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        國內(nèi)陶瓷巖板發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析

        2022-12-01 08:54:50鐘偉強
        廣東建材 2022年11期
        關(guān)鍵詞:巖板陶瓷性能

        鐘偉強

        (馬可波羅控股股份有限公司)

        0 引言

        陶瓷巖板起源于歐洲,由意大利和西班牙傳入中國,近幾年在我國發(fā)展迅速,并具有良好的市場前景以及發(fā)展空間,而陶瓷企業(yè)逐漸加大了對陶瓷巖板的研發(fā)工作,并推出各種款式的產(chǎn)品。陶瓷巖板的主要原料為黏土和其他無機非金屬材料,通過制粉、成型以及高溫燒成等工藝,生產(chǎn)出具有良好的機械加工性能的板狀陶瓷材料。通常情況下,陶瓷巖板的規(guī)格尺寸較大,最大規(guī)格可達到2400mm×3600mm,最小也有900mm×1200mm,并且厚度范圍較廣,最薄的僅有3mm,最厚的則有20mm[1]。相關(guān)研究表明陶瓷巖板的產(chǎn)品品質(zhì)主要受到原材料配合比、加工工藝、生產(chǎn)設(shè)備等因素的影響[2-5],而目前關(guān)于陶瓷巖板發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析較少。鑒于此,本文將圍繞陶瓷巖板的性能特點、用途、性能影響因素、生產(chǎn)工藝、儀器設(shè)備、相關(guān)標準以及專利等方面進行闡述,通過對陶瓷巖板發(fā)展現(xiàn)狀的研究分析,以期為科研院所、相關(guān)企業(yè)對陶瓷巖板的研發(fā)工作提供參考作用。

        1 陶瓷巖板的性能特征分析

        1.1 陶瓷巖板的性能特點及用途

        陶瓷巖板作為一種新型瓷質(zhì)建筑材料,與陶瓷磚等傳統(tǒng)材料相比具有以下特點:

        ⑴安全衛(wèi)生,能夠與食物直接接觸,無有害、輻射等問題;

        ⑵具有良好的防火耐高溫性能,防火性能A1 級的產(chǎn)品即使遇到2000℃的明火也不會發(fā)生物理、化學(xué)變化;

        ⑶良好的抗污性能,低滲水率使得污漬難以滲透,減少細菌滋生;

        ⑷莫氏硬度達到6 度以上,使其耐刮磨性能好;

        ⑸優(yōu)異的耐腐蝕性能,能夠抵抗各種酸、堿溶液的侵蝕;

        ⑹陶瓷巖板表面容易清潔,利用濕毛巾擦拭即可清理干凈;

        ⑺可根據(jù)需求,設(shè)計不同的紋理,并且陶瓷巖板具有良好的機械加工性能,在鉆孔、打磨、切割時更方便。

        由于陶瓷巖板具有以上的特點,因此極大地豐富了適用范圍,例如電視背景墻、地面、墻面采用陶瓷巖板可提升空間美感,如圖1(a);櫥柜臺面、灶臺、桌面、茶幾表面采用陶瓷巖板,熱鍋等高溫物體可直接置于其表面,同時清潔方便以及能夠有效防止細菌滋生,如圖1(b);潮濕區(qū)域如衛(wèi)生間地面、盥洗臺等采用陶瓷巖板可解決衛(wèi)生死角出現(xiàn)的霉變、異味等問題,如圖1(c)。

        圖1 陶瓷巖板的應(yīng)用

        1.2 陶瓷巖板的性能影響因素

        陶瓷巖板因其良好的性能而備受青睞,有諸多研究人員探索了其性能的影響因素。龍煜明[2]等通過探究氫氧化鋁添加量、莫來石添加量、球磨時間、燒成溫度和保溫時間等因素對陶瓷巖板抗折強度的影響,得到如下結(jié)論:

        ⑴各因素對抗折強度的影響主次順序依次為燒成溫度、氫氧化鋁添加量、莫來石添加量、球磨時間和保溫時間;

        ⑵由于原料中含有少量雜質(zhì),過燒后氣孔率提高,導(dǎo)致抗折強度發(fā)生顯著降低,而添加氫氧化鋁則改變了鋁硅比,提高了抗折強度;

        ⑶當燒成溫度為1200℃、氫氧化鋁添加量為8%、莫來石添加量為1%、球磨時間為1.5h 以及保溫時間為20min 時,樣品強度可達到112.8MPa,比空白組提高了107.4%。

        馬杰[6]等研究了外加氧化鋁粉體對陶瓷巖板坯體白度和抗折強度的影響,結(jié)果表明,氧化鋁粉體的粒徑是陶瓷巖板坯體白度的主要控制因素,并且粒徑越小,白度越高,而氧化鋁粉體中α-Al2O3含量較高時可提高陶瓷巖板坯體的抗折強度。賴文琦[7]等探索了薄型陶瓷巖板釉面質(zhì)量的影響因素,結(jié)果顯示乳濁釉的配方(wt.%)為:鉀長石12.5、鈉長石12.5、硅酸鋯10、高嶺土8、石英22、石灰石12、硅灰石9.5、氧化鋅5、氧化鋁2、滑石6.5,并且當釉厚度約為0.35mm,燒成溫度為1200℃,保溫時間為30min 時,陶瓷巖板高亮白釉面效果。胡志敏[3]等通過分析陶瓷巖板坯體、面釉、柔光釉的配方,同時提升施釉、噴墨等工藝,最后得到釉面性能良好的柔光自然面陶瓷巖板;另一方面,研究顯示柔光自然面陶瓷巖板的生產(chǎn)缺陷主要為落臟,以及伴隨少量磚渣和釉料雜質(zhì),通過在干燥、釉線、底漿上設(shè)計相關(guān)措施,減少落臟,可降低生產(chǎn)缺陷。

        上述研究人員的研究表明,陶瓷巖板的抗折強度、白度、釉面質(zhì)量等性能受到諸多因素的影響,其中內(nèi)因包括原材料質(zhì)量、配合比方案、燒成溫度等,而外因則包括工藝技術(shù)、生產(chǎn)缺陷等。

        2 生產(chǎn)設(shè)備特點及現(xiàn)狀分析

        2.1 壓板設(shè)備

        陶瓷巖板主要是利用壓機施加作用力將陶瓷粉料壓實,得到致密的巖板生坯,粉料成型工藝可分為連續(xù)輥壓、皮帶干壓和模腔干壓,其中模腔干壓成型工藝制備的生坯具有內(nèi)應(yīng)力小、收縮率小、重復(fù)性好、尺寸精度高等特點。通常情況下,陶瓷巖板壓機的壓制力在105kN以上,模腔成型陶瓷巖板壓機的整機重量可達到幾百噸。

        陶瓷巖板的規(guī)格尺寸遠大于普通陶瓷材料,同時還需要保證陶瓷巖板具有良好的硬度、抗折強度、抗?jié)B性等,因此對于陶瓷巖板的壓機提出了更高的要求,研發(fā)人員在研發(fā)壓機時遇到諸多難題:

        ⑴由于整機重量大,采用整體式機架不利于運輸,研發(fā)人員將機架分成12 片板框,雖然方便了起吊、運輸,但各個板框如何精準定位組裝以及板框承載的均勻性則是研發(fā)過程中的難點,此外壓機的主缸系統(tǒng)設(shè)計亦是難點;

        ⑵壓機的液壓系統(tǒng)存在流量大、慣性大、滯后性強、控制精度低、魯棒性差等問題,因此動梁的升降控制、主缸壓力的加壓控制、頂出機構(gòu)定位控制等均為研發(fā)的難點問題;

