关于保温装饰陶瓷板分层问题的释疑
问：我公司生产轻质保温陶瓷装饰板，最近分层问题一直困扰着生产，严重影响产量，而配方没有发生变化，实际测试泥浆细度、底面料水分和颗粒级配均一致，请问是什么原因？如何解决？
答：介绍一种保温装饰陶瓷板及其生产方法，（专利CN102603356B）。
1保温装饰陶瓷板生产流程
（1）按配方质量百分比称取以下原料：沸石60 份，珍珠岩微粉80 份，凝灰岩80 份，劣质陶泥25 份，劣质高岭土45 份，碳酸钙10 份，滑石5 份，萤石2 份，黑碳化硅2 份，膨润土15份，无水偏硅酸钠5 份，腐植酸钠0.5 份，三聚磷酸钠1.0 份，羧甲基纤维素钠0.1 份；
（2）将称取的原料投入中铝质内衬球磨机内，并加入占原料重量55%的水；
（3）检测泥浆质量，合格后过20目网筛并储存在带有搅拌螺旋桨的浆池里，陈腐均化；
（4）陈腐均化24 h后，将泥浆过筛、除铁、并用柱塞泵压入带有喷头的喷雾干燥器内干燥成工艺要求水分、粒度和流动性的陶瓷粉料；
（5）陶瓷粉料被运输至带有密封盖的粉料仓内陈腐储存，48 h以后造粒、打粉、染色或直接运输至压机使用；
（6）干压成型在陶瓷液压压机内进行，同时完成粉料装饰，干压时控制压力、尺寸、厚度、针密度；
（7）干压后的含水坯体经过陶瓷干燥窑，合格后在釉线运输线上完成釉料装饰；
（8）烧成发泡在辊道窑内进行，周期90 ～ 150 min，发泡保温温度1205 ～ 1250℃，发泡保温时间6 ～ 15 min，缓慢冷却时间45 ～ 75 min；
（9） 出窑产品经釉线运输至磨边切割工段，磨边切割成所需尺寸并分级包装入库。
从特征看，它有三层组成：第一层为发泡陶瓷保温层；第二层为面料装饰层，它兼具装饰、提高物理性能、保护发泡陶瓷基层多重性能，而且是一种二次布料面料；第三层为装饰釉料层，它具有提高产品物理性能、改变装饰效果的作用，也具有保护作用，它由特种釉料组成，所以也具有湿法施釉、干粒熔块釉和干粉施釉三种不同的工艺。
2矿物原料含水方式与检测方法
在执行二次布料，一次成型过程中，分层问题困扰生产，而实际检测结果则底面料水分一致，这与配方原料组成和矿物原料含水方式有关，也与检测方法有关。
从上文可以看到，其配方含有珍珠巖、沸石、凝灰岩、高岭土、滑石、膨润土等天然矿物，这些天然矿物譬如珍珠岩、高岭土和滑石均含有结构水，同时珍珠岩微粉、沸石、凝灰岩、高岭土、膨润土等比表面大的矿物均容易吸附水。采用湿法球磨、喷雾造粉工艺生产的保温装饰陶瓷板粉料自然含有一定量的吸附水和结构水。珍珠岩矿物一般含有2 ～ 6%的结构水，也正是因为结构水的存在才使得珍珠岩具备了高温膨胀的性能，高岭土和滑石也含有结构水，而沸石、凝灰岩、膨润土由于母岩均为珍珠岩，自然而然或多或少均含有少量结构水。
陶瓷喷雾粉料含水率检测方法，一般有三种：1）恒温干燥法，一般将计量准确的10 g粉料置于105℃恒温干燥箱内干燥2 h，冷却至常温，称量，用干燥减量计算含水率；2）采用微波快速干燥法，一般将计量准确的20 g粉料置于微波炉内，微波干燥5 min，隔热称量，用干燥减量计算含水率；3）恒温电炉烘烤法，一般将计量准确的20 g粉料置于铁盘内，将盛放粉料的铁盘放置于恒温电炉上，烘炒约2 min，隔热称量，用干燥减量计算含水率。
3保温装饰陶瓷板分层现象的原因
