淺談巖板成型密度及其影響因素

霍建榮,胡訊,田國權(quán),辛雷,葉祥

摘 要：本文分析對比了建筑陶瓷行業(yè)兩種典型的巖板成型方式的特點，著重探討了影響巖板坯體成型均勻性的因素及對巖板生產(chǎn)、裝飾性和加工性能造成的影響。介紹了配方粉料的容重、流動性及坯體密度取樣、檢測方法，對巖板研發(fā)及生產(chǎn)具有一定的參考意義。

關鍵詞：巖板;成型;密度

1 前 言

近年來，大規(guī)格巖板的生產(chǎn)和銷售都呈現(xiàn)了快速發(fā)展的趨勢，巖板的規(guī)格及厚度不受限制、應用場合多樣，為用戶的裝修使用提供了廣泛的空間。而這種裝飾的靈活性，來源于巖板產(chǎn)品優(yōu)異的后期加工性能和表面裝飾圖案的連續(xù)性。從巖板研發(fā)和生產(chǎn)的角度而言，坯體配方成型和燒成決定了巖板的性能，而成型的均勻性（即坯體密度分布）是至關重要的一環(huán)。

2 研究內(nèi)容

2.1 巖板的成型方式

目前，巖板的成型方式主要分為有模干壓成型和無模具的連續(xù)式滾壓成型。前者是將粉料填充于下模框內(nèi)，上模下行與下?？蛐纬梢粋€封閉式的空間，施加一定的壓力，使粉料顆粒排氣的同時聚集壓制成具有一定強度的坯體，如圖1（a）。而滾壓成型則是將粉料按一定厚度和寬度，預先鋪在一條鋼帶上，鋼帶運動將粉料傳輸，當通過壓機的上下滾筒時，在兩個圓柱體滾筒的切線點，粉料受到瞬間擠壓力成型。鋼帶的連續(xù)運動使堆集的粉料在后端形成連續(xù)的致密坯體平面，如圖1（b）。兩種成型方式的示意圖如圖1所示：

2.2 坯體成型不均造成的缺陷

對于巖板而言，無論是采用何種成型方式生產(chǎn)，對坯體成型均勻性要求都是非常高的，尤其是大規(guī)格巖板產(chǎn)品。具體表現(xiàn)在坯體成型后各處密度的分布，如果分布不均，則會在高溫燒成時，導致各處收縮不一致產(chǎn)生非均勻應力，產(chǎn)品燒成后，就會出現(xiàn)形狀上的尺寸偏差、變形、開裂等缺陷。

2.2.1“窄腰”、“寬腰”、“大小頭”

從圖2可以看出，當aa’相連位置的布料密度小于bb’時，就會出現(xiàn)aa’連線的收縮大于bb’連線的收縮，形成出窯產(chǎn)品的尺寸偏差。

2.2.2“開裂”

坯體在燒成時會根據(jù)成型密度的分布產(chǎn)生收縮，密度大的區(qū)域收縮小。因此當坯體密度分布不均勻時就不可避免地產(chǎn)生應力，當該應力大于坯體承受力時，坯體會出現(xiàn)扭曲，嚴重的就產(chǎn)生開裂。

2.2.3“連紋錯位”

巖板的規(guī)格較大，為了產(chǎn)生更連續(xù)的鋪貼裝飾效果，一般會采用連紋的圖案設計。但是，如果燒成后坯體尺寸偏差大，經(jīng)過磨邊后，往往會出現(xiàn)裝飾圖案錯位的現(xiàn)象，從而影響裝飾效果。

2.3 有模干壓成型方式布料均勻性控制

目前，傳統(tǒng)壓機均采用這種成型方式，即在格柵裝置內(nèi)裝填一定粉料，通過格柵的水平位移（前后移動）將粉料布入下?？?。這種布料方式的優(yōu)點是操作方便，布料速度快、效率高。缺點是布料后坯體各點的密度難以控制，特別是大規(guī)格產(chǎn)品成型時，容易出現(xiàn)坯體密度不均。有模干壓成型方式的液壓缸壓力傳導是基于帕斯卡定律，當壓制大而厚的產(chǎn)品時，可采用加大壓力的操作方式來減小產(chǎn)品規(guī)格變化對生坯密度的影響。

