摘 要：隨著目前陶瓷市場出現(xiàn)的大板熱潮，涌現(xiàn)出了一批新結(jié)構(gòu)的陶瓷大板工藝裝備，本文針對市場上的主流成型工藝及其裝備進行介紹分析。介紹了其成型原理及其裝備結(jié)構(gòu)特點，并對主流的成型工藝和成型裝備進行對比分析，探討陶瓷大板裝備未來的技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：陶瓷大板;成型工藝;成型裝備;干壓成型;輥壓成型

1 引 言

自2016年意大利博洛尼亞陶瓷衛(wèi)浴展（CERSAIE）上，大規(guī)格產(chǎn)品成為展會的焦點開始，陶瓷大板逐漸成為各大陶瓷企業(yè)競相追逐的熱點。根據(jù)GB/T23266-2009的規(guī)定，陶瓷板是指厚度不大于6mm、表面積不小于1.62m2的瓷磚產(chǎn)品。陶瓷大板由于規(guī)格大、拼縫少，更能體現(xiàn)大空間的整體感和統(tǒng)一性，呈現(xiàn)出大氣磅薄的感官效果，被廣泛運用在機場、酒店、高鐵站、地鐵站等大型的商業(yè)空間，并且在櫥柜、家居等行業(yè)也有廣泛的用武之地。

陶瓷大板的出現(xiàn)，滿足了陶瓷企業(yè)差異化創(chuàng)新的需求，有助于企業(yè)彰顯實力、提升企業(yè)競爭力及產(chǎn)品利潤空間，各大知名陶瓷企業(yè)都爭相推出自己的陶瓷大板產(chǎn)品，由此引發(fā)了大板熱潮，進而推動了大板成型工藝及其成型裝備的升級換代。

2 陶瓷大板成型工藝分類

陶瓷磚坯的成型過程就是將分散的粉料或者漿料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◣缀涡螤詈蛷姸鹊膲K狀坯體的過程，目前主流的陶瓷磚坯成型工藝可分為干法成型和濕法成型兩類。

干法成型將造粒制備的團粒，送入壓制設(shè)備的壓制區(qū)域，在壓機施加的外壓力作用下，團粒產(chǎn)生移動、變形、粉碎而逐漸靠攏，所含的氣體同時被擠壓排出，形成具有一定形狀和強度的塊狀坯體。干法成型過程中陶瓷粉末以粉料的形式存在，其粉料含水量一般在6%～9%之間。

濕法成型采用擠出成形機將含水量19 %～ 22 %的泥料擠出成形，擠出的毛坯再經(jīng)過多次壓延成型達到要求厚度。對擠出成形機的要求是擠出阻力小 ，擠出的坯體致密度高，斷面受力均勻，減少坯體局部應(yīng)力。采用濕法成型的坯料在壓延過程中易產(chǎn)生粘輥、微裂紋等缺陷，成型后的泥板在傳送帶上會因為局部的應(yīng)力而開裂[1]。

目前濕法成型技術(shù)還不成熟，應(yīng)用上有諸多難點，國內(nèi)以干法成型工藝為主流。本文將圍繞干法成型的幾種工藝方法和相關(guān)裝備進行探討分析。

3 干法成型工藝及其裝備介紹

干法成型可分為平板沖壓成型和連續(xù)輥壓成型兩種方式。平板沖壓成型作為傳統(tǒng)的成型工藝又可細分為皮帶干壓成型、無?？蚋蓧撼尚秃湍＞吒蓧撼尚腿N。下面對這幾種成型工藝及其裝備的結(jié)構(gòu)和原理進行介紹。

3.1平板沖壓成型方式

平板沖壓成型作為傳統(tǒng)的陶瓷磚坯成型方式，經(jīng)過陶企數(shù)十年的發(fā)展運用，其可靠性已被實踐證明，成熟度毋庸置疑，自然也成為各大企業(yè)在研發(fā)大板裝備時首選的研發(fā)方向。目前，以意大利西斯特姆（SYSTEM）、西蒂貝恩特（SITI B&T）為代表的西方生產(chǎn)廠家和以科達、恒力泰為代表的國內(nèi)生產(chǎn)廠家都開發(fā)了采用平板沖壓成型方式的陶瓷大板壓制裝備，但是在具體的結(jié)構(gòu)原理上又各有特點。

