提高陶瓷磚防滑性能的工藝研究

盛正強(qiáng) 曹端旭 段國紅

摘 要：本文通過對常用的噴、淋特殊干粒法、提高釉溫法等，提高陶瓷磚防滑性能的工藝技術(shù)方法進(jìn)行試驗(yàn)研究，提出了一種采用膠輥特殊雕刻輥筒來印刷防滑釉的工藝方法，該方法成本低、使用方便、效果穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：陶瓷磚;防滑性能;防滑釉;膠輥印刷;特殊雕刻;物理檢測

1 背 景

近年，由于地面裝飾材料光滑而導(dǎo)致意外傷害事件，使消費(fèi)者對地面鋪貼材料的防滑性能格外關(guān)注。陶瓷磚作為一種最廣泛應(yīng)用于各種公共場所和家庭裝修的地面鋪貼材料，對其防滑性能的關(guān)注度更高。目前陶瓷防滑瓷磚主要是通過噴灑或涂抹防滑劑、腐蝕劑或選用特殊干粒材料、凹凸模具、提高釉溫等方式，將磚體表面制成具有宏觀或微觀的凹凸結(jié)構(gòu)，利用這種結(jié)構(gòu)，在壓力下和鞋底產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用以及真空吸附作用來達(dá)到防滑效果。

2 實(shí)驗(yàn)依據(jù)和原理

根據(jù)理論分析，提高防滑就需要增加陶瓷磚表面的凹凸不平結(jié)構(gòu)，為同步對比，選用相同的300 mm×600 mm平面坯為試驗(yàn)素材，在陶瓷磚釉層表面分別應(yīng)用不同的工藝，制造出不同的表面凹凸結(jié)構(gòu)，并采用歐標(biāo)和美標(biāo)測試這些凹凸表面結(jié)構(gòu)的防滑效果。

2.1 實(shí)驗(yàn)對比方案

（1）提高釉溫法：通過調(diào)整配方組成，只提高面釉溫度，使釉料燒成后陶瓷磚表面變粗糙。

（2）淋干粒法：陶瓷磚圖案裝飾后，表面淋一層合適細(xì)度和溫度的干粒制造凹凸表面。

（3）噴干粒法：陶瓷磚圖案裝飾后，表面噴一層合適細(xì)度和溫度的干粒制造凹凸表面。

（4）印刷防滑釉法：適當(dāng)提高面釉溫度，再增加膠輥印刷防滑釉來增加釉面的粗糙程度。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)依然采用提高陶瓷磚表面粗糙程度的方法，來提高產(chǎn)品摩擦系數(shù)，以達(dá)到防滑的目的，以上（2）（3）（4）淋、噴、印三種方法的表面凹凸結(jié)構(gòu)示意圖見下圖。

2.3 實(shí)驗(yàn)檢測設(shè)備

2.4 實(shí)驗(yàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)

美國標(biāo)準(zhǔn)：ASTM C 1028 - 07年動滑塊標(biāo)準(zhǔn)測試方法。

英國標(biāo)準(zhǔn)：BS 7976 - 2：2002年擺錘測試法。

德國標(biāo)準(zhǔn)：DIN 51097 - 1992年斜坡法，DIN 51130 - 2010標(biāo)準(zhǔn)。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1 樣品制備

（1）稱取重量100份的底釉釉料礦物原料，添加三聚磷酸鈉0.3份，羧甲基纖維素0.35份，水50份。將上述所有組分混合均勻球磨，得到底釉釉漿，調(diào)整底釉比重為1.52 g/ml，進(jìn)行底釉釉漿施釉操作。以此種方法制備樣品4片，干燥備用;

（2）采用3D噴墨打印工藝，對施釉干燥后的樣品進(jìn)行圖案裝飾，打印相同的裝飾圖案，獲得相同裝飾圖案的樣品，備用;

（3）分別對噴墨裝飾后的樣品，進(jìn)行以上（2）（3）（4）三類工藝方案進(jìn)行后續(xù)處理，并與（1）工藝方案的樣品，在同一窯爐燒成，獲得瓷磚實(shí)驗(yàn)樣品。

3.2 樣品檢測和數(shù)據(jù)采集

將制得的瓷磚實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行表面清潔，在常溫下根據(jù)不同的防滑標(biāo)準(zhǔn)要求，分別采用不同的檢測儀器，測定其防滑數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)測定了歐標(biāo)和美標(biāo)的兩種數(shù)值。

3.3 工藝參數(shù)

3.3.1 釉料參數(shù)

3.3.2 燒成參數(shù)

燒成溫度：1196℃;燒成周期：52 min。

3.3.3 噴墨打印參數(shù)

