網(wǎng)版激光制作技術(shù)及高清大理石瓷磚研制

楊君之1李炯志1黃海發(fā)2皮小萌2

(1 簡一陶瓷有限公司廣東 清遠(yuǎn)511500)(2 簡一陶瓷有限公司廣東 佛山528031)

摘要運(yùn)用跨界思維設(shè)計(jì)，將輥筒激光雕刻技術(shù)與傳統(tǒng)的制網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，使絲網(wǎng)印刷能夠獲得清晰的印刷效果。并用該技術(shù)，結(jié)合印刷布釉，設(shè)計(jì)和研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“立體高清圖案大理石瓷磚”產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞網(wǎng)版印刷高清圖案大理石瓷磚

作者簡介：* 楊君之(1967-)，本科，高級工程師；主要從事陶瓷開發(fā)與管理工作。 李炯志(1974-)，大專，工程師；主要從事陶瓷研發(fā)工作。

中圖分類號：TQ174文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)下，中國建筑衛(wèi)生陶瓷近30年來有了巨大的飛躍，在許多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重大突破。其中產(chǎn)品的裝飾一直是行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的熱點(diǎn)，特別是施釉工藝、印刷工藝的發(fā)展，有力地推動(dòng)了陶瓷磚美學(xué)性能和裝飾效果的提升。

絲網(wǎng)平面印刷是最早應(yīng)用于陶瓷磚生產(chǎn)的印花技術(shù)(簡稱絲網(wǎng)印刷)。其原理是利用預(yù)先曬網(wǎng)處理有圖案效果的網(wǎng)版，控制顏料(釉漿)定向位置印刷在陶瓷磚表面(不同的顏色有不同的網(wǎng)版，通常需要2～3個(gè)網(wǎng)版組成，最多的可達(dá)5～6個(gè)網(wǎng)版)。絲網(wǎng)印刷投入費(fèi)用低、適應(yīng)范圍廣、生產(chǎn)成本低、色彩豐富、立體感與厚重感強(qiáng)，不但可以應(yīng)用于普通釉漿，而且還可以應(yīng)用于坯體滲花、干法印刷、印刷施釉等。但絲網(wǎng)印刷最突出的弱點(diǎn)是分辨率低、清晰度差，另外容易產(chǎn)生時(shí)間色差和位置色差，尤其是大規(guī)格磚最為明顯。

膠輥雕刻印刷原理是利用預(yù)先經(jīng)激光雕刻處理、有圖案效果的橡膠輥筒，將顏料(釉漿)填充在輥筒的凹坑內(nèi)，然后在定向位置印刷于陶瓷磚表面(不同的顏色有不同的膠輥，通常需要2～3個(gè)輥筒組成，最多的可達(dá)5～6個(gè)輥筒)。輥筒印刷分辨率有明顯提高、清晰度好，生產(chǎn)效率高、顏色豐富，而且可以適應(yīng)輕度凹凸不平的瓷磚面，能夠獲得連續(xù)而不重復(fù)的圖案。但輥筒印刷產(chǎn)品層次感與立體感不強(qiáng)、厚重感較差、生產(chǎn)成本高、轉(zhuǎn)產(chǎn)所需時(shí)間長，對釉漿性能要求高，不能適用于干粉印刷。因此，在行業(yè)的普及率不如絲網(wǎng)印刷。

噴墨印刷技術(shù)是近年陶瓷行業(yè)發(fā)展起來的新技術(shù)(簡稱噴墨打印)。其原理與普通辦公噴墨打印機(jī)相同。由于陶瓷顏料是非水溶性的合成礦物，不同于一般墨水，其細(xì)度和懸浮性成為該技術(shù)的核心，目前該技術(shù)的核心材料(墨水和噴頭)多來自國外進(jìn)口。噴墨印刷技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，圖案清晰度好，而且能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的圖案，可以通過電腦，隨時(shí)更換花式，轉(zhuǎn)產(chǎn)極為方便，由于噴頭沒有與磚面直接接觸，色差極小，而且可以在凹凸不平的磚面上印刷。但噴墨印刷技術(shù)也有不足，色彩欠豐富、產(chǎn)品質(zhì)感單薄、設(shè)備投入費(fèi)用大、生產(chǎn)成本高、對墨水要求高、對生產(chǎn)環(huán)境要求高等。

