噴墨滲透陶瓷磚的生產(chǎn)工藝研究

楊曉峰

摘 要：實(shí)驗(yàn)研究干法噴墨滲透陶瓷磚二次薄法布料所用的粉料性能，即粉料水分、流動(dòng)性、致密度、細(xì)度、收縮以及發(fā)色之間的相互關(guān)系，以尋求找到最佳的工藝參數(shù)來有效的控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的品質(zhì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：滲透面料水分在6.5-8.0%，細(xì)度0.6-0.8%（250目篩網(wǎng)）、30目-80目范圍內(nèi)的粒子大于74%;容重在90g/ml以上，粉料流動(dòng)性在57-63秒，致密度在1.60-1.65;收縮控制在12.5%以內(nèi)，底料比面料膨脹系數(shù)大0.1-0.2*10-6/K（溫度40-600℃）;為最佳工藝參數(shù)，生產(chǎn)最為穩(wěn)定，缺陷最少。

關(guān)鍵詞：流動(dòng)性;發(fā)色;致密度

1 引 言

陶瓷噴墨滲透打印技術(shù)的出現(xiàn)，在拋光磚原有的耐磨、平整的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上增加了拋釉磚的質(zhì)感與花色。在色彩、層次、質(zhì)感方面比傳統(tǒng)的微晶磚和全拋釉具有更明顯的優(yōu)勢， 極大地提升了陶瓷磚的裝飾效果。 拓寬了拋光磚新的工藝。

干法噴墨滲透陶瓷磚在生產(chǎn)過程中其成型、磚形、發(fā)色、防污等受很多方面的影響。本論文主要討論二次薄法布料中粉料的最佳性能，包括粉料水分、流動(dòng)性、致密度、細(xì)度、收縮以及發(fā)色之間的相互關(guān)系，以尋求最佳的工藝參數(shù)，有效的控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的品質(zhì)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用原料分為面料和底料原材料，其中面料原材料有：水磨鉀長石、龍巖球土、鈉長石粉、葉臘石、超白高溫砂、增韌劑;底料所用原材料有：精選鈉石粉、水磨石粉、水洗球土、黑滑石、超白高溫砂、高白膨潤土、中山黑泥;其化學(xué)成分如表1、表2所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

主要研究面料配方的鉀鈉含量、助紅劑、坯體的致密度對面料發(fā)色的影響。同時(shí)，研究面料和底料配方的匹配性。粉料的流動(dòng)性與水分、濕強(qiáng)度、顆粒級(jí)配、容重的關(guān)系。

2.3樣品的表征

粉料流動(dòng)性檢測方法為采用4.0mm口徑、容積100ml的流速杯檢測。粉料濕強(qiáng)度檢測方法為取不同水分的粉料125克壓制成8×12cm的方餅，用強(qiáng)度抗折儀檢測其強(qiáng)度;致密度檢測方法為用水銀密度計(jì)檢測在不同水分下餅的致密度，所有的方餅都在相同壓力下壓制成型。容重檢測方法為用100ml的比重杯檢測。

3結(jié)果與討論

3.1 面料的發(fā)色

3.1.1面料鉀鈉含量的影響

影響面料發(fā)色的主要化學(xué)成分有鋁、鈣、鎂、鉀、鈉。鋁對藍(lán)色發(fā)色好，但影響棕色發(fā)色;鈣鎂不利于發(fā)色;鉀鈉有助于發(fā)色。本次主要研究面料不同的鉀鈉對墨水發(fā)色性能的影響，最終選擇合理的配方配比，配方的設(shè)計(jì)和化學(xué)組成如表3和表4。

從表5和圖1、圖2和圖3可知，隨著鉀含量增高鈉含量降低，紅度值和黃度值越大，棕色發(fā)色越好;隨著鉀含量增高鈉含量降低，紅度值降低，黃度值增加，黃色發(fā)色更純;隨著鉀含量增高鈉含量降低，紅度值和黃度值都有所下降。藍(lán)色發(fā)色越好。因此，鉀含量增加有助于藍(lán)色發(fā)色更藍(lán)，棕色發(fā)色更紅，黃色發(fā)色更黃;鈉含量有所影響，但是影響不大。根據(jù)圖案設(shè)計(jì)要求，棕色、黃色、藍(lán)色發(fā)色越好越適合調(diào)色。因此經(jīng)過多次試驗(yàn)，棕色a值9.5-10.0;b值15.5-16.0;黃色a值-1.7～-1.5;b值16.0-16.5，藍(lán)色波動(dòng)比較小，一般不太限制。最終選用配方3作為滲透面料配方，其膨脹系數(shù)為8.8×10-6/K;燒結(jié)溫度點(diǎn)為1245℃;白度為62.5-63.5°。

