通體大理石瓷磚的制備研究

潘婷 陳賢偉 邱軍 羅鳳鉆

摘 要：本文闡述了一種通體大理石瓷磚的制備研究，通過(guò)控制四個(gè)條件：一是根據(jù)設(shè)計(jì)圖案估算粉料的排布，滿足設(shè)計(jì)要求；二是使用熱膨脹系數(shù)和熔融溫度相近的粉料；三是通過(guò)預(yù)設(shè)程序控制粉料的下落量和下落比例，設(shè)置一定的過(guò)渡，減少應(yīng)力產(chǎn)生；四是調(diào)節(jié)窯爐燒成溫度和氣氛，減少坯體內(nèi)部應(yīng)力和對(duì)金屬離子發(fā)色的影響。實(shí)現(xiàn)了大理石瓷磚的穩(wěn)定生產(chǎn)，使產(chǎn)品優(yōu)等品率達(dá)到90%以上，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生，帶動(dòng)了大理石瓷磚生產(chǎn)效率的提升以及行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：程序控制；調(diào)節(jié)窯爐；粉料排布

1 前言

天然大理石以其自然古樸的紋理和鮮艷亮麗的色澤，被廣泛應(yīng)用于建筑墻地面鋪貼，是一種高檔美觀的裝飾材料。但是作為大自然的產(chǎn)物，不可避免存在各種缺陷，如：輻射性強(qiáng)、色差大、瑕疵多、易滲污、難打理、價(jià)格昂貴、供貨周期長(zhǎng)以及不可再生等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，具有天然大理石逼真裝飾效果和瓷磚優(yōu)越性能的大理石瓷磚應(yīng)運(yùn)而生。大理石瓷磚是繼瓷片、拋光磚、仿古磚、微晶石瓷磚之后的又一瓷磚新品類，具有天然大理石的紋理、色彩、質(zhì)感、手感以及視覺(jué)效果完全達(dá)到天然大理石的逼真效果，裝飾效果甚至優(yōu)于天然大理石材，同時(shí)摒棄了天然大理石的各種天然缺陷，在吸水率、平整度、抗折強(qiáng)度等使用性能方面表現(xiàn)卓越不凡，贏得了廣大消費(fèi)者的青睞，發(fā)展成為瓷磚領(lǐng)域的主流產(chǎn)品之一。

廣闊的市場(chǎng)前景，催生了一陣“大理石”風(fēng)，眾多企業(yè)紛紛加入到大理石瓷磚的生產(chǎn)和銷售領(lǐng)域。根據(jù)對(duì)多個(gè)市場(chǎng)終端調(diào)查，目前每個(gè)陶瓷店面或多或少都有大理石紋理的瓷磚產(chǎn)品，但是不同產(chǎn)品之間在產(chǎn)品品質(zhì)、圖案逼真度、平整度以及產(chǎn)品表面紋理等方面都相差較大。行業(yè)內(nèi)很多企業(yè)的產(chǎn)品，能達(dá)到逼真效果的還不多，特別是近距離對(duì)比，層次感存在一定的缺陷。原因在于大理石瓷磚的生產(chǎn)是系統(tǒng)性工作，每個(gè)部分都是相關(guān)聯(lián)的，從花色設(shè)計(jì)、坯體配方、原料加工、印花、干燥路線控制各個(gè)環(huán)節(jié)都有講究，而各企業(yè)研發(fā)投入和設(shè)備投入不足，故存在較大的產(chǎn)品差異。因此，要想研發(fā)出仿石效果逼真、性能優(yōu)越的通體大理石瓷磚，需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)研究和調(diào)試才能達(dá)到比較滿意的效果。

2 主要研究?jī)?nèi)容

本研究涉及到通體大理石瓷磚生產(chǎn)工藝，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料選擇、配方研制、布料技術(shù)、燒成工藝控制以及一系列的工藝參數(shù)等多項(xiàng)內(nèi)容。

2.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)

根據(jù)市場(chǎng)需求，結(jié)合天然大理石材紋理圖案，對(duì)產(chǎn)品坯體配方、表面圖案、顏色分布、性能結(jié)構(gòu)、應(yīng)用效果等方面進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使其充分體現(xiàn)通體大理石瓷磚的紋理效果。

2.2坯釉配方的研究

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和花色需要，進(jìn)行坯體配方、超細(xì)熔塊配方的研究。

項(xiàng)目根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖案及顏色，通過(guò)不斷試驗(yàn)和調(diào)整確定坯體、熔塊配方如下表1、表2和表3所示，其中超細(xì)透明熔塊為高鈣質(zhì)熔塊，其中的鎂和鋇可以使其具有更好彈性和耐磨性能，而且此配比的熔塊在陶瓷磚燒結(jié)溫度下1150 ～ 1250℃下具有較高的粘性，因此不會(huì)鋪展至整個(gè)磚面，能夠保持原有的紋理。

