擠出成形大規(guī)格陶瓷薄板的生產(chǎn)技術(shù)及施工方法

2020-06-09 02:14紀(jì)雷雷王繼芳

陶瓷 2020年4期

紀(jì)雷雷王繼芳郭偉

(1 宜興市科力建材機(jī)械設(shè)備有限公司江蘇宜興 214221)(2 福建華泰集團(tuán)股份有限公司福建晉江 362217)(3 咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司陜西咸陽 712000)

前言

陶瓷薄板是近年來廣受關(guān)注的綠色環(huán)保型材料，是一種由高嶺土和其它無機(jī)非金屬材料，成形后經(jīng)過1 200 ℃高溫煅燒等生產(chǎn)工藝制成的板狀陶瓷制品。顧名思義，陶瓷薄板最大優(yōu)勢在于一個(gè)“薄”字，與同類產(chǎn)品相比，陶瓷薄板厚度只有傳統(tǒng)陶瓷磚的1/3。薄型化的陶瓷薄板單位面積比普通陶瓷磚節(jié)約原材料使用量一半以上，降低了生產(chǎn)用水、用電綜合能耗的50%以上，對節(jié)約自然資源，保護(hù)自然環(huán)境，緩解能源消耗起到了積極的作用，實(shí)現(xiàn)“節(jié)材、節(jié)能”的低碳目標(biāo)；對于產(chǎn)品使用者而言，薄形化、輕量化大規(guī)格板材，既節(jié)約了物流運(yùn)輸成本，減輕建筑物的荷載，更是直接降低了物流、建筑施工的碳排放。

目前陶瓷薄板主要有兩種生產(chǎn)方法：一種是延續(xù)普通瓷磚的干壓成形生產(chǎn)工藝；另一種是采用濕法擠出成形生產(chǎn)工藝。擠出成形生產(chǎn)工藝對設(shè)備和原料的要求更高，生產(chǎn)出的陶瓷薄板可以實(shí)現(xiàn)“燕尾槽”的擠出成形具有的特點(diǎn)。擠出技術(shù)生產(chǎn)的陶瓷薄板與干壓成形技術(shù)生產(chǎn)的陶瓷薄板相比，各具優(yōu)勢。筆者根據(jù)多年的濕法擠出成形生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對濕法擠出成形生產(chǎn)陶瓷薄板工藝以及施工應(yīng)用技術(shù)提出一些看法，供大家探討。

1 濕法成形大規(guī)格陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝

濕法成形陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝一般為泥料制備、成形、干燥素?zé)?、半成品加工、裝飾釉燒、包裝入庫6個(gè)工段。具體的工藝流程為：

配料—干混—練泥—陳腐—擠出成形—干燥—素?zé)氤善芳庸ぁb飾—釉燒—分級(jí)包裝入庫

1.1 泥料制備

1.1.1 泥料性能

泥料性能是薄板成形好壞的關(guān)鍵，泥料制備是濕法成形陶瓷薄板生產(chǎn)線的龍頭，也是影響薄板性能的關(guān)鍵所在。濕法成形的陶瓷薄板采用擠壓成形，所用坯料為塑性泥料。塑性泥料是由固體顆粒、水分及殘留空氣構(gòu)成的多相系統(tǒng)。塑性坯料的要求是：含水量要少而可塑性要好，空氣含量要盡可能低，坯料中各種原料顆粒與水分混合均勻。塑性坯料呈泥質(zhì)塑性狀態(tài)，具有“彈性-塑性”流變特性。它是基于粘土的結(jié)合性與可塑性，在粘土的基礎(chǔ)上加入其它組分與水構(gòu)成，可以認(rèn)為是被石英、長石等所瘠化了的粘土泥料。

泥料的彈性變形是由于所含瘠性物料與空氣的彈性作用以及粘土礦物顆粒的溶劑化作用而產(chǎn)生的。泥料的彈性變形與化學(xué)組成、水分含量、顆粒度、離子交換量、觸變厚化度及應(yīng)力作用時(shí)間與方式有關(guān)。

塑性變形則是粘土本身的可塑性所賦予的。坯料的可塑性主要取決于所用粘土的可塑性及用量。粘土與水之間必須按照一定的比例配合才能產(chǎn)生良好的可塑性。水量不足可塑性顯示不出來或顯示不完全，水量過多則變?yōu)槟酀{，又失去可塑性。每種坯料的最佳可塑性與最佳含水量有密切聯(lián)系。這可以通過實(shí)驗(yàn)加以調(diào)節(jié)和測定。一般泥料含水控制在17%～19%之間。