綜合考慮以上3種印刷技術(shù)的特征，我們將輥筒激光雕刻技術(shù)與傳統(tǒng)的制網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，使絲網(wǎng)印刷在保持其自身優(yōu)勢的同時(shí)又能夠獲得高清的印刷效果。并且利用該技術(shù)，推廣應(yīng)用印刷布釉，創(chuàng)新設(shè)計(jì)和研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“立體高清圖案簡一大理石瓷磚”產(chǎn)品系列，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與自主設(shè)計(jì)同步推進(jìn)的跨界技術(shù)思路。

1設(shè)計(jì)技術(shù)思路

傳統(tǒng)的陶瓷磚絲網(wǎng)印刷技術(shù)是利用預(yù)先制作好圖案的網(wǎng)版，然后通過刮刀將印釉透過網(wǎng)版，印在陶瓷磚表面，形成圖案如圖1所示。表2為陶瓷磚傳統(tǒng)絲網(wǎng)目數(shù)。

(A)布料過程　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)刮印過程

網(wǎng)版制作是陶瓷磚絲網(wǎng)印刷的基礎(chǔ)工作，每一種顏色均需要制作一個(gè)網(wǎng)版。其中重要的技術(shù)參數(shù)是網(wǎng)版目數(shù)(孔徑)大小的選擇(見表2)，目數(shù)越高(孔徑越小)，圖案的分辨率越高，但印釉通過網(wǎng)眼就越困難，越容易產(chǎn)生堵網(wǎng)，產(chǎn)生圖案色差，影響印刷效率，反之亦然。圖2為傳統(tǒng)絲網(wǎng)制作流程圖。

表2　各種陶瓷磚傳統(tǒng)絲網(wǎng)目數(shù)

圖2　傳統(tǒng)絲網(wǎng)制作流程圖

在保證網(wǎng)版通透度(保證印釉順利通過)的前提下，提高絲網(wǎng)圖案分辨率是該技術(shù)項(xiàng)目的核心內(nèi)容。因此，首先要詳細(xì)分析影響網(wǎng)版通透度和圖案精度的因素。通過顯微鏡分析，我們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的感光制版，絲網(wǎng)圖案的缺陷主要緣于兩個(gè)重要原因。

圖3　感光方法造成網(wǎng)線與膠膜粘連附著

第一是膠膜與網(wǎng)線有粘連附著，沖水時(shí)無法徹底清除網(wǎng)線周邊的非圖案膠膜，降低了絲網(wǎng)的通透度，在印刷使用時(shí)容易產(chǎn)生“缺花”、“蒙花”，并產(chǎn)生色差。而且隨著絲網(wǎng)目數(shù)上升，粘連附著情況越加嚴(yán)重，如圖3所示。

第二是只能以網(wǎng)格單元形成膠膜，無法以非整網(wǎng)格形成膠膜，是造成圖案輪廓失真的重要原因，印刷后往往在磚面圖案顯示“格子印”，而且隨著絲網(wǎng)目數(shù)的降低情況尤其明顯，如圖4所示。

(A)原圖案真實(shí)形狀　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)絲網(wǎng)上圖案形狀

(C)原圖案真實(shí)輪廓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(D)網(wǎng)格上圖案輪廓

針對目前絲網(wǎng)制版存在的兩大問題，我們提出了本項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新思路。