3.3.4 膠輥雕刻參數(shù)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)步驟

4.1.1 基礎(chǔ)底釉

根據(jù)以上提出的幾種對比方案，經(jīng)過前期一系列實(shí)驗(yàn)，初步確定選用一致的底釉配方。其化學(xué)組成見表4。

4.1.2 防滑釉

（1）防滑釉的制備與確定。

實(shí)驗(yàn)對比方案（4）中，在噴墨裝飾前，使用了膠輥印刷防滑釉工藝。稱取重量300份的防滑釉料原料，添加印油180份，進(jìn)行球磨，釉漿的細(xì)度為325目篩余全過，比重控制在1.45 g/ml左右，采用膠輥印刷的方式，將制備好的防滑釉料轉(zhuǎn)印到已施底釉的樣品表面。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對比，獲得以下較為理想的防滑釉配方，其化學(xué)組成見表5。

（2）確定膠輥雕刻參數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)采用了厚版凸釉膠輥印刷方式，其膠輥雕刻選用縱橫交錯的布紋方格狀紋理圖案，人為制造出表面凹凸的結(jié)構(gòu)。厚版膠輥印刷是通過設(shè)計相應(yīng)的雕刻紋理，加大雕刻激光強(qiáng)度形成的特殊雕刻方法，改變雕刻孔的形狀及深度，使膠輥孔洞的藏釉量增加，從而能獲得轉(zhuǎn)印到磚坯上的釉量增大，形成凸起而厚實(shí)的印刷質(zhì)感與效果。

4.1.3 干粒釉

（1）干粒釉配方

實(shí)驗(yàn)對比方案（2）使用了淋干粒工藝，需選擇合適的耐磨干粒和保護(hù)釉漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。按照理論以及試驗(yàn)檢測結(jié)果，對耐磨干粒的配方組成進(jìn)行試驗(yàn)，引入了亞納米級剛玉，增加耐磨及高溫成分，比較理想的耐磨干粒的粒徑要求為80～200目，配方范圍：亞納米剛玉7～8%;長石等熔劑原料70～88%;粘土類15～22%; 所選擇的耐磨干粒化學(xué)組成見表6。

（2）淋釉干粒釉工藝的參數(shù)。

耐磨干粒屬瘠性料，其細(xì)度較粗，使用方式與普通釉漿存在著一定的區(qū)別。故此需與合適的保護(hù)釉漿進(jìn)行匹配使用。稱取100份的保護(hù)釉原料，添加三聚磷酸鈉0.3份，羧甲基纖維素0.35份，水45份，將上述所有組分混合均勻球磨制成保護(hù)釉漿。將制備好的保護(hù)釉漿與耐磨干粒進(jìn)行一定比例的混合，并添加合適的懸浮液，保證釉漿的使用性能，最終獲得理想的組合：懸浮液100，耐磨干粒35～42，保護(hù)釉漿30～35。

（3）噴釉干粒釉工藝的參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)對比方案（3）使用了噴干粒工藝，噴干粒法主要為了在磚坯表面形成部分凹凸結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生摩擦阻力來提高陶瓷磚的防滑系數(shù)。考慮到耐磨干粒的粒徑、生產(chǎn)使用的可行性等因素，經(jīng)過多種配比的噴干粒工藝實(shí)驗(yàn)，結(jié)合其表面效果，最終確定較為合理的耐磨干粒釉組成：懸浮液100，耐磨干粒8～10，保護(hù)釉漿10～15。

4.1.4樣品檢測結(jié)果

陶瓷磚樣品燒成后進(jìn)行物理性能檢測，主要檢測陶瓷磚的光澤度及防滑性能，防滑檢測進(jìn)行美標(biāo)及歐標(biāo)性能檢測。檢測數(shù)據(jù)見表7。

從表7的檢測數(shù)據(jù)分析，針對美標(biāo)數(shù)據(jù)，4個不同的工藝都能達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)（≥0.42）。方案（2）防滑數(shù)據(jù)最好，釉面質(zhì)量最高，但以歐洲防滑標(biāo)準(zhǔn)判定，方案（2）卻無法獲得R值（標(biāo)標(biāo)R9）;故綜合效果方案（4）最好，光澤度最低，有粗糙的手感卻柔和不刺手，而其余3種方案表面粗糙且都有較為明顯的刺手感。

4.2 底釉溫度對防滑性能的影響

根據(jù)以上4種工藝對比方案的檢測數(shù)據(jù)結(jié)果，我們選擇第（4）種印刷防滑釉工藝方案進(jìn)行了改進(jìn)試驗(yàn)。固定防滑釉各項印刷參數(shù)，試驗(yàn)不同的底釉溫度對陶瓷磚最終防滑性能的影響，本次工藝改進(jìn)進(jìn)行了三種釉溫梯度實(shí)驗(yàn)，其底釉化學(xué)組成見表8。