        ⑶裝換模具的重量通常超過10 噸,超出叉車工作量程,因此對于特定裝換模具或輔助工具的研發(fā)亦是研究的重點[4]。

        2.2 高溫燒成設(shè)備

        陶瓷巖板在生產(chǎn)過程中需要經(jīng)過1200℃的高溫燒成,并且陶瓷巖板因其規(guī)格尺寸大的特性,對窯內(nèi)溫差、冷卻控制、傳動走磚等關(guān)鍵技術(shù)具有嚴格要求。熊亮[5]等指出陶瓷巖板在高溫燒成過程中需要合理控制磚坯冷卻、減小截面溫差、保證走磚平直以及降低能耗等問題。針對以上問題,某公司設(shè)計研發(fā)的陶瓷巖板燒成設(shè)備具備以下特點:

        ⑴采用節(jié)能型蓄熱式燃燒組合結(jié)構(gòu),緩解了設(shè)備內(nèi)部空氣過剩系數(shù)大、能耗高的問題;

        ⑵設(shè)計高效接力回收冷卻的余熱系統(tǒng),具有冷卻熱風“零排放”、節(jié)能且無熱污染的優(yōu)點;

        ⑶設(shè)計了分區(qū)精準控制的燃燒技術(shù)和結(jié)構(gòu),使得不同溫區(qū)的燒嘴燃燒狀態(tài)基本一致;

        ⑷研發(fā)熱管式換熱器,有利于回收煙氣的熱量、減少熱污染、降低燃耗;

        ⑸具有耐火保溫結(jié)構(gòu),避免窯體外表溫度過高的情況;

        ⑹冷卻技術(shù)的研發(fā),有助于消除坯體應(yīng)力、解決冷裂問題;

        ⑺橫向進磚、高強輥棒等技術(shù)的運用,有效解決走磚問題,提升產(chǎn)品合格率。

        2.3 加工設(shè)備

        陶瓷巖板具有良好的機械加工性能,但由于陶瓷巖板面積大、硬度大的特性,使得陶瓷巖板在加工過程中存在技術(shù)難點,解決切割裂問題,如加工圓孔、異形孔的崩口質(zhì)量問題是提升陶瓷巖板加工工藝的關(guān)鍵,因而加大對陶瓷巖板加工設(shè)備的研發(fā)則尤為重要,有研究人員指出柔性化、數(shù)據(jù)化、智能化是陶瓷巖板加工設(shè)備的發(fā)展方向[8]。目前,有相關(guān)企業(yè)將發(fā)展方向轉(zhuǎn)移至陶瓷巖板加工設(shè)備的研發(fā)中,例如佛山永達機電、科特機械、眾立機械等企業(yè)圍繞陶瓷巖板產(chǎn)品的加工研發(fā)了一系列設(shè)備,例如五軸加工中心、五軸橋切機、五軸水刀機、巖板專用倒邊機、巖板專用雙刀橋切機等[9]。

        此外,有研究人員研究了旋轉(zhuǎn)超聲刀柄對陶瓷巖板轉(zhuǎn)孔加工工藝的影響,以小孔入口崩邊程度作為小孔加工質(zhì)量評價指標,探索了不同主軸進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、電源電壓與陶瓷巖板小孔加工質(zhì)量之間的關(guān)系,結(jié)果如圖2 所示。圖中結(jié)果顯示相較于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)孔,超聲輔助鉆孔能夠明顯降低陶瓷巖板的崩邊指標;另一方面,圖中結(jié)果也表明崩邊指標隨著進給速度、電源電壓以及主軸轉(zhuǎn)速的增加,分別呈現(xiàn)增加、降低和降低的變化趨勢,并且崩邊指標隨進給速度增幅遠低于電源電壓以及主軸轉(zhuǎn)速造成崩邊指標的降幅[10]。

