挤压成形大规格陶瓷薄板的生产工艺
时间：2020-03-17 12:42:39 来源：千叶帆 本文已影响人
1前 言
陶瓷薄板最初由日本研发并生产，主要生产 1200mm×2400mm×（3～6）mm规格的陶瓷板材，用来做推门板。而国内生产陶瓷薄板也是这两年才兴起，目前已有三家企业生产过陶瓷薄板，加上佛山樵东陶瓷，总共四家企业。
这种规格的产品主要销往日本，如果内销的话可根据客户对尺寸不同的要求进行切割，也可适当做小一点、做厚一点，可做成仿古、渗花抛光地砖。这类产品由于薄，受热快，可大幅减少热用量，对企业的可持续发展起重要作用。
2生产工艺流程
陶瓷薄板采用真空挤压成形，然后对辊压制成厚度为6mm左右，并切割成略大于1200mm×2400mm尺寸的湿坯体，依次经干燥、素烧、施釉、印花、釉烧等工序制得产品。具体工艺流程如下：
坯体配方→原料制备→真空粗练→真空挤压成形→对辊压制→切割→微波干燥→低温素烧（可免）→直线淋釉（底、面釉）→大规格印花机印花→釉烧→切割→分级包装
3坯体配方
3.1 坯体配方类型
最初由于陶瓷薄板的特殊用途，只能做成陶质的。由于瓷质薄板容易变形，且重量太大做门板不太适宜。随着陶瓷薄板用途不断广泛，最近一年出现了瓷质陶瓷薄板。
3.1.1陶质坯体
目前陶瓷行业的陶质薄板吸水率控制在6～10%，而陶瓷薄板普遍采用挤压成形工艺，其坯体化学组成与普通陶坯不同，化学成份（wt%）为：SiO2：66、Al2O3：19、CaO和MgO：4～10、K2O和Na2O：﹤2、Fe2O3：﹤1.5、TiO2：﹤1、I.L：6～10。其配方为：砂料：30～40%、泥料：35～45%、石灰石：5～10%、硅灰石：0～10%、膨润土：0～5%、长石：0～5%。其含铝量高，可加入少量的长石助熔，降低吸水率。
3.1.2 瓷质坯体
瓷质陶瓷薄板是最近半年才出现的，据传最初由马来西亚一家陶瓷薄板生产厂家首先生产出来，其吸水率为﹤0.5%。超薄瓷板的化学组成与普通瓷质砖比较，其含铝量更高、含硅量更低，另外含钾、钠量也要高一些。化学组成（wt%）为：SiO2：66、Al2O3：19、CaO和MgO：﹤2、K2O和Na2O：4～7、Fe2O3：﹤1.5、TiO2：﹤1、I.L：﹤8。其配方为：石粉：45～55%、泥料：40～50%、滑石泥：0～3%，另外，配方中要加入滑石泥和黑泥，此时泥料塑性好，不用再加膨润土。
3.2 坯用原料
挤压成形与干压成形不同，其对坯料有特殊的要求，而且主要是坯体干燥强度、可塑性、吸水率等方面的要求。除此之外，原料还需选择储量丰富、质量稳定的品种，特别是泥料的性能必须满足。
3.2.1泥料的选择
干坯强度、可塑性以及收缩等工艺参数主要取决于粘土（泥料）；因此要注意选择粘土，最好选二次粘土，烧失量太大的泥料在普通瓷砖的生产中无法使用，但可在超薄陶瓷板中使用。因为砖薄，所以不用担心排气问题。
如果无法找到高粘度的粘土时，可用甲基来代替。挤压成形时要把泥浆榨泥练泥后才可使用，因此在某种程度上讲，超薄陶瓷板对坯料的要求并不高。
3.2.2砂料的选择
砂料要求白度好即可，无其它要求。
3.2.3石粉的选择
石粉在陶质薄板中用量很少，可以不用。它主要用在瓷质薄板中作助熔剂，要求其白度高，烧成熔融温度低。
3.2.4其它原料的选择
一般陶质薄板中会加入一部份石灰石和硅灰石。一般一次半烧、二次烧成可以多加一些石灰石，而一次烧成应尽可能少加。瓷质薄板中还会加入1～3%的滑石泥，用来助熔、增白。
