陶瓷磚產(chǎn)品檢驗(yàn)不合格原因分析*

周杰俤

(福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 福州 350002)

1 產(chǎn)品概述

根據(jù)出土文物考證,中國陶器約在一萬年前就已經(jīng)出現(xiàn)了。陶瓷的原材料大多來源于天然礦物(如粘土、石英和長石等),燒結(jié)成形相對比較簡單,可直接批量生產(chǎn)、成本低廉,與美術(shù)工藝相結(jié)合,具有極高的觀賞價值和經(jīng)濟(jì)價值。如果世界上存在“點(diǎn)石成金”的法術(shù),那陶瓷也算其中之一。

從晶體結(jié)構(gòu)看,陶瓷材料的原子間結(jié)合力主要為離子鍵、共價鍵或離子共價混合鍵。陶瓷的離子鍵和共價鍵結(jié)合強(qiáng)度相當(dāng)高,表現(xiàn)為陶瓷材料高熔點(diǎn)、高硬度的特點(diǎn)。這些化學(xué)鍵還具有方向性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對稱性低,在位錯沿滑移面運(yùn)動時,晶體結(jié)構(gòu)難以復(fù)原,可能導(dǎo)致原子鍵破壞,出現(xiàn)毫無塑性形變的脆性斷裂。陶瓷材料一般由粉料成形、燒結(jié)而成,產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的氣孔相,其組分復(fù)雜且不均勻。不同粒度、組分不一的粉料雖經(jīng)球磨處理,仍難以達(dá)到十分均勻的程度,經(jīng)常存在與基體成分、結(jié)構(gòu)不同的低熔點(diǎn)玻璃相。這些微觀結(jié)構(gòu)特性決定了陶瓷材料具有高熔點(diǎn)、高耐磨性、高強(qiáng)度、耐腐蝕性等特點(diǎn),同時存在脆性大(塑韌性差)、加工難等[1]問題。

陶瓷磚是人們常用的裝飾裝修材料之一,用于裝飾和保護(hù)建筑物墻面及地面。作為傳統(tǒng)陶瓷材料的一種,陶瓷磚也具備上述特性。筆者通過分析陶瓷磚產(chǎn)品監(jiān)督抽查結(jié)果,深入研究產(chǎn)品技術(shù)要求,結(jié)合多年抽檢實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析了陶瓷磚產(chǎn)品檢測不合格的原因,并提出相應(yīng)的改進(jìn)意見。

2 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

目前,我國陶瓷磚產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4100-2015[2](代替GB/T 4100-2006),新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布日期為2015年5月15日,實(shí)施日期為2015年12月1日,其中增加了對陶瓷磚厚度的規(guī)定,對陶瓷磚向薄型化發(fā)展起引導(dǎo)作用。陶瓷磚產(chǎn)品按照成形方式分為擠壓陶瓷磚(附錄A～E)和干壓陶瓷磚(附錄G～L)。擠壓陶瓷磚由陶瓷原料制成泥團(tuán),通過鋼絲網(wǎng),擠出成形,再燒結(jié)而成,常見有劈開磚、廣場磚、透水磚等;干壓陶瓷磚由精細(xì)研磨后的粉料經(jīng)過壓磚機(jī)壓制成形(產(chǎn)品規(guī)格越大需要的壓磚機(jī)的噸位越大,目前有萬噸級別的陶瓷磚壓磚機(jī)),再經(jīng)窯爐干燥,表面施釉噴墨印花,最后經(jīng)1 200℃左右高溫窯爐燒結(jié)而成,常見有?；u、仿古磚、拋光磚、拋釉磚、微晶石瓷磚、巖板等。國家監(jiān)督抽查的陶瓷磚產(chǎn)品歷年基本上是干壓陶瓷磚。

相對于工藝簡單、色差單調(diào)的擠壓陶瓷磚,干壓陶瓷磚優(yōu)勢比較明顯,其高強(qiáng)度、高耐磨、耐腐蝕、規(guī)格多樣、花色圖案細(xì)膩逼真,是常見的室內(nèi)裝飾建材產(chǎn)品,也是筆者討論的重點(diǎn)。

