陶瓷磚耐磨性與磨耗檢測探討與分析

龔 明 陳 猛 張 敏 蘭書元 胡江峰 曾 磊

(1 江西省建筑衛(wèi)生陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 江西 高安 330800)(2 景德鎮(zhèn)學(xué)院 江西 景德鎮(zhèn) 333000)

前言

近年來，空間裝飾材料的種類越來越多，人們在滿足視覺效果要求的同時(shí)，對材料的使用功能也更加關(guān)注。由于陶瓷地磚具有裝飾效果好、使用壽命長、價(jià)格合理、平整度好、鋪貼方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在家庭和工程裝修中獲得了廣泛應(yīng)用。瓷質(zhì)釉面磚其表面拋光類產(chǎn)品，是最近以來廣為流行的一種墻地面鋪貼材料，集中了瓷質(zhì)釉面磚和拋光磚兩者的優(yōu)點(diǎn)。仿古磚和大理石等產(chǎn)品具有更好的耐磨性，通常用于裝修房間和大廳等場所。耐磨性是陶瓷地磚的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，但是筆者通過大量的實(shí)驗(yàn)：認(rèn)為耐磨性性能指標(biāo)人為因素比較大，因此筆者想通過陶瓷磚的萬轉(zhuǎn)磨耗對有釉磚和無釉磚來判定其耐磨性好壞。

1 陶瓷地磚耐磨性的技術(shù)要求

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4100-2015《陶瓷磚》[1]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,可分為擠壓成形陶瓷磚、干壓成形陶瓷磚和其他成形陶瓷磚。當(dāng)前市場上常用于工地項(xiàng)目的陶瓷磚主要是干壓成形。其他方法成形的陶瓷磚則是通過其他標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范，如：JC/T 994-2006《微晶玻璃陶瓷復(fù)合板》[2]。常見類型的陶瓷磚產(chǎn)品的耐磨性技術(shù)要求如表1所示[3～6]。

表1 常見陶瓷磚產(chǎn)品對耐磨性能的技術(shù)要求Tab.1 Technical requirements for resistance to abrasion common ceramic tiles

2 儀器設(shè)備

101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱；ZL500.4型電子天平；切割機(jī)；有釉耐磨試驗(yàn)機(jī)和無釉耐磨試驗(yàn)機(jī)；游標(biāo)卡尺。

3 陶瓷地磚的耐磨性試驗(yàn)方法

3.1 無釉磚的耐磨性試驗(yàn)方法

3.1.1 原理

無釉磚的耐磨性試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3810.6-2016《陶瓷磚試驗(yàn)方法 第6部分：無釉磚耐磨深度的測定》[7]，其原理是：在規(guī)定條件和有磨料的情況下，通過摩擦鋼輪子轉(zhuǎn)的正面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磨坑，由所測磨坑的長度測定無釉磚的耐磨性。

3.1.2 儀器設(shè)備

主要包括一個(gè)摩擦鋼輪，一個(gè)帶有磨料給料裝備的貯料斗，一個(gè)試樣夾具和一個(gè)平衡錘。摩擦鋼輪是用符合ISO 630-1鋼材制造，直徑為200 mm±0.2 mm，邊緣厚度為10 mm±0.1 mm,轉(zhuǎn)速為75 r/min。

測量精度為0.1 mm的量具。

磨料。符合ISO8486-1規(guī)定的粒度為F80的剛玉。

3.1.3 試樣準(zhǔn)備

至少用5塊試樣，每一塊其面積大約是100 mm×100 mm。其試驗(yàn)是干燥的、干凈的。

3.1.4 試樣準(zhǔn)備

將試樣夾入夾具，樣品與摩擦鋼輪成正切，保證磨料均勻地進(jìn)入研磨區(qū)。磨料給人速度為100 g/100 r±10 g/100 r。摩擦鋼輪轉(zhuǎn)150轉(zhuǎn)后，從夾具上取出試樣，測量磨坑的弦長(L),精確到0.5 mm。每塊試樣應(yīng)在其正面至少兩處成正交的位置進(jìn)行試驗(yàn)。

3.1.5 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試樣魔坑弦長，計(jì)算魔坑體積，計(jì)算并報(bào)告5塊試樣的平均磨坑體積。

3.1.6 注意事項(xiàng)