3.1.2助紅劑的影響

分別探究了不同的助紅劑的添加量對面料發(fā)色的影響，如表6所示。

從表6可知，隨著助紅劑的添加量增加，棕色墨水的紅度值和黃色墨水的黃度值都增加;助紅劑對棕色墨水和黃色墨水都能起到一定的助色作用。這是由于如圖4，助紅劑、白炭黑、超細(xì)石英粉紅外光譜圖可知，超細(xì)石英、氣相白炭黑紅外光譜比較接近，分別于3451cm-1波長及3441cm-1波長處出現(xiàn)較寬的吸收峰，對應(yīng)于-OH基的反對稱伸縮振動(dòng)和對稱伸縮振動(dòng)。而納米活性二氧化硅在3207cm-1到3660cm-1波長較寬的范圍類存在大量的-OH峰特征，證明其反應(yīng)活性高。有機(jī)金屬鹽高溫分解出活性著色離子再與Si-OH活性官能團(tuán)發(fā)生鍵合反應(yīng)生成更穩(wěn)定的尖晶石型氧化物。

3.1.3致密度、細(xì)度的影響

通過研究致密度對發(fā)色有一定影響，細(xì)度對發(fā)色影響較小，如表7和表8所示：

從表7可知，隨著致密度越大，棕色墨水a(chǎn)、b值降低、藍(lán)色墨水和黃色墨水a(chǎn)、b值增加，說明棕色表面發(fā)色淺，棕色墨水滲透越深，藍(lán)色和黃色墨水表面發(fā)色深，墨水滲透淺。從上表8可知，隨細(xì)度對棕色、藍(lán)色、黃色發(fā)色基本上沒有太大影響。

3.2 面料和底料匹配性能

面料和底料膨脹系數(shù)和排水速率差異將會(huì)影響坯體的磚形和面裂。底料需根據(jù)面料的性能調(diào)整配方，配方調(diào)整如下表9。

表10可知，底料和面料膨脹系數(shù)差異，對磚形影響較大，底面料線膨脹系數(shù)差異波動(dòng)0.1*10-6/k（40-600℃）磚形就會(huì)有0.3mm以上的變化。最終采用兩個(gè)底料配方搭配使用解決配方穩(wěn)定性以及調(diào)整及時(shí)性問題，即選一個(gè)比滲透面料膨脹系數(shù)稍大點(diǎn)的配方3作為主料，占比在60-90%，一個(gè)比面料膨脹系數(shù)稍小的配方5，占比10-40%搭配使用，具體比例根據(jù)磚形進(jìn)行調(diào)整。

表11為取面料和底料的粉料，稱取100克，用烘箱（設(shè)定120℃）烘，每隔一段時(shí)間檢測兩種料水分，直到完全烘干（0.4%以內(nèi)），得到面料和底料的排水速率。從表可知，此時(shí)面料和底料排水速率接近。將不容易產(chǎn)生面裂現(xiàn)象。

3.3粉料流動(dòng)性與水分、濕強(qiáng)度、致密度之間的關(guān)系

粉料的流動(dòng)性對布料穩(wěn)定性影響很大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)粉料的流動(dòng)性與水分、濕強(qiáng)度、顆粒級(jí)配、容重等有較大關(guān)系。表12、表13和表14分別為粉料的流動(dòng)性與水分、濕強(qiáng)度、顆粒級(jí)配、容重的關(guān)系。

從表12、表13和表14可知，隨著粉料水分增大，流動(dòng)性變差;濕強(qiáng)度增大到0.37MPa后基本不再變化;致密度隨著粉料水分增大而增大;水分太大和太小都容易分層。因此最終選定粉料水分6.5-8.0%范圍內(nèi)比較合適，流動(dòng)性較好，濕強(qiáng)度好，分層也比較好。粉料流動(dòng)性和顆粒級(jí)配、容重有較大關(guān)系，顆粒級(jí)配30-60目范圍內(nèi)越大、容重越高粉料流動(dòng)性越好。粉料顆粒級(jí)配對粉料的流動(dòng)性影響較大，30-60目的顆粒級(jí)配濕強(qiáng)度最好。

4 結(jié)論

（1）隨著面料鉀含量增加有助于藍(lán)色、棕色、黃色墨水的發(fā)色，鈉含量有所影響，但是影響較小;致密度越大，棕色滲透好，藍(lán)色和黃色滲透深度差。面料致密度低對滲透有幫助，一般致密度范圍控制在1.60-1.65;滲透面料由于添加助紅劑的原因，相對底料收縮大。球磨過細(xì)也會(huì)增大收縮。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對比，細(xì)度控制在0.6-0.8%（250目），助紅劑用量控制在2.5-3.0%;既能保證發(fā)色和防污，又能滿足生產(chǎn)要求。

（2）底面料的膨脹和排水速率的接近，有利于磚形的調(diào)整和減少面裂。

（3）粉料流動(dòng)性的最佳范圍：粉料水分6.5-8.0%;粉料濕強(qiáng)度保持在0.35MPa以上;顆粒級(jí)配30目～80目范圍內(nèi)74%以上，流動(dòng)性越好。

參考文獻(xiàn)

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