按上述制備樣品制備方法，獲得三種溫度梯度的樣品，膠輥印刷相同的防滑釉料，并進(jìn)行數(shù)碼噴墨打印，裝飾相同的噴墨圖案，燒成后獲得最終樣品。對以上3種不同溫度的樣品進(jìn)行防滑指標(biāo)檢測，結(jié)果見表9。

從兩次防滑數(shù)據(jù)中分析，各種標(biāo)準(zhǔn)無明顯的對應(yīng)關(guān)系，美標(biāo)數(shù)值高的樣品并不代表歐標(biāo)就能合格。而英標(biāo)與德標(biāo)具有一定的匹配關(guān)系，英標(biāo)數(shù)值高的話，德標(biāo)數(shù)值也會相應(yīng)較高，其對應(yīng)關(guān)系見表10。

釉料的燒成溫度對檢測結(jié)果影響很大，在其余因素相同的條件下，釉溫越高其防滑性能越好，且光澤度越低，但釉面的手摸觸感會變差，變粗糙，且圖案效果顯現(xiàn)能力也變差。高溫的底釉對應(yīng)的產(chǎn)品光澤度會降低，美標(biāo)和歐標(biāo)的檢測數(shù)據(jù)都會隨底釉溫度的提高而增加。

本實(shí)驗(yàn)最終獲得較為穩(wěn)定的底釉，其配方化學(xué)組成見表11。

4.3 結(jié)果與討論

（1） 通過設(shè)計特殊雕刻膠輥輥筒印刷防滑釉，對比了3種提高陶瓷磚防滑性能的工藝方案的實(shí)驗(yàn)，最終獲得一種成本較低、操作簡單、效果穩(wěn)定，性能較優(yōu)的防滑陶瓷磚工藝技術(shù)。

（2） 單純提高釉面溫度法，利用了釉料本身的高溫耐火性能，釉面不能很好的熔平，形成自然不規(guī)則的凹凸面，從而增大表面的粗糙程度，雖可以提高瓷磚表面的防滑性能，但釉面粗糙刺手，光澤度低，控制難度大且不夠穩(wěn)定，對噴墨圖案的裝飾發(fā)色影響也很大，深色產(chǎn)品顏色變淺、發(fā)白。

（3） 淋干粒法和噴干粒法是通過使用一定粒徑范圍耐磨高溫干粒，配以合適的釉料，在陶瓷磚表面形成高低不平、間隙相對均勻的凹凸面，從而改變瓷磚表面的粗糙程度，也能取得較好的防滑性能，但受生產(chǎn)工藝、干粒參數(shù)的穩(wěn)定性影響，波動較大，成本相對較高。

（4） 膠輥印刷防滑釉法是通過雕刻膠輥特殊的紋理，將防滑性能的釉料轉(zhuǎn)印到陶瓷磚表面，因印刷圖案的均勻性和穩(wěn)定性，能在陶瓷磚表面形成統(tǒng)一固定的圖案形狀，其紋理均勻、高度一致，起到了提高陶瓷磚表面防滑性能的效果，同時磚面手摸觸感柔和，不具有明顯的顆粒或刺手感，溫度易控制，操作簡單方便，易于生產(chǎn)控制。

（5） 無論是歐標(biāo)還是美標(biāo)，其防滑數(shù)值都會隨著底釉溫度的變化成線形關(guān)系。

（6） 本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的工藝技術(shù)使用簡單、操作方便、性能穩(wěn)定、容易推廣，適合多種規(guī)格應(yīng)用。

5 結(jié) 論

（1） 通過對底釉配方的優(yōu)化，結(jié)合膠輥印刷防滑釉工藝，可以獲得防滑性能更好陶瓷磚。

（2） 膠輥的不同雕刻方式對印刷的防滑釉性能有較大影響，選擇特殊的深度雕刻既能滿足歐標(biāo)防滑又能滿足美標(biāo)防滑的要求。

（3） 釉料的成熟溫度對檢測結(jié)果影響很大，提高釉溫會促進(jìn)防滑性能。對于有防滑要求的產(chǎn)品，其釉面溫度需比常規(guī)產(chǎn)品溫度稍高則有利于防滑性能的改善。

（4） 本研究中所獲得多次實(shí)驗(yàn)樣品的防滑檢測結(jié)果，從數(shù)據(jù)分析來判斷，美標(biāo)與歐洲防滑標(biāo)準(zhǔn)并不完全統(tǒng)一，且無明顯相對應(yīng)關(guān)系。而歐洲標(biāo)準(zhǔn)里面英標(biāo)與德標(biāo)具有一定的匹配關(guān)系，英標(biāo)數(shù)值高的德標(biāo)數(shù)值也高。

參考文獻(xiàn)

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