浅谈岩板成型密度及其影响因素

霍建荣,胡讯,田国权,辛雷,叶祥

摘 要：本文分析对比了建筑陶瓷行业两种典型的岩板成型方式的特点，着重探讨了影响岩板坯体成型均匀性的因素及对岩板生产、装饰性和加工性能造成的影响。介绍了配方粉料的容重、流动性及坯体密度取样、检测方法，对岩板研发及生产具有一定的参考意义。

关键词：岩板;成型;密度

1 前 言

近年来，大规格岩板的生产和销售都呈现了快速发展的趋势，岩板的规格及厚度不受限制、应用场合多样，为用户的装修使用提供了广泛的空间。而这种装饰的灵活性，来源于岩板产品优异的后期加工性能和表面装饰图案的连续性。从岩板研发和生产的角度而言，坯体配方成型和烧成决定了岩板的性能，而成型的均匀性（即坯体密度分布）是至关重要的一环。

2 研究内容

2.1 岩板的成型方式

目前，岩板的成型方式主要分为有模干压成型和无模具的连续式滚压成型。前者是将粉料填充于下模框内，上模下行与下模框形成一个封闭式的空间，施加一定的压力，使粉料颗粒排气的同时聚集压制成具有一定强度的坯体，如图1（a）。而滚压成型则是将粉料按一定厚度和宽度，预先铺在一条钢带上，钢带运动将粉料传输，当通过压机的上下滚筒时，在两个圆柱体滚筒的切线点，粉料受到瞬间挤压力成型。钢带的连续运动使堆集的粉料在后端形成连续的致密坯体平面，如图1（b）。两种成型方式的示意图如图1所示：

2.2 坯体成型不均造成的缺陷

对于岩板而言，无论是采用何种成型方式生产，对坯体成型均匀性要求都是非常高的，尤其是大规格岩板产品。具体表现在坯体成型后各处密度的分布，如果分布不均，则会在高温烧成时，导致各处收缩不一致产生非均匀应力，产品烧成后，就会出现形状上的尺寸偏差、变形、开裂等缺陷。

2.2.1“窄腰”、“宽腰”、“大小头”

从图2可以看出，当aa’相连位置的布料密度小于bb’时，就会出现aa’连线的收缩大于bb’连线的收缩，形成出窑产品的尺寸偏差。

2.2.2“开裂”

坯体在烧成时会根据成型密度的分布产生收缩，密度大的区域收缩小。因此当坯体密度分布不均匀时就不可避免地产生应力，当该应力大于坯体承受力时，坯体会出现扭曲，严重的就产生开裂。

2.2.3“连纹错位”

岩板的规格较大，为了产生更连续的铺贴装饰效果，一般会采用连纹的图案设计。但是，如果烧成后坯体尺寸偏差大，经过磨边后，往往会出现装饰图案错位的现象，从而影响装饰效果。

2.3 有模干压成型方式布料均匀性控制

目前，传统压机均采用这种成型方式，即在格栅装置内装填一定粉料，通过格栅的水平位移（前后移动）将粉料布入下模框。这种布料方式的优点是操作方便，布料速度快、效率高。缺点是布料后坯体各点的密度难以控制，特别是大规格产品成型时，容易出现坯体密度不均。有模干压成型方式的液压缸压力传导是基于帕斯卡定律，当压制大而厚的产品时，可采用加大压力的操作方式来减小产品规格变化对生坯密度的影响。

2.3.1坯体前后位置的布料均匀性

坯体粉料的流动性较好，为了将粉料均匀地送入下模框，需要设计一个格栅作为布料的载体。格栅的尺寸均要大于下模框的内尺寸10～15cm。为了尽量保证格栅上各点的布料均匀，需将格栅细分为若干个相对独立的小区间（俗称：格子）。当格栅向前运动时，格栅内的粉料填充于模具内;当格栅向后运动时，格栅将多余的粉料收回。回收格栅时，多余粉料会相对均匀地分散在各个格栅的格子内，尽量避免局部位置布料过多而影响到模框内粉料在各区域的均匀性。

2.3.2格栅格子的设计

如果采用与格栅边框平行的方格，如图4（a）所示。虽然也能起到均匀分散粉料的作用，但存在以下缺点：格栅在前后运动时，方格内的粉料与格栅边框呈平行状态，粉料在布料时的运动路线如图4（a）中格子放大图所示。布料后，模具內的粉料粒子容易呈平行状分布，烧成后，坯体横向和纵向的收缩率会产生差异，坯体呈现“波纹”。如果这种“波纹”与窑炉“棍棒印”重叠，则会“放大”波纹的存在，引起坯体边缘下垂。如果沿着“波纹”方向水平切割，出现切割开裂的概率比较大。

如果采用与格栅边框呈45度的棱形方格，如图4（b）所示。单个方格呈棱形，棱形边15～20mm为宜。主要优点：（1）格栅在前后运动时，方格内的粉料呈紊流状态，粉料运动路线如图4（b）中格子放大图所示，这种结构有利于粉料均匀地填充到下模框的各个点，减小各点密度差异，从而减小坯体烧成后横向和纵向的收缩差异;（2）格栅内的所有棱形方格，均采用三角形的方式紧密排列，可以利用三角形的稳定性特点，防止格栅变形而影响布料效果。

