陶瓷砖耐磨性能评价标准的现状分析

2022-06-06肖景红顾轩

佛山陶瓷 2022年5期

肖景红　顾轩

摘要：有效地检测和评价陶瓷地砖的耐磨性能是耐磨产品开发和应用的关键。本文比较分析了陶瓷砖耐磨性能的评价指标和测试方法，探讨了现有测试方法标准存在的问题。指出应不断完善耐磨性能评价方法标准，為陶瓷砖新产品的开发和应用提供合理的检测和评价依据。

关键词：陶瓷砖;磨损体积;表面耐磨;Taber法;磨耗

1 前言

耐磨性是陶瓷砖的重要性能。耐磨性能差，将导致产品在使用一段时间后出现变色掉色、光泽度变化、防污性能下降、防滑性能变化等问题，直接影响产品的装饰效果和使用寿命，因此，陶瓷砖的耐磨性能一直为行业和用户所关注。近年来，提高产品的耐磨性能，特别是表面耐磨性能成为新产品的研发重点，耐磨性能的评价方法也日益得到关注。

2 陶瓷砖耐磨性能评价方法

目前，国内外已经开发出多种耐磨性能的评价方法和测试设备。对于陶瓷砖，采用的方法主要有磨轮法、表面耐磨法、Taber法和落砂法等4种。此外，喷砂法、磨盘磨损法等方法在陶瓷及类似材料的耐磨性测试中得到应用。

2.1磨轮法

磨轮法的试验原理为：在规定条件和有磨料的情况下，通过摩擦钢轮在材料的正面旋转产生磨坑，由磨坑的长度确定试样的磨损体积，继而评价样品的耐磨性。磨损体积越大，意味着耐磨性越差。磨轮法是一种定量评价方法，适用于均质材料，在无机地面材料耐磨性能评价中得到广泛应用，无釉陶瓷砖、透水块材、天然石材、人造石材等类型的地面装饰材料均采用该方法进行产品的耐磨性能评价，基于磨轮法已经建立了一系列产品评价标准。

在陶瓷砖领域，1996年，ISO发布了基于磨轮法的国际标准ISO 10545-6：1995，2010年对该标准进行了修订，现行的国家标准GB/T 3810.6-2016《陶瓷砖试验方法第6部分：无釉砖耐磨深度的测定》[1]等同采用了ISO 10545-6：2010的技术要求。此外，GB/T 12988-2009《无机地面材料耐磨性能试验方法》[2]也采用了磨轮法原理。需要注意的是，虽然GB/T 3810.6-2016和GB/T 12988-2009都采用了磨轮法的原理，但是采用的磨料、正向压力等试验参数不同，结果不可以直接比较。

2.2 表面耐磨法

表面耐磨法是一种定性评价方法，适用于材料表面耐磨性能的评价。其原理为：通过在试样表面上放置研磨介质并旋转，对已磨损的试样与未磨损的试样观察比对，来评价耐磨性。观察到研磨痕的旋转转数越高，意味着表面耐磨性越好。1996年ISO发布了基于表面耐磨法的国际标准ISO 10545-7： 1996，现行的国家标准GB/T 3810.7-2016《陶瓷砖试验方法第7部分：有釉砖表面耐磨性的测定》[3]等同采用了ISO 10545-7： 1996的技术要求。目前表面耐磨法在有釉陶瓷砖耐磨性评价中得到应有，并已形成了评价要求。

GB/T 3810.7-2016中还给出了一种磨耗的定量测量方法。采用表面耐磨试验机，通过比较试样在经受一定转速磨损后的质量变化，确定试样的磨耗，磨耗越低，意味着产品的耐磨性越好。JG/T 463-2014《建筑装饰用人造石英石板》[4]采用了3000转磨耗进行产品的耐磨性评价，JC/T 872-2016《建筑装饰用微晶玻璃》[5]采用了JG/T 463中耐磨性试验方法并给出了技术要求。在陶瓷砖领域，6000转磨耗也开始用于陶瓷砖耐磨性评价，但尚未形成标准。

2.3 Taber法

Taber法应用广泛，涉及的领域包括陶瓷、石材、木地板、涂料、纺织品等多类产品。Taber法的原理为：使待测表面与研磨轮产生相对摩擦，通过一定转数后试样的耐磨指数/表面变化情况来评价耐磨性，耐磨指数越高，意味着耐磨性越好;表面变化越轻微，意味着耐磨性越好。在陶瓷砖领域，目前仅有美国建立了基于Taber法的无釉陶瓷砖测试方法标准ASTM C501[6]，在国内，相关的标准化工作还有待开展。