根據(jù)吸水率(E)大小將干壓陶瓷磚分為五類:瓷質(zhì)磚(E≤0.5%)、炻瓷磚(0.5%10%)。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對不同規(guī)格尺寸的陶瓷磚產(chǎn)品提出了不同要求(見表1)。

表1 不同規(guī)格尺寸的陶瓷磚技術(shù)要求

3 制造工藝

陶瓷磚制造流程包括原料精選、原料檢測、原料均化、原料配比、原料球磨、除鐵過篩、陳腐均化、噴霧干燥、微機(jī)配料、壓制成形、施釉、印花、預(yù)燒成、高溫?zé)?、冷卻、切邊、刮平、拋光、磨邊倒角、防污處理、分選、打包、出廠檢測。

通過陶瓷磚制造工藝的了解,對分析陶瓷磚不合格因素會有一定的幫助。長石、粘土、石英等原料取自天然土壤,經(jīng)過除雜、過篩、均化等工序才能保證陶瓷磚產(chǎn)品的穩(wěn)定性。球磨工藝大幅降低原料的顆粒度(比表面積增大),化學(xué)反應(yīng)活性大幅提高,對陶瓷磚燒結(jié)致密起到很大的作用。

高溫?zé)僧a(chǎn)生一定量的玻璃相,使其具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和較低的吸水率,其性能很大程度上取決于燒成帶的最高燒結(jié)溫度和保溫時間。高溫?zé)商沾纱u產(chǎn)品尺寸有一定的收縮,按照設(shè)定的尺寸進(jìn)行切邊操作,使陶瓷磚長度、寬度偏差在一定范圍內(nèi),刮平和拋光工序使得陶瓷磚厚度偏差滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。分選打包的工序也相當(dāng)重要,去除不合格的殘次品,將合格的產(chǎn)品分別裝入相應(yīng)的紙箱(標(biāo)準(zhǔn)附錄G～L)。

4 監(jiān)督檢驗(yàn)結(jié)果分析

國家質(zhì)檢總局每年都公布產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查計劃公告,也發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品的監(jiān)督抽查結(jié)果公告,陶瓷磚作為家居建材產(chǎn)品之一連續(xù)多年上榜。陶瓷磚國家監(jiān)督抽查檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有:尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)、無釉磚耐磨性、抗釉裂性、抗化學(xué)腐蝕性、耐污染和放射性核素等。

朱一軍[3]統(tǒng)計了2008～2013年陶瓷磚產(chǎn)品國抽情況,在1 368個批次中,不合格項(xiàng)目共有272個,其中64個尺寸偏差項(xiàng)目不合格,78個吸水率項(xiàng)目不合格,78個破壞強(qiáng)度項(xiàng)目不合格,44個斷裂模數(shù)不合格。尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度和斷裂模數(shù)項(xiàng)目占不合格總數(shù)的97.1%。通過查詢國家市場監(jiān)督管理總局網(wǎng)站等相關(guān)信息,筆者統(tǒng)計了2014～2018年國抽陶瓷磚產(chǎn)品抽查結(jié)果的合格率情況(詳見表2),還有2019年、2020年和2021年國抽陶瓷磚產(chǎn)品的抽查結(jié)果。

表2 2014～2018年陶瓷磚產(chǎn)品國抽不合格項(xiàng)目統(tǒng)計

續(xù)表2

2019年12月31日,國家市場監(jiān)督管理總局通報了2019年陶瓷磚產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查情況:抽查了12個省(區(qū)、市)297家企業(yè)生產(chǎn)的300批次產(chǎn)品中,有38批次產(chǎn)品不合格,不合格發(fā)現(xiàn)率為12.7%,不合格項(xiàng)目涉及尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)、放射性核素限量。2021年2月9日,國家市場監(jiān)督管理總局通報2020年陶瓷磚產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查情況:抽查了8個省(區(qū)、市)113家企業(yè)生產(chǎn)的114批次陶瓷磚產(chǎn)品,其中16批次產(chǎn)品不合格,不合格發(fā)現(xiàn)率為14.0%,不合格項(xiàng)目涉及尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)。

