坯体粉料性能对坯体干法混色技术的影响
王瑞峰 陈志川 王永强 陈伟胤
摘 要：坯体干法混色技术是一种先进的陶瓷坯体混色技术，在通体纹理的坯体生产中优势明显。但此工艺技术对坯体粉料参数要求严格，实验通过研究坯体粉料的含水率、颗粒级配、容重3个主要生产参数，为坯体干法混色技术的稳定生产提供支撑。
关键词：干法混色；含水率；颗粒级配；容重
1 引言
目前国内市场最畅销的地砖品类是抛釉砖，此类型产品多为仿造石材效果，表面纹理细腻且变化丰富，表面光泽度根据市场需求变化。抛釉砖表面效果可以与天然石材相比，但是坯体是纯色坯，没有任何纹理，与天然石材的通体纹理效果相去甚远。随着国内消费者对陶瓷地砖的装饰效果要求越来越高，陶瓷企业推出了坯体有纹理及颜色变化的通体产品，受到消费者追捧。
坯体着色有湿法混色和干法混色两种工艺技术。湿法混色工艺成熟，国内外绝大部分陶瓷厂都使用此工艺制作坯体粉料。基本工艺是对色→投浆（色料在此工序加入）→喷粉→存储→压制[1]。优点是颜色均匀，同一颜色的浆料在浆池中混合均匀后再经喷雾塔喷成粉料，粉料间颜色偏差极小。干法混色工艺是近十年才发展的新型坯体粉料制备工艺，多在意大利、西班牙陶瓷发达国家使用，在国内几乎没有厂家应用。基本工艺是投浆→喷粉→存储→对色→干法混色（色料在此工序加入）→压制[2，3，4]。主要优点如下：一是原料车间只需要喷雾一种坯体粉料，避免重复加工的繁琐，同时可以节省大量存储坯体粉料的设备；二是粉料输送系统简单，只需要一套传送装置，且转产时无需更换粉料；三是生产无剩余粉料。
干法混色工艺更适合多款通体坯体产品的快速转产，工艺流程简单，符合自动化的生产趋势。该工艺不需要改变原料工序的设备和生产线的粉料输送系统，只是在料车前增加一套干法混色系统，生产难度相比湿法混色工艺大幅降低。坯体混色技术作为坯体调色的基础技术，从湿法混色发展到干法混色是一个巨大的进步，能大幅节约能源和人力资源，提高生产线转产的效率。
与传统工艺相比，干法混色技术将坯体粉料与坯用色料直接混合后压制成型，坯体粉料中混合的色料对粉料的压制性能有所影响，因此对粉料的要求更高。在生产过程中，主要通过控制粉料的含水率、颗粒级配和容重来保证生产稳定[5，6，7]，自动干法混色系统对坯体粉料的要求也从以上3点控制。
2 实验内容
2.1 样品制备
将坯用色料与坯体粉料按质量比2：100的比例配比，使用移动式搅拌机干法混合，搅拌频率35转/分，搅拌时间25 min。混合均匀的粉料在生产压机中压制，所用模具边长890 mm，在42000 KN的压力下成型，烘干后在生产窑炉中烧成，烧成温度1178℃，烧成时间62 min。
2.2 样品表征方法
观察坯体压制过程中的难易程度和脱模情况，压制的砖坯是否存在夹层和色斑，烧成后坯体的倒边效果。
2.3 实验原料和仪器
实验坯体粉料、坯用色料使用公司生产坯体原料。主要原料成分见表1，实验仪器见表2。
3 结果与讨论
3.1 粉料含水率的影响
坯体粉料含水率对坯体压制成型有很大的影响，含水率过低则难以压制成型；含水率过高则难以脱模，粉料易团聚造成夹层，且与色料的干混过程中容易使色料团聚造成坯体严重色斑和鼓包，生产缺陷大幅增加。传统生产流程中，公司的坯体粉料含水率控制在6.5～7.0%。而干法混色技术中坯用色料含水率小，会降低混合后坯体粉料的含水率；并且当坯体粉料与色料混合不均匀时，容易产生色斑、夹层等缺陷。因此需要通过实验确认合适的坯体粉料含水率。
实验将大生产坯体粉料通过干燥、喷水的方式得到不同含水率的坯体粉料，实验中使用5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%共6种含水率的坯体粉料，每种粉料压制20片，观察坯体压制过程中的成型难度、脱模、夹层状况及烧成后产品色斑状况，实验结果见表3。
从表3可知，粉料的含水率对压制工序影响很大，粉料含水率7%时坯体的压制效果最好。含水率过低时坯体难以压制成型，且脱模的时候边部粉料容易脱落；含水率过高时压制困难，粉料容易粘模，且压制过程中容易出现夹层和色斑。结合生产控制考虑，坯体粉料的含水率控制在6.8～7.2%为宜。此外，坯体粉料含水率不均匀也會造成压制时坯体分层。
