2005年，廣東蒙娜麗莎新型材料集團(tuán)有限公司(原廣東蒙娜麗莎陶瓷有限公司)與廣東科達(dá)機(jī)電股份有限公司合作研發(fā)陶瓷薄板，到2007年正式推出中國第一片陶瓷薄板，陶瓷薄板在我國的發(fā)展，只有近8年的時(shí)間，但有關(guān)技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先國際。當(dāng)前涉及陶瓷薄板生產(chǎn)的企業(yè)也并不多，大多數(shù)陶瓷行業(yè)人士對陶瓷薄板生產(chǎn)的工藝技術(shù)及裝備了解有限。
為此，本期《陶城大講堂》“薄板專場”，將從陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝、技術(shù)難點(diǎn)、裝備配套、技術(shù)參數(shù)等方面來闡述陶瓷薄板的生產(chǎn)過程，以期讓更多行業(yè)人士對陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝技術(shù)有更為深入的了解與認(rèn)識。
歐洲技術(shù)封鎖，中國自力更生
由于歐洲國家對中國實(shí)行陶瓷薄板技術(shù)封鎖，為此，國家啟動陶瓷薄板研發(fā)項(xiàng)目，由蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電合作，自主創(chuàng)新，最終研發(fā)出陶瓷薄板的生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)中國陶瓷薄板零的突破。
歷經(jīng)坎坷，實(shí)現(xiàn)零的突破
2007年，蒙娜麗莎正式推出中國第一片陶瓷薄板，實(shí)現(xiàn)了中國陶瓷薄板從無到有的突破。陶瓷薄板的誕生讓人欣喜，但是，回首中國第一塊陶瓷薄板的誕生過程，因其工藝技術(shù)完全依靠中國人自主研發(fā)，期間經(jīng)歷了諸多坎坷。
在“十五”期間，佛山市提出資源節(jié)約、技術(shù)創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型提升等相關(guān)政策，鼓勵陶企向資源節(jié)約型和環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變，而陶瓷薄型化正是國家及佛山市政府大力推動的項(xiàng)目。蒙娜麗莎通過華南理工大學(xué)教授陳帆了解到陶瓷薄板的相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)之后，于2005年10月組建了以蒙娜麗莎集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)副總裁劉一軍、總工程師潘利敏、生產(chǎn)技術(shù)副總經(jīng)理張松竹等為主要人員的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，整個(gè)團(tuán)隊(duì)共30余人，并由陳帆進(jìn)行指導(dǎo)，正式啟動大規(guī)格建筑陶瓷薄板項(xiàng)目。
值得一提的是，由于歐洲陶瓷強(qiáng)國對華封鎖了陶瓷薄板的生產(chǎn)技術(shù)，因此陶瓷薄板的研發(fā)，沒有任何可借鑒的工藝技術(shù)，其工藝技術(shù)完全依靠蒙娜麗莎的人員自主研究。
由于科達(dá)機(jī)電當(dāng)時(shí)已經(jīng)有陶瓷薄板生產(chǎn)研發(fā)的相關(guān)設(shè)備，所以，蒙娜麗莎將自主研發(fā)的陶瓷薄板原料配方送至科達(dá)機(jī)電進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果顯示效果很好，然后，蒙娜麗莎再重新調(diào)整配方，繼續(xù)優(yōu)化。