3.3 陶瓷薄板对坯料的工艺要求
由于超薄陶瓷板采用挤压成形的工艺，因此坯料必须满足挤压成形的要求。
3.3.1可塑性
可塑性是塑性坯料的主要性能，也是成形的基础。为了保证泥料在成形操作条件下能够顺利延展成坯体，要求泥料应具备良好的可塑性。通常以“塑性指标”的数值来表征泥料可塑性的强弱，一般控制坯体的可塑性指标为2.5～3.6。
3.3.2 含水率
可塑性坯料的含水率取决于原料的性质及所采用的成形方法。一般挤压、滚压成形的坯料含水率为19～22%。
3.3.3干坯强度
对于超薄陶瓷板来说，干坯强度极为重要，直接影响到淋釉印花的成功与否，因此必须满足强度要求。一般一次烧成的干坯强度要求＞1.5MPa，而陶瓷薄板对强度要求更高，最好大于＞2.0MPa。在配方配制过程中最好使用二次粘土，如广东黑泥等，或加入少量的膨润土。
3.3.4 收缩率
坯体的收缩包括干燥、烧成收缩。对于大规格超薄陶质板来说，坯体的收缩大小对于尺寸稳定性有着重要的作用，特别是出口日本的陶瓷推板门。因为需要经过切割才能使用，所以对于做贴在墙上的釉面砖和贴在地上的低吸水率仿古砖可对尺寸适当放宽。与普通瓷砖比较，其坯体加入泥料多，因此收缩要大一些。
3.3.5坯料细度
坯料细度大小直接影响坯料工艺性能和成品的工艺性能。细颗粒能在一定程度上提高坯料可塑性、干燥强度，并加快固相反应。与普通瓷砖相比，超薄陶瓷板坯体厚度薄、烧成速度慢，不必担心排气问题，因此可把坯料磨细一些以适应生产，一般控制细度在：0.5～1.5%（相当于1.0～2.5g/100ml）以下。一般普通釉面砖细度为2.5～3.5g/100ml，仿古砖稍小一点，在2.5～3.0g/100ml左右（注：是指比重在1.84±0.02时的细度）。
由于挤压成形的坯料含泥量较大，球磨时间能大幅减小，可缩短球磨时间20～40%，降低能耗。
4釉料配方及制备
4.1 釉面砖釉料
釉面砖的底釉一般用成釉，自己调配亦可。与普通釉面砖不同，最好加入0～5%球土；因为超薄陶瓷板是采用直线淋釉器淋釉，要求釉料有良好的流速。
面釉最好使用地砖所用的高温熔块，或加入部份以提高始熔温度和烧成温度。底、面淋釉参数如下表所示：
4.2 仿古砖釉料
目前仿古砖都采用喷釉且是单层施釉，而做胶辊印花才施两次釉(底釉和面釉)。但就目前国内生产超薄陶瓷板的厂家来说，都是使用直线淋釉器进行生产。如果用喷釉器生产1200mm×2400mm规格的产品有一定的难度，那么生产800mm×1800mm规格仿古砖则可以采用喷釉，生产时可适当提高厚度。
5坯料制备
塑性坯料的制备工艺，主要指浆料球磨后进行压滤存放和真空粗练。
5.1 压滤存放
泥浆一般含水量在40～60%，而成形要求坯体含水量为18～20%，因此必须把泥浆中多余的水份排除才能使用。
脱水一般采用榨泥机压滤，其原理是采用具有很多毛细孔的滤布在压力作用下，使水和浆料颗粒分离，制成水份22%左右的泥饼。影响压滤效率的因素如下：
5.1.1泥浆性质
泥浆颗粒越细、粘性越大的坯料越难压滤。泥浆的浓度越大，压滤时间越短；泥浆的温度越高越利于压滤，但不宜过高，一般控制在40～60℃即可。
5.1.2压力大小和加压方式
一般来说，送浆压力与压滤速率成正比。但随着泥层增厚，毛细管道更曲折，阻力越大。因此开始压滤时，压力不能太大，否则会堵住滤布孔。一般压滤前30min左右的工作压力为0.3～0.5MPa。
5.1.3其它原因的影响