3.1.1皮帶干壓成型工藝及其裝備

西斯特姆LAMGEA系列壓機采用皮帶干壓成型方式。皮帶干壓成型一改傳統(tǒng)的布料車平板布料推磚、模具壓制成型結(jié)構(gòu)，采用雙帶無邊框布料平臺和皮帶式頂壓成形技術(shù)。壓機機架由數(shù)量不等的中間開有矩形孔的鋼板串聯(lián)而成，用皮帶和上皮帶上粘接的三角形擋料帶取代常規(guī)陶瓷壓機使用的布料車和?？?，在壓機上下各有一條循環(huán)皮帶。下皮帶穿過壓機壓制底板，圍繞機架下端循環(huán);上皮帶穿過上壓制板，圍繞機架上端循環(huán)。生產(chǎn)時在下皮帶上布設(shè)陶瓷粉料，粉料輸送到達壓制區(qū)域時上下皮帶暫停循環(huán)，矩形油缸推動壓制底板上行，粉料在兩條皮帶間壓制成型，成型后的陶瓷素坯隨下皮帶前行移出壓機區(qū)域，同時下一塊陶瓷粉料進入壓制區(qū)域開始下一次壓制循環(huán)。

從2000年西斯特姆公司LAMGEA 15000大板技術(shù)首次在德國慕尼黑的Ceramitec國際陶瓷工業(yè)展覽展出算起，經(jīng)過20年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，先后推出了LAMGEA22000、33000、44000、50000等系列超大噸位壓機，生產(chǎn)的最大規(guī)格磚坯寬度可達1600mm ，長度達5600mm，厚度可在3～30mm 之間調(diào)整，壓制次數(shù)可達最高3次/分鐘，單機日產(chǎn)能最高達19000 m2。截止2019年底，其在全球已經(jīng)有44條生產(chǎn)線。國內(nèi)諾貝爾、新明珠、金牌、唯美等陶企均采購了該裝備投入使用。

3.1.2無?？蚋蓧撼尚凸に嚰捌溲b備

無?？蚋蓧撼尚凸に嚨奶攸c在于對傳統(tǒng)的壓制模具進行了創(chuàng)新，采用圍護板或擋料帶取代傳統(tǒng)壓機使用的浮動模框結(jié)構(gòu)，使用皮帶布料，與采用傳統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)的壓機相比省去了填料裝置和取磚裝置。填料和取磚均由布料皮帶完成。其代表機型有西蒂貝恩特SUPERA壓機和科達潔能的KD33000壓機。

西蒂貝恩特SUPERA壓機框架為中空矩形板，框架無預(yù)應(yīng)力，SUPERA獨創(chuàng)的油缸同步壓制系統(tǒng)保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量，其優(yōu)點體現(xiàn)在：產(chǎn)品厚度均勻、表面平整，壓力分布均勻。SUPERA設(shè)計了一套圍護板系統(tǒng)取代傳統(tǒng)壓機的模框，在陶瓷粉料的前后左右各設(shè)置有一可移動的圍護板。陶瓷粉料由布料皮帶輸送到壓制區(qū)域，在壓機動梁下壓觸及粉料的同時，前后圍護板下降，左右圍護板向中間相向移動框住粉料，從而保證磚坯邊緣的成型效果。

SUPERA系列大板壓機擁有最高達到48000噸的壓力，能夠生產(chǎn)超大面積的陶瓷大板，最大生產(chǎn)規(guī)格為1600mm×4800mm，適應(yīng)5～25mm厚度瓷磚的生產(chǎn)要求。日產(chǎn)能力平均9500m2，最高13000 m2，其產(chǎn)量取決于瓷磚厚度、面積和種類。從公開的資料了解到運用西蒂貝恩特的SUPERA壓機的陶瓷廠家目前只有西班牙卡斯特利翁IDYLIUM工廠，該工廠是西蒂貝恩特為全球客戶展示最先進大板生產(chǎn)技術(shù)的示范性生產(chǎn)線。

