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        陶瓷大板裝飾創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展方向的研究

        2023-03-06 10:18:26黃大泱梁燕珍石明文
        佛山陶瓷 2023年2期
        關鍵詞:巖板大板磨砂

        黃大泱,梁燕珍,石明文

        (1廣東歐文萊陶瓷有限公司,佛山528200 2佛山市建材行業(yè)協(xié)會,佛山 528200)

        1 前言

        近年,陶瓷大板(巖板)成為了行業(yè)的熱門產(chǎn)品,產(chǎn)品應用也從原來單一的建筑裝飾領域向家居材料領域拓展。其中,臺面板是家居(家具)應用的重要領域之一,陶瓷大板(巖板)特有的耐磨、防火、防污、抗老化等優(yōu)越性能替代部分的天然石材、人造石材和木材等材料,成為家居板材的新成員。

        隨著建材家居一體化,陶瓷大板(巖板)作為家居面板新元素得到了市場的青睞。但對其規(guī)格、性能和裝飾也提出了新要求,例如整體性(尺寸大)、易加工(低脆性)、易潔性(防污好)等。特別是在裝飾效果方面,家居板材與建筑裝飾有較大的差異。

        由于陶瓷大板(巖板)較普通陶瓷磚規(guī)格大得多,許多成熟的裝飾手法在巖板生產(chǎn)中還難以應用,致使目前陶瓷大板(巖板)的裝飾性受到了局限。作為臺面板材,目前市面上的陶瓷大板(巖板)普遍釉面輕薄、裝飾單調(diào),與天然木材、石材比較,缺少“質(zhì)感”,視覺“冰冷”,這是陶瓷大板在家居應用方面的弱點。

        圖1 目前陶瓷大板(巖板)普遍釉面輕薄,視覺“冰冷”

        圖2 仿古磚裝飾手法豐富,通過釉面能獲得“厚重感”

        基于上述情況,佛山市建材行業(yè)協(xié)會與廣東歐文萊陶瓷有限公司啟動了本項目的研究。通過創(chuàng)新浮雕紋理(凹凸)裝飾思路,讓產(chǎn)品獲得立體的“厚重感”,改善傳統(tǒng)產(chǎn)品“冰冷感”,專門針對巖板在家居臺面領域的應用。

        2 技術(shù)創(chuàng)新思路

        本項目,借助現(xiàn)有仿古磚生產(chǎn)成熟工藝,通過浮雕(凹凸模具)成型技術(shù)和易潔羊脂釉配方的研發(fā),形成了本項目技術(shù)體系。

        利用本項目技術(shù),實現(xiàn)“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”的研制(厚度6mm、9mm、12mm)。產(chǎn)品具有良好切割加工和應用易潔等性能,其他物理化學指標較目前行業(yè)產(chǎn)品均有所提升。

        目前陶瓷大板(巖板)成熟的成型工藝主要有三種,即以西斯特姆為代表的“軟性模具成型”系統(tǒng)、恒力泰為代表的“剛性模具成型”系統(tǒng)、薩克米為代表的“干法輥壓成型”系統(tǒng)。

        本項目采用以科達KD16008壓機為核心裝備的“剛性模具成型”系統(tǒng),其成型原理與陶瓷磚基本相同。該系統(tǒng)主要特點是成型速度快、產(chǎn)量大,同時能夠為“巖板浮雕(凹凸模具)成型技術(shù)”提供實施的基礎。

        圖3 項目技術(shù)創(chuàng)新路線圖

        “浮雕(凹凸模具)成型”技術(shù),雖然在傳統(tǒng)仿古磚生產(chǎn)中已成熟并廣泛應用,但在陶瓷大板(巖板)生產(chǎn)中,在目前行業(yè)中仍然處于空白。

