Сучасні засоби виробництва при виготовленні керамічної плитки і їх вплив на формування якості виробів

     3.3 Приготування суміші

     Приготування  суміші включає в себе декілька операцій, які забезпечують отримання подрібненого однорідного матеріалу з певним вмістом вологи, необхідної для наступного формування. Подрібнення сировини потрібно для полегшення подальшого процесу випалу керамічного виробу.

     Існує два основні методи приготування суміші: мокрий і сухий.

     При використанні мокрого методу подрібнення  і змішування складових суміші відбувається в спеціальних центрифугах, куди разом із сировиною поміщаються дуже міцні кулі з металокераміки і вода. У процесі обертання центрифуги ці кулі б'ючись один з одним подрібнюють сировину до стану водної суспензії (шлікера). Далі необхідна для рівномірного змішування волога віддаляється процесом атомізації (противоточной розпорошення шлікера гарячим потоком повітря з негайним випаровуванням вологи). У підсумку виходить порошкоподібна суміш з необхідним для формування вмістом води (4-7% для методу пресування).

     Основна відмінність сухого методу від мокрого  полягає в тому, що сировина подрібнюється без додавання води. Зволоження його відбувається пізніше в спеціальних машинах.

     Технологія  мокрого подрібнення дорожче (необхідно  багато енергії для видалення  води), але дає кращі результати. Тому при виробництві керамогранита й монокоттури використовують саме цей метод. 

     3.4 Формування

     Формуванням називається процес надання масі заданих форм і розмірів, тобто  отримання заготовки (напівфабрикату) видання. Структура заготівлі значною  мірою визначає будову і властивості виробів після випалу. При формуванні прагнуть максимально збільшити вміст твердої фази, щоб знизити усадку в сушінні та випалюванні.

     Пластичність  глин зумовлює наявність специфічних деформаційних властивостей - малої в'язкості і досить високої межі текучості.

Показником  формувальних властивостей мас є  співвідношення між зовнішнім і  внутрішнім тертям. Вважають, що формування можливо, якщо внутрішнє тертя маси (когезія) більше, ніж тертя об формуючий орган машини (аутогезія).

     Основні властивості пластичної формувальної маси залежать від мінерального складу, форми і розмірів часток твердої  фази, виду та кількості тимчасової технологічної зв'язки, інтенсивності  утворення гідратних шарів на поверхнях частинок. Зі збільшенням змісту рідкої фази коефіцієнт внутрішнього тертя зростає, проходячи через максимум. Інші показники зменшуються монотонно, але з різною інтенсивністю. Це дозволяє для кожної маси вибрати оптимальне значення формувальної вологості. Кращі формувальні властивості має маса з максимально розвиненими шарами фізично зв'язаної води при мінімальному вмісті вільної води в системі.

     Зростання дисперсності твердої фази збільшує кількість контактів між частинками в одиниці об'єму і міцність. Одночасно зростають оптимальна формувальна вологість, межа плинності, в'язкість, модулі деформації, коефіцієнт внутрішнього тертя і зв'язність маси, підвищується пластичність.

Надмірне  підвищення дисперсності збільшує усадку в сушінні та випалюванні, тому оптимальний зерновий склад повинен забезпечувати створення каркасу з порівняно великих зерен для підвищення межі плинності і зменшення усадок.

     Пластичне формування здійснюють трьома способами: видавлюванням, допресуванням і розкочуванням. У всіх випадках механічні напруги не перевищують 1-30 МПа, маса містить 30-60% рідини за обсягом. Заготівля зберігає форму завдяки наявності межі текучості.

     Найважливішим завданням при пластичному формуванні є підбір оптимальної формувальної вологості. Для оцінки формувальної вологості W_Ф по П.А.Ребіндера використовують залежність пластичної міцності структури Р_m, від вологості W_абc (рис. 5.1.).

     Вплив вологості на основні  параметри пластичної маси:

Рис.3.4.1. f - коефіцієнт внутрішнього тертя; Е₁ і Е₂ - модулі швидкої і уповільненої оборотної деформації; С - зчеплення; η - в'язкість.

     Пластичною міцністю називають механічне напруження, яке здатна витримувати маса без порушення суцільності. Вважають, що формувальної вологості відповідає точка переходу залежно Р_m - вологість від прямолінійної ділянки. У заводській практиці формування на вакуумних пресах ведуть зазвичай при вологості на 1-3% менше.

     Чим складніше форма виробу, тим при більш високій вологості проводять формування. Для його полегшення іноді в маси додають високопластичні монтморилонітові глини.