也正是由于試驗(yàn)的效果良好，讓蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電之后的合作順理成章。在確立合作關(guān)系以后，蒙娜麗莎的相關(guān)技術(shù)人員與生產(chǎn)人員進(jìn)駐科達(dá)機(jī)電，并由科達(dá)機(jī)電提供食宿，蒙娜麗莎接管了科達(dá)機(jī)電從壓機(jī)到窯爐的整個(gè)生產(chǎn)線，為陶瓷薄板的研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)，并最終生產(chǎn)出第一片陶瓷薄板，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
解決“凸起的小包”頗費(fèi)周折
雖然歐洲陶瓷強(qiáng)國對中國實(shí)行陶瓷薄板技術(shù)裝備的封鎖，但是，經(jīng)過蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電的聯(lián)合研發(fā)，依靠自我研究工藝技術(shù)和現(xiàn)有裝備力量，從試驗(yàn)到投入生產(chǎn)，僅僅用了一年多時(shí)間。其中，陳帆從各種渠道搜集陶瓷薄板相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)到第一次在科達(dá)機(jī)電進(jìn)行試驗(yàn)，總共耗時(shí)兩個(gè)月;從第一次試驗(yàn)到第二次改進(jìn)，總共耗時(shí)三個(gè)月;從確定配方到投入生產(chǎn)，總共耗時(shí)八個(gè)月。并且，由蒙娜麗莎自主研發(fā)的干法生產(chǎn)工藝與歐洲的干法工藝有著極大的差別，相比不但壓制效率更高，而且產(chǎn)生的邊角余料更少，產(chǎn)品性能更好。
事實(shí)上，盡管蒙娜麗莎研發(fā)團(tuán)隊(duì)在這么短的時(shí)間自主研發(fā)出陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝技術(shù)，但是這個(gè)過程卻歷經(jīng)了諸多艱辛。據(jù)劉一軍介紹，當(dāng)時(shí)在生產(chǎn)過程中碰到最多的問題就是產(chǎn)品表面出現(xiàn)“凸起的小包”。
之所以出現(xiàn)這樣的問題，那是因?yàn)榇u坯很薄，如果棍棒表面存在顆粒雜質(zhì)，在生產(chǎn)過程中會存在污染，燒制過程中產(chǎn)品表面會出現(xiàn)部分凸起。為此，蒙娜麗莎研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過優(yōu)化原料配方，并精選原料，以此來提高生坯壓制的強(qiáng)度，提高燒結(jié)后的整體強(qiáng)度，從而克服這一問題。
在成形方面，由于產(chǎn)品超大、超薄，在脫模方面存在很大困難。為此，蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電的研發(fā)人員一起尋找解決的方案，通過配電遷移的模式、配電循環(huán)的方式和余料回收系統(tǒng)等，來解決壓制、脫模、電子循環(huán)、余料回收等系列問題。特別是在配電方面，選擇了很多材料，最終找出適合薄板壓制的電阻，實(shí)現(xiàn)了批量化穩(wěn)定生產(chǎn)。
全球首創(chuàng)拋光陶瓷薄板
除了解決生產(chǎn)頑疾，還要解決裝飾印花和相關(guān)工藝等問題。最初的陶瓷薄板表面為純色，屬于通體純色板，沒有任何裝飾花紋，只是粉料達(dá)到強(qiáng)度和團(tuán)結(jié)性能的坯料，經(jīng)過燒制出來的產(chǎn)品而已。
劉一軍介紹，當(dāng)時(shí)認(rèn)為要對這么印花或者拋光，覺得簡直是天方夜譚，難以實(shí)現(xiàn)。后來蒙娜麗莎研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了無數(shù)次研發(fā)，耗時(shí)近一年時(shí)間，終于解決了裝飾印花的難題，產(chǎn)品表面從純色發(fā)展到五顏六色，這大大提升了陶瓷薄板的裝飾性能。