2網(wǎng)版激光制作技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

圖5　技術(shù)創(chuàng)新路線圖

本項(xiàng)目在傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用激光雕刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)版制作的技術(shù)創(chuàng)新，解決傳統(tǒng)網(wǎng)版分辨率低、易堵網(wǎng)等問題。并運(yùn)用該制版方式，制作出能夠適合于印刷布釉的特殊網(wǎng)版，對“全拋釉”產(chǎn)品(瓷質(zhì)釉面拋光磚)施釉方法進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)凹凸表面效果的施釉效果。圖5為技術(shù)創(chuàng)新路線圖。

2.1網(wǎng)版激光制作技術(shù)

本項(xiàng)目絲網(wǎng)制作流程圖如圖6所示。

圖6　本項(xiàng)目絲網(wǎng)制作流程圖

本項(xiàng)目與傳統(tǒng)的感光沖洗制版方法相比較，同樣需要進(jìn)行分色，每一種顏色對應(yīng)一個(gè)網(wǎng)版，不同之處主要體現(xiàn)兩方面：

1)本項(xiàng)目先固化網(wǎng)屏(膠膜)，然后再刻出圖案；傳統(tǒng)沖曬方法則先曬出圖案，再固化網(wǎng)屏；

2)本項(xiàng)目采用電腦直接控制雕刻，不需要先制作膠片(菲林)；而傳統(tǒng)沖曬方法需先制作膠片，不能電腦直接輸入。

本項(xiàng)目制作網(wǎng)版主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3　本項(xiàng)目制作網(wǎng)版主要技術(shù)參數(shù)

通過控制激光源強(qiáng)度，按電腦設(shè)定圖案的輪廓進(jìn)行對膠膜進(jìn)行雕刻，確保對非圖案膠膜清除時(shí)，不會(huì)損傷網(wǎng)線。運(yùn)用“激光雕刻”制作的網(wǎng)版，分辨率明顯高，圖案清晰度高，網(wǎng)眼通透。制作過程中取消了制作菲林，可直接使用樹脂固化，不需使用感光膠，減少了廢水和有害物質(zhì)的產(chǎn)生，降低了制作成本。網(wǎng)版經(jīng)陶瓷生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用，印釉滲透順暢，不容易產(chǎn)生色差，而且缺花、蒙花缺陷明顯下降。

本項(xiàng)目網(wǎng)版與傳統(tǒng)沖曬網(wǎng)版使用效果比較如圖7及表4所示。

(A)本項(xiàng)目網(wǎng)版效果　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)傳統(tǒng)沖曬網(wǎng)版效果

工藝分辨率色差缺陷缺花、蒙花缺陷率擦網(wǎng)頻率網(wǎng)版壽命傳統(tǒng)沖曬120目,有格印每萬m23～5個(gè)色號1%～2%每隔5～6min1次3000～6000次本項(xiàng)目技術(shù)相當(dāng)360目以上每萬m21個(gè)色號0.2%以下每隔12～15min1次12000次以上

2.2平板印刷施釉技術(shù)

根據(jù)不同產(chǎn)品的釉面要求，傳統(tǒng)的施釉方法有甩釉、噴釉、淋釉等?？傮w上通過施釉器將釉漿覆蓋于施釉線上，使行走的磚坯獲得施釉，多余的釉漿回流入釉漿桶內(nèi)，重新過篩循環(huán)使用。利用絲網(wǎng)印刷進(jìn)行施釉的工藝目前很少見，而且只限于干法施釉(干粉印刷)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的絲網(wǎng)厚度、通透度都很難滿足施釉量的要求。

本項(xiàng)目“網(wǎng)版激光制作技術(shù)”的研發(fā)成功，為“平板印刷施釉技術(shù)”創(chuàng)新提供了重要的基礎(chǔ)。平板印刷施釉技術(shù)主要針對“全拋釉”(釉面拋光)磚的面釉施釉。