        圖4 本項目實施的總體工藝流程圖

        由于陶瓷大板(巖板)較仿古磚面積大得多(以2700mm×1200mm巖板為例,面積是800mm×800mm仿古磚的5倍多),而且成型厚度較仿古磚?。?mm、9mm、12mm),模具表面凹凸對坯體密度均勻產(chǎn)生影響比較敏感,這是本項目的主要技術(shù)難點之一。

        成型后,生坯表面凹凸紋理必須與釉面圖案吻合,才能形成整體裝飾效果。因此,“易潔磨砂羊脂釉”配方研制、“定位施釉印刷技術(shù)”等成為了本項目另外的技術(shù)難點。

        針對上述問題,本項目形成了“巖板浮雕成型技術(shù)”、“易潔磨砂羊脂釉配方”等多個技術(shù)創(chuàng)新點。

        3 技術(shù)創(chuàng)新重點

        項目在實施過程中,技術(shù)創(chuàng)新涉及到生產(chǎn)多個工序,包括產(chǎn)品設計、坯料配方、釉料配方、成型工藝、施釉印刷、煅燒工藝、冷加工過程等。

        本項目以科達KD16008壓機、MEIJIA大型噴墨機等裝備為基礎平臺,通過自主創(chuàng)新,形成了“巖板浮雕成型技術(shù)”、“易潔磨砂羊脂釉配方”兩大技術(shù)創(chuàng)新點。

        圖5 科達KD16008壓機

        圖6 MEIJIA大型噴墨機

        3.1 巖板浮雕成型技術(shù)

        圖7 凹凸面仿古磚成型技術(shù)原理

        本項目在普通仿古磚生產(chǎn)基礎上,將浮雕(凹凸模具)成型技術(shù)拓展到陶瓷大板(巖板)生產(chǎn)中。由于磚坯成型面積和厚度的改變(面積明顯增大、厚度減薄),技術(shù)應用難度發(fā)生了明顯變化。

        一般情況下,仿古磚采用反面沖壓(底模在上方),底模設有網(wǎng)格狀的底紋(0.3~0.5mm);面模在下方,設有凹凸紋理(一般≤3mm)。成型時粉料填充深度為28~30mm(生坯厚度12~13mm),粉料壓縮比為2.2~2.3。磚面“浮雕效果”主要通過表面凹凸模具(上模)來形成,意味著壓制時粉料呈現(xiàn)非等厚狀態(tài),“凹”與“凸”位置的粉料壓縮量不相同,因此,“凹”與“凸”位置的生坯致密度也不相同。但由于傳統(tǒng)仿古磚坯體尺寸較小,輕微密度差異不至于造成坯體斷裂,而且底模也有凹凸紋理,一定程度上起到緩沖抵消作用。

        圖8 凹凸模具的壓制粉料造成坯體密度不均勻

        圖9 巖板浮雕(凹凸模具)成型技術(shù)原理

        當“浮雕成型(凹凸模具)”技術(shù)應用到規(guī)格為2700mm×1200mm的陶瓷大板(巖板)時,情況就發(fā)生變化了。第一,由于磚坯規(guī)格大,無法翻坯,只能采用正面沖壓(面模在上方);第二,底模為平面(沒有格紋),否則燒后磚坯表面會產(chǎn)生格紋“影子”;第三,由于磚坯規(guī)格很大,輕微的密度差異都會引起生坯斷裂和燒成變形。

        本項目運用“振動預壓布料”工藝。即粉料經(jīng)初次布料后,通過一個與凹凸模芯形狀相匹配、具振動功能的布料板,對粉料進行預壓,從而獲得與凹凸模芯形狀相匹配的布料。

        “振動預壓布料”工藝是“浮雕成型技術(shù)”的核心?!案〉癯尚图夹g(shù)”首次實現(xiàn)了陶瓷大板(巖板)凹凸面壓制,為巖板行業(yè)提供了新的技術(shù)方法。