科達潔能即將正式投入市場的3.3萬噸超大噸位壓機KD33000也是一款采用無?？蚋蓧撼尚凸に嚨拇蟀鍓簷C，其最大可壓制板材規(guī)格可達到1800 mm×3200mm，厚度為5mm～30mm。

KD33000壓機在結(jié)構(gòu)上結(jié)合了傳統(tǒng)平板壓機和西斯特姆LAMGEA系列壓機的結(jié)構(gòu)優(yōu)點。壓機框架采用纏繞式八板框組合結(jié)構(gòu)主框架，單片板框采用了當下成熟的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞技術(shù)，具有極高的抗疲勞強度和超強的承載能力。壓制油缸采用方形油缸，不同于LAMGEA的下頂技術(shù)，壓制油缸仍然位于粉料上方。布料平臺采用皮帶無邊框布料結(jié)構(gòu)，該平臺運用與科達2006年推出的的MODULO6800壓機布料系統(tǒng)和西斯特姆LAMGEA系列的雙帶無邊框布料平臺類似的技術(shù)，使用與LAMGEA類似的皮帶結(jié)構(gòu)，但有別于LAMGEA布料平臺的采用的雙層皮帶結(jié)構(gòu)，KD33000只使用一層皮帶，避免了兩層皮帶夾料的缺陷，使用起來更省心省力。生產(chǎn)時，陶瓷粉料由布料皮帶輸送至壓機壓制區(qū)域后，方形油缸推動動梁和上模芯下行壓制粉料。在上模芯四周粘有采用非金屬材料制作的三角形擋料帶，下壓時擋料帶框住粉料四周，從而提高磚坯邊緣的成型效果。磚坯壓制成型后隨布料皮帶前行而送出壓制區(qū)域，進入下一工序。

3.1.3模具干壓成型工藝及其裝備

恒力泰HT36000作為全球首臺采用沖壓成型的3萬噸以上超大噸位壓機，使用傳統(tǒng)的模具干壓成型技術(shù)，采用纏繞式多板框機架、方形油缸、模腔成型的工藝路線，模具干壓成型裝備的工藝適應(yīng)性增強，壓制效率和磚坯質(zhì)量更易得到保證，并且粉料損耗減少，后期維護費用少。HT36000可壓制最大規(guī)格為 1600 mm×3600mm，厚度在 5～25 mm范圍的陶瓷大板。恒力泰HT36000于2019年7月在蒙娜麗莎集團廣東佛山西樵生產(chǎn)基地正式上線運行，順利壓制出1600mm×3600mm超大規(guī)格板磚，優(yōu)等品率保持在90%以上。在生產(chǎn)產(chǎn)量方面，通過在蒙娜麗莎的試驗，可以做到1.5次/分鐘的壓制速度，能夠滿足超過10000平方米/天的單線產(chǎn)量。

3.2連續(xù)輥壓成型工藝及其裝備

不同于傳統(tǒng)的平板壓制成型的方式，連續(xù)輥壓成型對陶瓷磚坯成型工藝進行了顛覆式創(chuàng)新，采用雙鋼帶連續(xù)成型系統(tǒng)。壓機壓制區(qū)域為上下對置的一對圓柱形壓制輥筒，下輥筒位置固定，繞中心軸轉(zhuǎn)動;上輥筒由一對液壓油缸驅(qū)動往下對粉料施加壓力。采用鋼帶布料，在下牽引鋼帶上布設(shè)陶瓷粉料，鋼帶轉(zhuǎn)動將厚度一致的陶瓷粉料送入壓制輥之間，在液壓力的作用下，粉料在輥筒之間承受壓制輥的擠壓力而成型。粉料左右兩側(cè)各有一條擋邊帶，用來提高磚坯左右邊緣的成型效果。但是壓制成型后磚坯左右邊緣仍需切邊處理，切邊量一般在2～5cm。

