Технология изготовления керамической плитки
Керамическая плитка — это отделочный материал, представляющий собой керамическое изделие состоящие из каолиновой глины, кварцевого песка и полевого шпата с добавлением различных минералов, и обожжённое в печи при высоких температурах. Керамическую плитку традиционно разделяют на настенную и напольную.
Напольное керамическое покрытие отличается от настенной большей износостойкости и меньшей степенью влагопоглощения.
Наиболее универсальным материалом является керамогранит. Производственные технологии, которые применяются при изготовлении керамогранита, позволяют его сделать максимально прочной и плотной структурой, что и делает его универсальным материалом для облицовки как внутренних так наружных плоскостей.
Технология изготовления керамических изделий такова:
- 1. Отбор сырья 2. Смешивание материалов 3. Формовка 4. Сушка 5. Нанесение глазури 6. Обжиг 7. Сортировка
Рассмотрим подробнее, каждый этап.
Отбор сырья
Процесс изготовления начинается со складирования сырья, которое бывает трёх видов: глинистые, неглинистые и инертные материалы.
Глинистое сырьё составляют каолиновые глины, придающие сырьевой основе связывающие свойства и пластичность, что впоследствии, после прессования, позволяет плитке сохранять свою форму.
Неглинистые материалы – полевые шпаты – уменьшают пористость обожженных изделий, облегчая процесс спекания и придавая материалу прочность, компактность и стойкость. Инертные материалы – это кварцевые пески; они образуют “остов“ плитки. К сырьевым материалам относятся также пигменты, которые являются оксидами или смесями оксидов металла. Используются для получения цвета, требуемого производством.
Смешивание материалов
Сырьевые материалы, строго дозированные на весовых конвейерах, перемешиваются по заданной рецептуре, в результате чего получается основная сырьевая смесь. Эта смесь подвергается последующей обработке, призванной обеспечить абсолютную однородность массы по размеру и по влажности частиц материалов. Достижение гранулометрической однородности, происходит в результате мокрого помолам материалов в мельницах. Результат – водная суспензия, частицы которой обладают достаточно мелкой и однородной величиной. Эта суспензия называется шликером.
Полученный шликер поступает в огромные подземные бассейны, где, во избежание отстаивания (т.е. оседания составных частей), непрерывно перемешивается.
Затем сырьевая смесь окрашивается, и получаются те тона, которые впоследствии составят смесь пресспоршка. Окрашивание осуществляется путём добавления в шликер приготовленных ранее красителей, система дозирования которых полностью компьютеризована.
Формовка
Далее производится формовка методом прессования или экструзии.
Метод экструдирования. Технология заключается в проведении тестообразной массы с содержанием влаги от 15% до 20% через клинкер – агрегат, который придает массе форму, выводя ее в виде ленты. После высыхания эту ленту разрезают на элементы необходимых размеров. Такая плитка имеет шероховатую поверхность, которая улучшает сцепление с клеящим материалом, и тем самым повышает прочность плитки. Именно благодаря тому, что вязкая масса выдавливается из аппарата и обрезается, есть возможность производить изделия разной формы.
Прессование. Порошковую смесь с содержанием влаги около 6% выкладывают в специальные пресс-формы, а затем уплотняют посредством высокого давления (550кг/см2) – прессуют. Постепенно плитка набирает необходимую твёрдость по всему своему объёму. Пористость плитки, произведенной методом прессования, значительно меньше, чем у экструдированной.
Сушка
На этом этапе формованная плитка пока ещё не готова к обжигу, так как её остаточная степень влажности слишком высока. Если подвергнуть сырец обжигу, минуя стадию сушки, то он растрескается. Поэтому плитка перемещается в сушилку. Функция сушилки – довести степень влажности плитки до значения, близкого к нулю. Условия сушки играют важнейшую роль в обеспечении целостности и прочности будущего изделия. На заключительных стадиях сушки и в процессе обжига происходит усадка плитки, то есть пропорциональное уменьшение ее линейных размеров. Этим и объясняется необходимость в калибровке готовых изделий. Далее, сохраняя температуру 80-100°C, плитка возвращается на линию для последующей обработки.
Нанесение глазури
Глазурь (эмаль) – стекловидное покрытие, которое наносится на лицевую сторону плитки и закрепляется в процессе обжига. Глазуровка выполняется с целью декорирования и укрепления изделия. В состав глазури могут входить различные материалы и соединения (песок, окислы, фритты, красящие пигменты и прочее). Она может быть глянцевой и матовой, цветной и одноцветной. Цвет глазури достигается за счет добавления солей и оксидов металлов, например, кобальт дает синий цвет, хром — зеленый, железо – красный.
