霍建榮,胡訊,田國(guó)權(quán),辛雷,葉祥

摘 要：本文分析對(duì)比了建筑陶瓷行業(yè)兩種典型的巖板成型方式的特點(diǎn)，著重探討了影響巖板坯體成型均勻性的因素及對(duì)巖板生產(chǎn)、裝飾性和加工性能造成的影響。介紹了配方粉料的容重、流動(dòng)性及坯體密度取樣、檢測(cè)方法，對(duì)巖板研發(fā)及生產(chǎn)具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：巖板;成型;密度

1 前 言

近年來(lái)，大規(guī)格巖板的生產(chǎn)和銷(xiāo)售都呈現(xiàn)了快速發(fā)展的趨勢(shì)，巖板的規(guī)格及厚度不受限制、應(yīng)用場(chǎng)合多樣，為用戶(hù)的裝修使用提供了廣泛的空間。而這種裝飾的靈活性，來(lái)源于巖板產(chǎn)品優(yōu)異的后期加工性能和表面裝飾圖案的連續(xù)性。從巖板研發(fā)和生產(chǎn)的角度而言，坯體配方成型和燒成決定了巖板的性能，而成型的均勻性（即坯體密度分布）是至關(guān)重要的一環(huán)。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 巖板的成型方式

目前，巖板的成型方式主要分為有模干壓成型和無(wú)模具的連續(xù)式滾壓成型。前者是將粉料填充于下?？騼?nèi)，上模下行與下?？蛐纬梢粋€(gè)封閉式的空間，施加一定的壓力，使粉料顆粒排氣的同時(shí)聚集壓制成具有一定強(qiáng)度的坯體，如圖1（a）。而滾壓成型則是將粉料按一定厚度和寬度，預(yù)先鋪在一條鋼帶上，鋼帶運(yùn)動(dòng)將粉料傳輸，當(dāng)通過(guò)壓機(jī)的上下滾筒時(shí)，在兩個(gè)圓柱體滾筒的切線(xiàn)點(diǎn)，粉料受到瞬間擠壓力成型。鋼帶的連續(xù)運(yùn)動(dòng)使堆集的粉料在后端形成連續(xù)的致密坯體平面，如圖1（b）。兩種成型方式的示意圖如圖1所示：

2.2 坯體成型不均造成的缺陷

對(duì)于巖板而言，無(wú)論是采用何種成型方式生產(chǎn)，對(duì)坯體成型均勻性要求都是非常高的，尤其是大規(guī)格巖板產(chǎn)品。具體表現(xiàn)在坯體成型后各處密度的分布，如果分布不均，則會(huì)在高溫?zé)蓵r(shí)，導(dǎo)致各處收縮不一致產(chǎn)生非均勻應(yīng)力，產(chǎn)品燒成后，就會(huì)出現(xiàn)形狀上的尺寸偏差、變形、開(kāi)裂等缺陷。

2.2.1“窄腰”、“寬腰”、“大小頭”

從圖2可以看出，當(dāng)aa’相連位置的布料密度小于bb’時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)aa’連線(xiàn)的收縮大于bb’連線(xiàn)的收縮，形成出窯產(chǎn)品的尺寸偏差。

2.2.2“開(kāi)裂”

坯體在燒成時(shí)會(huì)根據(jù)成型密度的分布產(chǎn)生收縮，密度大的區(qū)域收縮小。因此當(dāng)坯體密度分布不均勻時(shí)就不可避免地產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力大于坯體承受力時(shí)，坯體會(huì)出現(xiàn)扭曲，嚴(yán)重的就產(chǎn)生開(kāi)裂。

2.2.3“連紋錯(cuò)位”

巖板的規(guī)格較大，為了產(chǎn)生更連續(xù)的鋪貼裝飾效果，一般會(huì)采用連紋的圖案設(shè)計(jì)。但是，如果燒成后坯體尺寸偏差大，經(jīng)過(guò)磨邊后，往往會(huì)出現(xiàn)裝飾圖案錯(cuò)位的現(xiàn)象，從而影響裝飾效果。

2.3 有模干壓成型方式布料均勻性控制

目前，傳統(tǒng)壓機(jī)均采用這種成型方式，即在格柵裝置內(nèi)裝填一定粉料，通過(guò)格柵的水平位移（前后移動(dòng)）將粉料布入下?？颉＿@種布料方式的優(yōu)點(diǎn)是操作方便，布料速度快、效率高。缺點(diǎn)是布料后坯體各點(diǎn)的密度難以控制，特別是大規(guī)格產(chǎn)品成型時(shí)，容易出現(xiàn)坯體密度不均。有模干壓成型方式的液壓缸壓力傳導(dǎo)是基于帕斯卡定律，當(dāng)壓制大而厚的產(chǎn)品時(shí)，可采用加大壓力的操作方式來(lái)減小產(chǎn)品規(guī)格變化對(duì)生坯密度的影響。

