硅酸盐质文物的粘接修复方法与流程

本发明涉及文物保护领域，更具体地，涉及一种硅酸盐质文物的新型修复粘接技术，具体主要利用与硅酸盐质文物性能相近的硅质纤维材料作为连接柱，同时施加粘接材料进行断面粘接的修补技术。

背景技术：

硅酸盐质文物是历史、文化、艺术、社会各方面的重要载体，见证了中华文明的发展历程，反映了技术的发明与进步，凝聚了中华民族的聪明才智，具有不可替代的重要作用。硅酸盐质文物是我国文化遗产的重要组成部分，主要包括石质文物、土质文物、砖瓦、陶瓷和琉璃等，数量巨大，分布范围广泛，著名的陕西秦始皇陵兵马俑、甘肃敦煌莫高窟、河南洛阳龙门石窟、湖北武当山古建筑群等中国世界文化遗产与此相关。

其中脆弱性硅酸盐质文物抵御环境侵蚀能力较差，经受埋藏土壤、环境风化等因素的不断破坏侵蚀，易发生变化或极易发生各种变化，保护形势十分严峻。就硅酸盐质文物最为典型的断裂开裂这一病变而言，以世界文化遗产秦始皇帝陵博物院出土的陶质文物为例，由于秦俑陶质文物埋藏在地下多年，深受沉重的泥土等覆压与破坏而在出土时已是支离破碎的残片，失去原有的风采并影响着其极高的艺术和科学等价值，所以针对于此必须经过有效的、科学的粘接修复才能恢复还原其本来形貌。

在包括陶瓷器文物、石质文物、砖瓦、琉璃等硅酸盐质文物的粘接和修复研究中，大量报道主要集中在粘接材料的选择、性能评估以及材料的研发和更新中，新型有机粘接材料不断涌现，包括新型环氧树脂、丙烯酸树脂、有机氟聚合物和聚硅氧烷等有机硅树脂以及各类复合材料等等，这些有机粘接材料的耐老化性是其致命的缺陷，在应用于硅酸盐质文物的粘接修复后，粘接失效的无法预估成为目前难以克服的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在为防止目前使用粘接材料老化引起粘接失效、导致文物再次的断裂开裂等的破坏提供新的方法。

在此提供一种硅酸盐质文物的粘接修复方法，包括：在硅酸盐质文物的待粘接断面打连接孔；在所述连接孔内注入粘接材料和/或在硅质纤维柱表面涂覆粘接材料；以及在硅酸盐质文物的待粘接断面涂覆粘接材料，并将硅质纤维柱插入连接孔内，将硅酸盐质文物待粘接断面对接，进行断面的粘接。

根据本发明，利用与硅酸盐质文物性能相近的硅质纤维材料作为断面连接柱，同时采用粘接材料进行断面粘接，在双重粘接效力的作用下，可以防止目前使用粘接材料老化引起粘接失效、硅酸盐质文物再次的断裂开裂等导致文物无法估计的破坏作用。而且，采用与硅酸盐质文物性能相近的硅质纤维柱材料，能够缓除或解决粘接修复后在不同环境条件下纤维柱与文物本体膨胀性不匹配的问题。

较佳地，每个断面上的连接孔的数量为两个以上。

较佳地，所述连接孔的形状为圆柱状、螺纹状、倒锥状等，其中优选为倒锥状。

本发明中，所述硅质纤维柱的材质可为玻璃或石英等。

较佳地，所述硅质纤维柱的表面涂覆有偶联剂，优选为硅烷偶联剂。

较佳地，所述粘接材料为有机、无机或有机-无机复合粘接材料，优选自有机粘接材料丙烯酸树酯、环氧树脂中的至少一种。

较佳地，在涂覆粘接材料之前，采用浓度低于35％的磷酸溶液对连接孔表面和/或待粘接文物断面进行表面处理。

本发明中，所述硅酸盐质文物可为石质文物、陶瓷质文物、砖瓦或古建筑琉璃等。

附图说明

图1为根据本发明一实施形态的断裂陶质模拟样块粘接修复的结构示意图。

图2为图1所示实施形态中的粘接效果示意图以及对比图。

符号说明：

1.待粘接模拟陶质样品；

2.待粘接样品断面；

3.连接孔；

4.连接柱。

具体实施方式

以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。

本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种硅酸盐质文物的新型修复粘接技术，具体利用与硅酸盐质文物性能相近的硅质纤维材料作为断面连接柱，同时采用粘接材料进行断面粘接的修补技术，在双重粘接效力的作用下，为防止目前使用粘接材料老化引起粘接失效、硅酸盐质文物再次的断裂开裂等导致文物无法估计的破坏作用提供新的方法。

本发明中，作为粘接修复对象的硅酸盐质文物包括但不限于石质文物、陶瓷质文物、砖瓦和古建筑琉璃等。

首先可以将所需要粘接的硅酸盐质文物表面清理干净、烘干干燥。表面清理方法例如可为水清洗、激光清洗、超声波清洗、高压蒸汽清洗等。

在硅酸盐质文物断面处划分需要连接的连接柱位置，并进行连接孔的数量、位置、孔形、深度等的确定。

连接孔的数量和位置可以根据文物器型、重量等进行选择。一般而言，每个断面上的连接孔的数量可为两个以上，这样可以通过两根以上的连接柱进行粘接，使粘接力更强。连接孔的位置例如可为对称的三点式、四点式、六点式等。

