陳海林
(福建省閩清金明珠陶瓷有限公司 福州 350800)
如今,陶瓷磚的噴墨打印技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應用。不過與傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的水性印油明顯不同的是,噴墨打印機所使用的墨水大部分是油性墨水,并且以有機溶劑作為溶解色基的主要成分。目前國內(nèi)市場的陶瓷墨水溶劑以烷烴類溶劑為主,如脂肪族烴類溶劑。當噴墨量較大時,墨水干燥十分緩慢,容易造成產(chǎn)品的釉面缺陷,給生產(chǎn)帶來了極大不便。因此,不少廠家在生產(chǎn)深色釉面磚時,仍采用傳統(tǒng)絲網(wǎng)印花,導致圖案層次不夠豐富,單條釉線產(chǎn)能低,優(yōu)等品率很難提高,導致產(chǎn)品設(shè)計單調(diào),成本無法優(yōu)化。
筆者所在工廠主要生產(chǎn)600 mm×600 mm仿拋水晶釉面紅坯地磚,采用二次燒成工藝,素坯吸水率為13%~15%,成品吸水率為7%~9%。因場地有限,采用大循環(huán)生產(chǎn)模式,出窯素坯經(jīng)冷卻平臺直接進入釉線淋底、面釉及噴墨印花。產(chǎn)品圖案設(shè)計和拋釉磚相同,深色磚所占比例較多,時常需要高灰度(超過60%)、大面積的噴墨打印,如深啡網(wǎng)、木紋、黑金花等花色。生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)圖案拉線、顏色不均勻等打印問題,并且墨水干燥速度太慢,雖已使用快干型墨水,仍會出現(xiàn)墨點擴散、圖案模糊及不規(guī)則色差等問題。嚴重時,會造成燒成后釉面光澤差、手感粗澀,而墨量大的圖案則會出現(xiàn)細小的龜紋干燥裂,造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。
以黑色系列產(chǎn)品為例,針對圖案拉線、顏色不均勻等問題,調(diào)試如下。
1.1.1 檢查調(diào)試
檢查并調(diào)試各組噴頭,保持最佳工作狀態(tài)。圖案拉線、噴頭交接位缺陷(白線、重疊線)有所減少,但無法完全解決。
1.1.2 調(diào)整墨水裝載方案
采用“雙重墨水通道”模式,調(diào)整各通道墨水裝載方案。“雙重墨水通道”指的是,將較深的顏色分為2個打印通道,避免噴頭堵塞出現(xiàn)拉線,也可以從視覺上有效減緩拉線、噴頭之間交接位及色差的問題。對于黑色系列產(chǎn)品,可將黑色墨水分為2個通道打印,每個通道圖層灰度得以降低到50%以下,大大減輕了單個通道打印的壓力。以純黑磚為例,墨水組合及各圖層原灰度為:C寶藍45%,M深紅棕5%,Y檸檬黃0,Lm粉色0,K黑色80%。調(diào)整后為:C寶藍45%,M深紅棕5%,Y檸檬黃0%,K黑色35%,k黑色35%。
1.1.3 避免缺墨
在固定打印模式下,如果產(chǎn)品圖案的深色區(qū)域只在局部,可將圖案多角度旋轉(zhuǎn)后,做成不同輸出方向的固定圖,用拼圖打印模式生產(chǎn),避免某些噴頭超負荷工作而出現(xiàn)缺墨。