У глазурованной плитки верхний тонкий слой имеет стекловидную структуру, то есть поверхность плитки отличается от ее основания и обеспечивает зрительный эффект (цвет, глянец, орнамент и т.д.), а также ряд свойств, таких как водонепроницаемость, твердость и т.д., которые не может обеспечить основание плитки. Таким образом, в составе глазурованной плитки имеется два слоя с различной структурой: глазурь на поверхности и основание, расположенное ниже (бисквит).
Существует несколько способов нанесения глазурей на поверхность керамической плитки. Глазурь может наносится в виде распыленной суспензии, пасты или гранул. Нанесение может производиться до или после обжига.
Глазурь позволяет не только получать гладкоокрашенную плитку (моноколор), но и добиваться различных эффектов:
- поверхность с глянцевой или матовой фактурой рельефный рисунок люстрирование (создание блестящего металлического узора на глазури)
Для придания плитке более эстетичного вида в процессе глазурирования могут наносится различные декоративные рисунки
Основные методы нанесения рисунка:
Сериография (шелкография) -Рисунок наносится на плитку путем продавливания мастик через сетки-трафареты.
Ротоколор (Барабанный метод) — Технология позволяет выпускать плитку с неповторяющимся рисунком, имитирующим природный камень, дерево, текстиль. Эффект натуральности достигается путем переноса на плитку рисунка гравировки силиконового покрытия специального барабана.
Цифровая печать – Технология такая же, как и фотопечать на принтере. Она дала возможность производить плитку с неповторяющимся рисунком, что очень важно для производства плитки «под мрамор» или «под дерево». Рисунок без повтора делает плитку почти неотличимой от натурального.
Обжиг
Для каждого типа плитки разрабатывается индивидуальный температурный режим. Отличается и максимальная температура обжига для разных материалов. У плитки двойного обжига — около 950°С, у однократного обжига — до 1180°С, у керамогранита — до 1250°С.
Однократный обжиг (monocottura), когда глазурь и основание обжигаются вместе — используется, как правило, для производства напольной глазурованной плитки. Высокая температура обжига позволяет получить хорошо спеченный прочный бисквит, и обеспечивает значительную устойчивость глазури к истиранию. При данном способе производства невозможно получить изделия ярких, насыщенных цветов, поскольку при высоких температурах красящие пигменты выгорают и тускнеют. Замечено, что менее яркие глазурованные плитки более устойчивы к истиранию поверхности.
Двойной обжиг (bicottura) используется для производства настенной глазурованной плитки. Он состоит из двух этапов. На первом — обжигается только основание плитки. Обжиг производится при достаточно невысоких температурах. В результате получается высокопористый (более 10%) черепок, не подвергнувшийся усадке и не требующий в дальнейшем сортировки плитки по размерам (калибровки). Далее на основание наносится глазурь и происходит вторичный обжиг, характеризующийся еще более низкой температурой (700-900 градусов). Общий смысл поэтапного обжига — обеспечение необходимых прочностных характеристик бисквита (необходимы высокие температуры), и сохранение цвета желаемой яркости и насыщенности (при низких температурах красящие пигменты практически не выгорают).
Декор производится при помощи 3-его обжига. Сперва на уже готовую плитку наносят необходимый рисунок. После изделие обжигается при еще более низкой температуре (до 700 градусов). При этом порошок глазури расплавляется, образуя рельефный рисунок. Затем, если декоры производятся на фоновой плитке, осуществляется их нарезка. Поскольку процесс производства декоративных элементов наиболее длительный и сложный, декоры имеют большую стоимость по сравнению с фоновой плиткой.
Керамогранит. Обжиг плиток производится в несколько стадий, каждой из которых соответствует определённая зона печи.
Первая стадия, предварительный обжиг, имеет место во входной секции, в которой нет горелок, и которая нагревается до 400°C газами, подаваемыми вентилятором из зон обжига. Цель данной секции – полностью обезводить сырой материал во избежание образования впоследствии трещин или разрывов. Следует зона предварительного нагрева, где, при температуре 900°C, испаряется вода от кристаллизации материалов, содержащихся в глинах, сгорают органические вещества и разлагаются карбонаты.