2.3布料技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)通體紋理

多管布料技術(shù)是實(shí)現(xiàn)瓷磚通體紋理的核心步驟。主要研究不同粉料通過(guò)粉料下落管的排布順序、輥筒類型、輥筒運(yùn)行時(shí)間、輥筒轉(zhuǎn)速等參數(shù)對(duì)大理石瓷磚坯體紋理以及產(chǎn)品性能的影響，通過(guò)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保坯體紋理與表面紋理的一致，還原天然石材的內(nèi)部紋理。本項(xiàng)目研究在傳統(tǒng)坯體生產(chǎn)過(guò)程中引入多管布料系統(tǒng)（見(jiàn)圖1所示），該系統(tǒng)包括粉料下落管、粉料斗、下料輥筒、皮帶、混合粉料斗和格柵。通過(guò)對(duì)多管布料設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，使其可以同時(shí)布施4種或4種以上的粉料，實(shí)現(xiàn)通體坯體的生產(chǎn)。其生產(chǎn)效率并不低于現(xiàn)有普通單一粉料無(wú)紋理釉面磚生產(chǎn)效率。

本研究將多管布料技術(shù)與普通微粉拋光磚二次布料技術(shù)相比較，效果如表4所示，其布料速度更快，可達(dá)到4 ～ 6片/分，坯體紋理能夠達(dá)到全通體的效果，由于坯體是一次成型，轉(zhuǎn)產(chǎn)耗時(shí)更短，夾層幾率低，而且可以同時(shí)布4 ～ 6種的粉料，生產(chǎn)效率比普通微粉拋光磚更高。

本研究通體坯體的制備首先要根據(jù)大理石瓷磚表面的圖案和顏色安排粉料下落管的數(shù)量，并調(diào)整不同顏色粉料的下落比例和下落量，坯體粉料的工藝指標(biāo)見(jiàn)表5所示，粉料制備工藝如圖2所示。

生產(chǎn)時(shí)，粉料從粉料下落管落到粉料斗，粉料斗下設(shè)置有下料輥筒，預(yù)設(shè)程序根據(jù)產(chǎn)品圖案控制下料輥筒轉(zhuǎn)速和運(yùn)行時(shí)間從而控制下料量。粉料從下料輥筒落到轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶上，在這個(gè)過(guò)程中下料輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，下方的轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶也同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，粉料經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶落到混合粉料斗中（假設(shè)離壓機(jī)從近到遠(yuǎn)分別為A、B、C、D粉料，那么在轉(zhuǎn)動(dòng)皮帶上的粉料從上到下疊在一起的的順序ABCD）。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)皮帶和混合粉料斗之間有一定的高度差，所以在混合粉料斗中多種粉料有一定程度上的混合，粉料再經(jīng)過(guò)混合粉料斗下的格柵把不同顏色的粉料推到壓機(jī)?？蚶镞M(jìn)行壓制成型。不同紋理的格珊在拖動(dòng)粉料的過(guò)程中最終會(huì)形成和格珊相應(yīng)的紋理，所以格珊的紋理和最后通體坯的紋理有很大關(guān)系。根據(jù)不同格珊的紋理我們把格珊分為木紋格珊和亂紋格珊，格柵示意圖如下圖3、圖4所示。

2.4燒成工藝控制

在通體大理石瓷磚的生產(chǎn)過(guò)程中，坯體中包含的色料越多，生產(chǎn)難度越大。因?yàn)榕黧w中的色料與坯料分屬于不同的物質(zhì)，一定程度上會(huì)影響到坯體的強(qiáng)度，使其在后工序中出現(xiàn)裂磚現(xiàn)象。另外，由于色料是靠其中的有色金屬離子發(fā)色，而一些金屬離子對(duì)窯爐的溫度、氣氛相當(dāng)敏感，且不同的金屬離子的親和氣氛也不一樣，因此最終通體的呈現(xiàn)效果也受窯爐燒成制度的限制。本項(xiàng)目需要對(duì)窯爐氣氛、燒成溫度和時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使色料、坯料、面釉同步進(jìn)行一系列反應(yīng)，磚體的熱穩(wěn)定性提高，避免產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生。

項(xiàng)目采用一次燒成工藝，燒成周期60 ～ 75 min，通過(guò)研究燒成溫度和燒成氣氛對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和呈色性能的影響，得到燒成曲線如圖5所示。

3 結(jié)論

多管布料技術(shù)是實(shí)現(xiàn)瓷磚通體紋理的核心步驟，也是本項(xiàng)目研究的難點(diǎn)。由于坯體中色料與坯體原料組成不同，燒成過(guò)程中因成分差異，容易引起磚體缺陷。本研究制備通體坯體主要通過(guò)控制以下四個(gè)條件，減少磚體缺陷的產(chǎn)生：一是根據(jù)設(shè)計(jì)圖案估算粉料的排布，滿足設(shè)計(jì)要求；二是使用熱膨脹系數(shù)和熔融溫度相近的粉料；三是通過(guò)預(yù)設(shè)程序控制粉料的下落量和下落比例， 設(shè)置一定的過(guò)渡，減少應(yīng)力產(chǎn)生；四是調(diào)節(jié)窯爐燒成溫度和氣氛，減少坯體內(nèi)部應(yīng)力和對(duì)金屬離子發(fā)色的影響。通過(guò)對(duì)上述四個(gè)條件的控制，實(shí)現(xiàn)了大理石瓷磚的穩(wěn)定生產(chǎn)，優(yōu)等品率達(dá)到90%以上，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生，帶動(dòng)了大理石瓷磚生產(chǎn)效率的提升以及行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。