1.1.4 防止缺墨拉線和顏色不均勻的缺陷產(chǎn)生
適當拉開磚坯的打印間距,減輕供墨系統(tǒng)的工作負荷,防止缺墨產(chǎn)生。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)試,圖案打印效果較好,拉線和顏色不均勻等缺陷均控制在允許范圍內(nèi)。
墨水干燥缺陷指的是墨水干燥(滲透)速度太慢而造而成的缺陷,如圖案模糊,墨水混溶色差,燒成后釉面光澤差、縮釉、龜紋干燥裂等。除了墨水本身因素外,現(xiàn)場生產(chǎn)工藝制度對墨水干燥速度也起決定性作用,應予以重點討論。對比試驗時,為了方便描述墨水干燥速度,筆者用WGG60-ES4型光澤度計測量釉面噴墨后的光澤度作為衡量指標。在燒成前,當墨水干燥速度越快時,干燥效果越好,測得的光澤度值就越低;墨水完全干燥時,即完全滲透到釉層,光澤度值則為0。
1.2.1 墨水干燥速度的對比試驗
(1)噴墨后磚坯烘干試驗。將噴墨后的釉線二次烘干溫度升高,磚坯溫度從40 ℃升至48 ℃,出窯產(chǎn)品釉面光澤度為87 GU,與調(diào)整前對比無明顯差異。另取3片噴墨打印后的磚坯,經(jīng)恒溫干燥箱180 ℃烘干10 min,放入釉燒窯燒成后,測得釉面光澤度為88 GU,低于正常標準值90 GU,說明在噴墨后加強磚坯烘干的效果并不明顯。
(2)噴墨前磚坯烘干試驗。取淋釉后的磚坯,將一組置于常溫下自然晾干,其余經(jīng)恒溫干燥箱150 ℃烘干,然后冷卻至40 ℃,噴墨印花并燒成,用光澤度計測量噴墨和燒成釉面光澤度。其對比數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 不同干燥方法對噴墨打印效果的影響
試驗發(fā)現(xiàn),施釉磚坯經(jīng)過烘干后,墨水干燥效果要好于線上產(chǎn)品,圖案清晰,發(fā)色均勻,燒成釉面光澤度正常,說明在噴墨前加強磚坯干燥的效果較好。但噴墨后光澤度仍有5~8 GU,表明墨水并沒有完全滲透到釉層。實際生產(chǎn)中,因在釉線上臨時增加磚坯干燥的措施有限,且干燥時間不足,效果常常不夠理想。
(3)提高坯溫、降低磚坯水分試驗。此方法也經(jīng)常用于預防深色磚燒成時出現(xiàn)“炸墨”,即磚坯水分太高,在窯爐預熱段快速加熱時,墨量大的釉層爆開,類似“炸坯”。試驗如下:關(guān)掉3臺素坯吹風機,減少素坯噴水量,以提高淋釉前的磚坯溫度;減少底釉和面釉的施釉量各20 g/片。磚坯淋釉后,釉面水分蒸發(fā)較快,但發(fā)現(xiàn)在噴墨打印時,墨水干燥速度反而更緩慢。磚坯經(jīng)過釉線二次烘干箱后,直至進入釉燒窯爐時,油墨仍未完全被吸干。燒成后,釉面光澤明顯變差,手感粗澀程度更嚴重,這說明提高坯溫并不利于墨水干燥。
(4)淋釉磚坯溫度對比試驗。根據(jù)前一項試驗結(jié)果,初步懷疑磚坯溫度對噴墨打印效果有影響,于是將不同溫度的磚坯淋釉和噴墨印花效果作對比試驗,使用手持紅外測溫儀和WGG60-ES4型光澤度計測量,數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 不同坯溫對噴墨打印效果的影響
