梁超成 岑婉婷 黃玲艷 何宇奇 黃辛辰 牛 丹

(1 廣東蒙娜麗莎集團(tuán)股份有限公司 廣東 佛山 528211) (2 中國(guó)輕工業(yè)無(wú)機(jī)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣東 佛山 528211)

前言

目前市場(chǎng)上的裝飾用普通瓷質(zhì)仿古磚，釉面裝飾樸實(shí)平淡，隨著噴墨打印機(jī)用量的增多，許多企業(yè)的同質(zhì)化越來(lái)越嚴(yán)重，工藝簡(jiǎn)單，花式單一是目前陶瓷市場(chǎng)存在的一個(gè)普遍現(xiàn)象。而且慢慢都發(fā)現(xiàn)噴墨打印機(jī)也有一些無(wú)法避免的問(wèn)題，或者無(wú)法超越接觸印刷的技術(shù)性難題。如噴墨打印機(jī)使用的墨水只有4～6個(gè)色系，不能調(diào)制出更復(fù)雜的色號(hào)，生產(chǎn)深色產(chǎn)品沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)墨水不能及時(shí)干透，釉面的花色會(huì)模糊，尤其是做一些紋理圖案時(shí)花色效果不如絲網(wǎng)印花和輥筒印花，黑金花、深咖色這類(lèi)產(chǎn)品還要通過(guò)絲網(wǎng)印花技術(shù)才能做出效果。

由于產(chǎn)品花色的同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，縮小了不同規(guī)模和不同實(shí)力陶瓷磚生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)差距，因此必須重新利用目前的主流設(shè)備，開(kāi)發(fā)出多種工藝裝飾技術(shù)復(fù)合的產(chǎn)品。

本文采用精雕技術(shù)的模具，使得表面紋理更加細(xì)膩逼真；通過(guò)在噴墨機(jī)和輥筒機(jī)間加特殊效果釉，使得產(chǎn)品具有明顯的立體的視覺(jué)效果；通過(guò)輥筒的工藝，可以在產(chǎn)品的表面印刷各種多變的效果釉(如半拋釉、干粒釉、全拋釉、浮凸釉等)，本文主要加印目前市場(chǎng)上流行的干粒釉，更加體現(xiàn)自然的質(zhì)感以及觸感。采用雙凹凸模具+亞光或光亮面釉+噴墨+啞光(亮光)保護(hù)釉+啞光(亮光)干粒釉等技術(shù)。該產(chǎn)品可以大大增加產(chǎn)品的色系，使得產(chǎn)品豐富多彩。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 設(shè)計(jì)圖案的選擇

選定一個(gè)合適的設(shè)計(jì)圖案，該圖案分為兩個(gè)部分，一個(gè)用于噴墨機(jī)打印，要求紋理自然清晰并能與膠輥印花圖案匹配；另一個(gè)膠輥圖案要求豐富多樣，與噴墨既匹配又能更好體現(xiàn)整幅圖案的浮凸效果，同時(shí)通過(guò)色彩的反差讓整個(gè)裝飾面絢麗多彩。

1.2 坯體的研制過(guò)程

1.2.1 坯用原料的選擇及配方的組成

設(shè)計(jì)坯體配方時(shí)，根據(jù)坯料特殊工藝的需要，為平衡好磚的變形度，在原有配方的基礎(chǔ)上我們適量提高了氧化鋁的含量，使坯體抵抗高溫變形的能力增強(qiáng)。同時(shí)降低了坯體膨脹系數(shù)，拉近了坯體及釉料的膨脹系數(shù)差異性，提高了坯釉適應(yīng)性[1]，便于窯爐燒成中磚形的控制。

坯體中主要使用的原料為慶鉀砂、鈉石粉、水磨石粉、力鴻鉀砂、南峰低溫砂、邦砂、球土、東基泥、黑滑石等多種泥砂料的復(fù)合。經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)所得的中試坯體配方為(重量份)：慶鉀砂8 wt%、鈉石粉9 wt%、水磨石粉9 wt%、力鴻鉀砂7 wt%、南峰砂8 wt%、邦砂30 wt%、球土20 wt%、東基泥7 wt%、黑滑石2%，經(jīng)球磨加工和噴霧干燥形成坯粉。其中表1為所選坯用原料的化學(xué)成分。