同時(shí)，為了迎合中國消費(fèi)者對于亮光產(chǎn)品的喜好，蒙娜麗莎研發(fā)團(tuán)隊(duì)又花了三年時(shí)間，終于攻克了拋光工藝難題，先于歐洲企業(yè)生產(chǎn)出拋光面的陶瓷薄板，并成功將施釉、半拋光、微粉布料等傳統(tǒng)陶瓷的工藝都用在陶瓷薄板上面，讓陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝技術(shù)更加豐富。
在去年的意大利博洛尼亞陶瓷衛(wèi)浴展中，有意大利企業(yè)推出了拋光面的陶瓷薄板，產(chǎn)品與蒙娜麗莎的拋光陶瓷薄板極其相似。
隨著技術(shù)的不斷成熟，蒙娜麗莎研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在工藝技術(shù)的細(xì)節(jié)上進(jìn)行改進(jìn)和提升，薄板產(chǎn)品系列也逐漸豐富，現(xiàn)在已經(jīng)成功開發(fā)出仿石材、木紋、墻紙、拋光、亞光、金屬釉、結(jié)晶釉、玉石等產(chǎn)品，陶瓷薄板的發(fā)展開始進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。
技術(shù)難點(diǎn)多，原料配方尤為關(guān)鍵
影響陶瓷薄板性能的因素繁多，包括材料本身、坯體強(qiáng)度、燒成工藝、冷加工等方方面面，而原料選擇和配方設(shè)計(jì)是最為關(guān)鍵的因素。不過，在蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電研發(fā)人員的努力之下，這些問題都一一得到了解決。
五因素制約產(chǎn)品性能
陶瓷薄板要做大做薄，主要有五個(gè)方面的影響因素：
首先是陶瓷材料本身的影響，如單純將坯體規(guī)格變大,坯體厚度減小，將造成產(chǎn)品強(qiáng)度不夠，磚坯破損比例高，甚至成品強(qiáng)度達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要從機(jī)理上改善陶瓷材料的性能，提高陶瓷磚產(chǎn)品使用的抗沖擊性能及破壞強(qiáng)度。
其次為燒成工藝的影響，要研究與陶瓷材料配方相匹配的燒成工藝技術(shù)，特別是當(dāng)陶瓷制品薄型化后，傳熱傳質(zhì)速度加快，如采用與未減薄前同樣的燒成溫度，將導(dǎo)致材料在高溫下發(fā)生蠕變軟化等問題，因此宜采用低溫快速燒成。
然后要將產(chǎn)品規(guī)格變大，坯體厚度減小的同時(shí)，要保證陶瓷薄板有足夠的干坯強(qiáng)度和成品強(qiáng)度。工藝過程研究是重點(diǎn)，其中包括粉料匹配的影響、成形過程的影響、干燥的配套工藝技術(shù)等。如是生產(chǎn)釉面制品，還應(yīng)充分考慮在壓制成形后的施釉、印花等工序，除了要調(diào)整成形壓力和配方體系外, 還應(yīng)考慮如何通過改變施釉、印花等方式，減少釉線上磚坯的破損。
最后產(chǎn)品冷加工過程也是優(yōu)等率保障的重要方面，特別是對拋光類的陶瓷薄板進(jìn)行刮平。拋光等后期冷加工時(shí)，更要研究導(dǎo)致產(chǎn)品破損的因素。
多途徑改善原料配方
值得注意的是，由于陶瓷薄板規(guī)格大、厚度薄，在生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)生坯和成品強(qiáng)度低、韌性差等問題。因此，陶瓷薄板的生產(chǎn)首先必須在原料選擇和配方設(shè)計(jì)時(shí)考慮陶瓷磚增強(qiáng)、增韌技術(shù)。
對于生坯強(qiáng)度的提高，主要采用以下幾種措施：第一，選用可塑性好，干燥強(qiáng)度高，品質(zhì)穩(wěn)定的粘土;第二，利用非全瘠性原料(如瓷石)代替瘠性長石原料，增加坯料的可塑性，提高生坯強(qiáng)度;第三，高性能坯體增強(qiáng)劑的應(yīng)用。
