噴墨滲花瓷質磚滲透材料檢驗方法研究*

劉 峰 馬 榮 酈生永 趙 明 夏昌奎 彭小花 何周祎

(1 九江諾貝爾陶瓷有限公司 江西 九江 332200)(2 杭州諾貝爾陶瓷有限公司 杭州 311100)

2013年,杭州諾貝爾陶瓷有限公司在全國首推噴墨滲花瓷質磚產品,利用噴墨滲透墨水直接在坯體表面的瓷質面料層上印刷圖案,高溫燒成,拋光后制得,產品既有瓷質拋光磚的耐磨度,又有拋釉磚的表面圖案效果[1]。該類產品噴墨裝飾工藝分為兩種:濕法噴墨和干法噴墨,其主要差異在于施加面料層的工藝不同。濕法噴墨工藝采用的是一次布料后再淋含有助色劑的面漿,而干法噴墨工藝采用的是二次布料,即在一次布料后再在磚坯上施布一層1～3 mm 的含有助色劑的干料薄層。

實際生產過程中,由于面料層要求硬度高,更耐磨,面料組成最好接近瓷質坯用配方體系,但此體系不利于墨水發色,可將面料層的配方做特殊處理,加入二氧化鈦、納米氧化硅、硅酸鋯等[2]。

對于陶瓷墻地磚生產企業來說,上述產品的配方設計,試驗及生產工藝控制均需完善、定型,而傳統墨水及助色劑檢驗方法存在試樣單一、損耗大、耗時長、依賴生產設備等缺陷,一定程度上限制了企業對配方、工藝改進及生產控制的快速試驗研究。

為解決上述問題,筆者提出了一種新型檢驗方法——滴墨法,使其具有制樣簡單、快速,耗材耗時少等優點,可靈活運用于配方調整、工藝優化和各類滲透材料檢驗等過程,適用范圍廣。

1 檢驗方法

1.1 傳統檢驗方法

現有滲透墨水及助色劑檢驗方法分為兩種,分別是絲網印刷法及噴墨機色卡法。

絲網印刷方法沿用釉拋磚用陶瓷墨水的檢驗方法,取經過干燥后的生坯用絲網網板印刷墨水新樣與標準樣,經燒制后對比發色效果,其用于現有釉拋磚用墨水較為方便,但無法應用于面料層原料及助色劑類原料檢驗,適用范圍有限;噴墨機色卡法主要適用于上線批試基礎試驗結果的驗證,檢測條件受限嚴重,不利于企業推廣應用。

絲網印刷法雖然制樣簡單、損耗小、速度快,但人、機、環因素均會嚴重影響印刷及滲透過程,如布施墨水量較少,墨水的滲透過程不穩定,造成試驗結果準確率較低,嚴重影響對試驗結果的判斷,達不到試驗效果。噴墨機色卡法完全采用生產設備、生產環境,試驗過程易與常規生產過程發生沖突,且樣品損耗大,試驗周期較長,樣品數量及種類受限,不利于大幅度、多次更改配方、原料和修正生產工藝。

1.2 滴墨法檢驗方法

滴墨法的檢驗流程為:按一定重量份分別稱取原輔材料,快速研磨機制漿,半干法壓制成直徑為40～55 cm 小圓餅,經100～200℃烘干,同時依據試驗設計要求,配制4～6種甚至更多種墨水與助滲劑組合,在一定的試驗條件下,用滴管滴1～5滴于小餅表面,再經100～200℃烘干、試燒。

通過試驗分析得知,絲網印刷法中陶瓷墨水滲透深度為0.3～0.7 mm,噴墨色卡法中陶瓷墨水滲透深度不大于1 mm,由于試驗條件對滲透深度影響不明顯,故判定試驗結果僅能通過拋光發色結果來反推墨水滲透效果。

而本方案采用滴墨方式來實現,通過提高布施在面料表面的陶瓷墨水比例,滲透深度可以達到3 mm,且墨水區吸墨量大,發色飽和,滲透過程相對穩定,墨水或助滲劑的滲透情況肉眼可見。

通過大量對比試驗可知,筆者提出的滴墨法可快速實現不少于5種以上不同陶瓷墨水與面料層比例的組合的平行試驗。

較于現行的檢驗方法,它是通過擴大試驗變量從而降低試驗誤差率,且試驗條件可控,限制較小;更進一步,它是通過大幅度修改樣品性能和試樣條件來推理分析墨水滲透過程,有利于理解實際生產過程中原材料及添加劑類關鍵原料的作用機理,分析工藝流程及參數控制,提高了生產效率。如果可以快速準確地掌握添加劑類梯度、試驗面料配方原料組成、塑性、墨水滲透溫度、時間及墨水性能差異等對墨水滲透試燒后發色的影響。