1)磨料不能重復(fù)使用；

2)要定時(shí)清理使用后的磨料，防止樣品支撐架不被堆積的磨料堵塞，保障平衡錘的作用力得到有效傳遞；

3)需要定期進(jìn)行壓力校準(zhǔn)。

3.2 有釉磚的耐磨性試驗(yàn)方法

3.2.1 原理

有釉磚的耐磨性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3810.7-2016《陶瓷磚試驗(yàn)方法第7部分：有釉磚表面耐磨性的測定》[8]，其原理是：磚釉面耐磨性的測定，是通過釉面上放置研磨介質(zhì)并旋轉(zhuǎn)，對已磨損的試樣與未磨損的試樣觀察對比，評(píng)價(jià)陶瓷磚耐磨的方法。

3.2.2 儀器設(shè)備

3.2.2.1 耐磨試驗(yàn)機(jī)

耐磨試驗(yàn)機(jī)由內(nèi)裝電動(dòng)驅(qū)動(dòng)水平支承盤的鋼殼組成，試樣最小尺寸為100 mm×100 mm。支承盤中心與每個(gè)試樣中心距離為195 mm。相鄰兩個(gè)試樣夾具的間距相等，支承盤以300 r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，隨之產(chǎn)生22.5 mm的偏心距e。因此，每塊試樣做直徑為45 mm的圓周運(yùn)動(dòng)，試樣由帶橡膠密封的金屬夾具固定。夾具的內(nèi)徑是83 mm、試驗(yàn)面積約為54 cm2、橡膠的厚度是9 mm、夾具內(nèi)空間高度為25.5 mm。試驗(yàn)機(jī)達(dá)到預(yù)調(diào)轉(zhuǎn)數(shù)后，自動(dòng)停機(jī)。支承試樣的夾具在工作時(shí)用蓋子蓋上，與該試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果相同的其他設(shè)備也可使用。

3.2.2.2 目視評(píng)價(jià)裝置

箱內(nèi)用色溫為6 000～6 500 K的熒光燈垂直置于觀察磚的表面上，照度約為300 lx，箱體尺寸61 cm×61 cm×61 cm,箱內(nèi)刷有自然灰色，觀察時(shí)應(yīng)避免光源直接照射。

3.2.3 試樣制備

試樣應(yīng)具有代表性，對于不同顏色或表面有裝飾效果的陶瓷磚，取樣時(shí)應(yīng)注意要包括所有特色的部分。試樣的尺寸一般為100 mm×100 mm，使用較小尺寸的試樣時(shí)，要先把它們粘緊固定在一個(gè)適宜的支承材料上，窄小接縫的邊界影響可忽悠不計(jì)。

3.2.4 試驗(yàn)步驟

將試樣釉面上夾緊在金屬夾具下，從夾具上方的加料孔中加入研磨介質(zhì)，蓋上蓋子防止研磨介質(zhì)損失，試樣的預(yù)調(diào)數(shù)為100轉(zhuǎn)、150轉(zhuǎn)、750轉(zhuǎn)、1 500轉(zhuǎn)、6 000轉(zhuǎn)和12 000轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)調(diào)轉(zhuǎn)數(shù)后，取下試樣，在流動(dòng)水下沖洗，并在110 ℃±5 ℃的干燥箱內(nèi)烘干。如果試樣被鐵銹污染，可用體積分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸擦洗，然后立即用流動(dòng)水沖洗、干燥。將試樣放入觀察箱中，用1塊已磨試樣，周圍放置3塊同型號(hào)未磨試樣，在300 lx照度下，距離2 m，高1.65 m，用眼睛觀察對比未磨和經(jīng)過研磨后的磚釉面的差別。

3.2.5 分級(jí)