2.3.3格栅运动速度的调节

调整格栅运动时各段的速度，可以调整坯体左右两边的布料密度，控制“窄腰”、“大小头”等的产生。

2.4连续式滚压成型方式布料均匀性控制

连续式滚压成型是按预定的布料宽度，根据粉料的压缩比，通过调节料车闸板，确定布料厚度;其长度则根据需要在连续成型后进行切割截取，其切线上的各点密度可代表整件产品密度。该种布料的先进性在于：在压制的切线方向上，分成的若干个检测点，可以通过X射线在线探测，确定各点密度，再通过数据传输，实时调节各点对应位置的布料高度，减小坯体各点密度的差异。

当滚压成型在生产某种厚度的产品时，其产生压力的上下滚筒的距离是一定的，当坯体的某点位置厚度与其它点的厚度不同时，也表明该点的密度与其它点不同，需要及时调整该点的布料高度。

连续式滚压成型生产不同厚度的产品时，其坯体密度也是有一定差异的。表2为某岩板配方不同厚度产品的生坯密度和产品的部分数据。

当同一种产品的生坯厚度，如果成型后坯体的密度不同，在相同吸水率的情况下，其烧成的收缩也是不同的。以某种厚度产品为例，相关试验数据如下表3所示。

2.5 生坯密度的取样和检测

2.5.1有模干压成型坯体的取样

由上述分析可知，该种布料方式是格栅往返布料，坯体的各点密度受粉料性能、格栅结构、格栅运动速度等影响。应从纵横方向截取多个点来进行生坯密度检测。以900mm×1800mm×12mm规格产品为例，可考虑前、中、后，左、中、右，取18个点进行检测，如圖5（a）所示。

2.5.2连续式滚压成型坯体的取样

因该种坯体是上下滚筒的切线点受压成型，在取样检测密度时，可以沿切线点的断面取样检测。以1600mm×3200mm×12mm规格产品为例，可考虑在1600mm的边，取10～12点进行检测，图5（b）所示。

2.5.3生坯密度的检测

利用阿基米德原理，采用浸没法进行生坯密度的检测。考虑到生坯遇水容易塌陷，影响检测结果。需采用一些渗透性差的液体作为浸没介质（如：水银、硅油等）。因水银存在一定毒性，生产上一般采用硅油作为浸没液体。

生坯密度计算公式：

ρ坯= ■×ρ液

ρ坯：坯体密度

m1：样品在空气中的质量

m2：样品在液体中的质量

ρ液：介质液体的密度

2.6影响生坯密度的其它因素

2.6.1除了布料和成型方式外，粉料的容重也是影响生坯密度的重要因素。

影响粉料容重的主要因素：

（1）造粒方式，采用喷雾造粒的粉料，因水分蒸发，单个粉料粒子近似球体状，粒子内部呈空心状态如图6（a）。采用机械破碎造粒的粉料，单个粒子呈不规则状，粒子内部呈实心状如图6（b）。喷雾造粒的粉料容重一般小于机械破碎造粒的粉料。根据生产经验，当粉料水分在7%～7.5%时，喷雾造粒的粉料容重一般在0.87～0.93g/cm3，机械破碎造粒粉料的容重一般在0.96～1.02 g/cm3。

（2）浆料水分，在满足浆料流动性的前提下，可考虑尽量减少浆料的水分，不仅可以节约喷雾塔的能耗，还可以在造粒时，减少单个粒子内部空心的体积，即：减少粉料气孔率，提升粉料容重。

（3）颗粒级配，粉料堆积时，粒子之间存在间隙，间隙大，容重低。根据生产经验，如果粉料中，细颗粒较多，则容重会偏低;如果粉料中，粗颗粒较多，则容重会偏高。在生产过程中，一般调节40目以上和100目以下的粒子，可在一定范围内调节粉料容重。

（4）粉料水分，不同的压机成型方式，对粉料的水分要求是不同的，当粉料水分大时，粉料容重会偏大，反之，则容重偏小。

（5）粉料配方的结构，如果配方中采用密度较大的原料较多，所制得的粉料一般会容重较大。

2.6.2粉料的流动性

（1）流动性好的粉料，成型后坯体各点的密度差异较小;流动性差的粉料，成型后坯体各点的密度差异偏大。

（2）喷雾造粒的粉料，单个粒子接近球形，流动性好;机械破碎造粒的粉料，单个粒子形状不规则，流动性欠佳。

3结语

岩板作为一种新型的建材产品，生产过程中的细节控制尤为重要。坯体密度作为其中一个关键控制点，不仅会影响到产品的表面质量，也会对产品的加工性能有着重要的影响，需要在研发和生产中作为重点研究。

参考文献

[1] 《建筑陶瓷工艺》讲义     马光华   景德镇陶瓷大学

[2] 《现代建筑卫生陶瓷工程师手册》    中国建材工业出版社