        3 陶瓷巖板相關(guān)標準與專利的現(xiàn)狀分析

        3.1 陶瓷巖板相關(guān)標準的分析

        現(xiàn)階段我國關(guān)于陶瓷巖板的相關(guān)標準如表1 所示,標準的發(fā)布時間集中在近幾年,其中主要以團體標準和企業(yè)標準為主,而國家標準目前正處于起草階段,現(xiàn)行標準規(guī)定了陶瓷巖板的術(shù)語、定義、分類、要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等內(nèi)容。

        表1 我國陶瓷巖板相關(guān)標準現(xiàn)狀

        有研究人員及行內(nèi)專家指出陶瓷巖板相關(guān)標準的制定能夠讓企業(yè)按照標準生產(chǎn),有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品的附加值,促進陶瓷企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級以及促進中國陶瓷行業(yè)在技術(shù)、設(shè)備、管理、環(huán)保等多方面的進步;另一方面,在制定陶瓷巖板標準時,應(yīng)充分檢測陶瓷巖板的各項指標,收集數(shù)據(jù)并逐步完善檢測方法與儀器;在生產(chǎn)過程中不斷完善、總結(jié)技術(shù)參數(shù);根據(jù)產(chǎn)品的實際使用狀況,收集相關(guān)應(yīng)用數(shù)據(jù),修改相關(guān)技術(shù)指標;加強團體標準之間的交流以及中外企業(yè)之間的交流,促進陶瓷行業(yè)的發(fā)展以及國際標準的制定[11]。

        3.2 陶瓷巖板相關(guān)專利的分析

        陶瓷巖板作為一種新型瓷質(zhì)建筑材料,諸多科研院所、相關(guān)企業(yè)對其展開了大量的研究工作。圖3 展示了近三年關(guān)于陶瓷巖板相關(guān)專利的申請及授權(quán)數(shù)量,其中2022 年的專利數(shù)量截止至8 月,可以發(fā)現(xiàn)陶瓷巖板相關(guān)專利的授權(quán)數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢,2021 年專利申請數(shù)量遠多于2020 年,而截止至2022 年8 月,目前專利申請數(shù)量較低,這是由于部分已申請的專利尚未對外公布,表明近些年來科研院所及相關(guān)企業(yè)逐步加大了對陶瓷巖板的研發(fā)力度。

        圖3 近三年陶瓷巖板專利申請數(shù)、授權(quán)數(shù)情況

        4 結(jié)論

        通過從陶瓷巖板的性能特點、用途、性能影響因素,生產(chǎn)設(shè)備的研究分析,相關(guān)標準的制定及相關(guān)專利的申請、授權(quán)等方面研究分析了陶瓷巖板的發(fā)展現(xiàn)狀,主要得到以下結(jié)論:

        ⑴陶瓷巖板具有耐高溫、耐腐蝕、耐酸堿、耐菌、易清潔等特點,在一定程度上擴大了其適用范圍;陶瓷巖板的性能受到原材料質(zhì)量、配合比、燒成溫度、保溫時間、工藝技術(shù)、生產(chǎn)缺陷等多因素的影響。

        ⑵由于陶瓷巖板尺寸規(guī)格大、厚度范圍廣的特點,以及具有良好的可機械加工性能,因此對相關(guān)儀器、生產(chǎn)設(shè)備提出了更高的要求,加強對儀器、設(shè)備的研發(fā)有利于生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的陶瓷巖板產(chǎn)品。

        ⑶有關(guān)部門在近幾年發(fā)布了陶瓷巖板的團體標準及企業(yè)標準,同時國家標準正在起草中,標準的制定有助于優(yōu)化陶瓷巖板的生產(chǎn)工藝、提升陶瓷巖板的品質(zhì),以及促進陶瓷行業(yè)的進步;近三年相關(guān)專利的發(fā)展狀況顯示出科研院所及相關(guān)企業(yè)更加注重對陶瓷巖板的研發(fā)工作,有利于企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

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