提高陶瓷磚防滑性能的工藝研究

盛正強 曹端旭 段國紅

摘 要：本文通過對常用的噴、淋特殊干粒法、提高釉溫法等，提高陶瓷磚防滑性能的工藝技術方法進行試驗研究，提出了一種采用膠輥特殊雕刻輥筒來印刷防滑釉的工藝方法，該方法成本低、使用方便、效果穩(wěn)定。

關鍵詞：陶瓷磚;防滑性能;防滑釉;膠輥印刷;特殊雕刻;物理檢測

1 背 景

近年，由于地面裝飾材料光滑而導致意外傷害事件，使消費者對地面鋪貼材料的防滑性能格外關注。陶瓷磚作為一種最廣泛應用于各種公共場所和家庭裝修的地面鋪貼材料，對其防滑性能的關注度更高。目前陶瓷防滑瓷磚主要是通過噴灑或涂抹防滑劑、腐蝕劑或選用特殊干粒材料、凹凸模具、提高釉溫等方式，將磚體表面制成具有宏觀或微觀的凹凸結構，利用這種結構，在壓力下和鞋底產生的機械咬合作用以及真空吸附作用來達到防滑效果。

2 實驗依據和原理

根據理論分析，提高防滑就需要增加陶瓷磚表面的凹凸不平結構，為同步對比，選用相同的300 mm×600 mm平面坯為試驗素材，在陶瓷磚釉層表面分別應用不同的工藝，制造出不同的表面凹凸結構，并采用歐標和美標測試這些凹凸表面結構的防滑效果。

2.1 實驗對比方案

（1）提高釉溫法：通過調整配方組成，只提高面釉溫度，使釉料燒成后陶瓷磚表面變粗糙。

（2）淋干粒法：陶瓷磚圖案裝飾后，表面淋一層合適細度和溫度的干粒制造凹凸表面。

（3）噴干粒法：陶瓷磚圖案裝飾后，表面噴一層合適細度和溫度的干粒制造凹凸表面。

（4）印刷防滑釉法：適當提高面釉溫度，再增加膠輥印刷防滑釉來增加釉面的粗糙程度。

2.2 實驗原理

本實驗依然采用提高陶瓷磚表面粗糙程度的方法，來提高產品摩擦系數(shù)，以達到防滑的目的，以上（2）（3）（4）淋、噴、印三種方法的表面凹凸結構示意圖見下圖。

2.3 實驗檢測設備

2.4 實驗檢測標準

美國標準：ASTM C 1028 - 07年動滑塊標準測試方法。

英國標準：BS 7976 - 2：2002年擺錘測試法。

德國標準：DIN 51097 - 1992年斜坡法，DIN 51130 - 2010標準。

3 實驗內容

3.1 樣品制備

（1）稱取重量100份的底釉釉料礦物原料，添加三聚磷酸鈉0.3份，羧甲基纖維素0.35份，水50份。將上述所有組分混合均勻球磨，得到底釉釉漿，調整底釉比重為1.52 g/ml，進行底釉釉漿施釉操作。以此種方法制備樣品4片，干燥備用;

（2）采用3D噴墨打印工藝，對施釉干燥后的樣品進行圖案裝飾，打印相同的裝飾圖案，獲得相同裝飾圖案的樣品，備用;

（3）分別對噴墨裝飾后的樣品，進行以上（2）（3）（4）三類工藝方案進行后續(xù)處理，并與（1）工藝方案的樣品，在同一窯爐燒成，獲得瓷磚實驗樣品。

3.2 樣品檢測和數(shù)據采集

將制得的瓷磚實驗樣品進行表面清潔，在常溫下根據不同的防滑標準要求，分別采用不同的檢測儀器，測定其防滑數(shù)據。本實驗測定了歐標和美標的兩種數(shù)值。

3.3 工藝參數(shù)

3.3.1 釉料參數(shù)

3.3.2 燒成參數(shù)

燒成溫度：1196℃;燒成周期：52 min。

3.3.3 噴墨打印參數(shù)

3.3.4 膠輥雕刻參數(shù)

