通體大理石瓷磚的制備研究

潘婷 陳賢偉 邱軍 羅鳳鉆

摘 要：本文闡述了一種通體大理石瓷磚的制備研究，通過控制四個條件：一是根據(jù)設計圖案估算粉料的排布，滿足設計要求；二是使用熱膨脹系數(shù)和熔融溫度相近的粉料；三是通過預設程序控制粉料的下落量和下落比例，設置一定的過渡，減少應力產(chǎn)生；四是調(diào)節(jié)窯爐燒成溫度和氣氛，減少坯體內(nèi)部應力和對金屬離子發(fā)色的影響。實現(xiàn)了大理石瓷磚的穩(wěn)定生產(chǎn)，使產(chǎn)品優(yōu)等品率達到90%以上，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生，帶動了大理石瓷磚生產(chǎn)效率的提升以及行業(yè)技術(shù)的進步。

關(guān)鍵詞：程序控制；調(diào)節(jié)窯爐；粉料排布

1 前言

天然大理石以其自然古樸的紋理和鮮艷亮麗的色澤，被廣泛應用于建筑墻地面鋪貼，是一種高檔美觀的裝飾材料。但是作為大自然的產(chǎn)物，不可避免存在各種缺陷，如：輻射性強、色差大、瑕疵多、易滲污、難打理、價格昂貴、供貨周期長以及不可再生等問題。為了解決這些問題，具有天然大理石逼真裝飾效果和瓷磚優(yōu)越性能的大理石瓷磚應運而生。大理石瓷磚是繼瓷片、拋光磚、仿古磚、微晶石瓷磚之后的又一瓷磚新品類，具有天然大理石的紋理、色彩、質(zhì)感、手感以及視覺效果完全達到天然大理石的逼真效果，裝飾效果甚至優(yōu)于天然大理石材，同時摒棄了天然大理石的各種天然缺陷，在吸水率、平整度、抗折強度等使用性能方面表現(xiàn)卓越不凡，贏得了廣大消費者的青睞，發(fā)展成為瓷磚領域的主流產(chǎn)品之一。

廣闊的市場前景，催生了一陣“大理石”風，眾多企業(yè)紛紛加入到大理石瓷磚的生產(chǎn)和銷售領域。根據(jù)對多個市場終端調(diào)查，目前每個陶瓷店面或多或少都有大理石紋理的瓷磚產(chǎn)品，但是不同產(chǎn)品之間在產(chǎn)品品質(zhì)、圖案逼真度、平整度以及產(chǎn)品表面紋理等方面都相差較大。行業(yè)內(nèi)很多企業(yè)的產(chǎn)品，能達到逼真效果的還不多，特別是近距離對比，層次感存在一定的缺陷。原因在于大理石瓷磚的生產(chǎn)是系統(tǒng)性工作，每個部分都是相關(guān)聯(lián)的，從花色設計、坯體配方、原料加工、印花、干燥路線控制各個環(huán)節(jié)都有講究，而各企業(yè)研發(fā)投入和設備投入不足，故存在較大的產(chǎn)品差異。因此，要想研發(fā)出仿石效果逼真、性能優(yōu)越的通體大理石瓷磚，需要對各個環(huán)節(jié)進行反復研究和調(diào)試才能達到比較滿意的效果。

2 主要研究內(nèi)容

本研究涉及到通體大理石瓷磚生產(chǎn)工藝，包括產(chǎn)品設計、原料選擇、配方研制、布料技術(shù)、燒成工藝控制以及一系列的工藝參數(shù)等多項內(nèi)容。

2.1產(chǎn)品設計

根據(jù)市場需求，結(jié)合天然大理石材紋理圖案，對產(chǎn)品坯體配方、表面圖案、顏色分布、性能結(jié)構(gòu)、應用效果等方面進行系統(tǒng)的設計，使其充分體現(xiàn)通體大理石瓷磚的紋理效果。

2.2坯釉配方的研究

根據(jù)產(chǎn)品設計和花色需要，進行坯體配方、超細熔塊配方的研究。

項目根據(jù)預先設計的產(chǎn)品圖案及顏色，通過不斷試驗和調(diào)整確定坯體、熔塊配方如下表1、表2和表3所示，其中超細透明熔塊為高鈣質(zhì)熔塊，其中的鎂和鋇可以使其具有更好彈性和耐磨性能，而且此配比的熔塊在陶瓷磚燒結(jié)溫度下1150 ～ 1250℃下具有較高的粘性，因此不會鋪展至整個磚面，能夠保持原有的紋理。