2021年12月30日,國家市場監(jiān)督管理總局通報2021年陶瓷磚產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查情況:抽查了10個省(市)245家企業(yè)生產(chǎn)的251批次陶瓷磚產(chǎn)品,發(fā)現(xiàn)24批次產(chǎn)品不合格,不合格發(fā)現(xiàn)率為9.6%,不合格項(xiàng)目涉及尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)和抗釉裂性。

總而言之,尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)是陶瓷磚產(chǎn)品不合格主要項(xiàng)目。

5 不合格項(xiàng)目分析

5.1 尺寸偏差

名義尺寸:用來統(tǒng)稱產(chǎn)品規(guī)格的尺寸;工作尺寸:按照制造結(jié)果而確定的尺寸,實(shí)際尺寸與其之間的差應(yīng)在規(guī)定的允許偏差之內(nèi);實(shí)際尺寸:按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3810.2-2016[4]陶瓷磚尺寸試驗(yàn)方法測得的尺寸。簡單的理解為生產(chǎn)企業(yè)按照名義尺寸進(jìn)行生產(chǎn),制造或客戶需求的陶瓷磚成品尺寸可能與名義尺寸有差異,需要外包裝箱備注,即工作尺寸。經(jīng)過檢測的實(shí)際尺寸與工作尺寸的偏差如果在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),產(chǎn)品尺寸偏差項(xiàng)目合格,否則不合格。

陶瓷磚產(chǎn)品尺寸偏差項(xiàng)目不合格是指實(shí)際尺寸與工作尺寸的比較,而非名義尺寸。正常情況下,產(chǎn)品的名義尺寸和工作尺寸都會標(biāo)注在產(chǎn)品的外包裝箱上,工作尺寸和名義尺寸可能一致,也有可能不一致。在不一致的情況下,比如名義尺寸為600 mm×300 mm×9.5 mm,工作尺寸為600 mm×298 mm×9.5mm,如果將此名義尺寸當(dāng)作工作尺寸,那么寬度尺寸偏差極有可能檢測不合格。另外,生產(chǎn)企業(yè)如果未對成品尺寸進(jìn)行檢測,工作尺寸直接按名義尺寸來確定,或者使用錯誤的產(chǎn)品外包裝箱,都會使產(chǎn)品尺寸偏差項(xiàng)目不合格。大部分陶瓷磚國抽尺寸偏差項(xiàng)目不合格都屬于這類情況。

小規(guī)格的陶瓷磚,尤其是陶瓷外墻磚,因原材料質(zhì)量一般,燒結(jié)工藝相對不夠穩(wěn)定,成品收縮程度不一,很少有切邊、刮平和拋光等工序處理,比較嚴(yán)重的情況是同一個包裝箱內(nèi)的陶瓷磚產(chǎn)品會出現(xiàn)長短不一。大規(guī)格的陶瓷磚產(chǎn)品一般會按設(shè)定的尺寸進(jìn)行上述工序處理,尺寸偏差基本能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2 吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)

這三個項(xiàng)目都與產(chǎn)品原料質(zhì)量、燒結(jié)工藝等因素有關(guān),存在有一定的相關(guān)性。一般來說,陶瓷磚產(chǎn)品吸水率越小,內(nèi)部孔隙率就越小,破壞強(qiáng)度和斷裂模數(shù)越高。如果原材料組分不均、雜質(zhì)多、燒結(jié)工藝不穩(wěn)定,同一窯爐燒成的陶瓷磚產(chǎn)品吸水率差別就比較大了,特別是小規(guī)格的陶瓷外墻磚。比較嚴(yán)重的是0.5%～10%吸水率的陶瓷磚都存在一個包裝箱里面,無論執(zhí)行那個產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),其檢測結(jié)果都是不合格。所以,提高原材料質(zhì)量和提升燒結(jié)工藝水平至關(guān)重要。