4 實驗結果與分析

4.1 實驗步驟

4.1.1 基礎底釉

根據以上提出的幾種對比方案，經過前期一系列實驗，初步確定選用一致的底釉配方。其化學組成見表4。

4.1.2 防滑釉

（1）防滑釉的制備與確定。

實驗對比方案（4）中，在噴墨裝飾前，使用了膠輥印刷防滑釉工藝。稱取重量300份的防滑釉料原料，添加印油180份，進行球磨，釉漿的細度為325目篩余全過，比重控制在1.45 g/ml左右，采用膠輥印刷的方式，將制備好的防滑釉料轉印到已施底釉的樣品表面。經過實驗對比，獲得以下較為理想的防滑釉配方，其化學組成見表5。

（2）確定膠輥雕刻參數(shù)。

本實驗采用了厚版凸釉膠輥印刷方式，其膠輥雕刻選用縱橫交錯的布紋方格狀紋理圖案，人為制造出表面凹凸的結構。厚版膠輥印刷是通過設計相應的雕刻紋理，加大雕刻激光強度形成的特殊雕刻方法，改變雕刻孔的形狀及深度，使膠輥孔洞的藏釉量增加，從而能獲得轉印到磚坯上的釉量增大，形成凸起而厚實的印刷質感與效果。

4.1.3 干粒釉

（1）干粒釉配方

實驗對比方案（2）使用了淋干粒工藝，需選擇合適的耐磨干粒和保護釉漿進行實驗。按照理論以及試驗檢測結果，對耐磨干粒的配方組成進行試驗，引入了亞納米級剛玉，增加耐磨及高溫成分，比較理想的耐磨干粒的粒徑要求為80～200目，配方范圍：亞納米剛玉7～8%;長石等熔劑原料70～88%;粘土類15～22%; 所選擇的耐磨干?；瘜W組成見表6。

（2）淋釉干粒釉工藝的參數(shù)。

耐磨干粒屬瘠性料，其細度較粗，使用方式與普通釉漿存在著一定的區(qū)別。故此需與合適的保護釉漿進行匹配使用。稱取100份的保護釉原料，添加三聚磷酸鈉0.3份，羧甲基纖維素0.35份，水45份，將上述所有組分混合均勻球磨制成保護釉漿。將制備好的保護釉漿與耐磨干粒進行一定比例的混合，并添加合適的懸浮液，保證釉漿的使用性能，最終獲得理想的組合：懸浮液100，耐磨干粒35～42，保護釉漿30～35。

（3）噴釉干粒釉工藝的參數(shù)。

實驗對比方案（3）使用了噴干粒工藝，噴干粒法主要為了在磚坯表面形成部分凹凸結構，產生摩擦阻力來提高陶瓷磚的防滑系數(shù)?？紤]到耐磨干粒的粒徑、生產使用的可行性等因素，經過多種配比的噴干粒工藝實驗，結合其表面效果，最終確定較為合理的耐磨干粒釉組成：懸浮液100，耐磨干粒8～10，保護釉漿10～15。

4.1.4樣品檢測結果

陶瓷磚樣品燒成后進行物理性能檢測，主要檢測陶瓷磚的光澤度及防滑性能，防滑檢測進行美標及歐標性能檢測。檢測數(shù)據見表7。

從表7的檢測數(shù)據分析，針對美標數(shù)據，4個不同的工藝都能達到合格標準（≥0.42）。方案（2）防滑數(shù)據最好，釉面質量最高，但以歐洲防滑標準判定，方案（2）卻無法獲得R值（標標R9）;故綜合效果方案（4）最好，光澤度最低，有粗糙的手感卻柔和不刺手，而其余3種方案表面粗糙且都有較為明顯的刺手感。

4.2 底釉溫度對防滑性能的影響

根據以上4種工藝對比方案的檢測數(shù)據結果，我們選擇第（4）種印刷防滑釉工藝方案進行了改進試驗。固定防滑釉各項印刷參數(shù)，試驗不同的底釉溫度對陶瓷磚最終防滑性能的影響，本次工藝改進進行了三種釉溫梯度實驗，其底釉化學組成見表8。

按上述制備樣品制備方法，獲得三種溫度梯度的樣品，膠輥印刷相同的防滑釉料，并進行數(shù)碼噴墨打印，裝飾相同的噴墨圖案，燒成后獲得最終樣品。對以上3種不同溫度的樣品進行防滑指標檢測，結果見表9。