意大利薩克米公司是第一次將連續(xù)輥壓這種成型工藝運用到陶瓷大板制造裝備上的企業(yè)，薩克米Continua+系列壓機采用輥壓成型工藝，生產(chǎn)磚坯寬度最寬1600mm，長度不受限，厚度為3～20mm，該生產(chǎn)線前進速度約7m/min，日產(chǎn)量高達14000m2。目前國外已有50余條采用薩克米Continua+技術(shù)的大板生產(chǎn)線，但出于對國內(nèi)技術(shù)封鎖的目的，至2019年該設(shè)備才開始銷往國內(nèi)。國內(nèi)目前投入生產(chǎn)的僅有順成陶瓷集團和祥達陶瓷集團兩家企業(yè)，順成巖板智能生產(chǎn)線是國內(nèi)引進的首條意大利薩克米無限長連續(xù)成型大板巖板智能生產(chǎn)線。

薩克米Continua+見于市場最早可追溯到2015年，而其第一代預(yù)壓機PCR系列壓機則更早，其開發(fā)時間始于2002年左右。但是這種先進的成型工藝裝備對我國實行技術(shù)封鎖，不銷往國內(nèi)。直到科達潔能公司Extenller1600連續(xù)成型陶瓷輥壓機的成功開發(fā)，該項封鎖才被完全打破。

Extenller1600是在國外對中國嚴厲封鎖輥壓機技術(shù)的情況下，由筆者主持研發(fā)的新一代陶瓷壓磚機，成功打破了國外的技術(shù)封鎖，為國內(nèi)陶企生產(chǎn)提供先進的裝備技術(shù)支持。

Extenller1600主要技術(shù)參數(shù)如下：

⑴ 最大壓制力 2800kN;

⑵ 最大磚坯寬度 1600mm;

⑶ 磚坯厚度 3～20mm;

⑷ 傳送帶最大速度 6m/min;

⑸ 裝機功率 50kW;

⑹ 主機重量 35t

Extenller1600的成型壓力為450kg/m2，產(chǎn)品的成型寬度1000mm～1600mm，最小長度是400mm，厚度為3～20mm。該生產(chǎn)線前進速度最大6m/min，日產(chǎn)量高達12000m2。可短時間內(nèi)實現(xiàn)磚坯長度、寬度和厚度切換。Extenller1600沒有模具，可以通過調(diào)節(jié)擋邊帶的距離來輕松實現(xiàn)磚坯寬度規(guī)格切換。通過后續(xù)的磚坯切割，磚坯長度理論上為任意長度，但是一般設(shè)備根據(jù)磚坯切割后長度最短400mm設(shè)計。而通過調(diào)節(jié)壓制輥高度，則可在3～20mm范圍內(nèi)方便地調(diào)節(jié)磚坯厚度。

4 陶瓷大板成型工藝及其裝備應(yīng)用分析

皮帶干壓成型、無?？蚋蓧撼尚?、模具干壓成型以及連續(xù)輥壓成型這幾種成型裝備在國內(nèi)外陶瓷磚行業(yè)都有具體應(yīng)用，但是其在原理和裝備結(jié)構(gòu)上各有優(yōu)缺點。

西斯特姆LAMGEA系列壓機創(chuàng)新地采用了皮帶干壓無模具成型方式，第一次成功的將皮帶布料方式運用到了陶瓷壓機領(lǐng)域。無邊框布料平臺的成功運用解決了大板布料的平整度以及裝飾效果的問題，這種布料方式更加適合大板對布料的高要求。同時，LAMGEA系列壓機也是第一次使用方形油缸的陶瓷壓機。雖然方形油缸在制造成本上遠遠高于圓形油缸，但是其在大規(guī)格磚坯壓制均勻度上的優(yōu)勢還是顯而易見的。方形油缸在壓制時壓力分布均勻，能夠均勻的將液壓力傳遞到矩形磚坯表面，從而保證磚坯厚度均勻、表面平整。皮帶布料系統(tǒng)則可以更好的保證粉料布設(shè)的均勻性，與方形油缸結(jié)合則更能保證磚坯致密度的一致性。LAMGEA、KD33000和HT36000這三款壓機都不約而同的采用了方形油缸結(jié)構(gòu)。與這三款壓機不同，SUPERA的壓制系統(tǒng)則采用了三個圓形油缸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有助于降低制造成本，但是其液壓控制系統(tǒng)復(fù)雜，同時液壓力的傳遞需要依靠動梁來進行均勻化分配，磚坯所受的壓力均勻性相比方形油缸就差很多，致密度也會出現(xiàn)明顯差異。另外三油缸結(jié)構(gòu)也增大了故障概率，任意一個出現(xiàn)問題就無法正常壓制，影響壓機使用體驗。