1.1.2 泥料的制備方法

目前濕法擠出成形大規(guī)格陶瓷薄板采用半成品或成品原料, 進(jìn)廠原料水分控制在8%以下。進(jìn)廠原料進(jìn)行除鐵過篩處理后, 采用電子秤按配方配料，稱量誤差控制在5‰以內(nèi)，將稱量配好的原料用混合機(jī)進(jìn)行混合，使之均勻?；旌暇鶆虻呐淞辖?jīng)皮帶輸送機(jī)送入練泥設(shè)備(如雙輪碾壓機(jī)、捏合機(jī)、練泥機(jī)等)，加入適量水，通過練泥設(shè)備的揉、捏、攪、碾達(dá)到泥料成形所需的彈性-塑性要求。練制好的泥料需經(jīng)24 h以上時(shí)間的陳腐均化。

1.2 成形

1.2.1 坯料在外力作用下的變形過程

當(dāng)坯料受到外力作用產(chǎn)生應(yīng)力變形時(shí)，同時(shí)含有彈性-塑性的流動(dòng)變形過程，即流變性。流變性的表現(xiàn)特點(diǎn)是，當(dāng)受到外力作用時(shí)，泥料先是表征為彈性變形，在應(yīng)力很小時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)力之間表現(xiàn)為直線關(guān)系，即力作用很短時(shí)間去掉后，泥料可恢復(fù)到原來狀態(tài)，但力作用時(shí)間較長時(shí)，泥料就不能恢復(fù)到原來狀態(tài)，損失一部分復(fù)原能力(這種損失主要是水分移動(dòng)所致)，但仍處于彈性變形范圍內(nèi)。隨著應(yīng)力的繼續(xù)加大，在達(dá)到其屈服點(diǎn)以后，泥料的彈性隨著應(yīng)力的增大而減小，開始出現(xiàn)塑性變形。這時(shí)去掉應(yīng)力，泥料不能恢復(fù)到原來狀態(tài)，且隨應(yīng)力的繼續(xù)增大，塑性變形也增加，直至達(dá)到破裂點(diǎn)，泥料開始出現(xiàn)裂紋或斷裂。

1.2.2 成形過程

擠出成形的陶瓷薄板采用真空擠出機(jī)、輪壓機(jī)、切邊機(jī)成形，真空擠出機(jī)將泥料擠壓成一塊厚約5 cm的泥板，擠出泥板尺寸可根據(jù)成品規(guī)格而定，一般真空擠出機(jī)處用泥量為11 kg/m2，真空度要求達(dá)到-0.95 MPa以上，足夠高的真空度和合理的抽真空設(shè)計(jì)才能保證產(chǎn)品的密度均勻和良好物化性能，因此，選用一臺(tái)優(yōu)質(zhì)的真空擠出機(jī)相當(dāng)關(guān)鍵。擠出泥板經(jīng)輥棒輸送至輪壓機(jī)，輪壓機(jī)逐臺(tái)對泥板壓延，壓延達(dá)到要求厚度后在寬皮帶輸送機(jī)輸送過程中切邊機(jī)對四條邊進(jìn)行切割，達(dá)到所需的規(guī)格。切割后的外圍邊料可回收利用。成形厚度一般控制在3.2～4.2 mm之間，規(guī)格有：800 mm×1 600 mm、900 mm×1 800 mm、1 000 mm×2 000 mm、1 200 mm×2 400 mm、1 500 mm×3 000 mm、1 600 mm×4 000 mm等。

1.3 干燥

干燥高含水率的陶瓷薄板邊部極易出現(xiàn)變形、開裂的缺陷，到達(dá)臨界點(diǎn)水分之前的干燥要控制好溫濕度差，保障干燥時(shí)間，緩慢排水。選用微波技術(shù)或紅外技術(shù)干燥，利用其內(nèi)外同時(shí)干燥的原理，可以得到良好的干燥效果，提高成品率。

成形后的陶瓷薄板仍具有塑性泥料的彈性-塑性性質(zhì)，因此，干燥過程實(shí)際上也是產(chǎn)品的定型過程，干燥質(zhì)量及運(yùn)輸載體決定著陶瓷薄板制品的平整度。微波干燥器的內(nèi)外同時(shí)干燥技術(shù)和帶式輸送方式能很好地滿足這一要求。

1.4 素?zé)?/h3>
陶瓷薄板的薄型化燒成應(yīng)適當(dāng)減少冷卻時(shí)間及燃燒燒嘴數(shù)量，具有較為明顯的能耗成本優(yōu)勢。