2.4落砂法

落砂法的原理为：用规定的磨料，通过试验器导管从一定的高度落下，冲刷试样表面，以一定量磨料冲刷后试样的磨损量或达到规定磨损所消耗的磨料体积来评价耐磨性，磨损量越小，或消耗的磨料体积越大，说明耐磨性越好。目前该方法是涂料耐磨性测试的标准方法，在陶瓷砖领域也得到了应用，国家标准GB/T 23458-2009《广场用陶瓷砖》[7]中耐磨性的测定即采用了该方法。

2.5 其它方法

喷砂法是精细陶瓷、耐火材料耐磨性测试采用的标准方法，JC/T 2345-2015《精细陶瓷常温耐磨性试验方法》[8]即采用了该方法。其原理为用压缩空气将特定的研磨介质通过喷砂管喷吹到规定倾斜角度的试样上，测量试样的磨损质量和体积密度，计算试样的耐磨性。天然石材耐磨性测试标准GB/T 9966.4-2020《天然石材试验方法第4部分：耐磨性的测定》[9]则采用了基于磨盘磨损法，其原理为：在试样和磨盘之间填充磨料，试样夹带动试样自转，同时磨盘自转，使试样产生磨损，一定转数后，通过测得的磨损质量和体积密度，计算的试样的耐磨度。耐磨度越高，说明耐磨性能越好。上述方法在陶瓷砖领域的中的应用还未见报道。

3 陶瓷砖（板）耐磨性能评价标准及问题探讨

3.1 标准现状

在我国，陶瓷砖（板）的耐磨性一直为行业所关注，表1列出了现有陶瓷砖（板）国家和行业标准对地面用产品耐磨性能的评价要求。可以看出，除了个别标准采用磨耗作为评价参数外，大部分标准的耐磨性能采用了以下评价方式：按无釉和有釉两大类型分别设定技术要求;对于无釉产品，采用磨损体积作为评价参数，测试方法标准采用基于磨轮法的GB/T 3810.7;对于有釉产品，采用可见研磨痕的研磨转数或耐磨等级作为评价参数，测试方法采用基于表面耐磨法的GB/T 3810.7。虽然不同产品标准的技术要求存在差异，但是采用的测试方法相同。与相应的国际标准相比，测试方法标准的主要技术内容未发生变化。

3.2 问题探讨

虽然我国已经制订了一系列的陶瓷砖（板）耐磨性能评价标准，并在地面用陶瓷砖耐磨性能评价中到了较好的应用，但在以下方面值得商榷。

1）表面耐磨性测试方法有待完善

近年来，各种新工艺、新材料的应用于陶瓷砖（板），有釉/无釉产品的界限也越来越模糊，有釉产品逐渐成为市场主流。产品的发展也给测试方法提出了新的课题，即如何对表面釉层的耐磨损能力进行定量评价。

现行的表面耐磨测试方法GB/T 3810.7存在的主要问题是：一是试验结果受样品颜色的影响，通常深色砖的耐磨性等级要低于浅色砖;二是采用目测观察，试验人员对颜色变化的敏感度可能对试验结果造成影响，使得结果存在人为因素干扰;三是无法对试验结果进行定量描述。因此该标准无法适应定量评价的需要。6000转磨耗近年来开始得到应用，苏华枝等[10]的研究结果认为有釉砖表面耐磨法用磨耗质量大小取代目视评价可得到更客观和精准的结果。相比于磨耗质量，磨损体积更能有效表征产品的耐磨性能。如果材料密度差异较大，即使是相同的磨耗质量，对应的磨损体积可能会有较大差异，因此，仅看磨耗质量可能会导致对耐磨性能的误判。

余有根[11]、陆倩映[12]等开展了基于Taber法的有釉砖耐磨性试验方法研究，结果显示采用Taber方法可很好的测试出均质样品的耐磨性能，但用于表面耐磨測试时也存在如下问题：一是对于有釉产品，如采用ASTM C501标准规定的转数通常会导致釉面磨穿，若将转数降低至釉面不磨穿，会导致测试结果的误差增大;二是耐磨指数的计算需要考虑磨损质量和釉层密度，由于瓷砖釉层和基体可能存在较大的密度差异，因此不能用产品的体积密度来代替釉层密度，而釉层密度的测量目前还缺少适当的方法。

用磨坑法进行表面耐磨性评价也存在一系列的问题：一是磨坑深度通常在0.3mm～0.5mm之间，由于陶瓷砖（板）新产品的釉层厚度普遍较薄，会发生釉层磨穿的现象;二是标准GB/T 3810.6在法向力、落料均匀度、磨坑长度的确定等测试细节上缺少明确规定，使得测试结果的一致性较差;三是不同类型产品的耐磨深度测试结果差别很小，显示方法的灵敏度不足，不能有效表征不同类型材料的耐磨性能差异。