SUPERA的可移動的圍護板結(jié)構(gòu)是其產(chǎn)品的一個重要特色，圍護板所起的作用與傳統(tǒng)壓機的?？蝾愃?，但是相比?？蚋屿`活，并能輕松實現(xiàn)磚坯寬度規(guī)格的小范圍調(diào)整。這個圍護板系統(tǒng)可以保證磚坯邊緣的成型效果，同時也允許該裝備實現(xiàn)更快地排氣，由此可以加快整個壓制過程。

KD33000也是一款采用無?？虺尚凸に嚨拇蟀鍓簷C，與SUPERA的不同在于在上模芯四周使用非金屬材料三角形擋料帶。三角形擋料帶的作用類似于?？?，但是運用更加靈活，只需要更改擋料帶的位置即可實現(xiàn)壓制磚坯規(guī)格的變換。擋料帶相比SUPERA的移動圍板對粉料輸送帶的損傷更低，有利于延長輸送帶的使用壽命。但是這個優(yōu)勢是以犧牲擋料帶的壽命換取的。在壓制磚坯的時候，擋料帶承受和磚坯相同的壓力，擋料帶的壽命將會比傳統(tǒng)?？蚨痰枚?。擋料帶的另外一個缺點是磚坯邊緣的成型效果會比模框差很多，切邊量在80mm左右，粉料損耗較大，超過輥壓成型的廢料率。

LAMGEA系列、SUPERA系列和KD33000壓機都采用了無模框成型方式，省卻了一部分模具費用，并實現(xiàn)了磚坯厚度自由切換。但是也存在一些缺點，主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）壓出來的坯體的邊緣松散。由于沒有了?？?，壓制后坯體邊緣成型壓力不足，需在線切邊處理，隨著磚坯厚度的增加切邊尺寸越大，造成粉料浪費越多。

（2）皮帶成本高昂。皮帶在運行中受較大拉力，容易跑偏。皮帶承受與磚坯相同的壓制力，輸送粉料皮帶兩側(cè)的防護擋條受壓制力容易損壞，正常情況連續(xù)工作，使用壽命在1個月左右。

（3）磚坯良品率低于傳統(tǒng)模具干壓成型工藝。方形油缸行程小，導(dǎo)向性差，對壓機壓力精度，活塞動作控制要求高，容易出現(xiàn)裂磚、分層、厚差、尺差不達標等缺陷。

（4）粉塵清理困難。粉料輸送和壓制過程中，粉塵容易進入皮帶下面，需要停機拆卸后才能清理，清理時間長，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

HT36000壓機采用模具干壓成型，在磚坯尺寸和厚薄偏差控制上具備天然的優(yōu)勢，平面精度和可靠性更高。其壓制的磚坯在切割性能、致密度和通體效果等方面，也表現(xiàn)極為優(yōu)異。但是，HT36000壓機繼承了傳統(tǒng)模具的優(yōu)點的同時，也放大了模具?？蚪Y(jié)構(gòu)的缺點。生產(chǎn)1600mm×3600mm的磚坯所使用的模具，其模具造價相當高昂，并且模具重量約為60噸，制造、安裝、運輸均相當困難。采用型腔填料的布料方式，布好的粉料平整度也難以保證，頂磚取磚也是其難點所在。