2.3.1坯體前后位置的布料均勻性

坯體粉料的流動性較好，為了將粉料均勻地送入下?？?，需要設計一個格柵作為布料的載體。格柵的尺寸均要大于下?？虻膬?nèi)尺寸10～15cm。為了盡量保證格柵上各點的布料均勻，需將格柵細分為若干個相對獨立的小區(qū)間（俗稱：格子）。當格柵向前運動時，格柵內(nèi)的粉料填充于模具內(nèi);當格柵向后運動時，格柵將多余的粉料收回?；厥崭駯艜r，多余粉料會相對均勻地分散在各個格柵的格子內(nèi)，盡量避免局部位置布料過多而影響到?？騼?nèi)粉料在各區(qū)域的均勻性。

2.3.2格柵格子的設計

如果采用與格柵邊框平行的方格，如圖4（a）所示。雖然也能起到均勻分散粉料的作用，但存在以下缺點：格柵在前后運動時，方格內(nèi)的粉料與格柵邊框呈平行狀態(tài)，粉料在布料時的運動路線如圖4（a）中格子放大圖所示。布料后，模具內(nèi)的粉料粒子容易呈平行狀分布，燒成后，坯體橫向和縱向的收縮率會產(chǎn)生差異，坯體呈現(xiàn)“波紋”。如果這種“波紋”與窯爐“棍棒印”重疊，則會“放大”波紋的存在，引起坯體邊緣下垂。如果沿著“波紋”方向水平切割，出現(xiàn)切割開裂的概率比較大。

如果采用與格柵邊框呈45度的棱形方格，如圖4（b）所示。單個方格呈棱形，棱形邊15～20mm為宜。主要優(yōu)點：（1）格柵在前后運動時，方格內(nèi)的粉料呈紊流狀態(tài)，粉料運動路線如圖4（b）中格子放大圖所示，這種結(jié)構(gòu)有利于粉料均勻地填充到下?？虻母鱾€點，減小各點密度差異，從而減小坯體燒成后橫向和縱向的收縮差異;（2）格柵內(nèi)的所有棱形方格，均采用三角形的方式緊密排列，可以利用三角形的穩(wěn)定性特點，防止格柵變形而影響布料效果。

2.3.3格柵運動速度的調(diào)節(jié)

調(diào)整格柵運動時各段的速度，可以調(diào)整坯體左右兩邊的布料密度，控制“窄腰”、“大小頭”等的產(chǎn)生。

2.4連續(xù)式滾壓成型方式布料均勻性控制

連續(xù)式滾壓成型是按預定的布料寬度，根據(jù)粉料的壓縮比，通過調(diào)節(jié)料車閘板，確定布料厚度;其長度則根據(jù)需要在連續(xù)成型后進行切割截取，其切線上的各點密度可代表整件產(chǎn)品密度。該種布料的先進性在于：在壓制的切線方向上，分成的若干個檢測點，可以通過X射線在線探測，確定各點密度，再通過數(shù)據(jù)傳輸，實時調(diào)節(jié)各點對應位置的布料高度，減小坯體各點密度的差異。

當滾壓成型在生產(chǎn)某種厚度的產(chǎn)品時，其產(chǎn)生壓力的上下滾筒的距離是一定的，當坯體的某點位置厚度與其它點的厚度不同時，也表明該點的密度與其它點不同，需要及時調(diào)整該點的布料高度。

連續(xù)式滾壓成型生產(chǎn)不同厚度的產(chǎn)品時，其坯體密度也是有一定差異的。表2為某巖板配方不同厚度產(chǎn)品的生坯密度和產(chǎn)品的部分數(shù)據(jù)。

當同一種產(chǎn)品的生坯厚度，如果成型后坯體的密度不同，在相同吸水率的情況下，其燒成的收縮也是不同的。以某種厚度產(chǎn)品為例，相關試驗數(shù)據(jù)如下表3所示。