综上所述，国内外现有的标准方法标准在定量评价陶瓷砖（板）表面耐磨性上均存在不足，因此，亟需开展相关研究工作，开发新的检测设备和评价方法，建立适合的评价方法。

2）陶瓷岩板耐磨性能评价方法有待建立

陶瓷岩板是近年来发展的陶瓷板新品类，在家居领域的应用得到迅猛发展。岩板在家居领域中的主要用途为台面，其使用环境与地面有很大的差异。目前，陶瓷岩板尚无相应的国家和行业标准，表2给出了部分团体标准对台面用岩板的耐磨性要求。可以看出，这些标准依然沿用了地面用产品的测试方法。考虑到台面在使用过程中主要是与清洁材料摩擦，使用条件不同于地面，因此继续沿用地面用产品的测试方法，不能很好的反映实际情况，需要基于使用环境，建立相关耐磨性测试方法和评价要求。

3.3 耐磨性能评价方法研究展望

现有的陶瓷砖耐磨性能测试方法标准，都属于实验室内的标准化测试，虽然可以对陶瓷砖（板）的耐磨性进行比较，但其与实际使用环境不完全符合，结果的实用性和直观性较差。可以尝试开发新的装备，模拟实际使用条件进行耐磨性评价，增强结果的有效性。如根据不同的使用要求，采用特定的摩擦材料与陶瓷砖表面进行往复式摩擦或旋转摩擦，以直观的表征出产品的磨损过程，避免现有表面耐磨性测试方法中颜色、人为因素的干扰。

陶瓷砖（板）的耐磨性能是多种因素影响的综合表现，磨损量是评价耐磨性的重要指标。磨损量可以用磨下材料的质量、体积或磨去的厚度来表示。磨损量测量方法包括称重法、测长法、表面轮廓法、压痕或切槽法等，因此，除了常用的磨耗测量和磨坑体积测量方法外，还可以尝试引入其它的磨损量测量方法，或通过测试材料表面磨损前后相关物理性能的变化，对表面层磨损程度进行评价。

从产品的应用领域上看，用于地面的产品，无论是有釉还是无釉，表面层的耐磨性是决定产品耐用性的关键因素，因此没有必要根据产品表面特点设定不同的要求。从产品的发展趋势看，超洁亮技术以及其它新材料的应用，使得原本认为是均质的无釉砖，实际上也属于多层材料，其耐磨性取决于表面层的特性。因此，有必要建立有釉/无釉统一的表面耐磨性试验方法，以适应产品研发、评价和应用推广的需要。

4 结语

陶瓷砖（板）产品的发展对表面层耐磨损性能的评价提出了新的要求。目前国内外陶瓷砖（板）耐磨性能评价方法主要有磨轮法、表面耐磨法和Taber法。这些方法在定量评价陶瓷砖表面耐磨性上均存在不足，因此，需要继续研究开发表面耐磨性定量检测方法，以科学评价陶瓷砖（板）表面耐磨损性能。

我国已经制订了陶瓷砖（板）耐磨性能评价标准，对提升产品的耐用性起到了重要的作用，但是现有标准还存在技术水平有待提升、在台面板应用领域缺乏相关要求等问题，在今后的标准制修订工作中，有必要进一步开展试验方法研究，建立有釉无釉统一的耐磨性评价方法标准，为拓展陶瓷砖（板）的应用以及产品的质量提升提供技术依据。

参考文献

[1] GB/T 3810.6-2016《陶瓷砖试验方法第6部分：无釉砖耐磨深度的测定》[s].

[2] GB/T 12988-2009《无机地面材料耐磨性能试验方法》[s].

[3] GB/T 3810.7-2016《陶瓷砖试验方法第7部分：有釉砖表面耐磨性的测定》[s].

[4] JG/T 463-2014《建筑装饰用人造石英石板》[s].

[5] JC/T 872-2016《建筑装饰用微晶玻璃》[s].

[6] ASTM C501-21 Standard Test Method for Relative Resistance to Wear of Unglazed Ceramic Tile by the Taber Abraser[s].

[7] GB/T 23458-2009《广场用陶瓷砖》[s].

[8] JC/T 2345-2015《精细陶瓷常温耐磨性试验方法》[s].

[9] GB/T 9966.4-2020《天然石材试验方法第4部分：耐磨性的测定》[s].

[10] 苏华枝，余有根等.无釉砖和有釉砖耐磨性标准的统一化探析.硅酸盐通报[J]， 2021， 40（02）： 616-621.

[11] 余有根.陶瓷釉面耐磨性能的影响因素及其机理研究[D].广州：华南理工大学，2020.