連續(xù)輥壓成型作為一種創(chuàng)新性的成型工藝，具有低功耗、低噪音、低污染、高效率和高度的柔性化生產(chǎn)等特點，可生產(chǎn)更大規(guī)格的陶瓷板，長度方向尺寸在理論上可以無窮大，更加適合于陶瓷大板的批量化生產(chǎn)。生產(chǎn)1600mm寬的磚坯的輥壓成型壓機，其整機重量在35噸左右，與其余幾款規(guī)格相當?shù)奶沾蓧簷C動輒幾百噸的整機重量相比，輥壓成型壓機在制造、運輸、安裝等方面都具有無可比擬的優(yōu)勢。另外，輥壓成型生產(chǎn)線對設(shè)備安裝基礎(chǔ)沒有其他機型那樣的高要求，無需深挖地基或者鋪設(shè)大量的鋼筋，生產(chǎn)過程中設(shè)備振動和噪音都極小，生坯切割產(chǎn)生的廢料低于3%，具有噪音低，使用成本低的特點。

連續(xù)輥壓成型壓機的優(yōu)勢還體現(xiàn)的磚坯生產(chǎn)工藝的革新上。平板沖壓成型陶瓷壓機在生產(chǎn)陶瓷磚時一般需要經(jīng)歷低壓加壓、排氣、最終壓制、保壓幾個階段，根據(jù)粉料和對磚坯品質(zhì)要求不同，可能需要幾次低壓加壓和排氣過程。在這個過程中，壓制動梁需要空程升降幾次。動梁每一次升降都需要的大量的液壓油，所以能量消耗較大。大功率的液壓泵站噪聲大，壓制過程中粉料往外噴射，對環(huán)境造成污染，工人工作環(huán)境惡劣。而輥壓成型壓機在調(diào)節(jié)好壓制輥高度后，主油缸只需要向下施加足夠的壓力，沒有空程損耗，沒有粉料噴射現(xiàn)象。泵站不用頻繁啟停，節(jié)約能源。[2]與生產(chǎn)磚坯最大規(guī)格1800 mm×3200mm 的KD33000裝機功率285kW相比，可生產(chǎn)1600mm×3200mm的Continua+或者Extenller1600其裝機功率僅為50 kW左右，可節(jié)省大量的電耗和液壓油。整條生產(chǎn)線綜合節(jié)能約80%，能夠有效降低生產(chǎn)成本，具有低功耗、低污染的特點。

在磚坯規(guī)格上，連續(xù)輥壓成型壓機由于沒有了傳統(tǒng)壓機所使用的模具的限制，而是設(shè)計了可自由調(diào)節(jié)的擋邊帶來提高磚坯邊緣的成型效果。擋邊帶的距離調(diào)節(jié)輕松便捷，通過調(diào)節(jié)擋邊帶距離就可以改變壓制磚坯的寬度，還可以通過后續(xù)的磚坯切割來生產(chǎn)不同規(guī)格的磚坯。而磚坯厚度則可通過調(diào)節(jié)壓制輥高度，輕松的在3～20mm范圍內(nèi)自由地調(diào)節(jié)。對比其它設(shè)備采用模具或者粘接擋料帶這種固定規(guī)格的方式，輥壓成型在磚坯規(guī)格切換上具有很高的靈活性，具有高度的柔性化生產(chǎn)的特點。

5 結(jié) 語

可見，無論是西斯特姆的LAMGEA系列壓機、西蒂貝恩特的SUPERA系列壓機，還是恒力泰HT36000、科達KD33000壓機，雖然在壓制系統(tǒng)或布料結(jié)構(gòu)上了進行了部分創(chuàng)新，但是在成型方式上仍然屬于傳統(tǒng)的平板沖壓成型的范疇。意大利薩克米Continua+系列壓機和Extenller1600大板輥壓成型系統(tǒng)則采用了全新的輥壓成型方式，其在成型工藝上有原理性的突破，是具有顛覆性創(chuàng)新的產(chǎn)品。

通過前文的分析可見，連續(xù)輥壓成型系統(tǒng)具有設(shè)備重量輕、低功耗、低噪音、低污染、高效率和高度柔性化的特點，并且其制造難度明顯降低，安裝運輸方便，在降低使用成本和減小對環(huán)境的影響方面均優(yōu)于其它工藝裝備。相信連續(xù)輥壓成型壓機這種具有顛覆性創(chuàng)新的新一代陶瓷磚坯成型裝備，將會是未來陶瓷大板裝備技術(shù)的主流發(fā)展方向。

參考文獻

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