После этого плитка попадает в зону обжига как такового, где температура достигает 1250°C. Здесь объем плиток сокращается на 6%, и завершается процесс спекания. Тут изделия приобретают свои характеристики огромной прочности и стойкости; их уровень водопоглощения составляет менее 0,05%, что делает весь керамический гранит абсолютно морозостойким. Следующая зона – зона охлаждения, в которой удерживается низкий температурный градиент, чтобы предотвратить раскалывание изделий.
После выхода из печи плитки укладываются на специальные стальные рамы (называемые также контейнерами для хранения обожжённых изделий), которые в зависимости от формата могут содержать более 200 кв. метров плитки. Отсюда “полотна” плитки переносятся на линии ректификации и полирования.
Ректификация- это механический метод обработки краев изделия, что позволяет получить плитку одного калибра с абсолютно ровными краями, и возможностью укладки с минимальным швом в 1 мм.
Результатом полирования являются поверхности, характеризуемые особым зеркальным блеском.
Сортировка
На этом этапе решаются две основные задачи.
Первая – сгруппировать изделия по калибру, т.е. по размерам граней, и по тону, т.е. по цветовым признакам поверхности.
Определение калибра каждой плитки – автоматизированный процесс.
Отбор изделий по тону выполняется либо квалифицированным персоналом, либо автоматически.
Вторая задача при сортировке – обнаружение и классификация дефектных плиток.
В этом случае продукция первого сорта отделяется от продукции других сортов, отмеченной некоторыми недостатками.
Отсортированные плитки укладываются в коробки (при этом они сгруппированы по сорту, по тону и по калибру).
Упакованные в коробки плитки размещаются на складе готовой продукции, откуда и попадают к потребителям.
Источник статьи: http://remonza.ru/articles/tehnologiya-izgotovleniya
XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020
ОБЗОР ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ПЛИТКИ
Получение определённых типов керамических плиток (в соответствии с техническими характеристиками) в первую очередь зависит от технологии производства. Можно выделить три основных технологических цикла, которые охватывают производство плитки всех видов (см. рис. 1). Первый цикл касается производства неглазурованной плитки. Второй – это производство глазурованной плитки двойного обжига. Этот термин означает, что плитка подвергается двум видам термической обработки: для укрепления основания и для стабилизации глазури и орнамента, которые наносятся на обожженное основание. Третий технологический цикл – это производство глазурованной плитки одинарного обжига, при котором глазурь и орнамент наносятся на высушенное (но не обожженное) основание, которое далее проходит только один этап термической обработки, то есть выполняется только одинарный обжиг, во время которого затвердевание и стабилизация глазури происходят одновременно [4].
Рисунок 1 – Схема производства керамической плитки
Тщательно отработанный технологический процесс производства, который непрерывно совершенствуется, позволяет получать качественный новый материал. В основе этого процесса – обжиг при высокой температуре, изменяющейся в зависимости от типа материала от 900 до 1200 о С.
Таким образом, в технологической схеме производства керамической плитки включает следующие основные этапы:
Приготовление сырьевой смеси. В качестве сырья для производства керамической плитки используются смеси различных материалов: глинистых материалов, кварцевого сырья и фельдшпатовых и/или карбонатных материалов [5].
Приготовление смеси из сырьевых материалов заключается в нескольких операциях, которые обеспечивают получение однородного материала, нужную зернистость и содержание воды, необходимое для последующей формовки. Измельчение сырья необходимо для облегчения последующего процесса обжига керамического изделия. На этом этапе производства получают: порошок с содержанием воды 4-7% для формовки прессованием или массу с содержанием воды 15-20% для экструдированной плитки. Иногда, чтобы снизить температуру плавления к смеси добавляются плавни. При подготовке порошка для прессования используются две технологии: сухое измельчение сырья с последующим доведением влажности до нужных значений с помощью увлажнителей и влажная технология, когда сырьё измельчается в воде с последующей сушкой шликера методом распыления. Выбор той или иной технологии зависит и от характеристик самого материала.
При использовании мокрого метода измельчение и смешивание составляющих смеси происходит в специальных центрифугах, куда вместе с сырьём помещаются очень прочные шары из металлокерамики и вода. В процессе вращения центрифуги эти шары ударяясь друг с другом измельчают сырьё до состояния водной суспензии (шликера). Далее необходимая для равномерного смешивания влага удаляется процессом атомизации (противоточное распыление шликера горячим потоком воздуха с немедленным испарения влаги). В итоге получается порошкообразная смесь с необходимым для формовки содержанием воды [6].