目前“全拋釉”產(chǎn)品施釉印刷工藝流程如圖8所示。

圖8“全拋釉”產(chǎn)品施釉印刷工藝流程

“全拋釉”產(chǎn)品的特點(diǎn)是采用“釉中彩”工藝，即圖案是在底釉和面釉中間，不僅對面釉的透明度要求較高，而且要求面釉層厚度比較厚(一般在0.3～0.5mm)，目前行業(yè)中的工藝是采用“淋釉”的方法。

淋釉工藝原來主要應(yīng)用于早年的內(nèi)墻磚的生產(chǎn)，施釉量比較大，釉層較厚、釉面平整。但淋釉時(shí)釉漿的有效利用率較低，需要全面覆蓋磚面，不僅造成有掛邊現(xiàn)象，而且釉層只能呈現(xiàn)平面狀態(tài)，不能獲得凹凸的立體效果。

表5　平板絲網(wǎng)印刷施釉的主要工藝參數(shù)

注：施釉量以施釉線耗用統(tǒng)計(jì)為依據(jù)。

本項(xiàng)目通過激光制版技術(shù)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出具有高清立體圖案紋理的加厚膠膜、專門應(yīng)用于“全拋釉”施釉的網(wǎng)版，然后運(yùn)用平面絲網(wǎng)印刷方法進(jìn)行面釉的施釉，根據(jù)產(chǎn)品尺寸控制施釉的有效面積，避免了釉漿掛邊浪費(fèi)，有效地解決了原來淋釉無法解決的問題，并且獲得具有凹凸立體效果的面釉層(見表5、表6、圖9、圖10)。

(A)淋釉效果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)印刷施釉效果

(A)傳統(tǒng)沖曬制作的普通網(wǎng)版

(B)激光雕刻制作的印刷施釉網(wǎng)版

參數(shù)普通絲印瓷磚輥筒印刷瓷磚噴墨印刷瓷磚高清大理石瓷磚(本項(xiàng)目)分辨率(dpi)80～150300～400200～600360～420視覺效果可見格子印輪廓清晰輪廓清晰輪廓清晰

3高清大理石瓷磚產(chǎn)品特征

網(wǎng)版激光制作技術(shù)、平板印刷施釉技術(shù)的研發(fā)成功，為產(chǎn)品的自主設(shè)計(jì)提供了重要技術(shù)支持。運(yùn)用該技術(shù)，我們研制出具有新穎裝飾效果的“高清立體圖案大理石瓷磚”產(chǎn)品。

3.1高清紋理

高清立體圖案大理石瓷磚產(chǎn)品圖案紋理清晰，分辨率比傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷有顯著的提高，甚至接近和達(dá)到噴墨印刷的效果，為圖案的選擇拓展了很大的空間，許多復(fù)雜的石材圖紋得到了應(yīng)用，極大地豐富了裝飾圖案的素材。

3.2平整度高

高清立體圖案大理石瓷磚產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用了“平板印刷施釉技術(shù)”進(jìn)行面釉的施釉，面釉的致密度和平整度有明顯的改善，為瓷磚的煅燒過程提供了重要的技術(shù)支持。表7為本項(xiàng)目與普通“全拋釉”平整度比較。

表7　本項(xiàng)目與普通“全拋釉”平整度比較

注：以上參數(shù)以900mm×900mm規(guī)格產(chǎn)品為例，經(jīng)彎曲值表示。

3.3固廢減少

高清立體圖案大理石瓷磚產(chǎn)品生產(chǎn)通過應(yīng)用了“網(wǎng)版激光制作技術(shù)”、“平板印刷施釉技術(shù)”，有效地解決了施釉掛邊問題，煅燒平整度得到了有效提高，降低了磨邊、拋光切削量，不但有效地提高了冷加工(磨邊、拋光)的生產(chǎn)效率，而且冷加工產(chǎn)生的固廢物量減少了20%～25%，同時(shí)推進(jìn)了清潔生產(chǎn)的進(jìn)步(見表8)。