1.5 半成品加工

1.5.1 切邊

1.5.2 研磨

為了進(jìn)一步提高板面、釉面的平整度和光滑度，用砂帶打磨機(jī)對素板表面進(jìn)行一次或兩次的打磨拋光。

1.6 裝飾

瓷質(zhì)薄板目前主要的裝飾手段有：

1)在最后一臺(tái)輪壓機(jī)輥輪上雕刻成各種圖案，二次燒類似半拋磚的工藝；

2)在干混工段加入不同顏色的色料，一次燒成類似微粉磚的效果；

3)在練泥工段加入不同顏色的色料，一次燒成類似顆粒磚的效果。

瓷質(zhì)薄板的制造工藝變化主要體現(xiàn)在裝飾手法上。

5.反思學(xué)習(xí)。觀摩一些優(yōu)秀的課程視頻，分析其設(shè)計(jì)內(nèi)容和意圖，同時(shí)選擇一些關(guān)鍵性的文章進(jìn)行閱讀，然后結(jié)合別人的優(yōu)秀視頻和文章來反思自己的課堂教學(xué)，不斷進(jìn)行教學(xué)改進(jìn)。

由于陶瓷薄板規(guī)格大，為了防止釉層厚薄不均勻，一般采用超平淋釉器施釉。因素板吸水量少，淋釉后需要干燥，然后再進(jìn)入印刷、打點(diǎn)等后續(xù)裝飾工序。目前有了噴墨打印技術(shù)，大大提升了陶瓷薄板的外觀顏值。

1.7 釉燒

陶瓷薄板因其體薄幅面大，平整度的控制是釉燒的關(guān)鍵，出窯平整度的標(biāo)準(zhǔn)需考慮入庫后的二次變形。

1.8 分級(jí)包裝入庫

大規(guī)格陶瓷薄板的包裝一般有橫放和豎放兩種包裝方式，豎放包裝方式運(yùn)輸過程中破損小，但占用空間較大，包裝成本較高。橫放包裝方式運(yùn)輸過程中破損機(jī)率較大，可以疊放，但包裝成本較低。

目前塑性成形的大規(guī)格瓷質(zhì)薄板已取得可喜突破，其采用專門的低吸水率配方。

2 塑性大規(guī)格陶瓷薄板的應(yīng)用及施工方法

大規(guī)格陶瓷薄板適用于一般房屋、大樓、工廠建筑內(nèi)外墻壁，依其優(yōu)良特性特別適用于易生細(xì)菌之浴室、廁所、廚房、醫(yī)院以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，無靜電感應(yīng)的高科技電子工作室，無灰塵的高級(jí)無塵室以及常有濕氣的溫泉旅館、蒸氣室、三溫暖、室內(nèi)游泳池、都市地下道、山洞或海底隧道、藝術(shù)版畫、櫥柜鑲板、辦公室及實(shí)驗(yàn)室臺(tái)面等。另外更適用于清潔困難的超高層大樓外墻，因大規(guī)格陶瓷薄板表面無毛細(xì)孔，藉由雨水便可輕易去除附著的灰塵，不需定期雇人清掃，省錢省工，是21世紀(jì)最環(huán)保的綠色革命性建材。

大規(guī)格陶瓷薄板的施工方法有2種：粘著劑直接鋪貼法和干掛法。

2.1 粘著劑直接鋪貼法

2.1.1 粘著劑

粘著劑直接鋪貼法需采用專用粘著劑，專用粘著劑是一種新型高強(qiáng)瓷磚粘劑，粘結(jié)力強(qiáng)、省料。其與傳統(tǒng)的水泥凈漿粘貼法相比更安全、牢固，亦可減少建筑垃圾和墻體質(zhì)量；具有良好的抗?jié)B性能與抗老化性能；可直接用于找平粗糙不平的基面，或較光滑水泥基面。

圖1 概要圖

圖2 詳細(xì)斷面圖

獨(dú)特的薄板背紋，解決以往陶瓷薄板濕貼容易出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象。通過濕法一次擠出成形生產(chǎn)工藝，給陶瓷薄板背紋加上了特殊的燕尾槽結(jié)構(gòu)。所謂燕尾槽背紋，是一種“里寬外窄”的特殊結(jié)構(gòu)，相比于普通瓷磚平滑的背紋，這種特殊的背紋使得陶瓷薄板濕貼時(shí)更好的與粘結(jié)劑產(chǎn)生契合效果，提高了陶瓷薄板與墻面的拉拔力。尾槽增加1 mm，可增加約1 MPa薄板與墻面的拉拔力，可降低建筑3倍以上的脫落風(fēng)險(xiǎn)，從而提高陶瓷薄板濕貼的安全性能。