     Витискування  є остаточною операцією формування виробів грубої будівельної кераміки (цегла) і проміжним етапом переробки пластичної тонкокерамічной маси перед розкочуванням і допресуванням. Витискування може бути горизонтальним і вертикальним. Його здійснюють на шнекових вакуумних пресах. У шнековом пресі при русі маси виникає складний об'ємно-напружений стан. Лопаті шнека дають масі поступальний і обертальний рух, а стінки корпусу преса уповільнюють переміщення маси в прилеглі до них верств. У міру просування маси до голівки преса її обертання сповільнюється, але периферійні шари рухаються з більшою швидкістю. Остаточно ущільнює масу останній виток шнека. Він витискає масу з циліндра в головку преса з різними по перетину швидкостями, повідомляючи їй часткове обертання.

     Розподіл  швидкостей течії пластичної (а) і порожнистої (б) мас в головці шнекового преса.

                         а)                                                        б)

Рис.3.4.2

     Шнекові (стрічкові) вакуумні преси мають  високу продуктивність і є агрегатами безперервної дії, однак вимагають  «м'яких» мас. У заготівлі можуть виникати дефекти, пов'язані з нерівномірним  рухом маси.

     Під дією бокового тиску лінійна швидкість маси у стінки менше, а окружна вище, ніж у центрі. У масі утворюються два нерівномірні потоки, швидкості яких у мундштуці поступово вирівнюються. Більш пластичні маси характеризуються великим градієнтом швидкостей у порівнянні з жорсткими (рис. 5.2.). Для зниження нерівномірності течії використовують шнеки зі змінним кроком гвинта і двухступеневой випірной лопаттю. Крупнозернисті включення знижують схильність маси до розшарування.

     Витискування  супроводжується утворенням анізотропної структури мас, так як пластинчасті частинки глини орієнтуються своєю тонкою гранню в напрямку максимальної швидкості течії. Анізотропія проявляється в нерівномірній усадці і різній міцності зразків у різних напрямках.

     При несприятливих умовах можлива поява  дефектів. S-образні тріщини утворюються при порушенні суцільності маси з-за різної поздовжньої і окружної швидкості її течії. Зменшення швидкості течії в кутах або на поверхні кернів для слабозв’язаних мас призводить до утворення «драконового зубу» і «малих надрізів».

     Дефекти усувають підбором розмірів голівки преса і мундштука (відношення довжини до діаметра повинно бути не менше 4, збільшуючись для сильно пластичних і жорстких мас), конусності мундштука, мастилом голівки і мундштука. Ефективне застосування вібруючих головок або вставок і ультразвукове розрідження мас.

     Всі сучасні способи формування керамічної плитки, згідно норм ISO, поділяють на три групи. Група А - метод екструзії (виробництво плиток котто, клінкер). Група В - метод пресування (керамограніт, монокоттура, бікоттура). До групи С увійшли всі інші способи (наприклад, ручна формовка, лиття скляної мозаїки).

     Найбільшого поширення набув метод пресування (близько 98% всієї керамічної плитки). При пресуванні порошкоподібну суміш  завантажують в прес-форми гідравлічного преса, де вона під високим тиском (до 500 кг / см.кв.) Ущільнюється і набуває певну міцність. Вже на цьому етапі плитка може піддаватися додатковій обробці. Так для отримання преполірованного керамограніта поверхню плитки шліфується м'якими щітками ще до випалу. З допомогою прес-форм задаються не тільки геометричні форми і розміри керамічної плитки, а й фактура її поверхні (наприклад, у Pietra d'Italia - рельєфна, у Celadon - увігнута і т.д.). 

     3.5 Сушіння

     У процесі сушіння із вироби видаляється  волога, яка була необхідна для формування. Її зміст зменшується до 0,2%. Процес здійснюється в сушильних установках з сушінням гарячим повітрям. 

     3.6 Нанесення глазурі

     На  сьогоднішній день існує кілька десятків способів нанесення глазурі на поверхню керамічної плитки. Глазур може наноситися у вигляді гранул, пастоподібної маси або розпиленого суспензії. Момент нанесення може відбуватися по-різному: до випалу, після випалу і навіть під час випалу. Для додання плитці більш естетичного вигляду процес глазурирования може застосовуватися разом з нанесенням різних зображень. Один з найпоширеніших способів нанесення орнаментів називається шовкографією, коли через спеціальну сітку з різними за своєю величиною і частоті отворами за допомогою фарб наносять малюнки. Чим складніше малюнок, тим більше сіток застосовується. 