压滤时间还取决于滤布种类，以前常用帆布，现在大多使用尼龙布。滤布在使用时要定时清洗，一般使用80～90次必须清洗一次。另外滤布新旧也会产生极大影响。
一般压滤之后需粗练陈腐，而在实际生产中不陈腐，只是存放1～2天，但也能起到一定的陈腐均化作用。
5.2 真空粗练
真空粗练机由传动系统、进料系统、真空系统、挤压系统等四个系统组成。由于泥饼内含有一定气体，经过真空练泥，不但能使泥料水份均化，而且能抽出其内部所含的气体，提高泥料的可塑性，利于挤压成形。练泥机如图1所示。
6成形
6.1 真空挤压成形
真空挤压成形机的出口安装有一成形模口。生产1200mm×2400mm×（3～6）mm规格产品时，必须先挤成1200mm×600mm×45mm规格的毛坯。真空挤压成形机如图2所示。
6.2 对滚挤压成型
真空挤压后，还需对滚挤压，挤成需要的厚度，并切割成所需要的长度和宽度。对滚挤压如图3～6所示。
7微波干燥
微波干燥效率高，节省能源。此外，用微波干燥器干燥的坯体水份均匀，成品率高。微波干燥与窑炉干燥的比较如表2所示。
8低温素烧（可以不用）
素烧是为了提高坯体强度，以便于釉线走砖、淋釉和印花。大规格的陶瓷薄板素烧窑很短，且温度低。
如果坯体强度够高，可以不素烧。但目前陶瓷薄板都是陶质的，大多经过两次淋釉，因此不素烧就无法达到生产要求。
9直线淋釉
由于超薄陶瓷板厚度尺寸太大，无法用钟罩，只能使用直线淋釉器。但它在生产时容易出现釉路，特别是大规格产品就更容易出现问题,因此其对釉浆性能要求很高,要求粘度好、润滑好、流速好。直线淋釉器如图7所示。
10超大规格印花
超大规格印花机与小规格印花机不同，其印花方向和釉线走砖方向相同。其它的都与普通规格瓷砖相差不多，对花釉要求都一样。对于宽度小于600mm的产品，也可采用胶辊印花。超大规格印花机如图8所示。
11釉 烧
和普通瓷砖一样，釉烧窑的烧成温度和烧成曲线都差不多，比窑炉辊棒较细且密一些。釉烧窑如图9所示。
12切 割
对于出口日本的产品无需切割，但是销售国内的产品并不需要这么大，可根据使用要求切割成各种不同的规格，如：30cm×45cm、30cm×60cm、30cm×90cm、30cm×30cm、60cm×60cm等，还可切成各种不同的形状，并且可做腰线、做内墙砖，也可做地砖。不但省掉了模具，还节省了许多其它机械设备。图10与11分别是直线切割机与弧线切割水刀的示意图。
13总 结
超薄砖工艺，特别是一次烧成瓷质超薄砖的生产工艺，可大幅减少原料用量，其厚度为3～6mm，只有现行墙地砖厚度的1/4，原料用量可减少60%以上，能源节约至少40%以上。除此之处，还可减少生产设备和人工，也利于工厂管理；设备简单，利于操作；节省时间，提高生产率和成品率。由于砖本身薄，废品返球磨也很容易，球磨时间极短。
一次烧成超薄瓷板、一次半烧超薄陶板产品属于绿色产品,是陶瓷行业发展的一种趋势。
(注：本文有部份图片和参数由陈灿基先生提供，在此表示由衷的感谢。)
参考文献
1 汪啸穆.陶瓷工艺学
2 曾奎可,邓伟强.广东省陶瓷行业的能耗现状及节能措施[J].佛山陶瓷,2006（2）
3 蔡祖光.真空挤压成型机使用时应注意的问题[J].佛山陶瓷,2007（7）
4 陈迪晴.二次烧成无硅灰石坯体配方的研制[J].佛山陶瓷,2007（6）
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