2.1.2 直接鋪貼方法

直接鋪貼方法如圖1、圖2所示。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)施工案例

2.1.4 陶瓷薄板粘著劑直接鋪貼法的施工順序

1)底材面清潔。清潔附著于底材面的污物。

2)打出基準(zhǔn)線。按設(shè)計(jì)圖于施工面彈出基準(zhǔn)線。

3)準(zhǔn)備材料。搬運(yùn)陶瓷薄板、粘著劑等，確認(rèn)顏色及尺寸。

圖3 角落收工

圖4 內(nèi)部裝潢天花板收工

4)合樣裁切。依基準(zhǔn)線及預(yù)留孔，進(jìn)行修正裁切、鉆孔。

5)陶瓷薄板專用粘著劑。

高強(qiáng)度：適合粗坯，粉光RC面、小瓷磚馬賽克、一般瓷磚、木材質(zhì)粗纖維、木材質(zhì)細(xì)纖維、矽酸鈣板類、石材金屬材等底材。

圖5 內(nèi)部裝潢下端收工

中強(qiáng)度：適合粗坯，粉光RC面、小瓷磚馬賽克，木材質(zhì)粗纖維等底材。

一般強(qiáng)度：適合粗坯RC面底材直接以水(水與粘著劑比例為3.5∶1)攪拌成濃漿狀，以水泥鋟刀批覆于底材刮平后，上纖維鋼于底材上鋪平，再用梳目型抹刀于纖維綱上抹刮成梳目狀5～8 mm厚，地、壁面皆適用。

6)陶瓷薄板底部以水泥鋟刀平均批覆刮平，以增強(qiáng)陶瓷薄板與底材粘著度。

7)張貼陶瓷薄板由下部向上依基準(zhǔn)線張貼，張貼作業(yè)時(shí)涂刷粘著劑需按其使用說明之時(shí)間規(guī)范張貼。

8)確認(rèn)外觀大氣、顏色搭配合適等。

9)填縫工程濕式環(huán)境請采用SILICONE等防水填縫材料，干式環(huán)境可用白水泥等填縫材料。

10)物品安裝需視粘著劑之特性。

11)陶瓷薄板與底材有空心現(xiàn)象須以鋼釘先引洞再鉆孔安裝。

12)陶瓷薄板與底材密合可直接鉆孔安裝。

圖6 前門板縱斷面

13)清掃后視狀況維護(hù)。

2.2 干掛法

干掛式施工方法適用于超高層大樓外墻，與墻體有隔層，有環(huán)保節(jié)能的作用(如圖6所示)。

3 大規(guī)格陶瓷薄板的性能優(yōu)勢

陶瓷薄板是新世紀(jì)建筑裝飾業(yè)的新材料，它的設(shè)計(jì)理念代表了建筑陶瓷裝飾材料的發(fā)展趨勢。長期以來我國用于墻地裝飾的面磚、石材等面幅小、磚體厚、質(zhì)量大。而陶瓷薄板在這3方面均有突破。目前它的最大面可達(dá)1.5 m×3.0 m，厚度僅有3.0～5.5 mm，質(zhì)量僅為花崗巖的1/6。除了這些優(yōu)點(diǎn)，陶瓷薄板還具有良好的耐磨性和彈性，具有耐火，防腐、無靜電、吸收噪音、耐日曬雨淋、抗酸堿、抗污染、易清洗等特點(diǎn)。由于它采用天然無機(jī)物經(jīng)高溫?zé)贫桑蕸]有對人體健康有害的放射物質(zhì)和污染成分。陶瓷薄板突破了傳統(tǒng)建陶產(chǎn)品的模式，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。給建筑裝飾增添了一份理想的選擇，對美化各類建筑，提升建筑裝飾的品位和藝術(shù)魅力、改善人民居住環(huán)境具有不可估量的作用。其用途廣泛，市場潛力巨大。

4 結(jié)語

高污染、高能耗、高成本是人們對陶瓷行業(yè)最根深蒂固的印象。大規(guī)格陶瓷薄板的問世，改變了陶瓷行業(yè)以往高能耗、高污染、高成本的三高局面，對節(jié)約能源和資源，提升改造我國傳統(tǒng)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的升級(jí)換代和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，讓陶瓷生產(chǎn)踏上了綠色環(huán)保之路。

國家節(jié)能減排的政策出現(xiàn)，其是建筑綠色化提出后，越來越多的建筑要求降低能耗，隨著陶瓷薄板慢慢地普及，由于陶瓷薄板厚度薄，自身重量也大大減輕，輕量化的產(chǎn)品優(yōu)勢用于外墻裝飾可以降低建筑物的承重，為優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)節(jié)約能源起到了很好的作用。陶瓷薄板應(yīng)用廣泛、市場潛力巨大。