        圖10 本項目用于浮雕成型的2700×1200mm凹凸模具

        圖11 本項目“浮雕成型技術(shù)”的浮雕(凹凸)布料

        圖12 運用“浮雕成型技術(shù)”壓制2700mm×1200mm巖板

        3.2 易潔磨砂羊脂釉配方

        “易潔磨砂羊脂釉”主要體現(xiàn)在釉面性能和裝飾效果方面。性能方面要求釉面耐磨、易潔,耐腐蝕性強;裝飾方面要求釉層具有半透明、半乳濁油脂光澤,能與凹凸紋理相吻合。

        眾所周知,釉面的耐磨、抗劃性能取決于釉面玻璃網(wǎng)絡完整程度網(wǎng)絡越完整,硬度越高,耐磨性越強。另外是釉面能析出微小晶體(例如微晶玻璃)。

        釉面的抗污、易潔性能主要取決于釉面析晶形狀,在于避免或減少釉面微晶“凸刺”,讓析出的微晶包裹于熔融的玻璃網(wǎng)絡之中。

        釉面的耐化學腐蝕性,關鍵在于避免和減少玻璃體中的殘余晶體(未被玻璃熔解的礦物)和小氣泡存在,殘余晶體和氣泡越少,耐化學腐蝕性越強。

        圖13 釉面被化學侵蝕過程原理示意

        釉面的耐磨抗劃、抗污易潔、耐化學腐蝕等性能,相互之間也存在著關聯(lián)。當釉面出現(xiàn)劃痕、化學侵蝕微孔時,其抗污易潔性能也就會明顯下降。

        在裝飾效果方面,陶瓷磚釉面通常有“亞光釉”、“乳濁釉”、“透明釉”三大類型?!皝喒庥浴庇址Q“無光釉”,呈不透明、不透光,光線全部在表層被反射;“乳濁釉”可透光、但不透明,部分光線在表層反射、部分光線在釉層內(nèi)漫反射;“透明釉”俗稱“水晶釉”,呈透光、透明,大部分光線在釉層內(nèi)產(chǎn)生折射和反射。

        圖14 陶瓷磚亞光釉、乳濁釉、透明釉光學原理

        “易潔磨砂羊脂釉”光學特征介乎于“乳濁釉”和“透明釉”之間,結(jié)合釉面半拋工藝,釉面具有“磨砂玻璃”效果。

        “易潔磨砂羊脂釉”在普通乳濁釉基礎上,通過提高透明度,從而獲得光線柔和質(zhì)感,具有一定的透明度,能夠清楚地透視釉下彩的圖案,使玻璃層呈現(xiàn)膠體一樣的玉質(zhì)效果。

        眾所周知,玻璃中微晶尺寸越大、數(shù)量越多,乳濁效果越明顯。當增加一定數(shù)值時,就向“亞光”方向變化;當減少一定數(shù)值時,向透明方向變化。在傳統(tǒng)乳濁釉中,一般采用以ZrO2為乳濁劑,細度D50為5~10μm,以CaO、MgO作為乳濁輔助材料。

        本項目技術(shù)關鍵,在于控制釉體中微晶顆粒尺寸和數(shù)量。本項目以鉀長石為乳濁劑,結(jié)合高溫燒成制度,促成白榴石礦物微晶的形成,實現(xiàn)乳濁效果。同時引入適量CeO2(氧化鈰)作為乳濁輔助材料,以擴寬具有乳濁效果的釉料燒成溫度范圍。另外,配方中適當提高SiO2含量,增加釉面的透明度,以控制和避免析晶過度,防止造成透明度的下降。

        釉料在高溫煅燒過程中,首先滿足膨脹系數(shù)、高溫粘度、表面張力、熔融溫度、坯釉結(jié)合、燒成范圍等基本要求,通過配方試驗,結(jié)合煅燒制度調(diào)整,尋找和追求釉面最優(yōu)的光學效果。