在生产时可以通过以下方法来降低粉料含水率的波动，减少生产缺陷：多个粉料仓同时配送粉料，使粉料的水分均化；定期抽查各料仓和正在使用粉料的水分；保证粉料储料仓的密闭性；严格控制喷雾塔工序的各个工艺参数。
3.2 颗粒级配的影响
颗粒级配一直是生产控制中的一个重要环节。采用颗粒级配的原料粉末是将不同粒径的粉料按照一定比例混合，较小颗粒填充于较大颗粒之间，达到紧密堆积的效果。在坯体粉料中存在不同的粒径时，整个体系表面活性点增多，改善了粉料的总体均匀程度，使粉末之间结合更加紧密。因自动干法混色系统的粉料与色料有一个搅拌过程，会破坏部分坯体粉料颗粒，使压制工序的粉料粒径整体比喷雾存储的粉料粒径偏小，需要通过实验确定合适的坯体粉料粒径分布。
实验将大生产坯体粉料通过筛分的方式得到不同颗粒级配的坯体粉料，每种粉料压制20片。观察坯体压制过程中的成型状况和烧成后倒边的效果，实验结果见表4。
从表4可知，颗粒级配对压制工序难度和产品倒边效果的细腻程度有较大影响，方案2整体效果最好。颗粒级配过大会影响产品倒边后的效果，颗粒感很强，细腻程度不够，使产品的卖点大幅下降，影响销售；同时粉料容易从料车边缘漏出，增加压机工序的粉料清理工作。颗粒级配过小在压制过程中容易出现分层，严重时甚至难以压制成型。结合生产控制考虑，在能保证生产的情况下颗粒级配尽量放大，坯体粉料颗粒级配的最佳控制范围如下：20目上≤3%，60%≤40目筛上≤70%，80目筛上≥94%，80目筛下≤6%。
3.3 粉料容重的影響
目前墙地砖生产所用的坯体粉料采用喷雾造粒的方式获得，此种方式形成的粉料是一种空心球状的假颗粒。自动干法混色技术中坯体粉料与坯用色料需要通过搅拌机混合均匀，且搅拌速度相对较快，会将一部分假颗粒破碎成更细的粉料，若坯体压制时的细粉含量过多容易产生分层，难以压制成型。而坯体粉料的容重在可以间接反映粉料的空心程度，容重越低则空心程度越大，干法混色和压制工序越难控制。
实验通过调整喷雾干燥塔的喷枪压力、雾化程度和泥浆的含水率得到不同容重的坯体粉料，每种粉料压制20片，观察坯体压制过程中的成型状况，实验结果见表5。
从表5可知，容重会影响坯体压制工序，坯体粉料容重在0.93 N/m3时整体效果最好。过低的粉料容重会使砖坯夹层明显增多，大幅降低生产产品的优等率；粉料容重过高时，需要大幅提升喷雾造粒时的喷枪压力，同时大幅降低喷雾造粒前的泥浆含水率，这将给生产带来极大的压力，喷雾造粒前泥浆的运输、存储难度明显提升。因此，在保证压制工序无明显夹层的前提下，尽量减少其它工序的变化，粉料容重控制在0.92 ～ 0.95 N/m3。
4 结论
1） 坯体粉料的含水率对坯体压制成型影响极大，含水率小难以压制成型，含水率大容易形成夹层。坯体粉料的含水率控制在6.8 ～ 7.2%为宜。
2）坯体粉料的颗粒级配主要影响坯体纹理的细腻程度，颗粒越细坯体纹理越细腻，但颗粒级配过细压制成型时容易分层。较佳的坯体粉料颗粒级配是20目上≤3%，60%≤40目筛上≤70%，80目筛上≥94%，80目筛下≤6%。
3） 坯体粉料的容重会影响坯体压制过程，容重越小越容易形成夹层，但是过大的容重又会增加生产难度。粉料容重控制在0.92 ～ 0.95 N/m3便于稳定生产。
参考文献
[1] 马铁成.陶瓷工艺学[M].武汉，中国轻工业出版社：2011.
[2] 甘臣雄.干法施釉工艺初探[J].陶瓷，1992，98（2）：45～56.
[3] 蔡祖光.陶瓷墙地砖的干法制粉生产技术[J].陶瓷，2003，165（7）：30～35.
[4] 陶晓文. 新型干法短流程生产陶瓷砖压形粉料的工艺技术[J]. 陶瓷， 2012（2）：46-48.
[5] 蔡祖光.墙地砖压制成型用陶瓷粉料的工艺性能[J].陶瓷，2010，4：41～44.
[6] 刘勇，童申勇，张祥.粉料对压制成型的影响[J].先到陶瓷技术，2003，4：35～38.
[7] 鲍小谷.干压成型工艺探讨[J].江苏陶瓷，1998，31（2）：12～14.
