粉末相混合，经烧结而成，特点是加工效率高，加工效果好。一般从50'起磨，对50#以下粗粒度的要谨慎使用，否则导致较粗划痕，后面的工序就很难达到理想效果。另外,用到的最细粒度也不应超过400#，因为这种工具用于大磨削量的修整粗糙面或整平剪口，是最有效的工具。虽然材料成本高一些，但是其加工的高效性是普通磨具所无法比拟的。

(5)树脂结合剂磨盘：由金刚石单晶、微粉与树脂固结而成。特点是成本比金属结合剂的要低，加工效率高，主要用于石材的精细研磨、抛光，是金属磨盘磨平后的延续磨抛工具，成本适中。

(6)金刚石软、硬磨片：是近年用于地面整体研磨的新型磨具,其磨削性、轻便性、软硬兼顾性较好，可提供50#~3000*的粒度以及抛光片。由于这种磨片采用金刚石作为磨料，磨削度好，效率高，可在短时间内完成一定的磨削量，所以在研磨材质不均匀的石材时，能有效地保护石材的软质部分，避免出现鱼鳞斑现象。它既可采用旋扣又可采用尼龙粘扣朐方式进行连接，操作方便，适用性强。此种磨具今后的使用及推广会有广阔的前景。

(四）金刚石磨块（片）在石材整体研磨、翻新行业中的应用

1.金刚石磨块（片）分类

金刚石磨块（片）有金属结合剂磨块和树脂结合剂磨块两种。金属结合剂磨块（片）是由金属粉末，如钢粉、铁料、锞粉、钴粉以及锡粉等和金刚石粉在一定温度和压力下烧结而成的。

树脂结合剂磨块（片）是由酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂和金刚石粉及其他一些辅助材料在一定温度或常温下，利用树脂的热固性固化而成的。

2•金刚石磨块（片）的主要特点

寿命长、磨削速度快、效力高、加工光度高，是使用最广泛的磨削工具。

3.金刚石磨块（片）在石材整体研磨、翻新行业的应用

(1)常用粒度为30*、50#、1100*、200#、400#、600#、800#、1000*、1500*,3000*等，一般是从粗到细，逐级选用磨片进行磨削和抛光。根据不同石材的要求，金刚石磨块（片）中的各种原材料也就不同，如金刚石粉的含量（也叫张度）以及其辅助材料的不同，结合在一起，通常称做配方。

(2)金属结合剂磨块（片）粒度一般是30*、50#、100#，常用于粗磨或修剪口，效力高、速度快，但磨痕较深。一般在使用中机械的压力不宜太大，推机速度不要太快。

(3)树脂结合剂磨块（片）粒度一般是50*、100*、200*、400#、800#、1500*、3000*,5000*或更高，根据不同的抛光要求选用。一般树脂结合剂磨块磨削后，具有磨痕较为平滑,容易出光。

(4)根据石材的分类，金刚石磨块（片）也可分为花岗石磨块（片）和大理石磨块（片）。一般来讲，大理石磨块（片）较容易磨削和抛光。花岗石磨块（片）由于硬度较大，较难磨削和抛光。还有一些特殊的石材，如黑色系列石材容易退色;红色花岗石（如印度红、南非红等)硬度大，难以磨抛;某些大花绿石材、雅士白系列以及金碧辉煌系列等难以抛光等。针对这些石材，要选用针对性的磨块（片）进行磨抛，以便达到理想的磨抛效果。

(5)金刚石磨块（片）可以制造成柔性磨块（片）和刚性磨块（片），根据不同的研磨抛光需要，一般在石材整体研磨时建议在400'以下，如30#、50'、100'、200#、400#采用刚性磨片(也就是硬磨片）,600\800\1000\1500*,2000\3000#采用柔性磨片。这样既可以使石材的平整度非常好,又可达到很好的抛光效果。

(6)机械转速与压力：对于抛光来讲，特别是对于800*、1500\2000\3000#等目数的磨片，机械转速越高，抛光效果越好，上光速度越快,压力也应相应加大一些。

(7)水量的控制：越到高目数抛光，水量就越小。到1500\3000*或以上的抛光目数，近乎于干抛，致使石材表面发热,这样抛光才能有效果，光度才可以提高。

金刚石磨块根据工作状态分为干磨和湿磨，比较广泛的是湿磨（即加水磨）。但是比较特殊的地方及材料，还需要采用干磨的方式，如墙面、洞石、混凝土等。

六、嵌缝材料

(一）水泥基嵌缝材料

水泥基嵌缝材料由水泥、石英砂和高分子聚合物组成，具有一定的防水、抗污染能力，是一种近几年来开始普及的水泥干粉制品。其优点是成本低、操作简单、具有一定的防污功能,适用于卫生间瓷砖墙面;缺点是不具有可抛光性、色泽单一、防污性能及黏结力一般，不适用于石材抛光地面。CG类水泥基填缝剂的技术要求、RG类反应型树脂基填缝剂的技术要求分别见表5-1、表5-2。

(二）树脂基嵌缝材料

树脂基嵌缝材料由树脂及添加剂组成，分为不饱和树脂和环氧树脂两类。不饱和树脂的优点是可磨抛性强、色泽丰富、黏结力适中、防污性能适中、施工速度快、普及率高，缺点是操作比水泥基嵌缝材料复杂、品牌众多、产品质量参差不齐、成本较水泥基高。环氧树脂的优点是胶膜硬、耐磨性好、黏结力强、收缩性小、抗老化性好、防污性强，缺点是固化时间长、成本高。