        圖15 本項目“易潔磨砂羊脂釉”的光學原理

        根據(jù)上述原理,本項目“易潔磨砂羊脂釉”從滿足釉面耐磨、易潔性能,以及半透明、半乳濁的油脂光學效果出發(fā),經(jīng)過反復試驗,確定最優(yōu)化的釉料配方(獲得專利授權(quán))。

        (1)采用全熔塊釉,確保避免釉層留有殘余礦物;

        (2)選擇和控制以白榴石、硅灰石為析晶對象;

        (3)通過控制窯爐保溫時間長短,控制析晶效果。

        圖16 行業(yè)同類產(chǎn)品釉面輪廓SEM照片(凸刺明顯)

        圖17 本項目“易潔磨砂羊脂釉”SEM照片(沒有凸刺)

        表1 “易潔磨砂羊脂釉”配方化學成份

        表1 “易潔磨砂羊脂釉”配方化學成份(續(xù))

        表2 “易潔磨砂羊脂釉”主要工藝參數(shù)

        表3 “易潔磨砂羊脂釉”半拋(磨砂)工藝參數(shù)

        經(jīng)過配方優(yōu)化的“易潔磨砂羊脂釉”,結(jié)合燒成工藝,釉體中白榴石微晶析出的尺寸和數(shù)量得到了準確控制,釉面微觀狀態(tài)下的“凸刺”明顯減少,實現(xiàn)了釉面良好的防污易潔功能。

        圖18 本項目“易潔磨砂羊脂釉”裝飾效果(局部)

        4 項目創(chuàng)新產(chǎn)品

        圖19 “2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”(拋光前)

        圖20 “2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”(拋光后)

        圖21 “凹凸飾面巖板”性能及裝飾優(yōu)于同類產(chǎn)品

        通過本項目的創(chuàng)新技術(shù),成功生產(chǎn)出“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”系列產(chǎn)品。釉面具有良好耐磨抗劃、防污易潔性能和羊脂磨砂光澤效果,結(jié)合凹凸浮雕的磚面。產(chǎn)品獲得立體的“厚重感”,改善目前產(chǎn)品“視覺冰冷”,可廣泛應用于家居各類臺面板。

        “2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”的耐磨抗劃、防污易潔、抗腐蝕等性能獲得了重大突破,明顯領先于行業(yè)同類產(chǎn)品水平。產(chǎn)品的其他各項性能指標,達到和超過了GB/T23266-2009《陶瓷板》國家標準的要求。

        表4 本項目產(chǎn)品與行業(yè)同類產(chǎn)品釉面性能比較

        圖22 行業(yè)同類產(chǎn)品清潔擦拭情況

        圖23 本項目產(chǎn)品一次性擦拭干凈

        5 小結(jié)

        “凹凸飾面巖板”項目研發(fā),借助現(xiàn)有仿古磚生產(chǎn)的成熟工藝,創(chuàng)新了“巖板浮雕成型技術(shù)”和“易潔磨砂羊脂釉配方”生產(chǎn)技術(shù)。

        “巖板浮雕成型技術(shù)”通過“振動預壓布料”工藝,對粉料進行預壓,獲得與凹凸模芯形狀相匹配的布料,保證壓制時“凹”與“凸”位置壓縮比相同,實現(xiàn)磚坯密度均勻。

        “易潔磨砂羊脂釉”在普通乳濁釉基礎上,通過配方優(yōu)化,控制白榴石微晶析出,實現(xiàn)良好的耐磨抗劃、防污易潔性能;通過提高透明度,從而獲得光線柔和的油脂光澤釉面質(zhì)感。

        運用本項目技術(shù)研發(fā)的“2700mm×1200mm凹凸飾面巖板”,各項性能指標達到和超過了GB/T23266-2009《陶瓷板》國家標準。在實際應用中,其耐磨抗劃、防污易潔等性能獲得重大突破,領先于行業(yè)同類產(chǎn)品水平。

        本項目首次實現(xiàn)行業(yè)陶瓷大板(巖板)立體浮雕生產(chǎn)技術(shù)突破,創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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