電熱瓷磚的生產工藝研究*

黃辛辰 黃惠寧 許小平 李礦雄

(廣東金意陶陶瓷集團有限公司 廣東 佛山 528000)

前言

隨著陶瓷行業產能過剩，國家供給側改革的實施，目前對于陶瓷行業而言，要想可持續性發展，走環保節能的創新之路勢在必行。由于國家能源結構的調整，電是未來能源發展的大趨勢，電采暖也必將成為供暖行業的一個趨勢，而電熱瓷磚正是抓住目前行業的發展需要和市場需求，擁有較大的市場優勢。

電熱瓷磚又稱采暖陶瓷墻地磚，是指具有室內采暖功能的瓷質磚，一般可分為采暖地磚和采暖墻磚兩大類。

普通的瓷質磚本身不能產生熱量，它必須與一定的熱源組合后才能通過自身被加熱而具有對外輻射熱量的功能。

與傳統的取暖爐、空調等采暖形式相比，電熱陶瓷墻地磚供暖系統可使室內具有地面溫度高，上層空間溫度低，給人以腳暖頭涼的舒適感，這與中醫“溫足涼頂”的理論相符，同時還可以減輕室內空氣的干燥感，它無噪音、無風速、無揚塵、無廢氣，保持室內干凈、衛生，在潮濕地區可以防止各種風濕疾病的發生，有助于人體的健康，給人一種清新溫暖的良好感覺。目前，市場上銷售最多的是電熱陶瓷地磚，其種類較多、名稱繁雜、各具特點。筆者從熱源、結構、生產工藝等方面對電熱瓷質磚作初步歸納，并提出一種新型的電熱陶瓷墻地磚方案。

這種結構的電熱陶瓷墻地磚只適合電熱系統，它是將電熱元件鑲嵌于保溫板內，再以粘貼的方式附著在陶瓷墻地磚底面上，使電熱元件與外界隔離，起到絕緣、防水防潮、防腐蝕的作用。該結構的最大優勢是每塊陶瓷墻地磚都是一個獨立的發熱單元，每塊磚都采用并聯電路，因此電熱陶瓷墻地磚可以各自獨立工作，相互之間的影響很小，鋪貼施工相對簡單。

1 生產內容

1.1 生產設備及材料

本產品主要生產設備及原料均采購自廣東省及周邊省的生產廠家。

1)采用的主要生產設備有：FLT高壓發泡機，水暖恒溫機，空壓機，模具及其支架，5T冷壓機。

2)主要使用材料有：瓷質磚，鋁箔膠帶，雙導硅膠發熱電纜，阻燃型聚氨酯硬泡A/B料，耐高溫發熱主線，防水連接發熱支線。

1.2 產品結構

電熱瓷磚由高效散熱裝飾面層(瓷質磚)、發熱層(發熱電纜)和環保隔熱底層(阻燃型聚氨酯硬泡保溫板，目前已知最好的絕熱材料之一)復合而成，其結構如圖1所示。

圖1 電熱瓷磚結構圖

1.3 生產工藝流程

電熱瓷磚生產工藝流程如圖2所示。

圖2電熱瓷磚生產工藝流程

1.4 主要生產工藝參數

電熱瓷磚主要生產工藝參數如下：

1)原料注射壓力：10～12 MPa；

2)聚氨酯A/B料配比：A∶B=1∶1.12～1.30；

3)液壓油泵額定壓力：21 MPa，流量10 mL/r；

4)液壓輸出工作壓力：16～20 MPa；

5)空氣氣壓壓力：0.2～0.4 MPa；

6)高壓發泡機內置恒溫機溫度：20～23 ℃；

7)攪拌時間：5～30 min；

8)空壓機輸出功率：7.5～8 kW；

9)水暖恒溫機溫度：30～60 ℃；

10)模具內溫度：30～60 ℃；

11)冷壓機：5 t。

生產中的A料，又稱白料，為聚醚多元醇、發泡劑、催化劑、均泡劑及阻燃劑等混合而成；B料，又稱黑料，常為PAPI(聚合MDI)。

2 生產要點控制

2.1 聚氨酯發泡料的要求

作為保溫材料直接粘貼在陶瓷磚底部的聚氨酯底板，其生產和應用在國內剛起步。本項目使用密度為80～120 kg/m3中密度硬泡料用于連續化生產厚度在1.0～1.5 cm的硬質保溫底板。生產聚氨酯發泡材料所用原料需滿足以下要求：