現(xiàn)有的陶瓷薄板組成與普通陶瓷磚有較大差異。對于相同SiO2-Al2O3-Na2O/K2O 體系的普通陶瓷磚和陶瓷薄板，陶瓷薄板組成中Al2O3含量相對較高。主要是在配料時(shí)，選擇了一些高鋁類粘土或者直接添加工業(yè)氧化鋁，從而增加制品中莫來石的含量，以達(dá)到提高產(chǎn)品的彈性和斷裂模數(shù)的目的。但是坯體中Al2O3含量的增加，不但提高了燒成溫度，而且也提高了瓷坯的熱膨脹系數(shù)，因此，通常采用熱膨脹系數(shù)很低的含Li2O類原料代替部分含K2O和Na2O的長石類原料。
同時(shí)，為了拓寬陶瓷薄板的應(yīng)用范圍，建筑陶瓷行業(yè)將日用瓷中的鎂質(zhì)瓷、高石英質(zhì)瓷、骨質(zhì)瓷等配方進(jìn)行優(yōu)化，使其適應(yīng)于建筑陶瓷薄板生產(chǎn)工藝，制備出一系列兼具其他功能的高性能陶瓷薄板。
國內(nèi)生產(chǎn)，干法工藝穩(wěn)占主流
當(dāng)前，干法工藝在我國陶瓷薄板的生產(chǎn)中已非常成熟。蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電研發(fā)的具自主知識產(chǎn)權(quán)的大規(guī)格干法成形陶瓷薄板整線裝備與技術(shù)，打破了國際上的壟斷和封鎖，推動了陶機(jī)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，而該技術(shù)也成為國內(nèi)陶瓷薄板生產(chǎn)的主流技術(shù)。據(jù)蒙娜麗莎板材事業(yè)部總經(jīng)理蒙政強(qiáng)介紹，由于干法工藝相比濕法工藝，產(chǎn)品的吸水率更低，因此蒙娜麗莎與科達(dá)機(jī)電從研發(fā)之初就選擇了研發(fā)干法工藝。
全方位調(diào)整裝備結(jié)構(gòu)
陶瓷薄板的生產(chǎn)主要有干法和濕法兩種工藝，主要的差異體現(xiàn)在陶瓷薄板的成形工藝。當(dāng)前干法工藝在國內(nèi)陶瓷薄板的生產(chǎn)中已非常成熟。
對于干法工藝，現(xiàn)有皮帶干壓成形和模具干壓成形兩種，其基本流程相似，即傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)方式。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，人工少、廢品率低，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)的產(chǎn)品密度大、強(qiáng)度高，適合大批量工業(yè)化生產(chǎn)。但該法受壓機(jī)噸位、模腔和壓制工作臺尺寸等限制，且壓制過程粉塵較大。
采用干壓法壓制成形時(shí)，對成形、裝飾機(jī)械、坯體輸送裝置、窯爐的設(shè)計(jì)制造提出了更高的要求。如壓制成形用的大噸位全自動液壓壓磚機(jī)，在成形壓力、工作臺面的尺寸和布置、布料裝置的結(jié)構(gòu)、模具的形成和結(jié)構(gòu)、大規(guī)模超薄磚的裝飾、坯體的輸送、窯爐內(nèi)溫度的分布、窯爐氣氛的控制等方面都需要重新進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。
配套設(shè)備成熟先進(jìn)
陶瓷薄板的研究開發(fā)，從某種程度上，也促進(jìn)了國內(nèi)陶瓷機(jī)械成形設(shè)備的制造和提升，從而完全打破了國際上對于陶瓷薄板生產(chǎn)的壟斷和封鎖。
