通体大理石瓷砖的制备研究

潘婷 陈贤伟 邱军 罗凤钻

摘 要：本文阐述了一种通体大理石瓷砖的制备研究，通过控制四个条件：一是根据设计图案估算粉料的排布，满足设计要求；二是使用热膨胀系数和熔融温度相近的粉料；三是通过预设程序控制粉料的下落量和下落比例，设置一定的过渡，减少应力产生；四是调节窑炉烧成温度和气氛，减少坯体内部应力和对金属离子发色的影响。实现了大理石瓷砖的稳定生产，使产品优等品率达到90%以上，减少了固体废弃物的产生，带动了大理石瓷砖生产效率的提升以及行业技术的进步。

关键词：程序控制；调节窑炉；粉料排布

1 前言

天然大理石以其自然古朴的纹理和鲜艳亮丽的色泽，被广泛应用于建筑墙地面铺贴，是一种高档美观的装饰材料。但是作为大自然的产物，不可避免存在各种缺陷，如：辐射性强、色差大、瑕疵多、易渗污、难打理、价格昂贵、供货周期长以及不可再生等问题。为了解决这些问题，具有天然大理石逼真装饰效果和瓷砖优越性能的大理石瓷磚应运而生。大理石瓷砖是继瓷片、抛光砖、仿古砖、微晶石瓷砖之后的又一瓷砖新品类，具有天然大理石的纹理、色彩、质感、手感以及视觉效果完全达到天然大理石的逼真效果，装饰效果甚至优于天然大理石材，同时摒弃了天然大理石的各种天然缺陷，在吸水率、平整度、抗折强度等使用性能方面表现卓越不凡，赢得了广大消费者的青睐，发展成为瓷砖领域的主流产品之一。

广阔的市场前景，催生了一阵“大理石”风，众多企业纷纷加入到大理石瓷砖的生产和销售领域。根据对多个市场终端调查，目前每个陶瓷店面或多或少都有大理石纹理的瓷砖产品，但是不同产品之间在产品品质、图案逼真度、平整度以及产品表面纹理等方面都相差较大。行业内很多企业的产品，能达到逼真效果的还不多，特别是近距离对比，层次感存在一定的缺陷。原因在于大理石瓷砖的生产是系统性工作，每个部分都是相关联的，从花色设计、坯体配方、原料加工、印花、干燥路线控制各个环节都有讲究，而各企业研发投入和设备投入不足，故存在较大的产品差异。因此，要想研发出仿石效果逼真、性能优越的通体大理石瓷砖，需要对各个环节进行反复研究和调试才能达到比较满意的效果。

2 主要研究内容

本研究涉及到通体大理石瓷砖生产工艺，包括产品设计、原料选择、配方研制、布料技术、烧成工艺控制以及一系列的工艺参数等多项内容。

2.1产品设计

根据市场需求，结合天然大理石材纹理图案，对产品坯体配方、表面图案、颜色分布、性能结构、应用效果等方面进行系统的设计，使其充分体现通体大理石瓷砖的纹理效果。

2.2坯釉配方的研究

根据产品设计和花色需要，进行坯体配方、超细熔块配方的研究。

项目根据预先设计的产品图案及颜色，通过不断试验和调整确定坯体、熔块配方如下表1、表2和表3所示，其中超细透明熔块为高钙质熔块，其中的镁和钡可以使其具有更好弹性和耐磨性能，而且此配比的熔块在陶瓷砖烧结温度下1150 ～ 1250℃下具有较高的粘性，因此不会铺展至整个砖面，能够保持原有的纹理。

2.3布料技术研究，实现通体纹理

多管布料技术是实现瓷砖通体纹理的核心步骤。主要研究不同粉料通过粉料下落管的排布顺序、辊筒类型、辊筒运行时间、辊筒转速等参数对大理石瓷砖坯体纹理以及产品性能的影响，通过对这些参数进行调整，确保坯体纹理与表面纹理的一致，还原天然石材的内部纹理。本项目研究在传统坯体生产过程中引入多管布料系统（见图1所示），该系统包括粉料下落管、粉料斗、下料辊筒、皮带、混合粉料斗和格栅。通过对多管布料设备进行调整和改进，使其可以同时布施4种或4种以上的粉料，实现通体坯体的生产。其生产效率并不低于现有普通单一粉料无纹理釉面砖生产效率。

本研究将多管布料技术与普通微粉抛光砖二次布料技术相比较，效果如表4所示，其布料速度更快，可达到4 ～ 6片/分，坯体纹理能够达到全通体的效果，由于坯体是一次成型，转产耗时更短，夹层几率低，而且可以同时布4 ～ 6种的粉料，生产效率比普通微粉抛光砖更高。

本研究通体坯体的制备首先要根据大理石瓷砖表面的图案和颜色安排粉料下落管的数量，并调整不同颜色粉料的下落比例和下落量，坯体粉料的工艺指标见表5所示，粉料制备工艺如图2所示。

生产时，粉料从粉料下落管落到粉料斗，粉料斗下设置有下料辊筒，预设程序根据产品图案控制下料辊筒转速和运行时间从而控制下料量。粉料从下料辊筒落到转动皮带上，在这个过程中下料辊筒转动的同时，下方的转动皮带也同时转动，粉料经过转动皮带落到混合粉料斗中（假设离压机从近到远分别为A、B、C、D粉料，那么在转动皮带上的粉料从上到下叠在一起的的顺序ABCD）。因为转动皮带和混合粉料斗之间有一定的高度差，所以在混合粉料斗中多种粉料有一定程度上的混合，粉料再经过混合粉料斗下的格栅把不同颜色的粉料推到压机模框里进行压制成型。不同纹理的格珊在拖动粉料的过程中最终会形成和格珊相应的纹理，所以格珊的纹理和最后通体坯的纹理有很大关系。根据不同格珊的纹理我们把格珊分为木纹格珊和乱纹格珊，格栅示意图如下图3、图4所示。

2.4烧成工艺控制

在通体大理石瓷砖的生产过程中，坯体中包含的色料越多，生产难度越大。因为坯体中的色料与坯料分属于不同的物质，一定程度上会影响到坯体的强度，使其在后工序中出现裂砖现象。另外，由于色料是靠其中的有色金属离子发色，而一些金属离子对窑炉的温度、气氛相当敏感，且不同的金属离子的亲和气氛也不一样，因此最终通体的呈现效果也受窑炉烧成制度的限制。本项目需要对窑炉气氛、烧成温度和时间等参数进行调整，使色料、坯料、面釉同步进行一系列反应，砖体的热稳定性提高，避免产品缺陷的产生。

项目采用一次烧成工艺，烧成周期60 ～ 75 min，通过研究烧成温度和烧成气氛对产品质量和呈色性能的影响，得到烧成曲线如图5所示。

3 结论

多管布料技术是实现瓷砖通体纹理的核心步骤，也是本项目研究的难点。由于坯体中色料与坯体原料组成不同，烧成过程中因成分差异，容易引起砖体缺陷。本研究制备通体坯体主要通过控制以下四个条件，减少砖体缺陷的产生：一是根据设计图案估算粉料的排布，满足设计要求；二是使用热膨胀系数和熔融温度相近的粉料；三是通过预设程序控制粉料的下落量和下落比例， 设置一定的过渡，减少应力产生；四是调节窑炉烧成温度和气氛，减少坯体内部应力和对金属离子发色的影响。通过对上述四个条件的控制，实现了大理石瓷砖的稳定生产，优等品率达到90%以上，减少了固体废弃物的产生，带动了大理石瓷砖生产效率的提升以及行业技术的进步。