1.2.2 坯料生產(chǎn)工藝參數(shù)

制粉工藝：泥漿密度：1.69～1.71 g/cm3；

球磨細(xì)度：0.8%～1.0%(250目篩余)；

顆粒級(jí)配：30目上：5～20%；

30～60目：≥64%；

60～80目：≤12%；

80目下：≤6%；

粉料水分：7.0～7.5%；

成形工藝：壓機(jī)機(jī)型：PH3000；

成形壓力：360 bar；

壓制周期：5.4次/min(600 mm×600 mm規(guī)格)；

干燥工藝：干燥溫度：140 ℃；

干燥時(shí)間：60 min；

干燥坯體水分：≤0.5%。

1.2.3 坯料燒成制度的確定

將中試坯體配方在輥道窯中試燒，燒成溫度為1 200 ℃，燒成時(shí)間65 min，經(jīng)燒成后檢測(cè)產(chǎn)品吸水率≤0.5%，坯體收縮率為7.1%，坯體的燒結(jié)性能良好[2]，達(dá)到本實(shí)驗(yàn)的坯體要求。具體燒成溫度曲線如圖1。

表1 試驗(yàn)所選坯用原料化學(xué)成分(wt%)

圖1 窯爐燒成曲線

1.3 釉料配方的研制

1.3.1 面釉的配方設(shè)計(jì)選擇

在設(shè)計(jì)坯料的同時(shí)也要進(jìn)行高溫面釉、高溫保護(hù)釉、凹凸效果釉配方的設(shè)計(jì)，為了能夠適應(yīng)坯料的燒成制度和提高坯釉的結(jié)合性，我們選用瓷質(zhì)仿古磚專(zhuān)用高溫啞光面釉，適量添加一些輔助原料，如煅燒高嶺土提高面釉的燒成溫度。通過(guò)對(duì)比釉面效果、防污性能、磚的變形情況，本實(shí)驗(yàn)所用面釉基礎(chǔ)配方(重量份)：成釉90 wt%、硅酸鋯5 wt%，煅燒高嶺土5 wt%，經(jīng)球磨加工，過(guò)篩除鐵，陳腐備用。同時(shí)根據(jù)不同場(chǎng)合的需要，面釉配方可配以不同的色料，制成更多不同的產(chǎn)品。

1.3.2 保護(hù)釉的配方設(shè)計(jì)選擇

保護(hù)釉既要保護(hù)圖案層不被破壞又要有較好的透明性.同時(shí)要具有一定的耐磨效果，手感細(xì)膩，燒成范圍寬，燒后光澤度在15～30度之間。配方中引入方解石和煅燒高嶺土，經(jīng)燒成使釉層析出大量鈣長(zhǎng)石晶體，光線產(chǎn)生漫反射，形成啞光效果。通過(guò)大量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，最終確定了耐磨釉的配方，主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

1.3.3 干粒釉的開(kāi)發(fā)

干粒釉的特點(diǎn)是集仿古產(chǎn)品和拋光產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)于一體，釉面如拋光磚光滑亮潔，花色如仿古磚圖案豐富，色彩厚重、絢麗，質(zhì)地晶瑩剔透，細(xì)膩如玉。

為了保證產(chǎn)品釉面細(xì)膩平整、圖案清晰、耐磨性好、防污性能優(yōu)異，要求釉料耐高溫、耐磨、透明度高。在研發(fā)過(guò)程中通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，并對(duì)比不同廠家產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，測(cè)試耐磨性、防污性、光澤度、膨脹系數(shù)等。結(jié)果表明，提高了產(chǎn)品的耐磨度，減少了釉面針孔，拓寬了燒成范圍。項(xiàng)目干粒釉料的化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表2 耐磨釉配方的化學(xué)成分(wt%)

表3 效果釉料的化學(xué)成份(wt%)