Основное отличие сухого метода от мокрого заключается в том, что сырьё измельчается без добавления воды. Увлажнение его происходит позже в специальных машинах. Технология мокрого измельчения дороже (необходимо много энергии для удаления воды), но даёт лучшие результаты.
Полученная смесь проходит ряд сит, чтобы отсеялись крупные частицы. Затем из порошка формуется плитка.
Формование. Для формовки в основном применяются два метода – прессование и экструзия. Кроме этих методов иногда применяются ручная формовка и литьё стеклянной мозаики.
Наибольшее распространение получил метод прессования (около 98% всей керамической плитки). Прессования плитка получается из порошкового раствора, который уплотняется и прессуется под высоким давлением (порядка 200-400 кг/см 2 ). Под давлением происходит перемещение и частичная деформация частиц сырья, благодаря чему даже необожженная плитка обладает соответствующей плотностью и прочностью. Уже на этом этапе плитка может подвергаться дополнительной обработке. С помощью пресс-форм обеспечиваются не только геометрическая форма и размеры керамической плитки, но и фактура её поверхности [7].
Экструдированная плитка получается при помощи пропускания через соответствующие отверстия влажной смеси материалов, придавая ей конечный вид. Полоса, выходящая из экструдера, режется на соответствующие размеры.
Метод прессования позволяет жестче контролировать размер, и, вдобавок, получать поверхность лучшего качества.
Сушка. Сушка выполняет важную роль, так как на этом этапе из изделия удаляется вода, которая была необходима для формовки. Условия сушки имеют крайне важное значение для обеспечения целостности изделия, поэтому процесс тщательно контролируется во избежание деформаций, растрескиваний и прочих дефектов. В производстве керамической плитки на сегодняшний день наиболее распространёнными являются сушильные установки с сушкой горячим воздухом. Быстродействие установки обеспечивается хорошим теплообменом, эффективной вентиляцией и относительно высокой температурой воздуха, при которых производится осушение.
Глазурование. Керамические плитки подразделяются на неглазурованные и глазурованные. Глазурь (нем. Glasur , от Glas – стекло) – стекловидное защитно-декоративное покрытие на керамике, закрепляемое обжигом (прозрачное или непрозрачное, бесцветное или окрашенное).
Глазурь представляет собой смесь различных минералов и соединений: фритты, каолиновые глины, различные окислы, красящие пигменты, которые наносятся на поверхность изделия и расплавляются. При последующем охлаждении расплавленная масса затвердевает, образуя стекло, которое придаёт верхнему слою плитки особые свойства. Приготовление глазури заключается в дозировании различных материалов и измельчении их в воде. При этом получается взвесь с содержанием воды 40-50%, готовая к применению.
На сегодняшний день существует несколько десятков способов нанесения глазурей на поверхность керамической плитки. Глазурь может наноситься в виде гранул, пастообразной массы или распылённой суспензии. Момент нанесения может происходить по-разному: до обжига, после обжига и даже во время обжига. Глазурь может наноситься или на обожженную поверхность (при двойном обжиге) или на высушенную поверхность как при одинарном обжиге.
Для придания плитке более эстетического вида процесс глазурования может применяться совместно с нанесением различных изображений. Один из самых распространённых способов нанесения орнаментов называется шелкографией, когда через специальную сетку с различными по своей величине и частоте отверстиями с помощью красок наносят рисунки. Чем сложнее рисунок, тем больше сеток применяется [8].
Для нанесения глазури применяют различные виды оборудования: конусные или фильерные автоматы, ковшовые или трубчатые дозаторы, аэрографы. Они включаются в состав полностью автоматизированных линий, куда входят машины для нанесения орнамента (например, автоматы шелкографии). Некоторые виды орнамента могут наноситься после обжига глазури; в этом случае требуется дальнейшая термообработка (третий обжиг).
У глазурованной плитки верхний, сравнительно тонкий слой обеспечивает зрительный эффект (цвет, глянец, орнамент и т.д.), а также имеет ряд механических свойств (водонепроницаемость, твёрдость и т. д.), которые не может обеспечить основание плитки. Таким образом, в составе глазурованной плитки имеется два слоя с различной структурой: глазурь на поверхности и основание, расположенное ниже. Глазурованные плитки могут быть одинарного обжига и двойного (на первично обожженное изделие наносится эмаль, и оно подвергается дополнительному обжигу).
Неглазурованные плитки практически однородны по всей толщине и обычно не имеют никаких декоративных рисунков.