连接孔的形状例如可为圆柱状、螺纹状、倒锥状等，其中优选为倒锥状，这种上小下大的结构可以使得连接孔与连接柱之间的结合更为稳固。

连接孔的深度、最大直径以不过度破坏硅酸盐质文物且使连接柱能有效插入为宜，可以根据文物器型、重量等进行选择。一实施方式中，在可允许的范围内，连接孔的深度越深粘接稳定性越好。

根据确定的连接孔，在各需要粘接的断面处进行打孔。打孔方法例如可为采用牙科用球钻等。打孔后，清理孔内以及断裂表面。

清理后的孔内以及断裂表面，可以采用低浓度磷酸等溶液进行表面处理，用以粗糙化连接孔以及文物待粘接断面，分别提高与硅质纤维柱材料和粘接材料之间的结合强度。

连接柱采用与硅酸盐质文物性能相近的硅质纤维柱材料，由此能够缓除或解决粘接修复后在不同环境条件下纤维柱与文物本体膨胀性不匹配的问题。硅质纤维柱材料是指富含二氧化硅的纤维材料。硅质纤维柱材料成分可为玻璃或石英等。

连接柱的形状和大小必须与连接孔相一致，并确保连接柱的凸式结构与连接孔的凹式结构完整契合，保证两者结合的密合性。

连接柱的硅质纤维柱材料与目前常使用的粘接材料如丙烯酸树脂等较难形成共聚结合，为了提高固位力，连接柱表面可涂覆偶联剂，从而能够改善硅质纤维和文物本体以及粘接材料的粘合性能，大大提高粘接强度。偶联剂可为硅烷偶联剂，例如可为乙烯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等。

在将连接柱插入连接孔之前，可在连接孔内注入粘接材料。附加地或可替代地，也可以在连接柱表面涂覆粘接材料。粘接材料可选自环氧树脂、丙烯酸树脂、有机氟聚合物、聚硅氧烷等有机硅树脂以及各类复合材料等等。

在硅酸盐质文物断裂粘接面涂覆粘接材料。在硅酸盐质文物断裂粘接面涂覆粘接材料在插入连接柱之前进行。该涂覆的粘接材料可根据硅酸盐质文物本体强度的高低来选择，例如可以选择丙烯酸酯、环氧树脂等材料，选择的原则是粘接断裂面的强度与文物本体相近或一致。

然后，将连接柱同时插入两个待粘接文物的连接孔内，同时将两个待粘接断裂面相对接，确保连接柱与孔壁以及断裂面之间能够充填完整、并结合牢固。

清除周围多余粘接材料，以避免对其它部位的影响。

所得的粘接体具有优异的抗折强度、韧性、耐老化性能，例如在温度200℃条件下热老化14天以及在紫外灯下照射20天后抗折强度未见明显下降。

采用本发明硅酸盐质文物的新型修复粘接技术，有效解决了单纯使用粘接材料过程中，由于材料老化所带来粘接强度降低的难题。

根据下述具体实施方式并参考附图以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。

实施例1

如图1所示，切割自行烧制的陶质模拟样块1，尺寸为40*20*20mm，表面清理干净并干燥待用。

划分需要粘接的两个断面2四个连接孔3的位置、确定孔深度约8mm，孔形呈倒锥形最大直径约3mm。

采用牙科用球钻按照要求在断面位置进行连接孔的钻磨，并采用高压喷气头将孔内钻磨的陶质粉末清除。

采用浓度低于35％的磷酸溶液对连接孔3表面以及待粘接文物断面2进行表面处理，提高待接触面的粗糙度。

采用细毛刷将硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷涂刷在与连接孔形状、尺寸一致的玻璃纤维柱4(德国dmg)表面，为了加速固化，选择紫外灯照射20秒。

采用滴注针头将粘接材料丙烯酸树脂(甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸乙酯共聚物)注入连接孔3内，并快速在陶质样品断裂表面2涂刷粘接材料丙烯酸树脂。

将偶联剂处理后的纤维柱4插入孔3内，并将陶质样品断裂表面2完整对接，确保纤维柱4与孔壁以及断裂面2之间能够充填完整、并结合牢固。

清除周围多余粘接材料后，固定粘接断裂面，24h固化完全。

采用万能机械强度仪(美国instron5566)测试具有断面连接柱和粘接材料进行断面粘接的陶质样品，粘接后样品的抗折强度为6.34mpa，同时韧性增强(见附图2中曲线1)。在温度200℃条件下热老化14天以及在紫外灯下照射20天后抗折强度未见明显下降(见附图2中曲线2)。

对比例1

切割自行烧制的陶质模拟样块，尺寸为40*20*20mm，表面清理干净并干燥待用。

采用浓度低于35％的磷酸溶液对待粘接文物断面进行表面处理，提高待接触面的粗糙度。

快速在陶质样品断裂表面涂刷粘接材料丙烯酸树脂(甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸乙酯共聚物)，清除周围多余粘接材料后，固定粘接断裂面，24h固化完全。

采用万能机械强度仪(美国instron5566)测试具有粘接材料进行断面粘接的陶质样品，粘接后样品的抗折强度为4.32mpa(见附图2中曲线3)。在温度200℃条件下热老化14天以及在紫外灯下照射20天后抗折强度明显下降，为1.21mpa(见附图2中曲线4)。

产业应用性

通过本发明硅酸盐质文物的新型修复粘接技术，利用与硅酸盐质文物性能相近的硅质材料作为断面连接柱，同时采用粘接材料进行断面粘接的修补技术，在双重粘接效力的作用下，解决了目前单纯使用粘接材料老化而引起粘接失效、硅酸盐质文物再次的断裂开裂等导致文物无法估计的破坏作用的难题。