1.3.4 各釉料的施釉工藝參數(shù)

磚坯表面淋水量：5～10 g/盤(pán)(托盤(pán)規(guī)格為200 mm×600 mm,下同)

面釉密度：1.42～1.46 g/cm3；

噴釉重量：40～45 g/盤(pán)；

干粒釉密度：1.48～1.52 g/cm3；

淋釉重量：16±2 g/盤(pán)；

高溫透明釉的參數(shù)可以視圖案的設(shè)計(jì)而調(diào)整；

燒成工藝：燒成窯爐：輥道窯；

最高燒成溫度：1 170 ℃～1 180 ℃；

燒成周期：57 min。

1.4 坯釉配方化學(xué)分析

將上面所選原料按不同比例確定幾組配方，分別進(jìn)行不同的測(cè)試，并對(duì)燒制后樣品進(jìn)行理化性能檢測(cè)，根據(jù)測(cè)試結(jié)果優(yōu)化出最佳方案進(jìn)行中試。表4為坯體配方化學(xué)成分，表5為面釉化學(xué)成分，表6為坯體及釉料膨脹系數(shù)對(duì)比。

2 釉層表面裝飾打印技術(shù)的研究

2.1 噴墨印花裝飾工藝研究

把耐磨釉料制成樣品，測(cè)定其熔融溫度范圍，見(jiàn)圖2?？芍粤蠌? 131 ℃開(kāi)始出現(xiàn)熔融，1 231 ℃完全熔融，熔融范圍寬(約100 ℃)，利于燒成。

表4 坯體化學(xué)成分(wt%)

表5 面釉化學(xué)成分(wt%)

表6 為坯體及各釉料膨脹系數(shù)對(duì)比

(a)1 131 ℃時(shí)的圖像

(b)1 171 ℃時(shí)的圖像

(c)1 206 ℃時(shí)的圖像

(d)1 231 ℃時(shí)的圖像

耐磨釉料的XRD結(jié)果見(jiàn)圖3?？梢?jiàn)主要為鈣鈉斜長(zhǎng)石和部分莫來(lái)石晶相。

耐磨釉料的表層電鏡掃描照片見(jiàn)圖4，中、下層電鏡掃描照片見(jiàn)圖5。由圖可知，釉層中存在大量針狀或柱狀鈣長(zhǎng)石晶體，析晶均勻，呈網(wǎng)狀交織，布滿整個(gè)磚面，會(huì)使光線產(chǎn)生漫反射，形成啞光(見(jiàn)圖6)。

由于析晶在釉的中、下層，避免了長(zhǎng)期使用后表面磨損造成的光澤度變化。

鈉鈣斜長(zhǎng)石的硬度為6，表面致密。經(jīng)檢測(cè)，這種耐磨釉的耐磨度可達(dá)到四級(jí)(6 000轉(zhuǎn))。

2.2 噴墨印花裝飾工藝研究

噴墨打印是一種無(wú)接觸印刷技術(shù)，具有可變數(shù)據(jù)印刷、個(gè)性化印刷、按需印刷的能力，優(yōu)點(diǎn)是圖案的隨機(jī)性、高保真和高清晰。噴頭是噴墨打印技術(shù)的關(guān)鍵。

本項(xiàng)目采用1024型噴頭并結(jié)合最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造工藝，通過(guò)運(yùn)用壓電按需噴墨技術(shù)、串流等專(zhuān)利技術(shù)，大幅提高了穩(wěn)定性與靈活性。工作原理是：計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)圖案經(jīng)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)，在打印機(jī)控制系統(tǒng)的控制下，無(wú)數(shù)據(jù)信號(hào)的噴頭不工作，有數(shù)據(jù)信號(hào)的噴頭把墨水噴印到坯體表面對(duì)應(yīng)的位置而形成圖案。

充分利用噴墨印花優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用國(guó)際領(lǐng)先水平的電腦仿真技術(shù)，在圖案創(chuàng)新、印花精細(xì)程度、色彩豐富性等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，最大限度地還原了天然石材的紋理效果。