Обжиг. Следующей после сушки стадией в технологическом цикле получения керамической плитки является обжиг. Посредством обжига плитка, как и другие керамические изделия, приобретает механические, химические и физические характеристики, делающие её пригодной для различного использования. Такие характеристики являются следствием химических реакций и физических изменений, которые происходят как в самой плитке, так и в глазури (в случае глазурованной плитки). Обжиг производится в печах непрерывного действия, которые представляют собой туннель, по которому плитка перемещается на специальных транспортёрах, подвергаясь при этом сначала предварительному нагреву, а затем, нагреваясь до температуры обжига. После пребывания в течение определённого времени на участке обжига плитка перемещается дальше по туннелю, последовательно охлаждаясь до температуры, которая обеспечивает её безопасную выгрузку из печи. В условиях высоких температур образуется расплавленный слой, благодаря которому происходит спекание частиц. После охлаждения плитка приобретает структуру с высокой механической прочностью. Такие структурные изменения, играющие важную роль с точки зрения микроструктуры и потребительских свойств плитки, сопровождаются также усадкой, которая тем больше, чем ниже пористость, которую нужно обеспечить [9].
Для каждого типа плитки (а иногда и для каждой коллекции) разрабатывается индивидуальный температурный режим. Отличается и максимальная температура обжига для разных материалов.
В процессе обжига при высоких температурах плитка теряет влагу и уменьшается в размерах (ужимается). Величина усадки растёт с температурой обжига и может варьироваться от близких к нулю значений (у плитки двукратного обжига) до 8% (у керамогранита).
В последние 10-15 лет технология обжига претерпела наиболее значительные изменения. В 70-е годы почти повсеместно для обжига керамической плитки применялись печи туннельного типа, в которых плитка укладывалась штабелями или крепилась в специальных огнеупорных ячейках. В конце семидесятых годов была внедрена и в дальнейшем получила быстрое распространение технология быстрого обжига с кладкой плитки в один слой с использованием печей, в которых плитка перемещается по рольгангу. При этом обеспечиваются важные преимущества в плане снижения энергопотребления, обеспечения однородности обжига, гибкости производства и возможности его автоматизации [10].
При изготовлении различных типов керамической плитки используются два способа обжига: однократный обжиг и двукратный обжиг. Кроме этого, существует и третий обжиг, при помощи которого производится декор керамических плиток.
Обжиг завершает технологический цикл изготовления керамической плитки. Исключение составляют отдельные случаи специальной обработки поверхности, которые могут применяться для определённой продукции.
Керамическая плитка является результатом производства, цикл которого, в общем, и целом является типичным для большинства керамических изделий.
Этот процесс состоит из нескольких этапов, во время которых происходит переработка и обработка сырья и получается готовое изделие. При производстве современной плитки применяются разнообразные технологии, позволяющие получить материалы практически любых цветов, форм и размеров.
Кроме того, при изготовлении керамической плитки возможно сочетание этапов, что позволяет получать плитки с определёнными свойствами и областями применения (в частности, для облицовки внутренних помещений). Таким образом, в результате различных вариантов сочетания технологических процессов (например, разовый обжиг или двойной обжиг), использования различного исходного материала (белые и красные глинистые породы), а также формовки (прессовка или экструзия), производятся различные виды плиток.
1. Августинник А.И. Керамика — М.: Промстройиздат, 1957. — 484 с
2. Стрелов К.К., Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / Учебное пособие для вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное М.: Металлургия, 1996. – 608 с.
3. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жолобов А.Л., Жуков А.В. Строительные материалы – М.: Феникс, 2007. – 620 с.
4. Станевич В.Т. Строительная керамика: учебное пособие. – Павлодар, ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. – 96 с.
5. Погребенков В.М. Технология тонкой и строительной керамики. Часть 1: учебное пособие. – Томск, ТПУ, 2005. – 109 с.
6. Пивинский Ю.Е. Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров. Избранные труды. Том 1. – СПб.: Стройиздат СПб, 2003. – 242 с.
7. Горохова, Е.В. Материаловедение и технология керамики. – Мн.: Вышэйшая школа, 2009. – 222 с.
8. Василовская Н.Г., Енджиевская И.Г., Баранова Г.П. и др. Основы технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей: Учебное пособие – Красноярск: Изд-во СФУ, 2016. – 200 с.
9. Гузман И.Я. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов. – М.: Стройматериалы, 2003. – 496 с.: ил.
10. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия – М.: ACADEMIA, 2008. – 368 с.
Источник статьи: http://scienceforum.ru/2020/article/2018020082