尺寸偏差較大可以通過后工序彌補(bǔ),但吸水率不一的問題卻比較麻煩:①高溫?zé)Y(jié)的成品沒有修復(fù)的可能;②不像尺寸偏差那樣肉眼可見;③只能通過多次抽取樣品測試吸水率來區(qū)別各個批次的吸水率水平;這給后續(xù)的分選工序帶來不少的困難。產(chǎn)品分選不當(dāng)比較容易產(chǎn)生不合格現(xiàn)象。2018年國家監(jiān)督抽查陶瓷磚產(chǎn)品有10個批次吸水率項(xiàng)目不合格,其中4個批次標(biāo)稱GB/T 4100-2015附錄H(0.5%10%),實(shí)測結(jié)果為7.1%(附錄K)。這10個批次不合格產(chǎn)品的標(biāo)稱吸水率區(qū)間與實(shí)測區(qū)間相鄰(附錄G、H、J、K、L),恰好印證了不合格企業(yè)制造能力和品控水平有待進(jìn)一步提高。另外,包裝箱(紙箱)使用不當(dāng)也是吸水率不合格的重要因素。部分中小型企業(yè)對產(chǎn)品包裝執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識不到位,混用包裝箱的情況時有發(fā)生。在未經(jīng)確認(rèn)的情況下,使用庫存的紙箱包裝下一批的陶瓷磚成品。

優(yōu)異燒結(jié)工藝和良好的原材料成分可以形成較多的莫來石晶相和石英石晶相,減少氣孔和微裂紋,增大陶瓷磚產(chǎn)品的強(qiáng)度性能(破壞強(qiáng)度和斷裂模數(shù))。相同生產(chǎn)條件下,破壞強(qiáng)度會因產(chǎn)品規(guī)格尺寸不同而不同。2018年國家監(jiān)督抽查福建晉江某公司生產(chǎn)的薄瓷別墅飾板,規(guī)格為600 mm×300 mm×5.5 mm,破壞強(qiáng)度385 N,不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)破壞強(qiáng)度計算公式S=FL/b(F為破壞載荷,L 為跨距,b為樣品寬度),破壞強(qiáng)度與寬度b 成反比,即使將此產(chǎn)品規(guī)格設(shè)計成600 mm×600 mm×5.5 mm,則破壞強(qiáng)度也基本沒有變化。然而,如果產(chǎn)品設(shè)計成600 mm×300 mm×7.0 mm,則破壞強(qiáng)度值也有可能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。相同制造條件下,陶瓷磚產(chǎn)品厚度越大,其破壞強(qiáng)度越大。陶瓷薄板(厚度5.5 mm 以下)需要注意這個問題。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4100-2015 陶瓷磚附錄G～L是根據(jù)產(chǎn)品的厚度來劃分破壞強(qiáng)度的合格界限。由表1不難發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品工作尺寸厚度7.5 mm 是一個“分水嶺”。對工作尺寸厚度為7.5 mm 左右的陶瓷磚,產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的破壞強(qiáng)度要求差別很大。目前,我國制造的陶瓷磚厚度為3.5～20 mm。林亞榮[5]對7.5 mm 作為劃分指標(biāo)值提出了疑問,建議將厚度分多段,規(guī)定多個區(qū)間,避免厚度相差0.1 mm,標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)值相差300～600 N。如附錄H 中,工作尺寸厚度≥7.5 mm,破壞強(qiáng)度技術(shù)要求≥1 100 N;工作尺寸厚度<7.5 mm,破壞強(qiáng)度技術(shù)要求≥700 N。工作尺寸厚度7.4 mm 和7.5 mm 的破壞強(qiáng)度技術(shù)要求分別是700 N 和1 100 N,后者僅大了0.1 mm,破壞強(qiáng)度技術(shù)要求增大57%。2021年國抽陶瓷磚產(chǎn)品4個批次破壞強(qiáng)度項(xiàng)目不合格,其產(chǎn)品厚度分別為7.6 mm、7.8 mm、8.0 mm 和8.2 mm。陶瓷中板(厚度7.5～8.5 mm)比較容易產(chǎn)生破壞強(qiáng)度不合格。所以,生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計陶瓷磚產(chǎn)品規(guī)格(厚度)時應(yīng)關(guān)注“7.5 mm”。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4100-2015陶瓷磚增加了術(shù)語“背紋”,陶瓷磚背面具有一定形狀的凹凸槽,上窄下寬,即“燕尾槽”,其深度技術(shù)要求≥0.7 mm。根據(jù)斷裂模數(shù)計算公式R=3FL/2bh2=3S/2h2,h為斷裂面的最小厚度,其測量位置大部分在背紋的“燕尾”,此處是陶瓷磚強(qiáng)度試驗(yàn)過程中最先發(fā)生斷裂的薄弱位置。如果此處厚度偏小,斷裂模數(shù)取決于原材料質(zhì)量和燒結(jié)工藝,基本沒有變化,但破壞強(qiáng)度可能偏小。2018年國家監(jiān)督抽查福建晉江某公司生產(chǎn)的大理石瓷磚,規(guī)格為600 mm×300 mm×5.5 mm,斷裂模數(shù)32 MPa符合標(biāo)準(zhǔn)的要求,但破壞強(qiáng)度408 N,卻不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。合理深度的背紋設(shè)計可以增大陶瓷磚與漿料的接觸面積,提高陶瓷磚的粘結(jié)強(qiáng)度,有效地防止陶瓷磚脫落現(xiàn)象產(chǎn)生。然而,不同背紋圖形的陶瓷磚產(chǎn)品,破壞強(qiáng)度差別較大。斷裂面上背紋的數(shù)量越多,受力面積也大,陶瓷磚的破壞強(qiáng)度越高。目前陶瓷產(chǎn)品背紋以長條紋、斜形紋、圓紋為主。一般來說,相同工藝相同規(guī)格尺寸的陶瓷磚產(chǎn)品,長條紋破壞強(qiáng)度要高于圓紋。當(dāng)然,這里應(yīng)該會有個平衡點(diǎn)需要探索,既要增大斷裂面的受力面積,也要保證與粘結(jié)漿料的接觸面積。