     3.7 Випал

     Потім відбувається випал плитки, який може тривати від 40 до 120 хвилин. Піч для  випалу - закритий конвеєр довжиною від 50 до 80 метрів. За допомогою подачі газу по трубах на кожні 20 см печі в  кожній точці підтримується певна температура. Таким чином, в процесі руху по печі виріб обпалюється при температурі від 200 до 1200 градусів за Цельсієм. Якщо уявити собі графік, де по горизонталі відбивається відстань, пройдена виробом усередині печі, а по вертикалі - температура на цій позначці, то вийде щось подібне наступного малюнку.

     Найбільш  важливий елемент процесу випалу плитки - розробка і дотримання температурної  кривої. Саме правильне побудова температурної  кривої відбивається на найважливіших  технічних показниках плитки надалі. Слід зазначити, що як тільки змінюється партія сировини, температурна крива повинна бути розроблена заново. Тому дуже важливо для виробника плитки постійний постачальник сировини. І, отже, тільки ті виробники, хто має давній досвід виробництва, здатні забезпечити стабільну якість. Для кожного типу плитки (а іноді і для кожної колекції) розробляється індивідуальний температурний режим. Відрізняється і максимальна температура випалу для різних матеріалів. У плитки подвійного випалення - близько 950 ° С, у одноразового випалення - до 1180 ° С, у керамограніта - до 1300 ° С. В процесі випалення при високих температурах плитка втрачає вологу і зменшується в розмірах (стискується). Величина усадки зростає з температурою випалу і може варіюватися від 0% (у плитки двократного випалення) до 8% (у керамограніта). Тобто для отримання керамічного граніту розміром 300 * 300 розмір прес-форми повинен бути 324 * 324.

     Одноразовий випал (monocottura), коли глазур і підстава обпікаються разом - використовується, як правило, для виробництва підлогової глазурованої плитки. Висока температура випалу дозволяє отримати добре спечений міцний бісквіт, і забезпечує значну стійкість глазурі до стирання. При даному способі виробництва неможливо отримати вироби яскравих, насичених кольорів, оскільки при високих температурах фарбувальні пігменти вигоряють і тьмяніють. Помічено, що менш яскраві глазуровані плитки більш стійкі до стирання поверхні.

     Подвійний випал (bicottura) використовується для  виробництва настінного глазурованої плитки. Він складається з двох етапів. На першому - обпалюється тільки підстава плитки. Випал виробляється при досить невисоких температурах. У результаті виходить високопористий (більше 10%) черепок, не зазнавав усадки і не вимагає в подальшому сортування плитки за розмірами (калібрування). Далі на основу наноситься глазур і відбувається вторинний випал, характеризується ще більш низькою температурою (700-900 градусів). Загальний зміст поетапного випалу - забезпечення необхідних міцнісних характеристик бісквіта (необхідні високі температури), і збереження кольору бажаної яскравості і насиченості (при низьких температурах фарбувальні пігменти практично не вигоряють).

     Декор виробляється за допомогою 3-його випалу. Спершу на вже готову плитку наносять необхідний малюнок. Робиться це різними способами залежно від очікуваного ефекту - нанесенням малюнка через сітки або трафарети фарбами, золотом, глазур'ю (іноді у вигляді порошку). Після виріб обпалюється при ще більш низькій температурі (до 700 градусів). При цьому порошок глазурі розплавляється, утворюючи рельєфний малюнок. Потім, якщо декори виробляються на фоновій плитці, здійснюється їх нарізка (Berillo, Prado і ін.) Досить багато декорів проводиться з гіпсу (підстава), а потім розфарбовуються та глазур'ю вручну. Такі декори досить часто мають геометричні відхилення від ідеалу через непередбачувану поведінку гіпсу при випаленні. Про такі відхилення слід повідомляти клієнтам при виборі саме таких декорів. Оскільки процес виробництва декоративних елементів найбільш тривалий і складний, декори мають велику вартість у порівнянні з фоновою плиткою.

     Після випалення плитки здійснюється візуальний контроль якості - поділ на 1, 2, 3 сорти. Далі здійснюється комп'ютерний оптичний контроль якості - зняття геометричних параметрів (визначення калібрів для монокоттури і керамограніта, визначення площинних параметрів та ін.) Потім вироби скануються для визначення та ідентифікації відтінків плитки, шляхом порівняння з комп'ютерною бібліотекою раніше зроблених виробів того ж артикулу.