從兩次防滑數(shù)據中分析，各種標準無明顯的對應關系，美標數(shù)值高的樣品并不代表歐標就能合格。而英標與德標具有一定的匹配關系，英標數(shù)值高的話，德標數(shù)值也會相應較高，其對應關系見表10。

釉料的燒成溫度對檢測結果影響很大，在其余因素相同的條件下，釉溫越高其防滑性能越好，且光澤度越低，但釉面的手摸觸感會變差，變粗糙，且圖案效果顯現(xiàn)能力也變差。高溫的底釉對應的產品光澤度會降低，美標和歐標的檢測數(shù)據都會隨底釉溫度的提高而增加。

本實驗最終獲得較為穩(wěn)定的底釉，其配方化學組成見表11。

4.3 結果與討論

（1） 通過設計特殊雕刻膠輥輥筒印刷防滑釉，對比了3種提高陶瓷磚防滑性能的工藝方案的實驗，最終獲得一種成本較低、操作簡單、效果穩(wěn)定，性能較優(yōu)的防滑陶瓷磚工藝技術。

（2） 單純提高釉面溫度法，利用了釉料本身的高溫耐火性能，釉面不能很好的熔平，形成自然不規(guī)則的凹凸面，從而增大表面的粗糙程度，雖可以提高瓷磚表面的防滑性能，但釉面粗糙刺手，光澤度低，控制難度大且不夠穩(wěn)定，對噴墨圖案的裝飾發(fā)色影響也很大，深色產品顏色變淺、發(fā)白。

（3） 淋干粒法和噴干粒法是通過使用一定粒徑范圍耐磨高溫干粒，配以合適的釉料，在陶瓷磚表面形成高低不平、間隙相對均勻的凹凸面，從而改變瓷磚表面的粗糙程度，也能取得較好的防滑性能，但受生產工藝、干粒參數(shù)的穩(wěn)定性影響，波動較大，成本相對較高。

（4） 膠輥印刷防滑釉法是通過雕刻膠輥特殊的紋理，將防滑性能的釉料轉印到陶瓷磚表面，因印刷圖案的均勻性和穩(wěn)定性，能在陶瓷磚表面形成統(tǒng)一固定的圖案形狀，其紋理均勻、高度一致，起到了提高陶瓷磚表面防滑性能的效果，同時磚面手摸觸感柔和，不具有明顯的顆粒或刺手感，溫度易控制，操作簡單方便，易于生產控制。

（5） 無論是歐標還是美標，其防滑數(shù)值都會隨著底釉溫度的變化成線形關系。

（6） 本實驗創(chuàng)新的工藝技術使用簡單、操作方便、性能穩(wěn)定、容易推廣，適合多種規(guī)格應用。

5 結 論

（1） 通過對底釉配方的優(yōu)化，結合膠輥印刷防滑釉工藝，可以獲得防滑性能更好陶瓷磚。

（2） 膠輥的不同雕刻方式對印刷的防滑釉性能有較大影響，選擇特殊的深度雕刻既能滿足歐標防滑又能滿足美標防滑的要求。

（3） 釉料的成熟溫度對檢測結果影響很大，提高釉溫會促進防滑性能。對于有防滑要求的產品，其釉面溫度需比常規(guī)產品溫度稍高則有利于防滑性能的改善。

（4） 本研究中所獲得多次實驗樣品的防滑檢測結果，從數(shù)據分析來判斷，美標與歐洲防滑標準并不完全統(tǒng)一，且無明顯相對應關系。而歐洲標準里面英標與德標具有一定的匹配關系，英標數(shù)值高的德標數(shù)值也高。

參考文獻

[1] 美國標準：ASTM C 1028 - 07 Standard Test Method for Determining the Static Coefficient of Friction of Ceramic Tile and Other Like Surfaces by the Horizontal Dynamometer Pull-Meter Method.

[2] 英國標準：BS 7976-2： 2002 Pendulum testers-Part 2： Method of operation.

[3] 德國標準：DIN 51097 - 1992 Testing of floor coverings - determination of the anti-slip properties - wet-loaded barefoot areas， walking method - ramp test.

[4] 德國標準：DIN 51130 - 2010 Testing of floor coverings- determination of the anti-slip properties - Workrooms and fields of activities with slip danger， walking method - ramp test.

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[6] 王永強， 陳志川， 王少華，等. 陶瓷磚防滑性能檢測與應用探討[J]. 陶瓷， 2016（8）：31-36.