另外,選擇合適的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)也很關(guān)鍵。2018年國家監(jiān)督抽查有8家受檢企業(yè)產(chǎn)品破壞強(qiáng)度項(xiàng)目不合格,其中6家情況如下:

(1)工作尺寸:95 mm×45 mm×5.0 mm,破壞強(qiáng)度為512 N;

(2)工作尺寸:94.3 mm×45 mm×5.0 mm,破壞強(qiáng)度為558 N;

(3)工作尺寸:200 mm×60 mm×6.0 mm,破壞強(qiáng)度為668 N;

(4)工作尺寸:95 mm×45 mm×5.1 mm,破壞強(qiáng)度為641 N;

(5)工作尺寸:600 mm×300 mm×5.5 mm,破壞強(qiáng)度為408 N;

(6)工作尺寸:600 mm×300 mm×5.5 mm,破壞強(qiáng)度為385 N;產(chǎn)品的工作尺寸厚度在5.5 mm 左右,如果產(chǎn)品按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T 2195-2013[6]或國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37214-2018[7]執(zhí)行,則有可能得到合格的結(jié)論。

6 結(jié)語

歷年國抽陶瓷磚產(chǎn)品質(zhì)量總體平穩(wěn),合格率多年保持在90%左右,不合格產(chǎn)品集中在中小企業(yè),不合格項(xiàng)目主要為尺寸偏差、吸水率、破壞強(qiáng)度、斷裂模數(shù)。筆者結(jié)合多年的監(jiān)督抽查經(jīng)驗(yàn)提出以下建議:①如果生產(chǎn)企業(yè)的燒結(jié)工藝控制不夠有力,建議陶瓷磚產(chǎn)品按吸水率E<0.5%(玻化磚)或E>10%(瓷片)生產(chǎn),避開中間部分0.5%～10%,便于制造吸水率合格的產(chǎn)品。②生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計產(chǎn)品規(guī)格尺寸要充分考慮到“7.5 mm”和背紋等影響因素。③生產(chǎn)企業(yè)務(wù)必提高對產(chǎn)品外包裝的重視程度。陶瓷磚產(chǎn)品外包裝(紙箱)標(biāo)注的工作尺寸、執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等是產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測的重要判定依據(jù)。標(biāo)注錯誤標(biāo)準(zhǔn)(附錄)、工作尺寸和用錯包裝紙箱將得到不合格的結(jié)果。企業(yè)品控部門應(yīng)在分選、打包和出廠檢測等工序多加注意?？傊?生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)依照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)合理設(shè)計陶瓷磚產(chǎn)品,提升制造水平,加強(qiáng)品質(zhì)管控,提高標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識水平,增強(qiáng)質(zhì)量意識。