試驗發(fā)現(xiàn),當淋釉的坯溫較高時,釉漿在坯面急劇受熱,水分迅速蒸發(fā),可溶性鹽類析出,釉層表面變得致密光滑,如同一層光亮的蠟膜,此時測得的光澤度偏高。這一現(xiàn)象會直接影響墨水滲透到釉層的速度,坯溫越高,釉層表面越致密光滑,墨水干燥(滲透)速度越慢,最終會導致相關(guān)缺陷的產(chǎn)生。素坯溫度過高的另一個缺點是,在經(jīng)過噴水、淋釉、吹風后,磚坯的中間和邊角部溫差偏大,釉面干濕不均,噴墨印花時,墨水干燥速度不一樣,容易產(chǎn)生色差。而相對偏低的素坯溫度,則有利于釉坯溫度均勻,釉面干濕一致,可減少色差的出現(xiàn)。但當淋釉的坯溫太低,或?qū)⑺嘏鞔罅繃娝禍睾?,釉層水份無法及時蒸發(fā),墨水干燥速度變慢,也會出現(xiàn)圖案糊花等缺陷。同時,磚坯入窯水分偏高,導致燒成后的釉面光澤度偏低。試驗結(jié)果表明,素坯溫度在45~50 ℃時進行淋釉,至噴墨打印機時的坯溫控制在35~40 ℃,此時釉面及印花效果最佳。
(5)各顏色墨水干燥速度對比試驗。為了進一步確定磚坯溫度對噴墨效果的影響,將各種顏色墨水在不同磚坯溫度條件下,按照灰度從10%~100%梯度打印,觀察燒成后的釉面效果。測試數(shù)據(jù)如表3和表4所示。
表3 淋釉坯溫70 ℃時不同灰度打印墨水光澤度對比
表4 淋釉坯溫45 ℃時不同灰度打印墨水光澤度對比
表3、表4數(shù)據(jù)結(jié)果表明,檸檬黃和粉色墨水會降低釉面光澤度,黑色和寶藍色墨水對釉面光澤度影響不大,而深紅棕墨水能增加釉面光澤度。當淋釉坯溫較高時,隨著打印灰度的增加,檸檬黃的光澤度降低最多,其次是粉色,然后是寶藍和黑色,而深紅棕的光澤度降低不明顯。當淋釉坯溫保持適中時,隨著打印灰度的增加,所有顏色墨水的光澤度降低不明顯,其中,深紅棕墨水的光澤度不降反升。
(6)素坯吸水率對比試驗。取兩組不同吸水率的素坯,加熱至60 ℃,淋釉并噴墨,吸水率為17.2%的內(nèi)墻磚坯噴墨后光澤度為0~2 GU,吸水率為14.3%的地板磚坯噴墨后光澤度為3~10 GU。另將內(nèi)墻磚坯溫度升高至70 ℃淋釉并噴墨,光澤度為3~8 GU。為了進一步論證,筆者在二次燒內(nèi)墻磚生產(chǎn)線上做了對比試驗,將淋釉坯溫從55 ℃升高至70 ℃,觀察到深色噴墨印花的墨水干燥變慢,且燒成釉面光澤差、手感粗澀。可見,素坯吸水率較高時,有助于加快墨水干燥,但如果淋釉磚坯溫度太高,仍會出現(xiàn)墨水干燥缺陷。
(7)釉漿吸干速度對比試驗。釉漿吸干(收水)速度快,則墨水干燥速度也快。正常情況下,熔塊釉比生料釉的吸干速度快,釉漿細度粗、含水率低、比重高可加快吸干。此外,添加劑對釉漿吸干速度的影響十分明顯。筆者以生產(chǎn)線的半白熔塊釉漿作為對比試驗的基礎(chǔ)釉漿,加入不同添加劑,用刮釉器(刮口間隙0.5 mm)把各組釉漿均勻布在同一片磚面上底釉,噴墨印花并燒成,對比結(jié)果如表5所示。試驗發(fā)現(xiàn),第2組加三聚磷酸鈉后,釉漿吸干速度變慢。第3組加氯化鈉后,釉漿吸干速度變快。第4組模擬釉漿吸干速度極端緩慢的情況,導致墨水干燥缺陷非常嚴重。第5組添加氯化鈉對第4組的不良情況進行糾正,效果較好。試驗說明,添加三聚磷酸鈉會促使釉漿吸干速度變慢,不利于墨水滲透入釉層,使墨水干燥速度變慢;而氯化鈉的作用則相反,正常情況下,氯化鈉加入量不超0.1%,對釉漿粘度影響不大,能明顯加快釉漿吸干速度,有利于墨水干燥;如果釉漿含水率高,吸干速度特別慢,則可適當增加氯化鈉的用量至0.2%。