2.3.1坯體前后位置的布料均勻性

坯體粉料的流動(dòng)性較好，為了將粉料均勻地送入下?？?，需要設(shè)計(jì)一個(gè)格柵作為布料的載體。格柵的尺寸均要大于下?？虻膬?nèi)尺寸10～15cm。為了盡量保證格柵上各點(diǎn)的布料均勻，需將格柵細(xì)分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的小區(qū)間（俗稱(chēng)：格子）。當(dāng)格柵向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，格柵內(nèi)的粉料填充于模具內(nèi);當(dāng)格柵向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，格柵將多余的粉料收回?；厥崭駯艜r(shí)，多余粉料會(huì)相對(duì)均勻地分散在各個(gè)格柵的格子內(nèi)，盡量避免局部位置布料過(guò)多而影響到?？騼?nèi)粉料在各區(qū)域的均勻性。

2.3.2格柵格子的設(shè)計(jì)

如果采用與格柵邊框平行的方格，如圖4（a）所示。雖然也能起到均勻分散粉料的作用，但存在以下缺點(diǎn)：格柵在前后運(yùn)動(dòng)時(shí)，方格內(nèi)的粉料與格柵邊框呈平行狀態(tài)，粉料在布料時(shí)的運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)如圖4（a）中格子放大圖所示。布料后，模具內(nèi)的粉料粒子容易呈平行狀分布，燒成后，坯體橫向和縱向的收縮率會(huì)產(chǎn)生差異，坯體呈現(xiàn)“波紋”。如果這種“波紋”與窯爐“棍棒印”重疊，則會(huì)“放大”波紋的存在，引起坯體邊緣下垂。如果沿著“波紋”方向水平切割，出現(xiàn)切割開(kāi)裂的概率比較大。

如果采用與格柵邊框呈45度的棱形方格，如圖4（b）所示。單個(gè)方格呈棱形，棱形邊15～20mm為宜。主要優(yōu)點(diǎn)：（1）格柵在前后運(yùn)動(dòng)時(shí)，方格內(nèi)的粉料呈紊流狀態(tài)，粉料運(yùn)動(dòng)路線(xiàn)如圖4（b）中格子放大圖所示，這種結(jié)構(gòu)有利于粉料均勻地填充到下?？虻母鱾€(gè)點(diǎn)，減小各點(diǎn)密度差異，從而減小坯體燒成后橫向和縱向的收縮差異;（2）格柵內(nèi)的所有棱形方格，均采用三角形的方式緊密排列，可以利用三角形的穩(wěn)定性特點(diǎn)，防止格柵變形而影響布料效果。

2.3.3格柵運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)

調(diào)整格柵運(yùn)動(dòng)時(shí)各段的速度，可以調(diào)整坯體左右兩邊的布料密度，控制“窄腰”、“大小頭”等的產(chǎn)生。

2.4連續(xù)式滾壓成型方式布料均勻性控制

連續(xù)式滾壓成型是按預(yù)定的布料寬度，根據(jù)粉料的壓縮比，通過(guò)調(diào)節(jié)料車(chē)閘板，確定布料厚度;其長(zhǎng)度則根據(jù)需要在連續(xù)成型后進(jìn)行切割截取，其切線(xiàn)上的各點(diǎn)密度可代表整件產(chǎn)品密度。該種布料的先進(jìn)性在于：在壓制的切線(xiàn)方向上，分成的若干個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，可以通過(guò)X射線(xiàn)在線(xiàn)探測(cè)，確定各點(diǎn)密度，再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的布料高度，減小坯體各點(diǎn)密度的差異。

當(dāng)滾壓成型在生產(chǎn)某種厚度的產(chǎn)品時(shí)，其產(chǎn)生壓力的上下滾筒的距離是一定的，當(dāng)坯體的某點(diǎn)位置厚度與其它點(diǎn)的厚度不同時(shí)，也表明該點(diǎn)的密度與其它點(diǎn)不同，需要及時(shí)調(diào)整該點(diǎn)的布料高度。

連續(xù)式滾壓成型生產(chǎn)不同厚度的產(chǎn)品時(shí)，其坯體密度也是有一定差異的。表2為某巖板配方不同厚度產(chǎn)品的生坯密度和產(chǎn)品的部分?jǐn)?shù)據(jù)。