有釉陶瓷磚耐磨性的分級(jí)見表2。

表2 有釉陶瓷磚耐磨性分級(jí)Tab.2 Glaze ceramic tiles wear resistance grade

3.2.6 注意事情

首先，為了防止耐磨試驗(yàn)后的釉面被鐵銹污染，可用體積溶度為10%的鹽酸擦洗，然后立即用流動(dòng)水沖洗、干燥；其次，需要注意不同的轉(zhuǎn)數(shù)研磨后磚釉面的差別，為降低目測誤差的影響，至少需要3種觀察意見(即目視觀察由3人以上的觀察員進(jìn)行)；再次，目視時(shí)，當(dāng)磨損在較高一級(jí)轉(zhuǎn)數(shù)和低一級(jí)轉(zhuǎn)數(shù)的附件時(shí)，重復(fù)試驗(yàn)檢查結(jié)果，如果結(jié)果不同，取兩個(gè)級(jí)別中較低一級(jí)作為結(jié)果進(jìn)行分級(jí)；最后，試驗(yàn)完畢，鋼球用流動(dòng)水沖洗，再用含甲醇的酒精清洗，然后徹底干燥，以防生銹。

實(shí)踐表明，有釉磚的表面耐磨性還與釉面顏色有關(guān)。相同材質(zhì)、工藝的有釉陶瓷磚，淺色磚的釉面磨痕比深色磚的釉面磨痕更難目測識(shí)別，表面耐磨性可能更高。

4 陶瓷地磚的耐磨性與磨耗性測試結(jié)果

4.1 有釉磚的耐磨性與磨耗測試結(jié)果

首先把有釉地磚切成尺寸一般為100 mm×100 mm，洗干凈之后用110 ℃的干燥箱內(nèi)烘干，放入干燥器中冷卻之后進(jìn)行稱量質(zhì)量為M1。然后按照有釉陶瓷地磚的試驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，其轉(zhuǎn)數(shù)為10 000轉(zhuǎn)，樣品取出烘干之后再進(jìn)行稱量質(zhì)量為M2。

M3=M1-M2

式中：M3——陶瓷磚磨耗損失的質(zhì)量。

筆者通過拋釉磚、仿古磚和小地磚等樣品，對陶瓷磚的耐磨性與萬轉(zhuǎn)磨耗進(jìn)行比對分析。

表3 有釉陶瓷磚的耐磨性與萬轉(zhuǎn)磨耗進(jìn)行比對分析Tab.3 Resistance to abrasion and ten thousand turn abrasion glazed ceramic tiles were compared to analyse

4.2 無釉磚的耐磨性與磨耗測試結(jié)果

首先把拋光磚的切成尺寸一般為100 mm×100 mm，洗干凈之后用110 ℃的干燥箱內(nèi)烘干，放入干燥器中冷卻之后進(jìn)行稱量質(zhì)量為M1。然后按照有釉陶瓷地磚的試驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，其轉(zhuǎn)數(shù)為10 000轉(zhuǎn)，樣品取出烘干之后再進(jìn)行稱量質(zhì)量為M2。

M3=M1-M2

式中：M3——陶瓷磚磨耗損失的質(zhì)量。

筆者通過拋光磚的樣品，對陶瓷磚的耐磨性與萬轉(zhuǎn)磨耗性進(jìn)行比對分析。

表4 無釉陶瓷磚的耐磨性與萬轉(zhuǎn)磨耗進(jìn)行比對分析Tab.4 Resistance to abrasion and ten thousand turn abrasion unglazed ceramic tiles were compared to analyse

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過對陶瓷磚的耐磨性與磨耗的數(shù)據(jù)分析表明：樣品在磨10 000轉(zhuǎn)的情況下，其磨耗損失的質(zhì)量更能直觀顯示其在同樣的條件下，不同樣品損失的量是多少，從而可以進(jìn)行量化。而陶瓷磚的耐磨性對有釉磚還是無釉磚，人為因素比較大。特別是有釉磚，通過耐磨性對類似的有釉磚進(jìn)行區(qū)分等級(jí)差別有點(diǎn)難度。最后筆者通過對有釉陶瓷磚所檢測的萬轉(zhuǎn)磨耗和國家標(biāo)準(zhǔn)有釉耐磨檢測結(jié)果表明，有釉陶瓷磚萬轉(zhuǎn)磨耗損失的越大，其有釉陶瓷磚的可見磨損的研磨轉(zhuǎn)數(shù)顯示級(jí)別越??；同時(shí)通過對無釉陶瓷磚實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，萬轉(zhuǎn)磨耗的損失量與國家標(biāo)準(zhǔn)無釉耐磨磚所檢測的體積數(shù)據(jù)具有一定的關(guān)聯(lián)，萬轉(zhuǎn)磨耗的損失量越小，其無釉耐磨的體積也越小。