表8　本項(xiàng)目與普通“全拋釉”冷加工量比較

注：以上參數(shù)以900mm×900mm規(guī)格產(chǎn)品為例，經(jīng)彎曲值表示。

4生產(chǎn)工藝

4.1坯料配方

坯料配方化學(xué)成分見表9。

表9　坯料配方化學(xué)成分(質(zhì)量%)

4.2釉料配方

釉料配方原料組成見表10。

表10　釉料配方原料組成(質(zhì)量%)

4.3漿料制備

漿料制備主要工藝參數(shù)見表11。

表11　漿料制備主要工藝參數(shù)

4.4粉料制備

粉料制備主要工藝參數(shù)見表12。

表12　粉料制備主要工藝參數(shù)

流動(dòng)性(自然休止角)自然休止角≤23度

4.5成形

壓制成形主要工藝參數(shù)見表13。

表13　 壓制成形主要工藝參數(shù)

注：以上參數(shù)以900mm×900mm規(guī)格產(chǎn)品為依據(jù)

4.6坯體干燥

坯體干燥主要工藝參數(shù)見表14。

表14　坯體干燥主要工藝參數(shù)

4.7高溫?zé)?/p>

高溫?zé)芍饕に噮?shù)見表15。

表15　高溫?zé)芍饕に噮?shù)

注：以上參數(shù)以900mm×900mm規(guī)格產(chǎn)品為依據(jù)。4.8產(chǎn)品性能

經(jīng)檢測產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)符合Q/JY2-2009標(biāo)準(zhǔn)(簡一陶瓷企業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，放射性符合GB6566-2001標(biāo)準(zhǔn)中A類裝飾材料要求。

圖11　高清大理石瓷磚燒成曲線圖

項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)平均吸水率(%)≤0.05耐磨性(轉(zhuǎn))2100破壞強(qiáng)度(N)≥2500耐污染性(級)5斷裂模數(shù)(MPa)≥35平整度(mm)≤0.5

5結(jié)語

“網(wǎng)版激光制作技術(shù)及高清大理石瓷磚研制”項(xiàng)目，主要對“網(wǎng)版激光制作技術(shù)”、“平板印刷施釉技術(shù)”兩大技術(shù)進(jìn)行了跨界思維創(chuàng)新，突破了傳統(tǒng)網(wǎng)版制作、施釉工藝的局限，使絲網(wǎng)印刷分辨率和清晰度大幅度提升，產(chǎn)品質(zhì)感明顯提高，對推動(dòng)陶瓷行業(yè)清潔生產(chǎn)，加快陶瓷磚行業(yè)技術(shù)進(jìn)步起到積極的作用。

1)本項(xiàng)目淘汰了傳統(tǒng)的菲林制網(wǎng)工藝，避免了膠片的消耗和顯影、定影藥水的使用，降低了網(wǎng)版制作的沖水量，在一定程度上減少了材料的消耗，降低了對環(huán)境的影響。

2)本項(xiàng)目通過改進(jìn)施釉方式，降低了釉漿的用量，提高了產(chǎn)品平整度，減少了坯體的成形尺寸，有效地減少磨邊、拋光產(chǎn)生的固廢物。

3)本項(xiàng)目創(chuàng)新了絲網(wǎng)制作工藝和施釉方法，為行業(yè)提供了新的施釉工藝方法，有力地推動(dòng)了行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。

到目前為止，本項(xiàng)目技術(shù)成果從實(shí)驗(yàn)室小試、中試，到生產(chǎn)線試產(chǎn)、全面投產(chǎn)，理論研究到生產(chǎn)應(yīng)用均獲得成功，生產(chǎn)過程無重大或關(guān)鍵的技術(shù)障礙，技術(shù)成熟，已經(jīng)順利、全面完成立項(xiàng)時(shí)預(yù)期研究工作目標(biāo)。該項(xiàng)目的后續(xù)創(chuàng)新主要是更大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐的推廣，以及將技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步拓展到更廣泛的其他產(chǎn)品和領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

1郭慶.陶瓷印花技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.佛山陶瓷,2014(4):12～15