2.3 輥筒印花裝飾工藝研究

滾筒印花是一種利用輥筒表層特種橡膠上雕刻的圖案與仿古磚釉層接觸印花的高速工藝。所用的輥筒，是指將圖案通過(guò)雕刻在鋁或不銹鋼輥筒表層的特種橡膠上，可以雕刻出各種緊密排列的十分精致的細(xì)紋，因而能印十分細(xì)致、柔和的圖案。例如精細(xì)、致密的佩利茲利渦旋紋花呢印花就是通過(guò)滾筒印花印制的一類(lèi)圖案?；ㄍ驳窨虘?yīng)與圖案設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)圖稿完全一致，每一種花色各自需要一只雕刻輥筒。印花時(shí),先使輥筒表面沾上色釉，再用鋒利而平整的刮刀將輥筒未刻花部分的表面色漿刮除，使凹形花紋內(nèi)留有色漿。當(dāng)花筒壓印于織物時(shí)，色釉即轉(zhuǎn)移到仿古磚釉面上而印得花紋。每只花輥筒印一種色釉，如在印花設(shè)備上同時(shí)裝有多只輥筒，就可連續(xù)印制彩色圖案。

圖4 耐磨釉表面層的SEM圖譜

圖5 耐磨釉中、下層的SEM圖譜

圖6 釉層中的光學(xué)現(xiàn)象

本文就是利用輥筒印花優(yōu)勢(shì)將墨水無(wú)法發(fā)出的純紅、純黃、純黑、白色、綠色等特殊顏色配合高清晰噴墨圖案呈現(xiàn)在磚面上，使得產(chǎn)品具有高清度的前提下顏色更加豐富多彩。

3 成品磚的生產(chǎn)工藝流程及控制

3.1 生產(chǎn)工藝流程(見(jiàn)圖7)

圖7 生產(chǎn)工藝流程圖[2]

3.2 生產(chǎn)工藝控制要求

生產(chǎn)工藝的控制優(yōu)劣，特別是燒成制度的穩(wěn)定性，會(huì)直接影響成品轉(zhuǎn)的質(zhì)量，而噴墨+膠輥復(fù)合工藝珍石仿古磚中的面釉和保護(hù)釉是在穩(wěn)定的燒成制度下多次實(shí)驗(yàn)后得出的較合理的配方，在匹配坯體的同時(shí)，也使成品磚形能滿足國(guó)標(biāo)要求。最后對(duì)燒成后的半成品磚進(jìn)行不拋或半拋或全拋工藝加工，產(chǎn)品效果逼真、層次豐富、紋理自然，極大的提升了產(chǎn)品品質(zhì)。經(jīng)抗折儀檢測(cè)，力學(xué)強(qiáng)度≥35 MPa，經(jīng)抗磨儀檢測(cè)，該仿古磚的耐磨度達(dá)到6級(jí)，各性能優(yōu)異均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4 新型噴墨+膠輥復(fù)合工藝珍石仿古磚與傳統(tǒng)全拋仿古磚的區(qū)別

從圖8、圖9可發(fā)現(xiàn)新型大理石仿古磚通過(guò)在噴墨機(jī)和輥筒機(jī)間加印特殊效果釉[3]，使得產(chǎn)品具有明顯的立體的視覺(jué)效果；通過(guò)輥筒的工藝，可以在產(chǎn)品的表面印刷各種多變的效果釉，更加體現(xiàn)自然的質(zhì)感以及觸感。

圖8 為一種常規(guī)噴墨仿古磚的截面圖

圖9 為新型大理石仿古磚拋光后的截面圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文初步介紹了新型噴墨+膠輥大理石復(fù)合工藝仿古磚的制備方法，后面我們會(huì)通過(guò)技術(shù)更新、新材料和新設(shè)備的使用等等，進(jìn)一步對(duì)坯體和釉料配方的研究和改進(jìn)，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、裝飾效果更上一層樓，能夠多層次展現(xiàn)產(chǎn)品貼近自然特性，為高端消費(fèi)者提供更優(yōu)的選擇。