配套裝備的成熟是陶瓷薄板大規(guī)模生產(chǎn)的前提。其中廣東科達(dá)機(jī)電股份有限公司能提供具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大規(guī)格干法成形陶瓷薄板整線裝備與技術(shù)———雙活塞大噸位壓磚機(jī)和“魔術(shù)師”布料系統(tǒng)，打破了國際上少數(shù)國家的壟斷和封鎖，現(xiàn)已應(yīng)用于生產(chǎn)線并生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品。其生產(chǎn)線日產(chǎn)量分別為3000m2和6000m2，產(chǎn)品規(guī)格為900×1800(mm)，厚度為3.5-5.5mm，成品率可達(dá)95%。
歐洲企業(yè)，濕法工藝為主
實(shí)際上，中國陶瓷薄板企業(yè)的產(chǎn)能已經(jīng)超過了意大利和西班牙等國家。而我國研制的擠出法一次燒大規(guī)格陶瓷薄板的全套工藝和成套裝備，也讓濕法工藝在國內(nèi)得到解決。
實(shí)際產(chǎn)能低于中國企業(yè)
上世紀(jì)80年代初，日本最早提出了陶瓷薄板的概念。2000年，意大利的西斯特姆(System)開啟陶瓷薄板的內(nèi)部研發(fā)項(xiàng)目，并于2002年首創(chuàng)LAMINA(薄板)技術(shù)，開始實(shí)現(xiàn)陶瓷薄板的工業(yè)化生產(chǎn)。2006年，西班牙成功開發(fā)陶瓷薄板相關(guān)技術(shù)。隨后，歐美其他國家如墨西哥等地區(qū)相繼推出陶瓷薄板。截至2007年，歐洲70%以上的陶瓷品牌都有陶瓷薄板產(chǎn)品問世。目前陶瓷薄板在歐洲占據(jù)了重要的市場份額，可以看到，陶瓷薄板與噴墨技術(shù)共同成為國際陶瓷展上的兩大熱點(diǎn)。
作為第一個(gè)發(fā)明陶瓷薄板的國家，意大利在原材料處理、成形技術(shù)等方面更加成熟。最初，西斯特姆建立了一個(gè)內(nèi)部實(shí)驗(yàn)工廠，配備了1.5萬噸的壓機(jī)和可生產(chǎn)1000×3000×3(mm)陶瓷薄板的電窯。自2012年起，西斯特姆正式推出薄板生產(chǎn)技術(shù)，可將面積達(dá)1.6×5(m)的薄板厚度控制在3-20mm。在2012年的意大利里米尼陶瓷技術(shù)展上，西斯特姆推出了尺寸為1×3(m)，厚度為3mm的陶瓷薄板。
據(jù)悉，目前意大利至少有4個(gè)集團(tuán)公司擁有10條陶瓷薄板生產(chǎn)線并推出了相應(yīng)的產(chǎn)品，其次是西班牙和土耳其等國家。西斯特姆預(yù)測，截至2014年年底，全球?qū)鲁闪?家陶瓷薄板生產(chǎn)商(意大利、俄羅斯、土耳其、印度尼西亞、泰國)。不過，國內(nèi)陶瓷薄板企業(yè)的實(shí)際產(chǎn)能已經(jīng)超過了意大利和西班牙等國家，僅蒙娜麗莎一家企業(yè)的年產(chǎn)量就達(dá)到300萬平方米。
濕法工藝在國內(nèi)得到解決
與我國陶瓷薄板所采用的生產(chǎn)工藝不同，大部分歐洲陶瓷薄板采用的是濕法工藝，即擠壓(滾壓)成形技術(shù)。
濕法生產(chǎn)陶瓷薄板的制造工藝一般分泥料制備、成形、干燥素?zé)�、半成品加工、裝飾釉燒、包裝入庫6個(gè)工序。具體流程為：配料-干混-練泥-陳腐-擠出成形-干燥-半成品加工-裝飾-釉燒-分級包裝入庫。其主要設(shè)備為真空擠泥機(jī)、雙輥擠壓機(jī)和輸送機(jī)。
值得注意的是，廣東摩德娜科技股份有限公司已成功研制出擠出法一次燒大規(guī)格陶瓷薄板的全套工藝技術(shù)和成套裝備，填補(bǔ)了國內(nèi)濕法制備大規(guī)格陶瓷薄板的空缺。該套設(shè)備所制備的陶瓷薄板厚度僅3-5mm，規(guī)格尺寸可達(dá)到1.2×1.8(m)，生產(chǎn)過程粉塵少，且比同樣厚度的干壓陶瓷板密度高。
在陶瓷薄板的生產(chǎn)工藝中，流延法(又稱帶式澆注法或刮刀法)是被看好的革新技術(shù)。其成形工藝包括漿料制備、成形、干燥、剝離基帶等過程，由于一般用于制造超薄型陶瓷制品，因此坯料的細(xì)度、粒形要求比較高，粒度越細(xì)，粒形越圓滑，流動性越好，薄坯的質(zhì)量越高。根據(jù)流延法的工藝特點(diǎn)，可做小于1mm厚度的陶瓷薄板，像墻紙一樣，可作室內(nèi)裝修，即“陶瓷墻紙”。