2.3布料技術(shù)研究，實現(xiàn)通體紋理

多管布料技術(shù)是實現(xiàn)瓷磚通體紋理的核心步驟。主要研究不同粉料通過粉料下落管的排布順序、輥筒類型、輥筒運行時間、輥筒轉(zhuǎn)速等參數(shù)對大理石瓷磚坯體紋理以及產(chǎn)品性能的影響，通過對這些參數(shù)進行調(diào)整，確保坯體紋理與表面紋理的一致，還原天然石材的內(nèi)部紋理。本項目研究在傳統(tǒng)坯體生產(chǎn)過程中引入多管布料系統(tǒng)（見圖1所示），該系統(tǒng)包括粉料下落管、粉料斗、下料輥筒、皮帶、混合粉料斗和格柵。通過對多管布料設備進行調(diào)整和改進，使其可以同時布施4種或4種以上的粉料，實現(xiàn)通體坯體的生產(chǎn)。其生產(chǎn)效率并不低于現(xiàn)有普通單一粉料無紋理釉面磚生產(chǎn)效率。

本研究將多管布料技術(shù)與普通微粉拋光磚二次布料技術(shù)相比較，效果如表4所示，其布料速度更快，可達到4 ～ 6片/分，坯體紋理能夠達到全通體的效果，由于坯體是一次成型，轉(zhuǎn)產(chǎn)耗時更短，夾層幾率低，而且可以同時布4 ～ 6種的粉料，生產(chǎn)效率比普通微粉拋光磚更高。

本研究通體坯體的制備首先要根據(jù)大理石瓷磚表面的圖案和顏色安排粉料下落管的數(shù)量，并調(diào)整不同顏色粉料的下落比例和下落量，坯體粉料的工藝指標見表5所示，粉料制備工藝如圖2所示。

生產(chǎn)時，粉料從粉料下落管落到粉料斗，粉料斗下設置有下料輥筒，預設程序根據(jù)產(chǎn)品圖案控制下料輥筒轉(zhuǎn)速和運行時間從而控制下料量。粉料從下料輥筒落到轉(zhuǎn)動皮帶上，在這個過程中下料輥筒轉(zhuǎn)動的同時，下方的轉(zhuǎn)動皮帶也同時轉(zhuǎn)動，粉料經(jīng)過轉(zhuǎn)動皮帶落到混合粉料斗中（假設離壓機從近到遠分別為A、B、C、D粉料，那么在轉(zhuǎn)動皮帶上的粉料從上到下疊在一起的的順序ABCD）。因為轉(zhuǎn)動皮帶和混合粉料斗之間有一定的高度差，所以在混合粉料斗中多種粉料有一定程度上的混合，粉料再經(jīng)過混合粉料斗下的格柵把不同顏色的粉料推到壓機模框里進行壓制成型。不同紋理的格珊在拖動粉料的過程中最終會形成和格珊相應的紋理，所以格珊的紋理和最后通體坯的紋理有很大關(guān)系。根據(jù)不同格珊的紋理我們把格珊分為木紋格珊和亂紋格珊，格柵示意圖如下圖3、圖4所示。

2.4燒成工藝控制

在通體大理石瓷磚的生產(chǎn)過程中，坯體中包含的色料越多，生產(chǎn)難度越大。因為坯體中的色料與坯料分屬于不同的物質(zhì)，一定程度上會影響到坯體的強度，使其在后工序中出現(xiàn)裂磚現(xiàn)象。另外，由于色料是靠其中的有色金屬離子發(fā)色，而一些金屬離子對窯爐的溫度、氣氛相當敏感，且不同的金屬離子的親和氣氛也不一樣，因此最終通體的呈現(xiàn)效果也受窯爐燒成制度的限制。本項目需要對窯爐氣氛、燒成溫度和時間等參數(shù)進行調(diào)整，使色料、坯料、面釉同步進行一系列反應，磚體的熱穩(wěn)定性提高，避免產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生。

項目采用一次燒成工藝，燒成周期60 ～ 75 min，通過研究燒成溫度和燒成氣氛對產(chǎn)品質(zhì)量和呈色性能的影響，得到燒成曲線如圖5所示。

3 結(jié)論

多管布料技術(shù)是實現(xiàn)瓷磚通體紋理的核心步驟，也是本項目研究的難點。由于坯體中色料與坯體原料組成不同，燒成過程中因成分差異，容易引起磚體缺陷。本研究制備通體坯體主要通過控制以下四個條件，減少磚體缺陷的產(chǎn)生：一是根據(jù)設計圖案估算粉料的排布，滿足設計要求；二是使用熱膨脹系數(shù)和熔融溫度相近的粉料；三是通過預設程序控制粉料的下落量和下落比例， 設置一定的過渡，減少應力產(chǎn)生；四是調(diào)節(jié)窯爐燒成溫度和氣氛，減少坯體內(nèi)部應力和對金屬離子發(fā)色的影響。通過對上述四個條件的控制，實現(xiàn)了大理石瓷磚的穩(wěn)定生產(chǎn)，優(yōu)等品率達到90%以上，減少了固體廢棄物的產(chǎn)生，帶動了大理石瓷磚生產(chǎn)效率的提升以及行業(yè)技術(shù)的進步。