當(dāng)同一種產(chǎn)品的生坯厚度，如果成型后坯體的密度不同，在相同吸水率的情況下，其燒成的收縮也是不同的。以某種厚度產(chǎn)品為例，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表3所示。

2.5 生坯密度的取樣和檢測(cè)

2.5.1有模干壓成型坯體的取樣

由上述分析可知，該種布料方式是格柵往返布料，坯體的各點(diǎn)密度受粉料性能、格柵結(jié)構(gòu)、格柵運(yùn)動(dòng)速度等影響。應(yīng)從縱橫方向截取多個(gè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行生坯密度檢測(cè)。以900mm×1800mm×12mm規(guī)格產(chǎn)品為例，可考慮前、中、后，左、中、右，取18個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，如圖5（a）所示。

2.5.2連續(xù)式滾壓成型坯體的取樣

因該種坯體是上下滾筒的切線(xiàn)點(diǎn)受壓成型，在取樣檢測(cè)密度時(shí)，可以沿切線(xiàn)點(diǎn)的斷面取樣檢測(cè)。以1600mm×3200mm×12mm規(guī)格產(chǎn)品為例，可考慮在1600mm的邊，取10～12點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，圖5（b）所示。

2.5.3生坯密度的檢測(cè)

利用阿基米德原理，采用浸沒(méi)法進(jìn)行生坯密度的檢測(cè)?？紤]到生坯遇水容易塌陷，影響檢測(cè)結(jié)果。需采用一些滲透性差的液體作為浸沒(méi)介質(zhì)（如：水銀、硅油等）。因水銀存在一定毒性，生產(chǎn)上一般采用硅油作為浸沒(méi)液體。

生坯密度計(jì)算公式：

ρ坯= ■×ρ液

ρ坯：坯體密度

m1：樣品在空氣中的質(zhì)量

m2：樣品在液體中的質(zhì)量

ρ液：介質(zhì)液體的密度

2.6影響生坯密度的其它因素

2.6.1除了布料和成型方式外，粉料的容重也是影響生坯密度的重要因素。

影響粉料容重的主要因素：

（1）造粒方式，采用噴霧造粒的粉料，因水分蒸發(fā)，單個(gè)粉料粒子近似球體狀，粒子內(nèi)部呈空心狀態(tài)如圖6（a）。采用機(jī)械破碎造粒的粉料，單個(gè)粒子呈不規(guī)則狀，粒子內(nèi)部呈實(shí)心狀如圖6（b）。噴霧造粒的粉料容重一般小于機(jī)械破碎造粒的粉料。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)粉料水分在7%～7.5%時(shí)，噴霧造粒的粉料容重一般在0.87～0.93g/cm3，機(jī)械破碎造粒粉料的容重一般在0.96～1.02 g/cm3。

（2）漿料水分，在滿(mǎn)足漿料流動(dòng)性的前提下，可考慮盡量減少漿料的水分，不僅可以節(jié)約噴霧塔的能耗，還可以在造粒時(shí)，減少單個(gè)粒子內(nèi)部空心的體積，即：減少粉料氣孔率，提升粉料容重。

（3）顆粒級(jí)配，粉料堆積時(shí)，粒子之間存在間隙，間隙大，容重低。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，如果粉料中，細(xì)顆粒較多，則容重會(huì)偏低;如果粉料中，粗顆粒較多，則容重會(huì)偏高。在生產(chǎn)過(guò)程中，一般調(diào)節(jié)40目以上和100目以下的粒子，可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)粉料容重。

（4）粉料水分，不同的壓機(jī)成型方式，對(duì)粉料的水分要求是不同的，當(dāng)粉料水分大時(shí)，粉料容重會(huì)偏大，反之，則容重偏小。

（5）粉料配方的結(jié)構(gòu)，如果配方中采用密度較大的原料較多，所制得的粉料一般會(huì)容重較大。

2.6.2粉料的流動(dòng)性

（1）流動(dòng)性好的粉料，成型后坯體各點(diǎn)的密度差異較小;流動(dòng)性差的粉料，成型后坯體各點(diǎn)的密度差異偏大。

（2）噴霧造粒的粉料，單個(gè)粒子接近球形，流動(dòng)性好;機(jī)械破碎造粒的粉料，單個(gè)粒子形狀不規(guī)則，流動(dòng)性欠佳。

3結(jié)語(yǔ)

巖板作為一種新型的建材產(chǎn)品，生產(chǎn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)控制尤為重要。坯體密度作為其中一個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)，不僅會(huì)影響到產(chǎn)品的表面質(zhì)量，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品的加工性能有著重要的影響，需要在研發(fā)和生產(chǎn)中作為重點(diǎn)研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 《建筑陶瓷工藝》講義? ? ?馬光華? ?景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)

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