2.5 生坯密度的取樣和檢測

2.5.1有模干壓成型坯體的取樣

由上述分析可知，該種布料方式是格柵往返布料，坯體的各點密度受粉料性能、格柵結(jié)構(gòu)、格柵運動速度等影響。應從縱橫方向截取多個點來進行生坯密度檢測。以900mm×1800mm×12mm規(guī)格產(chǎn)品為例，可考慮前、中、后，左、中、右，取18個點進行檢測，如圖5（a）所示。

2.5.2連續(xù)式滾壓成型坯體的取樣

因該種坯體是上下滾筒的切線點受壓成型，在取樣檢測密度時，可以沿切線點的斷面取樣檢測。以1600mm×3200mm×12mm規(guī)格產(chǎn)品為例，可考慮在1600mm的邊，取10～12點進行檢測，圖5（b）所示。

2.5.3生坯密度的檢測

利用阿基米德原理，采用浸沒法進行生坯密度的檢測。考慮到生坯遇水容易塌陷，影響檢測結(jié)果。需采用一些滲透性差的液體作為浸沒介質(zhì)（如：水銀、硅油等）。因水銀存在一定毒性，生產(chǎn)上一般采用硅油作為浸沒液體。

生坯密度計算公式：

ρ坯= ■×ρ液

ρ坯：坯體密度

m1：樣品在空氣中的質(zhì)量

m2：樣品在液體中的質(zhì)量

ρ液：介質(zhì)液體的密度

2.6影響生坯密度的其它因素

2.6.1除了布料和成型方式外，粉料的容重也是影響生坯密度的重要因素。

影響粉料容重的主要因素：

（1）造粒方式，采用噴霧造粒的粉料，因水分蒸發(fā)，單個粉料粒子近似球體狀，粒子內(nèi)部呈空心狀態(tài)如圖6（a）。采用機械破碎造粒的粉料，單個粒子呈不規(guī)則狀，粒子內(nèi)部呈實心狀如圖6（b）。噴霧造粒的粉料容重一般小于機械破碎造粒的粉料。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當粉料水分在7%～7.5%時，噴霧造粒的粉料容重一般在0.87～0.93g/cm3，機械破碎造粒粉料的容重一般在0.96～1.02 g/cm3。

（2）漿料水分，在滿足漿料流動性的前提下，可考慮盡量減少漿料的水分，不僅可以節(jié)約噴霧塔的能耗，還可以在造粒時，減少單個粒子內(nèi)部空心的體積，即：減少粉料氣孔率，提升粉料容重。

（3）顆粒級配，粉料堆積時，粒子之間存在間隙，間隙大，容重低。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，如果粉料中，細顆粒較多，則容重會偏低;如果粉料中，粗顆粒較多，則容重會偏高。在生產(chǎn)過程中，一般調(diào)節(jié)40目以上和100目以下的粒子，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)粉料容重。

（4）粉料水分，不同的壓機成型方式，對粉料的水分要求是不同的，當粉料水分大時，粉料容重會偏大，反之，則容重偏小。

（5）粉料配方的結(jié)構(gòu)，如果配方中采用密度較大的原料較多，所制得的粉料一般會容重較大。

2.6.2粉料的流動性

（1）流動性好的粉料，成型后坯體各點的密度差異較小;流動性差的粉料，成型后坯體各點的密度差異偏大。

（2）噴霧造粒的粉料，單個粒子接近球形，流動性好;機械破碎造粒的粉料，單個粒子形狀不規(guī)則，流動性欠佳。

3結(jié)語

巖板作為一種新型的建材產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中的細節(jié)控制尤為重要。坯體密度作為其中一個關鍵控制點，不僅會影響到產(chǎn)品的表面質(zhì)量，也會對產(chǎn)品的加工性能有著重要的影響，需要在研發(fā)和生產(chǎn)中作為重點研究。

參考文獻

[1] 《建筑陶瓷工藝》講義? ? ?馬光華? ?景德鎮(zhèn)陶瓷大學

[2] 《現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷工程師手冊》? ? 中國建材工業(yè)出版社