表5 添加劑對釉漿吸干速度和墨水干燥速度的影響
續(xù)表5
1.2.2 解決措施
對墨水干燥試驗結(jié)果進行綜合分析后,從生產(chǎn)工藝方面制定解決措施如下:
(1)盡量降低磚坯水份,適當增加釉線烘干設(shè)施。淋釉前噴水不能過量,盡量在平臺吹冷風或水霧以降低素坯溫度,適當減少底釉和面釉的施釉量。在淋釉后安裝烘干設(shè)施,如紅外線干燥箱、光波快速干燥器等。增加吹風機,加強除去磚坯的水汽。
(2)嚴格控制磚坯溫度,安裝測溫設(shè)施進行監(jiān)控,特別是淋釉坯溫和噴墨坯溫,要經(jīng)常檢查并保持穩(wěn)定。淋釉坯溫最高不超過55 ℃,最好控制在45~50 ℃。噴墨坯溫不超過42 ℃,最好控制在35~40 ℃。根據(jù)環(huán)境溫度的變化及時調(diào)整磚坯溫度,如季節(jié)變換和早晚溫差。在釉線的淋釉、噴墨和入窯前安裝在線式數(shù)顯紅外測溫儀,可以實時顯示坯溫便于管理。另外,為了減少色差,生產(chǎn)深色產(chǎn)品時,可要求工人不得把素燒冷坯補進流水線使用。
(3)適當提高素坯的吸水率。在工藝允許的范圍內(nèi),適當降低素燒溫度或者調(diào)整配方比例,使素坯吸水率盡量不要低于15%。
(4)提高釉漿吸干(收水)速度。適當提高釉漿的密度和流速,但要注意控制添加劑的使用量,尤其是釉漿流動性能不好時,避免過量添加三聚磷酸鈉等解膠劑。甲基纖維素鈉會增強釉漿保水性,不利吸干,用量不能多。視情況添加氯化鈉(食鹽),一般控制在0.1%以內(nèi),可明顯加快釉漿吸干。
經(jīng)生產(chǎn)實踐,以上措施收效較好,黑色系列產(chǎn)品的發(fā)色均勻穩(wěn)定,圖案及釉面質(zhì)量均達到標準要求,產(chǎn)品優(yōu)等率達到工廠目標。隨后跟蹤其它深色產(chǎn)品的生產(chǎn),效果也較為理想。
釉面磚在進行大面積深色噴墨印花時,采用“雙重墨水通道”的方法能有效解決圖案打印缺陷,而對于墨水干燥缺陷,可通過提高墨水干燥速度的方法來解決。首先,選用快速干燥型墨水,并使用發(fā)色較強的釉料和墨水,減少墨水用量。其次,要根據(jù)工廠實際情況,因地制宜建立一套相適應的生產(chǎn)工藝制度。影響墨水干燥速度的工藝因素主要包括磚坯水分、溫度、吸水率和釉漿吸干速度。其中,磚坯溫度隨著生產(chǎn)環(huán)境的變化,容易出現(xiàn)波動,直接影響噴墨打印效果,需加以嚴格控制。實踐發(fā)現(xiàn),二次燒成生產(chǎn)時,保持淋釉磚坯溫度在40~55 ℃,最好控制在45~50 ℃;對噴墨前釉坯加強干燥,盡量降低釉層水分;降低素燒溫度或調(diào)整配方以提高素坯吸水率;減少甲基纖維素鈉、三聚磷酸鈉用量,適量添加氯化鈉以提高釉漿吸干速度,均能有效減少墨水干燥不充分引起的質(zhì)量缺陷??傊钌珖娔』ㄓ悦娲u的生產(chǎn)需要一套更完善、更嚴格的工藝管理制度。