半干压成型实际是一个传质传力的过程，具体地说有四种变化：1）固体颗粒（塑性原料和瘠性原料）的塑性变形和弹性变形，2）固体颗粒的相互移动、靠拢和变形，3）气体和液体（自由水分）在固体颗粒间隙的移动，4）气体受挤压后，少部分溶解在液体（自由水分）内，大部分经上下模芯间隙和模框侧板间隙溢出。也就是说压制成型过程中，压制成型力由外至内传递，气体由内至外传递，从而达到一定的致密度和强度。颗粒与颗粒之间靠范德华力，层与层之间也靠范德华力维持。致密度和材料的塑性是保证范德华力的两个基本条件，而塑性与液体（自由水分的含量）有一定关系。
保温装饰陶瓷板分层的产生，实际就是传力、传质（气体溢出）与塑性粘结力、弹性阻力之间的失衡，所以原因也是多方面。而且由于原料的细度无法反映出粉料颗粒的比表面积和真实颗粒级配，水分测量方法和结果无法测量出液体（自由水）含量，那么塑性粘结力和弹性阻力就无从判断，分层也就显得不知所以然。
在配方没有发生变化，粉料水分没有发生变化，泥浆细度也没有发生变化时，由于珍珠岩微粉的细度和比表面积发生变化，导致粘度（流速）发生变化，会导致配方塑性指数和喷雾粉料颗粒级配发生变化，这种变化会使底料和面料之间的塑性粘结力与瘠性原料的弹性阻力发生变化，直接结果会发生分层。无论怎样调节水分和成型制度都无法解决塑性粘结力问题。
如果采用微波烘干法和电炉烘炒法烘干陶瓷粉料，会导致温度过高或局部温度过高，导致部分结合水被烘干，而且会由于含有结合水原料越细越容易被烘干的可能，这会导致真正对塑性有影响的自由水（吸附水）含量的误判。譬如，如果采用105℃恒温干燥法，水分是7%，那么采用微波炉中火微波干燥法实测水分就是10%，这多出来的3%实际上是结合水。如果由于底料、面料以及釉料组分中珍珠岩、高岭土、滑石组分并不一样，更会造成误判。从而会由于对自由水含量判断的差异和控制的失误造成对塑性和传质（气体溢出）的影响，这样会出现局部气体无法溢出而导致鼓泡分层。即使调节压机成型制度，便于排气，也会由于干燥时自由水的溢出比不一致，而导致收缩不一致的变形。
结合水也会对轻质保温陶瓷装饰板造成分层和变形，但是它主要体现在烘烤脱水（结合水）阶段，这一点不同于自由水会对轻质保温陶瓷装饰板造成分层和变形主要表现在干燥脱水（自由水）阶段。关于自由水在辊道窑干燥或烧成过程中的分层，估计大家都经历过，或听说过，主要是传热和传质（水蒸气挥发）不一致，导致传热过快，水蒸气无法排除，而形成气压差导致爆炸分层。结合水脱水温度较高，一般在250℃至1250℃不等，结合水相对自由水分散均匀，而且结合牢固，要么固溶在玻璃体内（譬如珍珠岩），要么被范德华力吸附（譬如滑石、高岭土），但是也会由于传热和传质（水蒸气挥发）不一致，出现气相凝聚，导致炸窑和分层现象，这种情况在高岭土或滑石含量较高的陶瓷砖生产中也屡见不鲜。膨胀珍珠岩轻质骨料也正是因为结合水被玻璃体包容其中，而玻璃体受热后容易形成具有塑性的热塑态玻璃，所以才利用这个原理，生产膨胀珍珠岩轻质骨料。在轻质保温陶瓷装饰板生产过程中，珍珠岩微粉细度或含水率的差异，也会导致自由水的脱水难易程度不一致，从而造成分层，或收缩和玻化后的膨胀不一致，最终会导致底面变形或波浪变形。
实际生产中，采用助剂也会改变颗粒形状和坯体致密度，从而也会影响传力、传热与传质的不一致。解决问题的根本办法是抓住关键要素，规范作业工艺制度和科学实验方法。譬如来料的自由水含量、结合水含量、成分变化、粒度等，生产时要严格管理精准控制，只有这样才能保证生产稳定和不分层、不变形、不炸窑。
（韩复兴）
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