1)滿足設備要求，有較好的流動性，工藝可調范圍要寬。成形后，保溫板能達到75 HD以上的硬度及220 kPa以上的壓縮強度要求；

2)選擇符合國家環保要求的HCFC-141b發泡劑；

3)選用適合發泡體系的催化劑，可適當延長組合料的乳白時間(亦稱流平時間)，且后固化快，成品尺寸穩定性良好。如HCFC-141b發泡體系選用T-9與A-33復配后作為催化劑；

4)阻燃性達到B2級及以上。

2.2 高壓發泡設備的工藝要求

高壓發泡設備通常會設有A、B兩組分儲料罐，罐內原料溫度需控制在20～25 ℃，具體工藝設定視環境情況定。新加入原料時需高速循環15～30 min，以保證原料的均勻性和穩定性。

2.3 模具選擇與控制要求

選用合適的模具及相應的夾具。模具應具備一定的強度及剛度，且表面光潔，模紋清晰，排氣性能良好，易于脫模。本項目采用開模澆注工藝，當混合料注入模具時，不夾帶或少夾帶氣泡，通常以層流狀態進入模具。夾具需能承受發泡壓力，且保證制品不變形。

2.4 制作電暖板的要求

此工序為人工流水線作業，僅需要按工藝步驟完成即可，需注意監控發熱電纜的布線及鋁箔紙的鋪貼情況。

2.5 電熱瓷磚的合成要求

此工序為電熱瓷磚合成的最后一道工序，主要控制要點如下：

1)選擇適合的改性聚氨酯膠水；

2)注意打膠位置及膠的使用量；

3)粘合、擺放應整齊；

4)嚴格按照工藝要求操作。

3 產品性能檢測

產品性能檢測包括瓷質磚、阻燃型聚氨酯硬泡保溫板及發熱電纜3個部分。

3.1 瓷質磚

理論上，符合國家標準GB/T 4100-2015《陶瓷磚》各項性能要求的瓷質磚皆可使用。本產品選用瓷質磚主要性能測試結果如表1所示。

表1 燒成后產品的主要性能指標

測試結果表明，本產品選用瓷質磚各項性能符合國家標準GB/T 4100-2015《陶瓷磚》要求。

3.2 阻燃型聚氨酯硬泡保溫板

本產品使用聚氨酯材料參照GB 50404-2017《硬泡聚氫酯保溫防水工程技術規范》測試，主要性能指標如表2所示。

測試結果表明，本產品使用的阻燃型聚氨酯硬泡保溫板符合GB 50404-2017《硬泡聚氫酯保溫防水工程技術規范》的技術要求。

表2 阻燃型聚氨酯硬泡保溫板主要性能指標

3.3 發熱電纜

本產品選用的發熱電纜為國家CCC強制認證產品，各項性能均需滿足國家標準GB/T 1234-2012《高電阻電熱合金》的相關要求。

3.4 電熱瓷磚與其他采暖設備對比

經檢測，電熱瓷磚相對于其他采暖設備具有一定優勢，具體性能如表3所示。

4 結論

1)聚氨酯A/B組合料的配比控制在1.00∶1.12～1.30，可以正常批量生產出符合本產品性能要求的保溫底板。

2)使用各項性能指標滿足國家要求的組件，可以制得質量優良的電熱瓷磚。

3)電熱瓷磚在生產工藝方面，具有分段工序明確、操作簡單、易于操控、生產穩定及成品優等率高等優點。

4)該新型電熱瓷磚具有較大的應用市場和較為廣闊的應用前景，筆者對其結構進行詳細的分析并對其生產工藝進行了量化統計,對各部分性能檢測指標進行了介紹。

表3 電熱瓷磚與其他采暖設備性能對比