將絲網印刷法、噴墨機色卡法和滴墨法優缺點進行比較,如表1所示,滴墨法優勢明顯。

表1 三種檢驗方法對比

2 實際應用

通過實驗驗證得知,影響噴墨滲透墨水滲透深度及擴散的因素主要有面料層配方、助色劑引入量、面料工藝、施墨環境、滲透墨水性能等[3],而滴墨法囊括了除滲透墨水性能以外其他影響因數,對于墨水檢測的改進做到精準控制。

2.1 添加劑及噴墨滲透墨水的進廠檢驗

實際操作過程中,添加劑類原料進行檢驗時,按一定重量份稱取不同原料,組成檢驗載體,分別配制檢驗樣與標準樣,經球磨、制餅、滴墨、試燒,對比發色效果,其中檢驗助紅劑類原料對比紅棕墨水發色,二氧化鈦類原料對比黃墨水發色,如表2為某批次助紅劑原料對比結果。滲透墨水檢驗時,其在同一檢驗載體表面分別滴檢驗樣與標準樣噴墨滲透墨水,經燒制后對比墨水中心位置發色,表3為某批次黃墨水發色對比的數據。

表2 某批次助紅劑原料檢驗數據

表3 某批次滲透墨水檢驗數據

由表4試驗得出,由于施加純紅棕墨水的試樣表面色域中心,與邊緣位置色差大,造成試驗結果誤差大,而墨水與助滲劑比例控制在1∶5與1∶10兩種誤差較小,符合試驗與檢驗需求。從試樣斷面來看,墨水與助滲劑為1∶10時,斷面顏色過淺,影響試驗及檢測判定結果。

綜上所述,對無特殊要求的陶瓷墨水滲透深度試驗或原材料檢驗時,滴墨法選用陶瓷墨水:助滲劑=1∶5即可滿足試驗結果及精度要求。

2.2 初步研究滲透過程的影響因素

表5、表6主要是針對試樣生坯體密度及放置時間對墨水滲透的影響進行試驗研究。結合表5和表6來看,生坯體密度越低,對墨水的滲透效果越有利,實際過程中可通過控制面料塑性、含水率及成形壓力來調整生坯體密度;而滲透時間對不同顏色的陶瓷墨水影響不同,如隨時間延長,藍、紅棕色墨水的滲透深度增加,但對黑色墨水影響不大。

表5 試樣生坯體密度對墨水滲透的影響(單位g/cm3)

表6 放置時間對墨水滲透的影響

表7是不同陶瓷墨水施墨先后順序對滲透效果的影響。從表面發色色度值Lab及斷面效果來看,由于陶瓷墨水滲透速度較快,按一定順序比例施加陶瓷墨水,后施加的陶瓷墨水進入試樣后會推動先印刷在試驗表面的墨水往更深的位置滲透,并不會完全融合。所以,實際生產時噴頭順序會影響墨水的發色,且制品表面磨削量對成品的圖案顏色也有一定影響。

表7 施墨順序對墨水滲透的影響

2.3 面料配方添加劑引入比例研究

從表8可以得出,鈦白粉A 對黃墨水發色效果的提升遠大于鈦白粉B,但其阻礙了紅棕墨水的紅色發色效果。

表8 不同鈦白粉比例對墨水發色影響的試驗

結合成本、生產控制、發色效果綜合考慮,最終選用0.2%A+0.5%B組合比例進行試制。

筆者提出的滴墨法一方面可實現多種組成的面料與滲透墨水的組合發色;另一方面,可同時進行原輔材料的平行對比分析試驗,從而快速精準地獲得最優比例組合,為進一步試驗或生產提供試驗基礎,有利于技術人員理解原輔材料對滲透墨水發色的影響機制。

3 結論

筆者提出的滴墨法具有如下優勢:

(1)通過擴大試驗變量法,降低了試驗條件對滲透過程的影響,提高了試驗精度,且滲透過程肉眼可見,便于對滲透工藝的研究,操作簡單,設備投入極低。

(2)可實現多種試驗面料層原料及助色劑類原料的比例組合,試驗條件可控,結果可比性高,完全適用于面料層配方修正和原輔材料進料檢驗。

(3)解決了現有檢測方法周期長、損耗大、設備投入大等各方面問題。噴墨滲花瓷質磚生產企業研發同類產品時,滴墨法更好地詮釋了噴墨滲花工藝及助色劑作用機理,對快速修正坯體配方,制品裝飾效果和穩定生產方面均有明顯優勢。

目前滴墨法試驗設備尚未開發,后期可通過改良試驗設備進一步完善試驗方法,如研發一種恒溫恒濕滴墨設備,精確控制滴墨量及墨水區大小,摒除試驗環境影響,從而獲得更精準的檢測結果,為研發創新提供基礎,為穩定生產提供技術保障。